Concept de conception de transistor bipolaire à grille isolée

Le concept de conception du transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) se concentre sur l'intégration des avantages des MOSFET de puissance et des transistors à jonction bipolaire (BJT/GTR) pour surmonter les limites d'un seul dispositif dans les applications à haute tension et courant élevé.

 

Concept de conception de base

Structure composite, complémentarité des forces et des faiblesses
L'IGBT combine l'impédance d'entrée élevée, le fonctionnement piloté par la tension et les caractéristiques de commutation rapide des MOSFET avec la faible chute de tension de conduction et les caractéristiques de densité de courant élevée des BJT, formant ainsi un dispositif hybride de « contrôle de tension + conduction bipolaire ».

 

Mise en œuvre de la modulation de conductivité pour réduire la perte de conduction
En injectant des porteurs minoritaires (trous) dans la région de dérive N⁻, l'effet de modulation de conductivité réduit considérablement la résistance à l'état passant, permettant à l'IGBT de maintenir une faible tension de saturation (Vce(sat)) même à haute tension, bien supérieure aux MOSFET avec la même tension nominale.

 

Structure verticale à quatre -couches (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimisant la tenue en tension et la capacité de courant
Utilisant une structure de conduction verticale, la région de dérive N⁻ épaisse et légèrement dopée supporte un blocage haute tension, tandis que le collecteur P⁺ injecte efficacement des trous, équilibrant la tenue à haute tension et la grande capacité de transport de courant.

 

Le contrôle d'isolation de grille MOS simplifie le circuit de commande
La grille contrôle la formation de canaux à travers une couche d'isolation SiO₂ et peut être pilotée uniquement par la tension de grille, nécessitant une puissance de commande minimale et éliminant le besoin d'un courant de base continu comme un BJT.

 

Prend en charge une fréquence de commutation élevée et une densité de puissance élevée
Par rapport aux thyristors ou aux GTO, les IGBT ont des vitesses de commutation plus rapides (jusqu'à une centaine de kHz) et, grâce aux progrès technologiques (tels que les structures de micro-génération-tranchées et d'arrêt de champ-de champ-de septième génération), la densité de puissance continue d'augmenter, ce qui les rend adaptés aux scénarios à haute-fréquence et à haut-efficacité tels que les véhicules à énergie nouvelle, les onduleurs photovoltaïques et les entraînements industriels à fréquence variable.