不同結構的IGBT特點及工作原理

(1)p溝IGBT
  在數字秒儀表控制電路中常常采用互補器件技術來提高電路的負載能力和抗干擾能力，降低功耗。譬如n溝MOS與p溝MOS并聯組成的CMOS結構。p溝IGBT即是為此目的而開發。由于硅中空穴的遷移率只有電子遷移率的1/3左右，相同尺寸p型溝道的通態電阻是n型溝道的3倍左右，所以p溝功率MOS很少使用。但是IGBT的情況有所不同。由于集電結J1的注入作用，p溝IGBT正向導通時由集電區注入到長基區的是遷移率高的電子，其電導調制效果比n溝IGBT強，在柵壓足夠高的線性工作區狀態下，這足以彌補溝道電阻的增高。n溝IGBT的溝道電阻雖然相對較低，但其J1結向基區注入的是遷移率較低的空穴。所以，在條件相同的情況下，p溝IGBT和n溝IGBT的通態壓降其實很接近，使之更適合于互補結構的應用。
 
  (2)高壓IGBT
  跟功率MOS一樣，提高IGBT的阻斷電壓也需要提高其長基區的材料電阻率，并增加其寬度。但是，由于j1結的高密度少子注入，長基區的材料電阻率對通態壓降并無多大影響。IGBT的通態壓降主要決定于長基區的寬度。當IGBT的阻斷電壓隨長基區的加寬和材料電阻率的增高而提高時，與相同條件下的功率MOS相比，其通態壓降的增加要小得多。用阻斷電壓分別為300V、600V和1200V的對稱結構IGBT器件所作的通態特性比較測試結果表明，IGBT的通態電流密度近似地隨著擊穿電壓值的平方根的增加而減小。電流密度以這種較為平緩的比率減小的特點，表明了開發高壓大電流IGBT的可行性。
 
  (3)高溫IGBT
  如前所述，IGBT的MOSFET部分和pin二極管部分互補的高溫特性使其很適于在高溫環境下使用，尤其是針對高溫應用目的而充分利用了這種互補性而設計的高溫IGBT。這種器件在額定電流下的通態壓降幾乎不隨溫度變化，而在最高允許電流下具有一定大小的正溫度系數，從而確保良好的均流效果，有利于組裝大電流模塊。高溫IGBT通常都采用圖1所示的短基區局部短路的非對稱器件結構，進一步防止寄生晶閘管在高溫工作狀態下可能發生的自鎖效應。

 

 
  (4)槽柵IGBT
  槽柵IGBT的柵極結構與圖2所示的UMOS相同，可將其看成是將UMOS的n+襯底換成p+襯底的結果，因而又叫UMOS-IGBT。與UMOS類似，其U形槽必須挖到j2結之下，以使n+發射極與n基區之間能夠用柵壓感應的n型溝道連通。如此一來，槽柵IGBT中就消除了DMOS和平面柵IGBT中都存在的累積層電阻Ra和寄生JFET電阻Rj。此外，槽柵結構可以縮小器件單元的中心距，使溝道密度增加。因此槽柵IGBT的通態特性有很大改善，在n基區額外載流子壽命較高的場合，其通態壓降相對于平面柵IGBT能降低大約1/3；在為了提高開關速度而降低額外載流子壽命的情況下，這兩種結構的通態壓降會相差更大。槽柵IGBT的抗自鎖能力也比平面柵IGBT高。這歸因于槽柵結構中空穴電流路徑的改變。