PT穿通型IGBT的结构与原理 (igbt 击穿)

PTIGBT是最早商业生产的IGBT。其内部结构如图1所示，图中同时给出在阻断状态下，内部电场与集电极-发射极电压的关系。这种IGBT以高掺杂的P+为衬底，之上是N+缓冲层，然后以N-基为外延，最后通过扩散和注入工艺构造发射极和栅极。

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由于P区和N-之间电位相差较大，当IGBT阻断正向电压时，P区只有很小区域内电场变强。而电场几乎毫无衰减地穿透N-基区，直到高掺杂的N+区。也就是当外加电压足够高时，它可以穿通整个N-基区，因而称为“穿通”型。但是电场无法延伸到P+发射区，因此并不是实际意义的穿透，无论怎样，这类IGBT的名称就这样命名了。由于N+缓冲层的存在，N-基区可以设计得薄一些。缓冲层还有第二个任务：复合部分从P+层发射的空穴。这样就降低了P+层实际发射效率，从而影响关断特性，减小拖尾电流和IGBT的电流下降时间，缓冲层可以平衡IGBT的通态损耗和开关损耗。通常半导体衬底的本征载流子浓度ni随着温度的升高而增大，所以它的等效电阻表现为负温度系数，这样半导体的等效电阻就会降低。通过一定的方法改变载流子的寿命，就可以变成正温度系数。根据掺杂和寿命设计的不同，IGBT可表现为正温度系数或者负温度系数。IGBT一般有一温度点，超过该温度后正负温度系数特性将反转。PTIGBT在室温下载流子的寿命т较短，但随着温度的升高而变长。载流子的浓度升高，即等效电阻随温度的升高而下降。这一特性被降低的载流子迁移率μ和增加的发射极-集电极端子结电阻在一定程度上抵消。总之，PTIGBT随着温度的上升，相同电流下的正向压降UCE减小，这说明PTIGBT是负温度系数的。大多数情况下，在标称电流范围内，IGBT无法从负温度系数转变为正温度系数，这样就很难实现PTIGBT的并联使用。PTIGBT在并联应用中，如果配对不理想，每个IGBT的电流会显著不均流。极端情况下，一个ICBT过载，会导致所有的IGBT过载保护，最后整个*出现故障。如果要并联使用PTIGBT，必须根据他们的饱和压降UCEsat分级或进行筛选。厂商也支持提供UCEsat分级。只有饱和压降UCEsat是在同一范围内，且相互之间有良好的热耦合设计，PTICBT才能较好地并联使用。图2为正向压降UCE和集电极电流在不同温度下关系曲线举例。