Dalam struktur permukaan IGBT semasa, jenis planar dan parit boleh dikatakan padan sama rata. Apabila ramai pembaca pertama kali menemui kedua-dua istilah ini, mereka mungkin tersilap berfikir bahawa arus IGBT satah mengalir secara mendatar, manakala arus IGBT pintu parit mengalir secara menegak. Sebenarnya, ini adalah salah faham. Tidak kira sama ada IGBT jenis planar atau parit, arus mengalir secara menegak. Selain itu, untuk semua peranti elektronik kuasa yang kita kenali, seperti IGBT, MOSFET, thyristor, dan diod kuasa, untuk memenuhi keperluan tahan voltan, arus dibuat untuk mengalir secara menegak. Untuk IGBT, arus lubang mengalir dari elektrod pengumpul belakang ke elektrod pemancar hadapan; arus elektron mengalir dari pemancar, melalui saluran penyongsangan permukaan, dan mengalir ke pengumpul belakang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Arah aliran semasa dalam IGBT

Kita semua tahu bahawa berbanding dengan IGBT planar, IGBT pintu parit boleh mengurangkan penurunan voltan dalam keadaan dengan ketara tanpa meningkatkan kerugian turn-off. Jadi, bagaimana pintu parit mencapai ini? Ia mempunyai tiga "helah": penghapusan kesan JFET, peningkatan ketumpatan saluran, dan peningkatan kepekatan pembawa dekat permukaan.

Penghapusan Kesan JFET

Perbezaan utama antara struktur get parit dan struktur get planar terletak pada orientasi saluran terbalik di kawasan pemancar jenis P apabila IGBT dihidupkan. Dalam struktur pintu parit, saluran terbalik adalah menegak dan bukannya mendatar.

Rajah 2. Gambar rajah skema saluran terbalik dalam IGBT planar dan parit-gerbang.

Dalam IGBT get planar, semasa pengaliran hadapan, persimpangan PN yang terbentuk antara telaga-P dan kawasan-n-hanyut berada dalam keadaan pincang songsang sedikit. Ini mengakibatkan pembentukan kawasan caj ruang dengan lebar tertentu, yang menduduki jumlah ruang tertentu. Akibatnya, arus hanya boleh mengalir melalui ruang yang agak sempit, meningkatkan impedans di sepanjang laluan semasa.

Rajah 3. Kesan JFET dalam get planar IGBT.

Oleh itu, dalam IGBT get planar, dalam arah aliran elektron, terdapat rintangan saluran Rchannel, rintangan JFET RJFET, dan rintangan rantau drift Rn-. Sebaliknya, dalam IGBT pintu parit, struktur parit menegak menghilangkan rantau JFET, menghasilkan impedans keseluruhan yang lebih rendah di sepanjang laluan semasa.

Rajah 4. Perbandingan impedans pada keadaan antara IGBT planar dan parit-pintu.

Kepekatan pembawa dekat permukaan meningkat.

Untuk IGBT get planar, kepekatan pembawa secara beransur-ansur berkurangan daripada pengumpul kepada pemancar. Matlamat reka bentuk IGBT generasi baharu adalah untuk mengekalkan pengedaran seragam kepekatan pembawa antara pengumpul dan pemancar, sebaik-baiknya dengan peningkatan beransur-ansur. Ini boleh mengurangkan lagi kehilangan pengaliran tanpa menjejaskan arus ekor dan kerugian mematikan. Rajah di bawah menunjukkan taburan kepekatan pembawa di kawasan hanyut bagi tiga struktur berbeza IGBT. Kita dapat melihat bahawa berhampiran kawasan pemancar, kepekatan pembawa dalam IGBT pintu parit jauh lebih tinggi daripada IGBT pintu satah. Oleh itu, dalam IGBT pintu parit, lebar parit dan jarak yang sesuai boleh meningkatkan kepekatan pembawa dalam lapisan permukaan berhampiran kawasan N-, dengan itu mengurangkan rintangan rantau hanyut Rn-.

Rajah 5. Taburan kepekatan pembawa dalam IGBT.

Peningkatan ketumpatan saluran

Berbanding dengan IGBT pintu satah, struktur menegak parit-IGBT menghilangkan kawasan yang diperlukan untuk membuat saluran konduktif pada permukaan silikon, yang membolehkan reka bentuk sel yang lebih padat. Ini bermakna lebih banyak sel IGBT boleh dibuat dalam kawasan cip yang sama, menghasilkan saluran konduktif yang lebih luas dan rintangan saluran yang lebih rendah.

Walaupun peningkatan pesat IGBT parit, IGBT pintu satah masih mendapat tempat mereka. Penggerak pertama tidak ketinggalan kerana parit-IGBT masih mempunyai beberapa cabaran untuk diatasi.

Teknologi untuk menggali dinding parit licin adalah sukar. Lebar parit bagi gerbang parit biasa IGBT hanya 1-2 μm, dan kedalaman mesti mencapai 4-5 μm, atau lebih dalam. Parit terukir ke dalam permukaan silikon menggunakan kakisan asid, dan kawalan tepat ke atas lebar dan kedalaman parit adalah amat sukar. Selain itu, dinding parit mestilah sehalus dan bebas kecacatan yang mungkin, kerana permukaan yang tidak rata boleh memberi kesan kepada voltan kerosakan dan mengurangkan hasil. Sudut di bahagian bawah parit juga mestilah sangat licin; jika tidak, medan elektrik akan tertumpu pada ketika ini dan menjejaskan daya tahan voltan secara serius. Oleh itu, terbukti bahawa teknologi parit-IGBT jauh lebih sukar daripada teknologi IGBT pintu satah.

Saluran konduktif yang lebih luas akan meningkatkan arus semasa litar pintas IGBT. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ketumpatan saluran tinggi parit-IGBT mengurangkan rintangan saluran, tetapi salah satu kelemahan yang sepadan ialah peningkatan arus litar pintas. Dalam kes yang paling teruk, arus litar pintas boleh menjadi sangat besar sehingga merosakkan IGBT dalam masa yang sangat singkat. Untuk menjadikan IGBT mampu menahan litar pintas sehingga 10 mikrosaat (di bawah keadaan ujian tertentu), lebar saluran dan sel bersebelahan perlu direka bentuk dengan sangat berhati-hati, contohnya, dengan meningkatkan jarak antara sel untuk mengurangkan bilangan sel berkesan bagi setiap kristal tunggal. Kaedah lain adalah bukan untuk menyambungkan semua pintu kepada pintu yang sama, tetapi untuk memendekkan pintu beberapa sel dengan pemancarnya. Teknik ini dipanggil teknologi insert-merged-cell. Dengan menggunakan kaedah ini, ketumpatan saluran boleh dikurangkan, sekali gus mengurangkan arus litar pintas dan meningkatkan keupayaan litar pintas peranti.