Головна

IGBT транзистор

  1. IGBT-транзистори
  2. Алгоритм роботи при знятті ВАХ транзистора
  3. біполярні транзистори
  4. біполярні транзистори
  5. Біполярні транзистори.
  6. Біполярні транзистори.

частотна характеристика

Частотна характеристика це залежність крутизни сток-затворної характеристики від частоти напруги на затворі. Характеристика визначається часом перезарядки ємностей і часом прольоту каналу.

Польові транзистори з ізольованим затвором в підсилюючих схемах працюють до частот порядку 10 ГГц. Гранична частота у транзисторів з ізольованим затвором нижче, ніж у польового транзистора з керуючим переходом. Це пояснюється тим, що поверхнева провідність в 2 - 3 рази менше, ніж об'ємна. Тому час прольоту каналу більше, ніж у транзистора з керуючим переходом метал-напівпровідник. Більше з цієї причини і час перезарядки ємностей між стоком і витоком Cсі і між затвором і витоком Cзи.

Порівняння польових транзисторів з ізольованим затвором з біполярними

Одним з позитивних моментів польових транзисторів з ізольованим затвором при низькочастотних застосуваннях є високий вхідний опір (до1015 Ом). Це обумовлено тим, що в ланцюзі затвора через наявність діелектрика не протікає постійна складова вхідного струму. Тому для управління транзистором на низьких частотах потрібно незначна потужність, в порівнянні з потужністю управління біполярним транзистором. На високих частотах ці потужності співмірні.

До недоліків можна віднести те, що затвор може пробитися при напрузі трохи більшій допустимого. При цьому відбувається руйнування подзатворного діелектрика, навіть якщо струм пробою обмежений. Для пробою потрібні дуже малі енергії. Польові транзистори не витримують статичної напруги, що утворюється на одязі людини. Потрібно вживати заходів при монтажі транзисторів (робити тимчасові перемички (з'єднувати затвор з витоком і стоком), заземляти через опір близько 1 МОм тіло монтажниці). В якості запобіжного захисту структуру транзистора вводять стабілітрон, включений між затвором і витоком.

Заряди в окисле затвора з плином часу можуть переміщатися під дією електричного поля. При цьому змінюється порогова напруга Uпір. Сток-затворна характеристика починає "плавати".

Застосування польових транзисторів з ізольованим затвором

Ці транзистори використовуються в якості ключів в цифровій техніці. Транзистори отримали назву планарних, т. Е. Все електроди виконані і розташовуються в одній площині і в інтегральній схемі не треба створювати спеціальних ізолюючих шарів, що дуже добре економить місце на кристалі. Для підвищення швидкодії зменшують довжину каналу (гранична ширина 0,5 мкм). У короткоканальних транзисторів є особливості. Їх вихідні характеристики через сильного впливу напруги стоку не мають ділянки насичення.

Використовуючи два транзистора з різним типом каналів (комплементарних пару), роблять систему з двох ключів керовану одним напругою. При нульовій напрузі на вході відкритий верхній ключ, але закритий нижній. При позитивному напрузі відкритий нижній ключ, але закритий верхній. На цьому заснована КМОП - технологія: К - комплементарний, М - метал, О - оксид, П - напівпровідник. Режим роботи ключа при Uвх = 0 В відкритий транзистор з p-каналом, а з n-каналом закритий. при Uвх = 5 В відкритий транзистор з n-каналом, а з p-каналом закритий. Такі ключі споживають потужність для управління тільки в момент перемикання. Якщо вихід комплементарної пари навантажений на затвор польового транзистора, то потужність споживається тільки в момент перемикання під час перезарядки ємності затвора.

У зарубіжній літературі транзистори з індукованим каналом називають транзисторами збагаченого типу.

Польові транзистори з вбудованим каналом.

Поблизу поверхні створюється область n-типу. При позитивному напрямку на затворі концентрація електронів в каналі збільшується, отже, збільшується провідність каналу. При негативному напрузі на затворі провідність каналу зменшується (зменшується канал). Оскільки в схемних застосуваннях такі транзистори працюють при напрузі на затворі, коли провідність каналу зменшується, то такі транзистори працюють в режимі збіднення.

Потужні польові транзистори

З'являється низьколегований мову. n-область призначена для підвищення високовольтних приладу. {Горизонтальна конструкція} КП - 902. ОПЗ поширюється переважно в n-область. Недоліки конструкції полягають в тому, що канал і n--область створюють опір рівне приблизно 130 ОМ.

Застосовується вертикальна конструкція. (170) Транзистори КП802: Переваги - створення ширини каналу (легке способом можна отримати короткий канал), високовольтна n-область. Через вертикальної конструкції n-область має малий опір. Опір каналу у відкритому стані у сучасних потужних польових транзисторів доведені до сотих часток Ома і вони витісняють біполярні.

Польові транзистори з статичною індукцією

(171) Одна з марок UСі = 150 В; Iсі max = 180 А; P = 3 кВт - потужність розсіювання; Час перемикання при таких параметрах: 03 - 05 мкс, а R відкритого каналу - 1 Ом.

Схеми включення польових транзисторів

З керуючим р-n-переходом аналогічні схемам з біполярними транзисторами.

1. схема із загальним затвором.

2. схема із загальним витоком.

3. схема із загальним стоком (істоковий повторювач).

Найкращими частотними властивостями володіє схема з загальним затвором.

Порівняння польових транзисторів з керуючим переходом і біполярними

Переваги польових транзисторів в порівнянні з біполярними:

1) польові транзистори вимагають для управління істотно менші потужності на низьких частотах, т. К. Для управління використовуються закриті переходи або ізольовані затвори (постійний струм через діелектрик НЕ тече). Токи закритих переходів малі (частки нА), а керуюче напруга становить одиниці вольт. На високих частотах потужності управління приблизно однакові з біполярними;

2) використовуються носії тільки одного знака, отже, відсутні явища накопичення і розсмоктування заряду;

3) в польових транзисторах істотно менше шумів, т. К. Немає генерації і рекомбінації рухомих носіїв заряду;

4) польові транзистори мають негативний температурний коефіцієнт струму стоку, що виключає тепловий пробій.

Недоліки в порівнянні з біполярними:

1) велика чутливість до перенапруг;

2) транзистор має меншу радиоционной стійкістю;

3) має меншу крутизну, ніж в біполярних транзисторах;

4) більший опір у відкритому стані.

IGBT транзистор

MOSFET транзистори, що з'явилися в 80-х роках, мали характеристики, близькі до характеристик ідеального ключа і були найбільш популярними ключовими елементами. Однак виявилося, що головним параметром, що обмежує область їх застосування, є напруга стоку. Високовольтних МОП - транзисторів з досить хорошими характеристиками створити поки не вдається, тому що опір відкритого МОП ПТ зростає пропорційно квадрату пробивної напруги. Кристали високовольтних МОП ПТ мають велику площу і, відповідно, велику вартість ніж у біполярних транзисторів. Справедливості заради треба сказати, що багато фірм продовжують працювати над створенням високовольтних польових транзисторів. Зокрема IXYS випускає транзистори по BIMOSFET технології, розраховані на напругу до 1600В. Однак напруга насичення у них становить 7В, відповідно і розсіюється на них потужність виявляється неприпустимо великий.

В середині 80-х р.р., виникла ідея створення біполярного транзистора з МОП - управлінням, названого IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor. У 90-91 р.р. в каталогах ряду фірм (серед яких однією з перших була фірма International Rectifier) ??з'явилися транзистори IGBT. З тих пір практично всі провідні виробники потужних напівпровідникових приладів виготовляють ці транзистори.

IGBT є PNP транзистор, керований від порівняно низьковольтного МОП транзистора з індукованим каналом через високовольтний N-канальний польовий транзистор. Нова технологія дозволила з'єднати в одному елементі гідності польових і біполярних транзисторів. У IGBT практично відсутні вхідні струми, вони має відмінні динамічні характеристики, які не поступаються MOSFET. У той же час втрати у них ростуть пропорційно току, а не квадрату струму, як у польових транзисторів. Максимальна напруга IGBT обмежена лише технологічним пробоєм, і вже сьогодні випускаються транзистори з робочою напругою до 2000В. При цьому напруга насичення у них не перевищує 2-3В в робочих режимах. Основним недоліком IGBT транзисторів поки залишаються динамічні втрати, що знижує допустимий струм колектора на частотах вище 10 кГц. Однак для силових каскадів блоків електронного запалювання, де робочі частоти становить (200-300) Гц, на сьогоднішній день транзистори IGBT підходять більш інших елементів.

3. Для максимально повної реалізації тих вигод, які дають МОП-управління і біполярна провідність, необхідно було відмовитися від рішення поєднувати окремі дискретні МОП і БП транзистори і прийняти концепцію об'єднання фізичних принципів роботи цих приладів в одній структурі. Це і привело до створення біполярних транзисторів з ізольованим затвором (IGBT).

Перші IGBT мали хороші характеристики при щільності струму в 20 разів перевищують значення характерні для МОП транзисторів і в 5 разів значення, характерні для БП транзисторів з коефіцієнтом посилення 10. Однак час перемикання сигналу в таких приладах становило 10-20 мкс. Щодо повільне перемикання обмежувало область застосування цих приладів низькочастотними пристроями. Для розширення області застосування, в тому числі в електроприводах, виявилося необхідним розробити технологічний процес управління часом життя носіїв, і тим самим керувати часом вимикання транзистора без погіршення його параметрів. Досягти цього вдалося завдяки опроміненню напівпровідникових пластин пучком електронів. Цей процес дає можливість керувати часом перемикання від 0.2 до 20 мкс, що і зробило IGBT унікальним багатофункціональним приладом. IGBT вперше розроблений в науково-дослідній лабораторії фірми General Elektrik і випущений на ринок фірмою Motorola. Прилад виготовлений на р + - підкладці з подальшим нарощуванням епітаксіального дрейфового шару N-типу, в якому сформована вертикальна ДМОП-структура. У включеному стані IGBT поводиться як прямосмещенного P-i-N -діод і може працювати при високій щільності струму.

За конструкцією IGBT відрізняється від вертикального МОП-транзистора використанням підкладки Р + -типу, замість N + -типу у МОП-транзистора. В робочому стані на підкладку і затвор подається позитивна напруга. Інжекція неосновних носіїв заряду з підкладки значно знижує опір дрейфовой N-області. Тому опір IGBT у відкритому стані (залишкове опір) значно нижче ніж у МОП-транзистора. Струмом через IGBT можна керувати напругою на затворі.

IGBT поєднує в собі кращі властивості потужного МОП транзистора - управління напругою при дуже високому вхідному опорі і біполярних транзисторів - висока щільність допустимого прямого струму. Можливість регулювання характеристик IGBT електронним опроміненням в широкому діапазоні частот інша важлива особливість цих приладів. Поєднання цих властивостей робить IGBT найкращим силовим приладів.

В даний час значна увага приділяється силовому полупроводниковому приладобудування. Зокрема, ведуться інтенсивні дослідження по підвищенню існуючого рівня електричних параметрів, розробці та освоєнню виробництва швидкодіючих високовольтних транзисторів і ключових сільноточних транзисторних пристроїв.

Силові транзистори широко використовуються на кожній стадії генерування, розподілу, споживання електричної енергії і є одним з сполучних ланок між пристроями, застосовуваними в мікроелектроніці і електротехніці. Основними сферами його використання за кількістю споживаних приладів і різноманітності типів застосування є: джерела живлення з ключовими режимами роботи, управління електродвигунами, електронні схеми різних засобів пересування, системи управління пристроїв обробного обладнання.

Найбільш перспективними силовими транзисторами є біполярні транзистори з ізольованим затвором, закордонне найменування IGBT (Insulated Gate Biрolar Transistor).

IGBT об'єднують в собі гідність біполярних (висока провідність) і польових (низьковольтне управління) транзисторів і, завдяки особливостям конструкції, дозволяють збільшити щільність струму приблизно в 10 разів. Тому, при виготовленні електронних силових пристроїв широкого застосування, вони використовуються замість раніше застосовуваних біполярних і польових транзисторів. Обсяг споживання IGBT за 1996 р тільки в Японії сягнув 1000 млн. Доларів при щорічному зростанні на 25-30%. Номенклатура випуску IGBT ф. International Rectifier (США) перевищила кілька сотень.

метою проекту є розробка конструкції і організація виробництва серії потужних біполярних транзисторів з ізольованим затвором (IGBT), які мають поліпшені динамічними характеристиками і призначених для джерел живлення, електронних систем управління електродвигунами та інших силових електронних пристроїв. В рамках проекту планується розробити серію IGBT на напругу 600-1200 В і струм 10-50 А.

IGBT об'єднують в собі гідність біполярних (висока провідність) і польових (низьковольтне управління) транзисторів і завдяки особливостям конструкції, дозволяють збільшити щільність струму приблизно в 10 разів. Тому, при виготовленні електронних силових пристроїв широкого застосування, вони використовується замість, раніше застосовуваних, біполярних і польових транзисторів.

Виготовлення IGBT розпочато за кордоном в 1991 р Обсяг їх споживання досяг в Японії 1 млр. доларів при щорічному зростанні на 25-30%. Номенклатура випуску IGBT ф. International Rectifier (США) перевищила кілька сотень.

В даний час IGBT в Республіці Білорусь та країнах СНД не виробляються. Розробка і організація виробництва серії IGBT дозволить створити потужні і компактні системи електронного управління, знизити весотехніческіе показники електротехнічних виробів і витрачання матеріальних та енергетичних ресурсів при їх виготовленні і експлуатації.

Розробляється в проекті конструкція і технологія є базою для високовольтних силових мікросхем.

Виконання даного проекту спрямоване на вирішення проблем з енерго- та ресурсозбереження та переорієнтації фахівців країн СНД займаються виробництвом виробів військового призначення. У розвиток даного проекту планується проведення робіт по збільшенню номенклатури IGBT, поліпшенню динамічних і статичних характеристик для розширення області їх застосування.

Конструктивно-технологічними особливостями IGBT є:
 - Використання товстих (60-200 мкм) високоомних (20-100ом.ґсм) епітаксійних структур;
 - Велика площа кристала (до 200 мм2);
 - Проектні норми 2-3 мкм;
 - Радіаційна регулювання динамічних параметрів;
 - Складання в корпусу ТО-218, тО-220 і потужні модулі;
 - 2х-3х мірне моделювання розподілу тепла по площі осередку в процесі роботи з метою оптимізації конструкції і топології елементарної комірки, а також кристала в цілому, для забезпечення стійкої і надійної роботи при великих токах.

Польові транзистори (ПТ). | Пристрій і особливості роботи


IGBT-модулі | Доцільність застосування IGBT в дискретно і модульному виконаннях | Основні області застосування і промислове виробництво IGBT-модулів в Росії | Structure | Blocking Operation |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати