iegt—电力半导体器件家族中的新成员

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1、IEGT—电力半导体器件家族中的新成员

2、第1摘要：本文介绍了注入增强栅晶体管IEGT的基本工作原理、参数限制、工作特性，并与其他电力半导体器件进行了比较，最后举例说明了其应用。TheFamilyofPoiconductorDevice’sFleshBlood—IEGTXi’anPetroleumInstituteLiHongAbstract:Thepaperintroduceseterrestrict，iconductordevice，finallyitillustratestheapplication.1引言众所

3、周知，人类第一个晶闸管(SCR)发明到今已近50年。电力电子成套装置不断对电力半导体器件提出新的、更高的要求，这些要求可概括为dv/dt和di/dt尽可能的高，开关速度尽可能的快，通态压降尽可能的低，而通流能力尽可能的大。这些要求成为电力半导体器件发明和进步的直接推动力，促使如今电力半导体器件并已形成了一个庞大的家族。几年前人们普遍看好MOS控制晶闸管MCT，由于这类器件压降低于IGBT，并且无二次击穿现象，dv/dt和di/dt可分别达到2000V/μs和20000A/μs以上，应用它可以制成无缓冲器的变流器，所

4、以，有人当时过早断言“MCT将把所有电力半导体器件赶进棺材，并钉上最后一颗钉子。”但过了七、八年，由于当今电力半导体工艺水平和材料的限制，极低的成品率和昂贵的成本导致MCT相继被美国GE公司和Harris公司暂停研究，几乎到了被打入冷宫的地步。集成门极换向晶闸管IGCT和注入增强栅晶体管IEGT的发明，给电力半导体器件带来了新的生机。本文旨在探讨IEGT的工作原理、参数和特性，并举例说明其应用。2IEGT的工作原理和特性及参数2.1工作原理IEGT的基本结构电路及符号如图1所示，它对外引出共3个端子，分别称为集电极

5、C、发射极E和栅极G。最先由日本东芝公司开发并投放市场，其开通过程和关断过程如图2的a与b所示，其工作过程可分析如下：500)this.style.ouseg(this)">图1IEGT的结构与符号500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">a)开通过程b)关断过程图2IEGT的开通与关断机理示图(1)开通过程IEGT的开通过程如图2a所示。当在IEGT的栅-射极之间及集-射极之间加上正向电压时，由于IEGT横向门极长度较长，N区的横向电阻较大，限

6、制了空穴，电子在P区的表面形成反向垫垒，因而导致注入的电子从发射极通过该势垒向N区移动，引起电子在该电场的作用下，大量从集电极向N区朝着P区移动，而空穴则直接通过发射极电场漂移，但仍有一部分空穴在靠近门极的区域积累起来。这部分积累起来的空穴使从N区发射极注入的电子越来越多，以后重复上述过程形成正反馈，最终使载流子全部存贮在N区，结果便使IEGT导通。(2)关断机理IEGT的关断机理可由图2b所示的模型来分析，当IEGT的栅-射极加上反向电压时，原在栅极P区表面形成的反向势垒便消失了，因而从N区发射极注入的电子便停止

7、。同样从P区集电极注入的空穴也就停止运动，积存在N区的多余电子和空穴互相中和，多余的电子回到集电极重新与空穴中和，而多余的空穴回到发射极与电子中和，从而使开通时形成的反向势垒消失，进而使N区的载流子停止运动，IEGT也就快速关断。2.2IEGT的特性IEGT的工作特性主要有开通特性和关断特性，分别如图3a与图3b所示，其特性可分析如下：500)this.style.ouseg(this)">a)开通特性b)关断特性图3IEGT的开通与关断特性示图(1)开通特性图3a给出了IEGT的开通特性。开通特性可以分为三段来分

8、析。第一阶段(Ⅰ)：尽管控制电路输入的栅极控制信号，使IEGT栅极电位从关断态的低电平(OV)变为要求IEGT导通的高电平(+15V)，但由于栅-射极间分布电容CGE的充电，栅-射极驱动信号经过一段延时(td(on))后，上升到接近栅-射极开通电压VGE(on)。第二阶段(Ⅱ)：由于VGE≥VGE(on)，从IEGT集电极注入的电子逐渐增多，集电极电流IC缓慢上升。由于IC增加，集-射极电压仍然维持原电压值不变。此阶段因位移电流的影响，VGE基本上保持在VGE(on)不变。第三阶段前半段(Ⅲa)：由于IC增加，栅极

9、与集电极分布电容的影响迅速减小，因而位移电流迅速下降。当VGE上升到+15V时，使从N区发射极注入的电子迅速增加，加速了电子向集电极运动及空穴向发射极运动的速度使IC快速上升。这种从发射极注入电子的过程，是一个快速的、不稳定的过程。第三阶段后半段(Ⅲb)：到达稳态后，IC的增加停止，空穴和载流子的运动进入稳定状态，从而完成了IEGT的开通。(2)关断特性图3