| | Особенности технологий кристаллов IGBTБиполярные транзисторы с изолированными затворами (БТИЗ), более известные как IGBT (Isolated-gate Bipolar Transistor), и особенно IGBT-модули широко применяются в самых различных отраслях промышленности, в энергетике, на транспорте, в системах автоматизации зданий и других сферах. В последние годы стоимость IGBT и IGBT-модулей средней мощности стала приемлемой и для производителей бытовой техники, их стали применять в стиральных и посудомоечных машинах, кондиционерах, бытовых насосах и электроинструментах и других бытовых приборах.
IGBT, как никакие другие полупроводниковые приборы, отличаются чрезвычайным многообразием вариантов их исполнений, это касается структур кристаллов приборов, наборов электрических параметров и эксплуатационных характеристик, особенностей схемотехнических решений и областей их применения. В предлагаемой статье рассмотрены структуры кристаллов IGBT разных поколений и производителей, а также особенности технологий их производства, в последующих статьях будут рассмотрены вопросы, касающиеся параметров IGBT и особенностей их применения в различных приложениях.
Как правило, IGBT используются в ключевых режимах и в тех же областях, что и мощные MOSFET — в инверторах источников питания, приводах двигателей, преобразователях напряжения и других силовых приложениях. Однозначно ответить на вопрос, что лучше, IGBT или MOSFT затруднительно, поскольку и те и другие с успехом применяются в приложениях малой и средней мощности. Корректно сравнивать можно конкретные типы приборов сопоставимой мощности.
На практике самыми распространенными приборами в диапазоне токов до 50 А являются все же MOSFET (дискретные, в составе сборок и микросхем), они характеризуются малыми статическими и динамическими потерями, незначительными затратами на управление, малым временем переключения (порядка десятков наносекунд) и работают на частотах до 1 МГц. Современные MOSFET могут работать при напряжении „сток-исток» до 600…1000 В и мощности до 10 кВт. При высоких (от 900 В) напряжениях в основном используются IGBT и IGBT-модули, современные образцы которых способны работать с токами до нескольких сотен и даже тысяч ампер и при напряжениях до 6 кВ и более. Что касается приложений средней мощности (примерно до 5…10 кВт), то для них преимущества IGBT по сравнению c MOSFET не очевидны и могут иметь место далеко не для всех видов приборов. Конкуренцию с MOSFET выдерживают современные приборы последних поколений вполне определенных структур.
Рис. 1. Внешний вид одного из первых IGBT компании Toshiba типа MG25H1BS1
Впервые полупроводниковый прибор, в котором P-N-P-транзистор, добавляется МОП-транзистором был описан в японском патенте S47-21739, поданным еще в 1968 году сотрудниками компании Mitsubishi Electric К. Ямагами и Ю. Акагири. Однако реально работающие приборы были изобретены значительно позже, так как в первых вариантах приборов проявлялся эффект „фиксации» (защелкивания) четырехслойных структур полупроводников, фактически первые приборы при определенных режимах просто „пробивались».
Первый в мире IGBT без „фиксации» (Non Latch IGBT) был коммерциализирован в 1985 году компанией Toshiba, внешний вид одного из первых IGBT Toshiba типа MG25H1BS1 показан на рис. 1.
Полное содержание статьи доступно только в печатном варианте. Вы можете приобрести свежие номера Р&С или оформить подписку в редакции | |
