中能微电子
IGBT系列
中能微电子是由国内资深研发团队、销售精英团队发起成立的、以高性能功率器件研发与销售为主的技术驱动型半导体芯片设计企业。公司总部位于厦门海沧区半导体设计产业园，属于国家重点扶持的高新企业。本文将为大家介绍IGBT系列产品。
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关于IGBT的介绍
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）又称为绝缘栅双极型晶体管。是由BJT(双极型晶体管) 和MOS(金属氧化物半导体场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件，其具有自关断的特征。简单来讲，它是一个非通即断的开关装置，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时可以看做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET这两种器件的优点，IGBT既有MOSFET的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，是电力电子领域较为理想的开关器件。
IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
01
IGBT 的工作原理和内部结构
IGBT剖面图、等效电路及符号
IGBT的工作原理如上图所示，若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V时，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT内部有三个端子，分别为集电极、发射极和栅极，端子上都附有金属层。IGBT结构是一个四层半导体器件。四层器件是通过组合PNP和NPN晶体管来实现的，它们构成了PNPN排列。
IGBT内部结构图
IGBT是由MOSFET和GTR技术结合而成的复合型开关器件，是通过在功率MOSFET的漏极上追加p+层而构成的，性能上也是结合了MOSFET和双极型功率晶体管的优点。N+区称为源区，附于其上的电极称为源极(即发射极E)；P+区称为漏区，器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极(即门极G)。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的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，向漏极注入空穴，进行电导调制，以降低器件的通态压降。附于漏注入区上的电极称为漏极(即集电极C)。
02
IGBT的分类
一、IGBT在应用层面通常根据电压等级划分
〡、低压IGBT：
指电压等级在1000V以内的IGBT器件，例如常见的650V应用于新能源汽车、家电、工业变频等领域。
〢、中压IGBT：
〣、高压IGBT：
指电压等级3300V及以上的IGBT器件，比如3300V和6500V应用于高铁、 动车、智能电网，以及工业电机等领域。
二、在产品层面通常根据封装方式分类
〡、IGBT单管：
封装规模较小，一般指封装单颗IGBT芯片，电流通常在50A以下，适用于消费、工业家电领域。
〢、IGBT模块：
IGBT最常见的形式，是将多个IGBT芯片集成封装在一起，功率更大、散热能力更强，适用于高压大功率平台，如新能源车、光伏、高铁等。
〣、功率集成（IPM）：
指把IGBT模块加上散热器、电容等外围组件，组成一个功能较为完整和复杂的智能功率模块。
三、从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：
〡、IGBT纵向结构：
带缓冲层的PT型、非透明集电区NPT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型；
〢、IGBT栅极结构：
平面栅结构、Trench沟槽型结构；
〣、硅片加工工艺：
外延生长技术、区熔硅单晶；
IGBT的主要应用领域
IGBT作为工业控制及自动化领域的核心元器件，能够根据信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的，被称为现代电力电子行业里的“CPU”，广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等众多领域。
01
新能源汽车
IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。针对车规级IGBT模块的特殊要求，IGBT技术正朝着小型化、低功耗、耐高温、高安全和智能化的方向发展。IGBT模块占电动汽车成本将近10％，占充电桩成本约20％。它主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：
电动控制系统大功率直流／交流（DC／AC）逆变后驱动汽车电机。
车载空调控制系统小功率直流／交流（DC／AC）逆变，使用电流较小的IGBT和FRD。
智能充电桩及逆变器中IGBT模块被作为开关元件使用。
02
智慧电网
IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：
从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。
从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。
从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的关键器件。
从用电端来看，白电、微波炉、电磁炉、驱动电源等都对IGBT有大量的需求。
03
轨道交通
IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。
04
家电行业
家电行业是IGBT器件的稳定市场。变频空调、冰箱、洗衣机的核心控制部件是变频控制器，它承担了电机驱动、PFC功率校正 以及相关执行器件的变频控制功能。而变频控制器很重要的一环就是IPM模块，IPM将功率器件芯片（IGBT+FRD或高压 MOSFET）、控制IC和无源元件等这些元器件高密度贴装封装在一起，通过IPM，MCU就能直接高效地控制驱动电机，配合白家电实现低能耗、小尺寸、轻重量及高可靠性的要求。
中能微电子一直致力于推进中国半导体产业的国产化进程，依托产学研资源优势，结合自身研发和知识产权专利技术的积累，推出基于第七代技术路线的微沟槽栅-场截止型FS-Trench-IGBT，实现了更好的沟槽密度，改善了闩锁电流密度，元胞间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而提高了开关性能，对短路电流能力也进行了优化，持续提升产品性能。
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原文始发于微信公众号（中能微电子）：中能微电：一文带你了解IGBT!
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