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什么是NPT非穿通型IGBT?

作者:海飞乐技术 时间:2017-08-08 11:32

  二十世纪九十年代初,西门子(西门子的半导体部门现变为英飞凌科技)公司开发出新一代的NPT IGBT。
  与PT IGBT不同,NPT IGBT以低掺杂的N-基区作为衬底,是生产流程的起始点,这样P掺杂发射区就可以设计得很薄。现在用于1.2kV IGBT的芯片厚度在120~200μm之间,而且,不再需要PT IGBT的N型缓冲区,这样在阻断状态,电场只在N型衬底内存在。NPT IGBT内部分层结构和电场分布如图1所示,N-型衬底中的电场沿着集电极方向线性降低。因为电场不再“穿通”N型衬底,所以被称为“非穿通”IGBT。然后,根据NPT IGBT的工作原理,低掺杂N-型衬底必须设计得相对比较厚,以能够承受所有阻断电压,这样该层的损耗就成为IGBT总损耗的主要部分。
  由于背部发射区(P掺杂层)较薄,所以其中的载流子浓度不如PT IGBT中的浓度高,因而根难改变发射区中载流子寿命,或者说没有必要。相对于PT IGBT,关断时拖尾电流较低,但是持续的时间更长。
  相对于PT IGBT的负温度系数,NPT IGBT基本表现为正温度系数。室温下载流子寿命т较长,温度的增加对载流子寿命增加影响很小。这种情况下,载流子迁移率μ的降低和集电极及发射极接触电阻的增加将成为主导因素。然而,在非常低的正向电压或电流时,NPT IGBT仍表现为负温度系数。当电流稍微增大时,NPT IGBT表现为正温度系数,因此,NPT IGBT在实际应用时,可以认为具有正的温度系数。尽管随着温度的上升损耗会增大,但是有利于IGBT的并联。当NPT IGBT并联使用时,如果一个IGBT流过的电流过大,由于发热,温度上升。温度上升导致导通压降变大,从而降低流过的电流。这种基于负反馈的自我调整,使得NPT IGBT未经筛选就可以实现芯片或器件的并联。

图1 NPT IGBT内部分层结构和电场分布(不成比例) 
图1 NPT IGBT内部分层结构和电场分布(不成比例)



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