Transistor Igbt

INTRODUCCIÓN
Sección de una celdilla elemental
Fuente

TEMA 6. TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA
AISLADA (IGBT)

Puerta

SiO2

óxido de puerta
n+

n+

n+

p

canal

(sustrato)

p

1016 cm-3

L

n-

1014÷15 cm-3

WD

RD

iD
n+

1019 cm-3

iD
1019 cm-3

(oblea)

Drenador

Transistor D-MOS
En un Transistor MOS para conseguir altas tensiones (BVDSS):
•Para un dopado Nd, la máxima tensión de ruptura es: BVDSS ≈
•

−5
La zona de deplexión tiene un espesor: WD ≈ 1 ⋅10 ⋅ BVDSS

• La resistividad específica es: RD ⋅ A ≈ 3 ⋅ 10

−7

⋅ BV

2.5 ÷ 2.7
DSS

1.3 ⋅1017
ND
(cm)

(Ω ⋅ cm 2 )

Gráficamente:
log(Ω⋅cm2)

6.1. INTRODUCCIÓN
6.2. TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Y CURVA
CARACTERÍSTICA I-V
6.3. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR IGBT6.3.1. Estado de Bloqueo
6.3.2. Estado de Conducción
6.4. EFECTO DE CEBADO DEL TIRISTOR PARÁSITO
INTERNO DEL IGBT (LATCH UP)
6.4.1. Efecto del Latch up
6.4.2. Métodos para Evitar el Efecto del Latch up
6.5. CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
6.5.1. Encendido
6.5.2. Apagado
6.6. ÁREA DE OPERACIÓN SEGURA
6.7. CARACTERÍSTICAS Y VALORES LÍMITE DEL IGBT

n+

BVDSS

Tema 6. IGBTTransparencia 1 de 20

Tema 6. IGBT Transparencia 2 de 20

INTRODUCCIÓN

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN

Sección de una celdilla elemental
Fuente

•
•
•
•
•

Aparece en década de los 80
Entrada como MOS, Salida como BJT
Velocidad intermedia (MOS-BJT)
Tensiones y corrientes mucho mayores que MOS (1700V-400Amp)
Geometría y dopados análogos a MOS (con una capa n mas ancha y
menos dopada)
•Soporta tensiones inversas (no diodo en antiparalelo). No el PT
• Tiristor parásito no deseado
• Existen versiones canal n y canal p

Puerta

SiO2

óxido de puerta
n+

n+

p

canal

(sustrato)

1019 cm-3
p

1016 cm-3

L

n-

1014÷15 cm-3

WD

RD

iD
n+

n+

iD

Sección de una celdilla elemental

1019 cm-3

(oblea)

Fuente

Drenador

TransistorD-MOS

SiO2

En un Transistor MOS para conseguir tensiones (BVDSS) elevadas, RD tendrá un
valor elevado al ser ND necesariamente bajo y el espesor WD grande.

Si la BVDSS del dispositivo es mayor que 200 o 300 Voltios La resistencia de la
capa n- (RD) es mucho mayor que la del canal.

óxido de puerta

Transistor n-MOS

La caída en conducción será: iD⋅RON Donde RON será la suma de lasresistividades de las zonas atravesadas por la corriente de drenador (incluyendo
la de canal).

iD

Puerta

n+

n+

n+

p

canal

L
n

-

WD

p+

Región de arrastre
del Drenador

RD

n+

1/RON

p

(sustrato)

iD

iD

n+

iD

Capa de almacenamiento
Oblea

Capa de inyección

Drenador

VDS
a) MOS de alta tensión

b) MOS de baja tensión

VDSTema 6. IGBT Transparencia 3 de 20

Transistor IGBT

Tema 6. IGBT Transparencia 4 de 20

Sólo en PT-IGBT

n+

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN. TRANSISTOR
EN TRINCHERA (TRENCHED)
S

SiO2

G

n+

p

G

TRANSISTOR IGBT. CURVA CARACTERISTICA Y
SIMBOLOS

S

ID

Avalancha

VGS

Saturación

n+

n+
p

n+

p

VRRM, Muy
bajo si es un
PT-IGBT

Canal

Corten-epitaxial
+

n -epitaxial

VDSon, Menor si
es un PT-IGBT

Avalancha

Corte

BVDSS

VDS

Curva Característica Estática de un Transistor IGBT de Canal n

p+-sustrato

C

D

iC

iD

Transistores IGBT de potencia modernos: “Transistores en Trinchera”
VCE

G

G
VGE

Microfotografía de una sección
de la puerta de un transistor
IGBT tipo Trenched

VDS

a)

EVGS

S

b)

Representación Simbólica del Transistor IGBT. a) Como BJT,
b) Como MOSFET

Tema 6. IGBT Transparencia 5 de 20

Tema 6. IGBT Transparencia 6 de 20

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR IGBT

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR IGBT

El comportamiento cortado es análogo al MOS cortado. En conducción será:

G

G

S

S
n+

n+

n+

n+

Rarrastre

p

p

n-...