سروس ہاٹ لائن
پاور ڈیوائسز 20ویں صدی کے وسط میں نمودار ہوئیں۔ تقریباً 30 سال کی ترقی کے بعد، MOS اور BJT ٹیکنالوجی کے امتزاج نے IGBT ٹیکنالوجی کو جنم دیا۔ مسلسل اپ ڈیٹ کرنے کے بعد، IGBT کو گاڑیوں، ویلڈنگ، ایرو اسپیس اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ یہ مقالہ IGBT کے ڈھانچے اور کام کے اصول کو متعارف کرایا ہے، اور الیکٹرک گاڑیوں کے میدان میں اس کے اطلاق کو واضح کرتا ہے، جو کہ پریکٹیشنرز کے لیے IGBT کے اصول اور الیکٹرک گاڑیوں کے میدان میں اس کی تکنیکی ترقی کو پوری طرح سے سمجھنے میں مددگار ہے۔گلوبل وارمنگ اور ماحولیاتی بگاڑ کی شدت کے ساتھ، توانائی کے تحفظ اور اخراج میں کمی کے دباؤ کو کم کرنے کے لیے، چین نے ایک اعلیٰ ہدف پیش کیا ہے۔ توانائی کی بچت اور اخراج میں کمی کے ہدف کو حاصل کرنے کے لیے، چین توانائی کی نئی گاڑیوں کی ترقی کی بھرپور حمایت کرتا ہے۔ الیکٹرک وہیکل پاور ٹرین کا کور انرجی کنورژن یونٹ ٹریکشن انورٹر بیٹری سے ڈی سی آؤٹ پٹ کو تھری فیز اے سی میں تبدیل کر سکتا ہے۔ گاڑی کا بار بار سٹاپ سٹاپ انورٹر میں پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کو مختلف اثرات کو برداشت کرنے کا سبب بنتا ہے۔ انورٹر کی طاقت کی کثافت کا الیکٹرک گاڑی کے پاور آؤٹ پٹ سے گہرا تعلق ہے۔ آٹوموٹو پاور ماڈیولز کے پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز میں بنیادی طور پر سلکان کاربائیڈ پر مبنی پاور میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر اور انسولیٹڈ گیٹ بائی پولر ٹرانزسٹر (IGBT) شامل ہیں۔
IGBT کمپاؤنڈ مکمل طور پر کنٹرول شدہ وولٹیج سے چلنے والی پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائس سے تعلق رکھتا ہے، جو بائپولر ٹرانزسٹر اور انسولیٹڈ گیٹ فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر پر مشتمل ہے، اور اس میں ہائی ان پٹ مائبادی اور کم کنڈکشن وولٹیج ڈراپ کے فوائد ہیں۔ وشال ٹرانزسٹر کی سنترپتی وولٹیج کم ہے، موجودہ کثافت زیادہ ہے، لیکن کام کرنٹ زیادہ ہے۔ میٹل ہاف ایفیکٹ ٹرانزسٹر میں کام کرنے کی طاقت اور تیز رفتار سوئچنگ ہوتی ہے، لیکن اس میں بڑی سوئچنگ وولٹیج ڈراپ اور کم کرنٹ لے جانے والی کثافت ہوتی ہے۔ IGBT کو آن کرنے کے بعد کم بجلی کی کھپت ہوتی ہے، جسے کنڈکٹر کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے، اور بند ہونے پر زیادہ مزاحمت، جسے اوپن سرکٹ کے طور پر شمار کیا جا سکتا ہے۔ اس میں ہائی وولٹیج، تیز کرنٹ اور تیز رفتار، کم کام کرنے کی طاقت اور کم سنترپتی وولٹیج کی تین خصوصیات ہیں، اور یہ 600 V یا اس سے اوپر کے DC وولٹیج والے کنورٹر سسٹمز کے لیے موزوں ہے۔ چونکہ الیکٹرک گاڑیوں میں وولٹیج کی مزاحمت، اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت، حرارت کی کھپت اور بجلی کے آلات کے استحکام کے لیے اعلیٰ تقاضے ہوتے ہیں، اس لیے IGBT کی MOSFET ٹرانزسٹروں سے بہتر جامع کارکردگی ہوتی ہے۔ لہذا، IGBT اس وقت الیکٹرک گاڑیوں کے انورٹر میں مین اسٹریم پاور ڈیوائس بن گیا ہے، اور اس میں ترقی کی زبردست صلاحیت ہے۔ IGBT میں ایک گرڈ G، ایک کلکٹر C اور ایک emitter E ہے، اور یہ تین ٹرمینل ڈیوائس ہے۔ IGBT میں P+ امپلانٹیشن ریجنز کی دو پرتیں ہیں، جو ایک بڑا PN جنکشن J1 بناتی ہیں۔ جب IGBT سرکٹ سے منسلک ہوتا ہے، کچھ کیریئرز انجیکشن ریجن P+ سے بیس ریجن N میں خارج ہوتے ہیں، جو بڑھے ہوئے علاقے کی چالکتا کو ایڈجسٹ کر سکتے ہیں۔ لہذا، IGBT ایک مضبوط موجودہ صلاحیت ہے. بفر ریجن P+ امپلانٹ ریجن اور N- ڈرفٹ ریجن کے درمیان ایک N+ پرت ہے۔ آیا بفر میں آئی جی بی ٹی ہے یا نہیں مختلف خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ N+ بفر کے ساتھ IGBT کو غیر متناسب IGBT (جسے پنچ تھرو IGBT بھی کہا جاتا ہے) کہا جاتا ہے، جس میں چھوٹے فارورڈ وولٹیج ڈراپ، شارٹ ڈاگ ٹرن آف ٹائم اور چھوٹے دم کرنٹ کے فوائد ہوتے ہیں، لیکن اس کی ریورس بلاک کرنے کی صلاحیت نسبتاً کمزور ہے۔ این بفر کے بغیر آئی جی بی ٹی کو سڈول آئی جی بی ٹی (جسے نان پنچ تھرو آئی جی بی ٹی بھی کہا جاتا ہے) کہا جاتا ہے، جس میں آگے اور معکوس سمتوں میں مضبوط بلاک کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے، اور اس کی دیگر خصوصیات پنچ تھرو آئی جی بی ٹی سے بدتر ہیں۔
IGBT ڈرائیونگ سرکٹ IGBT ڈرائیونگ سرکٹ ایک ڈارلنگٹن ڈھانچہ ہے جو GTR اور MOSFET پر مشتمل ہے، جو گیٹ کے مثبت اور منفی وولٹیج کو کنٹرول کرکے آن اور آف کیا جاتا ہے۔ جب گیٹ وولٹیج مثبت ہوتا ہے، تو GTR اور MOSFET پر مشتمل ڈارلنگٹن ٹرانزسٹر چلتی حالت میں ہوتا ہے۔ جب گیٹ وولٹیج منفی ہوتا ہے، تو GTR اور MOSFET پر مشتمل ڈارلنگٹن ٹرانزسٹر آف حالت میں ہوتا ہے، یعنی یہ کام نہیں کرتا۔ IGBT ڈرائیو سرکٹ کے مساوی سرکٹ ڈایاگرام کو شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ سرکٹ سنگل چپ مائکرو کمپیوٹر کی پلس آؤٹ پٹ پاور کو بالواسطہ IGBT پاور ڈیوائسز کو کام کرنے کے لیے بڑھا سکتا ہے۔ وولٹ-ایمپیئر کی خصوصیت کا وکر IGBT بائپولر وشال ٹرانزسٹر کی طرح ہے۔ جب کنٹرول وولٹیج UGE بڑھتا ہے، خصوصیت کا وکر اوپر کی طرف بڑھتا ہے۔ UGE کی سطح کو تبدیل کرنے سے IGBT کی حالت کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے (آف اسٹیٹ، سنترپتی حالت)، لہذا یہ اکثر بجلی کی فراہمی کے سوئچنگ میں استعمال ہوتا ہے۔
سلیکون ویفر اور پاور MOSFET کے ڈھانچے میں فرق یہ ہے کہ IGBT میں پاور MOSFET سے زیادہ P+ سبسٹریٹ اور N+ بفر پرت ہے (IGBT میں NPT- non-punch-through سٹرکچر نہیں ہے)، اور سبسٹریٹ کا استعمال کرتے ہوئے P_ ریجن اور N+ ریجن کے درمیان J1 جنکشن قائم کیا جاتا ہے۔ اگر مثبت گیٹ تعصب گیٹ کے نیچے P بیس کے علاقے کو الٹ دیتا ہے، تو IGBT کے اندر ایک N چینل بن جائے گا۔ اس وقت، چینل میں ایک الیکٹران کا بہاؤ اور ایک کرنٹ بن جائے گا۔ جب تشکیل شدہ الیکٹران کرنٹ کا وولٹیج 0.7 V کی حد کے اندر ہوتا ہے، تو P_ خطے اور N+ خطے میں قائم J1 آگے کی طرف متوجہ ہوتا ہے، اور کچھ سوراخ N- خطے میں داخل ہوتے ہیں، جو N-علاقے اور N+ خطے کے درمیان مزاحمت کو تبدیل کر دیتے ہیں۔ ایڈجسٹمنٹ کا یہ طریقہ IGBT ترسیل کی توانائی کی کھپت کو کم کرتا ہے اور دوسرا چارج فلو چلاتا ہے۔ دو مختلف کرنٹ ٹوپولاجیز، ایک MOSFET الیکٹران کرنٹ اور ایک ہول کرنٹ (بائپولر)، عارضی طور پر سیمی کنڈکٹر میں ظاہر ہوتے ہیں۔
2. کنڈکشن وولٹیج ڈراپ
کنڈکٹنس ماڈیولیشن اثر مزاحمتی RN اور آن سٹیٹ وولٹیج کی قدر کو کم کر سکتا ہے۔ نام نہاد آن سٹیٹ وولٹیج ڈراپ سے مراد ٹیوب وولٹیج ڈراپ UDS ہے جب IGBT آن سٹیٹ میں داخل ہوتا ہے، اور UCS بڑھنے کے ساتھ یہ وولٹیج کم ہو جاتا ہے۔
3. بند کرو
جب گیٹ پر منفی تعصب وولٹیج لاگو کیا جاتا ہے یا گیٹ وولٹیج تھریشولڈ ویلیو سے کم ہوتا ہے، تو کوئی چینل نہیں بنے گا اور کوئی سوراخ N- ریجن میں داخل نہیں ہوگا۔ تمام صورتوں میں، اگر سوئچنگ مرحلے میں MOSFET کرنٹ بہت تیزی سے گرتا ہے، تو کلیکٹر کرنٹ کم ہو جائے گا۔ اس وقت، کمیوٹیشن شروع ہونے کے بعد، کچھ کیریئر ابھی بھی N خطے میں باقی ہیں۔ ٹرن آف پر چارج کی کثافت بقایا موجودہ قدر کی کمی کو براہ راست متاثر کرے گی۔ چارج کثافت کا تعلق نجاست کی تعداد اور ٹوپولوجی، تہوں کی موٹائی اور درجہ حرارت وغیرہ سے ہے۔ اس لیے بقایا کرنٹ ویلیو (ویک) کو کم کرنا بہت سے عوامل اور غیر یقینی سے متاثر ہوتا ہے۔ کلیکٹر کرنٹ N خطے میں کچھ بقایا کیریئرز کے زوال سے متاثر ہوتا ہے، اور خصوصیت سے ویک ویوفارم ظاہر ہوتا ہے۔ خصوصیت والا کلیکٹر ویک زیادہ بجلی کی کھپت اور خراب ترسیل جیسے مسائل کا سبب بنے گا۔ فری وہیلنگ ڈائیوڈ کے آلات میں اس قسم کا مسئلہ زیادہ نمایاں ہوگا۔ چونکہ بقایا کرنٹ کا اقلیتی کیریئرز کے دوبارہ امتزاج سے گہرا تعلق ہے، اس لیے بقایا کرنٹ کی موجودہ قدر کا Tc، IC، UCE اور چپ کی سوراخ کی نقل و حرکت کے ساتھ ایک اہم تعلق ہونا چاہیے۔
4. ریورس بلاکنگ
اگر کلکٹر کو ریورس وولٹیج ملتا ہے تو P_ ریجن اور N+ ریجن کا J جنکشن ریورس بائیس وولٹیج سے متاثر ہوگا۔ ایک ہی وقت میں، مسدود کرنے کی صلاحیت ختم ہو جائے گی کیونکہ پرت کی موٹائی بہت زیادہ کم ہو جاتی ہے، اور کمی کی پرت N- خطے تک پھیل جائے گی۔ اس کے علاوہ، اگر خطے کا سائز ایک خاص قدر سے بڑھ جاتا ہے، تو وولٹیج ڈراپ مسلسل بڑھے گا۔
5. فارورڈ بلاکنگ
اگر کلکٹر ٹرمینل کو مثبت وولٹیج ملتا ہے اور گیٹ اور ایمیٹر کو چھوٹا کر دیا جاتا ہے تو P_ ریجن اور N+ ریجن کے درمیان J جنکشن کو ریورس وولٹیج سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔
6. لنک
PNPN thyristor ICBT کے جمع کرنے والے اور emitter کے درمیان طفیلی ہے۔ thyristor ترسیل کے رجحان کو IGBT لیچ اپ کہا جاتا ہے۔ کچھ شرائط کے تحت، PNPN thyristor چلائے گا، کلیکٹر اور ایمیٹر کے درمیان کرنٹ بڑھے گا، اور مساوی MOSFET کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت کم ہو جائے گی، جو اکثر ڈیوائس کے ٹوٹنے کا باعث بنتی ہے۔ اور الیکٹرک گاڑیوں میں IGBT چپس کی ترقی کی تاریخ۔ پچھلی دہائیوں میں پاور ڈیوائسز کی ترقی پر نظر ڈالتے ہوئے، 1960 کی دہائی میں، بائی پولر ڈیوائسز میں چھوٹی آن اسٹیٹ مزاحمت، پیچیدہ کرنٹ کنٹرول اور کنٹرول سرکٹ، اور زیادہ بجلی کی کھپت تھی۔ صنعت کی ترقی کے ساتھ، ڈرائیونگ سرکٹ کو آسان بنانے، مینوفیکچرنگ لاگت کو کم کرنے، بجلی کی کھپت میں تبدیلی اور آن سٹیٹ وولٹیج ڈراپ کے تقاضے تعلیمی حلقوں کے سامنے رکھے گئے ہیں۔ 1990 کی دہائی میں، IGBT MOS اور BJT انٹیگریشن ٹیکنالوجی کی تحقیق کے پس منظر میں تیار کیا گیا تھا۔ IGBT کا ظہور برقی گاڑیوں کی خدمت کے لیے نہیں ہے۔ تاہم، عالمی ماحول کے بگاڑ کے ساتھ، الیکٹرک گاڑیاں تیار ہوئی ہیں، اور IGBT آہستہ آہستہ آٹوموبائل، نقل و حمل وغیرہ کے شعبوں میں لاگو ہونا شروع ہو گیا ہے۔ الیکٹرک گاڑیوں اور IGBT کی مشترکہ ترقی کے ساتھ، IGBT چپس الیکٹرک گاڑیوں کا ایک ناگزیر حصہ بن گئے ہیں۔ الیکٹرک گاڑیوں کے لیے IGBT چپس کی ترقی کا عمل تصویر 3 میں دکھایا گیا ہے۔ پہلی نسل: IGBT کا پروٹوٹائپ، جسے N-drift کو بڑھا کر برداشت کرنے والی وولٹیج کو بہتر بنانے کی ضرورت ہے، اس میں بجلی کی زیادہ کھپت اور آن مزاحمت ہے۔ مندرجہ بالا عوامل کی وجہ سے، پہلی نسل کا IGBT لیبارٹری میں رک گیا اور بڑے پیمانے پر استعمال نہیں ہوا۔ دوسری نسل: PT-IGBT۔ کمی کی پرت N+ بفر پرت میں گھسنے میں ناکام رہتی ہے، اور بیس ریجن میں برقی فیلڈ کو ٹریپیزائڈل ڈسٹری بیوشن میں مضبوط کیا جاتا ہے۔ چپ کی موٹائی کو کم کرکے بجلی کی کھپت کو کم کیا جاتا ہے۔ سیمنز وہ نمائندہ کمپنی تھی جس نے اس وقت آئی جی بی ٹی ڈیوائسز تیار کی تھیں۔ 20ویں صدی کے آخر میں، سیمنز کی طرف سے تیار کردہ BSM150GB120DN1 (DN1 کا مطلب پہلی نسل کا پروڈکٹ ہے) 600V وولٹیج پر اچھی کارکردگی کا حامل ہے، لیکن جب وولٹیج 1200V تک بڑھ جاتا ہے، تو epitaxial موٹائی بڑی ہو جاتی ہے، قیمت نسبتاً زیادہ ہوتی ہے، اور وشوسنییتا کم ہو جاتی ہے (ڈوپنگ کے ارتکاز اور موٹائی کی یکسانیت ناقص ہے)۔ تیسری نسل: NPT-IGBT۔ آئن امپلانٹیشن ٹیکنالوجی پی+کلیکٹر (شفاف کلیکٹر ٹیکنالوجی) پیدا کرنے کے لیے ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی کی جگہ لے لیتی ہے، جو جنکشن کی گہرائی کو اچھی طرح سے کنٹرول کر سکتی ہے اور ممکنہ حد تک کم اخراج کی کارکردگی کو یقینی بناتی ہے۔ ٹرن آف نقصان کا احساس کیریئر نکالنے میں تیزی سے ہوتا ہے۔ بیس ریجن کی اصل کیریئر لائف ٹائم بنیادی طور پر متاثر نہیں ہوتی ہے، اور مستحکم ریاستی بجلی کی کھپت پر اثر تقریباً نہ ہونے کے برابر ہے۔ اس وقت، IGBT میں درجہ حرارت کے مثبت گتانک کی خصوصیات ہیں، اور یہ مستحکم حالت کے نقصان اور ٹرن آف نقصان کے درمیان اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ اس وقت، IGBT کی نمائندہ کمپنی اب بھی سیمنز ہے، جو توسیع شدہ بیچ کی مصنوعات کو تبدیل کرنے کے لیے زون پگھلنے کا طریقہ اپناتی ہے۔ چوتھی نسل: ٹرینچ-آئی جی بی ٹی۔ چوتھی نسل میں ماضی کے مقابلے میں کافی بہتری آئی ہے۔ اس بار، خندق کا ڈھانچہ استعمال کیا جاتا ہے، اور چینل پچھلی سطح سے عمودی سطح کی طرف بڑھتا ہے، جو بیس کے علاقے میں PIN اثر کو بڑھاتا ہے، گیٹ کے قریب کیریئرز کے ارتکاز کو بڑھاتا ہے، کنڈکٹنس ماڈیولیشن اثر کو کچھ حد تک بہتر کرتا ہے، آن مزاحمت کو کم کرتا ہے اور JFET اثر کو ختم کرتا ہے۔ گیٹ کی کثافت کو ضرورت کے مطابق بڑھایا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، چوتھی نسل تیسری نسل کی کلکٹر P+Implicit ٹیکنالوجی کو وراثت میں حاصل کرتی ہے، اور PT ٹیکنالوجی کو فیلڈ سٹاپ لیئر کے طور پر متعارف کراتی ہے، جو برداشت کرنے والی وولٹیج کو بہتر بناتی ہے۔ Infineon نے سیمنز کی جگہ سرکردہ انٹرپرائز کے طور پر لے لی، اور اس کی پتلی کرنے والی ٹیکنالوجی اس وقت دنیا میں پہلی تھی۔ 1200 V پر، اس کی موٹائی 120 اور 140 um کے درمیان ہو سکتی ہے، اور 600V پر، یہ 70 um سے کم ہو سکتی ہے۔ پانچویں اور چھٹی نسل: پانچویں جنریشن FS-IGBT اور چھٹی جنریشن FS-Trench پچھلی چار ٹیکنالوجیز کی بنیاد پر مختلف تکنیکی اقدامات کا دوبارہ مجموعہ ہے۔ پانچویں نسل کا IGBT چوتھی نسل کی مصنوعات "شفاف کلیکٹر ٹیکنالوجی" اور "الیکٹرک فیلڈ سٹاپ ٹیکنالوجی" کا مجموعہ ہے۔ چھٹی نسل کی مصنوعات اور پانچویں نسل کی مصنوعات کے درمیان فرق یہ ہے کہ خندق گیٹ کی ساخت کو بہتر بنایا گیا ہے۔ الیکٹرک گاڑیوں کے میدان میں، آئی جی بی ٹی کو نئے پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کے مین اسٹریم ڈیوائس کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جو ریل ٹرانزٹ، نئی انرجی گاڑیوں اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ اس وقت، زندگی کی تیز رفتاری کے ساتھ، مارکیٹ نئی توانائی والی گاڑیوں کی طاقت، حفاظت اور قیمت کے لیے اعلیٰ تقاضوں کو آگے بڑھاتی ہے، اور موجودہ کثافت، بجلی کی کمی اور IGBT کا استحکام ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔
ٹیگ
آئی جی بی ٹی کی اعلی موجودہ کثافت، کم نقصان کی اصلاح کی ٹیکنالوجی، اعلی درجہ حرارت اور ہائی وولٹیج ٹیکنالوجی اور ذہین انٹیگریشن ٹیکنالوجی میں اچھی کارکردگی ہے۔ یہ نئی توانائی کی گاڑیوں کے پاور ماڈیولز میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا رہا ہے اور اس کا اچھا امکان ہے۔ تاہم، الیکٹرک گاڑیوں کے لیے آئی جی بی ٹی چپ آپٹیمائزیشن ٹیکنالوجی کے بڑے پیمانے پر استعمال کو محسوس کرنے کے لیے، خندق گیٹ کی نفاست، اعلی درجہ حرارت اور ہائی پریشر مزاحمت اور ملٹی فنکشنل انٹیگریشن ٹیکنالوجی کو مزید بہتر کرنا ضروری ہے۔
دستبرداری: یہ مضمون "سیمک کنڈکٹر آن لائن" سے دوبارہ تیار کیا گیا ہے۔ یہ مضمون صرف مصنف کے ذاتی خیالات کی نمائندگی کرتا ہے، اور Sacco Micro اور صنعت کے خیالات کی نمائندگی نہیں کرتا ہے۔ یہ صرف دوبارہ پرنٹ کرنے اور اشتراک کرنے کے لیے ہے تاکہ املاک دانش کے حقوق کے تحفظ کی حمایت کی جا سکے۔ دوبارہ پرنٹ کرتے وقت براہ کرم اصل ماخذ اور مصنف کی نشاندہی کریں۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہوتی ہے تو اسے حذف کرنے کے لیے ہم سے رابطہ کریں۔
فیکس/فیکس:+86-0755-83975897
ای میل: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 منیجر Qiu
پتہ: کمرہ 809، بلاک سی، ژانتاو ٹیکنالوجی بلڈنگ، نمبر 1079 منزی ایونیو، لونگہوا نیو ڈسٹرکٹ، شینزین




粤公网安备44030002007346号