IGCT的缓冲层与浅层发射极

    IGCT的工作原理表明，IGCT是在GTO芯片基础上进行设计的，但由于传统的GTO技术为降低场强而增加了芯片厚度，从而使通态压降和开关损耗增大，为此IGCT采用了新的器件设计技术。IGCT芯片源于GTO技术，因而可沿用部分GTO的工艺。为了充分降低功耗和元件数目，在IGCT中主要采用了以下几种技术。

    如图1-25所示，标准晶体管的反向PN结（N- P+结）电场为三角形分布。PN结的阻断电压为电场对N基区厚度（即片厚）的积分，因此片厚随阻断电压提高而成正比增加，从而导致通态压降和开关损耗随之提高。图1-26为采用缓冲层，即N- NP+结构及场强分布，它的Ⅳ基区的电场分布是一条恒定而不是下降呈三角形的特性曲线，这样，采用更薄的硅片即可达到相同的阻断电压，从而可提高器件的效率。相关计算表明，在一个4.5kV的IGCT中，采用缓冲层结构芯片的厚度大约可减小1/3。然而，过去却很难在GTO中采用这种缓冲层设计，其主要问题在于开通时缓冲层提高了阳极短路点的效率。由于高电导率的缓冲层位于阳极与N基区之间，致使流过N基区的电流被缓冲层收集，然后沿阳极结横向流入短路点。因此，缓冲区中的电压降比无缓冲层的类似结构要低，为了保证器件具有良好的开通特性，必须减少阳极短路点的数量，但这又将使关断特性变坏。为解决这一问题，可将缓冲层与较薄且均匀而又低效的浅层发射极结合在一起。设计阳极浅层发射极时要使电子在其中具有很高的穿透几率而不会引发空穴注入，因为电子穿透阳极就像阳极被短路那样，即阳极对电子是透明的，所以称为浅层发射区，其中有部分电子在金属电极界面处复合，而不会产生空穴注入。因此，不用阳极短路仍可降低发射极效率。这样，在开通期间产生空穴注入的阳极电流不再像阳极短路GTO那样依赖于横向压降，在关断期间，电子也不再被束缚在N基区中，因而拖尾过程很短。

    图1-25    标准晶体管的场强与厚度的关系

    图1-26    带缓冲层的晶体管的场强与厚度的关系

    带有缓冲层的IGCT被认为是理想的门极硬驱动器件，与标准驱动方式不同，IGCT在硬驱动条件下，其阴极在主阻断结建立电场以前就已停止注入电子，器件完全按晶体管模式关断。这时，由于是均匀关断，产生的热量亦均匀分布，从而实现了完全受控的均匀关断过程。

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