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[導讀]所謂PT(PunchThrough,穿通型),是指電場穿透了N-漂移區(qū),電子與空穴的主要匯合點在N一區(qū)。NPT在實驗室實現(xiàn)的時間(1982年)要早于PT(1985),但技術上的原因使得PT規(guī)模商用化的時間比NPT早,所以第1代IGBT產品以PT型為主。PT-IGBT很好地解決了IGBT的閂鎖問題,但是需要增加外延層厚度,技術復雜,成本也高。IGBT芯片中的外延層與電壓規(guī)格是直接相關的,電壓規(guī)格越高、外延層越厚,IZOOV、2000V的PT-IGBT外延層厚度分別達到了100μm和200μm。

所謂PT(PunchThrough,穿通型),是指電場穿透了N-漂移區(qū),電子與空穴的主要匯合點在N一區(qū)。NPT在實驗室實現(xiàn)的時間(1982年)要早于PT(1985),但技術上的原因使得PT規(guī)模商用化的時間比NPT早,所以第1代IGBT產品以PT型為主。PT-IGBT很好地解決了IGBT的閂鎖問題,但是需要增加外延層厚度,技術復雜,成本也高。IGBT芯片中的外延層與電壓規(guī)格是直接相關的,電壓規(guī)格越高、外延層越厚,IZOOV、2000V的PT-IGBT外延層厚度分別達到了100μm和200μm。

所謂NPT(Non-PunchThrough,非穿通),是指電場沒有穿透N-漂移區(qū)。NPT的基本技術原理是取消N十緩沖區(qū),直接在集電區(qū)注入空間電荷形成高阻區(qū),電子與空穴的主要匯合點換成了P十集電區(qū)。這項技術又被稱為離子注入法、離子摻雜工藝。

PT與NPT生產工藝的區(qū)別如下:

PT-IGBT芯片的生產從集電區(qū)(P+背發(fā)射區(qū))開始,先在單晶硅的背面生成低摻雜的P+發(fā)射區(qū),然后用外延工藝在單晶硅的正面依次生成N十緩沖區(qū)、MOS結構。

NPT-IGBT芯片的生產從基區(qū)(N-漂移區(qū))開始,先在N型單晶硅的正面生成MOs結構,然后用研磨減薄工藝從背面減薄到IGBT電壓規(guī)格需要L的厚度,再從背面用離子注入工藝生成集電區(qū)。

兩種技術性能對比如下:

傳導損耗

對于給定的開關速度,NPT 技術通常比 PT 技術具有更高的 VCE(on)。這種差異被進一步放大的事實是,對于 NPT(正溫度系數(shù)),VCE(on) 隨著溫度的升高而增加,而對于 PT(負溫度系數(shù)),VCE(on) 隨著溫度的降低而降低。然而,對于任何 IGBT,無論是 PT 還是 NPT,開關損耗都會與 VCE(on) 進行權衡。更高速度的 IGBT 具有更高的 VCE(on);較低速度的 IGBT 具有較低的 VCE(on)。事實上,一個非??斓?PT 設備可能具有比開關速度較慢的 NPT 設備更高的 VCE(on)。

開關損耗

對于給定的 VCE(on),PT IGBT 具有更高的開關速度和更低的總開關能量。這是由于較高的增益和少數(shù)載流子壽命縮短,這會抑制尾電流。

堅固性

NPT IGBT 通常具有短路額定值,而 PT 器件通常沒有,并且 NPT IGBT 可以比 PT IGBT 吸收更多的雪崩能量。由于 PNP 雙極晶體管的基極更寬且增益更低,NPT 技術更加堅固耐用。這是通過使用 NPT 技術權衡開關速度所獲得的主要優(yōu)勢。制造具有大于 600 伏 VCES 的 PT IGBT 很困難,而使用 NPT 技術卻很容易做到。Advanced Power Technology 確實提供了一系列非??焖俚?1200 伏 PT IGBT,即 Power MOS 7 IGBT 系列。

溫度影響

對于 PT 和 NPT IGBT,開通開關速度和損耗實際上不受溫度影響。然而,二極管中的反向恢復電流會隨著溫度的升高而增加,因此電源電路中外部二極管的溫度效應會影響 IGBT 的開通損耗。對于 NPT IGBT,關斷速度和開關損耗在工作溫度范圍內保持相對恒定。對于 PT IGBT,關斷速度會降低,因此開關損耗會隨著溫度的升高而增加。然而,由于尾電流淬滅,開關損耗開始時很低。

如前所述,NPT IGBT 通常具有正溫度系數(shù),這使得它們非常適合并聯(lián)。并聯(lián)設備需要正溫度系數(shù),因為熱設備將比冷設備傳導更少的電流,因此所有并聯(lián)設備傾向于自然共享電流。然而,由于溫度系數(shù)為負,PT IGBT 不能并聯(lián)是一種誤解。PT IGBT 可以并聯(lián)是因為:

· 它們的溫度系數(shù)往往幾乎為零,有時在較高電流下為正。

· 通過散熱器共享熱量往往會迫使設備共享電流,因為熱設備會加熱其鄰居,從而降低它們的導通電壓。

· 影響溫度系數(shù)的參數(shù)往往在器件之間很好地匹配。


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