NPT非穿通型IGBT的结构与原理

早在二十世纪九十年代初，西门子(西门子的半导体部门现变为英飞凌科技)公司开发出新一代的NPTIGBT。与PTIGBT不同，NPTIGBT以低掺杂的N-基区作为衬底，是生产流程的起始点，这样P掺杂发射区就可以设计得很薄。现在用于1.2kVIGBT的芯片厚度在~μm之间，而且，不再需要PTIGBT的N型缓冲区，这样在阻断状态，电场只在N型衬底内存在。NPTIGBT内部分层结构和电场分布如图1所示，N-型衬底中的电场沿着集电极方向线性降低。因为电场不再“穿通”N型衬底，所以被称为“非穿通”IGBT。然后，根据NPTIGBT的工作原理，低掺杂N-型衬底必须设计得相对比较厚，以能够承受所有阻断电压，这样该层的损耗就成为IGBT总损耗的主要部分。

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由于背部发射区(P掺杂层)较薄，所以其中的载流子浓度不如PTIGBT中的浓度高，因而根难改变发射区中载流子寿命，或者说没有必要。相对于PTIGBT，关断时拖尾电流较低，但是持续的时间更长。相对于PTIGBT的负温度系数，NPTIGBT基本表现为正温度系数。室温下载流子寿命т较长，温度的增加对载流子寿命增加影响很小。这种情况下，载流子迁移率μ的降低和集电极及发射极接触电阻的增加将成为主导因素。然而，在非常低的正向电压或电流时，NPTIGBT仍表现为负温度系数。当电流稍微增大时，NPTIGBT表现为正温度系数，因此，NPTIGBT在实际应用时，可以认为具有正的温度系数。尽管随着温度的上升损耗会增大，但是有利于IGBT的并联。当NPTIGBT并联使用时，如果一个IGBT流过的电流过大，由于发热，温度上升。温度上升导致导通压降变大，从而降低流过的电流。这种基于负反馈的自我调整，使得NPTIGBT未经筛选就可以实现芯片或器件的并联。