IGBT内部结构过热和过流的区别

1.IGBT结构

IGBT在结构上类似于MOSFET，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET的N+基板（漏极）上增加了一个 P+基板（IGBT 的集电极），形成PN 结 J1，并由此引出漏极，栅极和源极则完全与MOSFET相似。如下图所示。

2.IGBT结构原理介绍

正是由于 IGBT 是在 N 沟道MOSFET 的N+基板上加一层P+基板，形成了四层结构，由N+基板上加一层P+基板，形成了四层结构，由PNP-NPN晶体管构成 IGBT。但是，NPN晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽可能使NPN 晶体管不起作用。所以说，IGBT 的基本工作与NPN 晶体管无关，可以认为是将 N 沟道MOSFET作为输入极，PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。

N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源极之间的 P 型区（包括 P+和 P−区，沟道在该区域形成）称为亚沟道区（Subchannel Region）。而在漏区另一侧的 P+区称为漏注入区（Drain Injector），它是 IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。为了兼顾长期以来人们的习惯，IEC 规定：源极引出的电极端子（含电极端）称为发射极端（子），漏极引出的电极端（子）称为集电极端（子），栅极引出的电极端（子）称为栅极端（子）。

IGBT 在一个正向的驱动电压作用下时，一块 P 导通型的硅材料会形成一个导电沟道。这时，导电的载流子为电子（多子）。在驱动电压消失后，该器件处于截止状态（自截止）。IGBT 在大多数情况下采用垂直式结构，栅极和发射极均位于芯片上表面，而芯片底面则构成了集电极。负载电流在沟道之外垂直通过芯片。IGBT 具有平面式栅极结构，也就是说，在导通状态下导电沟道是横向的（水平的）。

平面栅极（在现代高密度晶体管中发展为双重扩散栅极）仍是目前 IGBT 中占统治地位的栅极结构。平面式 IGBT结构是从微电子技术移植而来的，其集电极由 P+阱区构成，位于芯片表面。负载电流水平地流经芯片。借助于一个氧化层，N区可以与衬底相互隔离，从而有可能将多个相互绝缘的 IGBT与其他器件一起集成于一个芯片上。

由于平面式晶体管的电流密度仅能达到垂直式结构的30%，因而明显地需要更大的安装面积，所以，平面式晶体管主要用在复杂的单芯片电路中。从构造上来看，IGBT 由众多的硅微单元组成。每25px2芯片上的单元数可达 1 × 10^5（高耐压 IGBT）。

3.IGBT过热和过流的区别

半导体器件承受电流的能力受热约束或者增益（跨导）的限制，当电流超过热能力后，IGBT 的跨导达到最大值。而在芯片面积相同的双极型晶体管中，当电流在工作范围以内时，双极型晶体管的增益将大大降低。IGBT与功率MOSFET 一样是无“增益限制”的。

当电流非常大时，IGBT 的跨导减小，如在短路状态下，随着温度升高，跨导进一步减小，这样可保护 IGBT。当栅极电压为 15V 时，在短路状态下，IR 公司标准 IGBT的电流密度可达 10～20A/mm2。如此高的跨导使IGBT具有非常好的开关特性和导通特性。