Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

ELECTRONICA DE POTENCIA

Mentefacto sobre IGBT

Integrante:Guido Nez

Nivel: Sexto B

L estructura vertical de un IGBT es muy parecida a la de un MOSFET, la principal diferencia es la presencia de la capa p+ que forma el drenaje del IGBT esta capa forma la unin pn que inyectra portadores minoritarios en lo que parece la zona de drenaje del MOSFET TIRISTORES

Los niveles de dopaje del IGBT son similares o comparables a los de las capas del MOSFET, excepto en la zona del cuerpo Es factible fabricar IGBT de canal p al cambiar el tipo de dopaje en cada capa IGBTMOSFET

El IGBT no tiene la extensin de metalizacin de la fuente sobre la zona del cuerpo que tambin sea un MOSFET de potencia

TIRISTOR PRASITOEl encendido de este tiristor no es deseable las uniones J2 y J3 son diferentes a la geometra simple para evitar el encendido del tiristor parasito.El cortocircuito de cuerpo-fuente en el IGBT reduce la posibilidad de encendido del tiristor parasito

CARACTERISTICAS I-V En el sentido directo, son cualitativamentesimilares a las de un BJT de nivel lgico, excepto que el parmetro de control es un voltaje de entrada, la tensin de compuerta-fuente, en vez de una corriente de entrada. Las caractersticas de un IGBTde canal p seran las mismas, excepto que las polaridades de tensiones y corrientes estaran invertidas.LA CAPA DE COMPENSACIN n+ entre el contacto de drenaje p + y la capa de arrastre n-no es esencial parala operacin del IGBT, y algunos IGBT se fabrican sin ella (algunas veces se denominan NPT-IGBT, esdecir, IGBT de no perforacin, mientras que los que tienen esta capa intermedia se denominan PT-IGBT:IGBT de perforacin). Si se selecciona bien la densidad de dopaje y el espesor de esta capa, su presenciamejora la operacin del IGBT en forma considerable.

CAUSAS DEL LATCHUPLas rutas que recorren los huecos inyectados en la regin de arrastre (o transistor pnp) son cruciales para laoperacin del IGBT. Un componente de la corriente de huecos viaja por rutas de lneas muy rectas directamentea la metalizacin de la fuente. Sin embargo, la mayora de los huecos es atrada a la cercana de la capade inversin por la carga negativa de los electrones en la capa. Esto produce un componente de la corriente dehuecos que viaja lateralmente a travs de la capa del cuerpo de tipo pOPERACIN EN ESTADOACTIVOCuando la tensin de compuerta-fuente excede el umbral, se forma una capa de inversin debajo de la compuertadel IGBT. Esta capa de inversin pone en cortocircuito a la regin de arrastre n-de la zona de fuenten+, igual que en el MOSFET. Una corriente de electrones fluye a travs de esta capa de inversin,. OPERACIN EN ESTADO DE BLOQUEOComo el IGBT es bsicamente un MOSFET, la tensin de compuerta-fuente controla el estado del dispositivo.Cuando Ves es menor que VGS(th), no se crea ninguna capa de inversin para conectar el drenaje a la fuente, y por ende el dispositivo est en estado pasivo. La tensin de drenaje-fuente aplicada disminuye atravs de la unin marcada lz, y slo fluye una corriente de disipacin muy pequea. Esta operacin enestado de bloqueo es en esencia idntica a la del MOSFET.

CMO EVITAR EL LATCHUPHay varias medidas con las que el usuario del dispositivo puede evitar el latchup y el fabricante puede incrementarla corriente crtica necesaria para iniciar ellatchup. El usuario tiene la responsabilidad de disear circuitos que reduzcan la posibilidad de sobrecorrientes en exceso de IDM' Sin embargo, es imposible eliminar esta posibilidad por completo. Otra medida es desacelerar el IGBT en la desconexin de modo que tambin se desacelere la velocidad de crecimiento de la zona de degradacin hacia la regin de arrastre y los huecos presentes en la regin de arrastre tengan ms tiempo para la recombinacin, lo que reduce elflujo de corriente lateral en la zona del cuerpo de tipo p durante la desconexin. El incremento del tiempode desconexin se logra fcilmente mediante un mayor valor de resistencia de compuerta en serie Rg, comoexplicaremos en la siguiente seccin.CAUSAS DEL LATCHUPSi el voltaje es lo bastante grande, ocurre una inyeccin sustancial de electrones desde la fuente hasta lazona del cuerpo, y se enciende el transistor parsito npn de la figura 25-3b. Si esto ocurre, se encienden tanto el transistor npn como el pnp, y por ende se enclava el tiristor parsito y se presenta el latchup.Una vez que el IGBT est en latchup, la compuerta ya no tiene control alguno de la corriente de drenaje.La nica forma de apagar el IGBT en esta situacin es por medio de la conmutacin forzada de la corriente,exactamente igual que para un tiristor convencional. Si el latchup no se termina rpido, el IGBT se destruye por la excesiva disipacin de potencia.

.Los IGBT a la venta con voltajes nominales de hasta 1 700 Y, corrientes de estado activo de varios cientos de amperesy tiempos de desconexin de 1 microsegundo o menos. Se est evaluando la posibilidad de fabricar IGBTcon voltajes nominales de 2 500 V.Aunque se exploran ambas geometras, hoy en da existe la expectativa de que la geometra de no perforacintenga prdidas generales ms bajas con mayores voltajes nominales. Un ancho grande de base enla seccin del BJT reduce su beta y, como la regin de arrastre de un IGBT es la base del transistor PNP, losmayores voltajes nominales que requieren regiones de arrastre ms largas permiten en forma natural betasms bajas.ESTRUCTURAS NPT Y ESTRUCTURAS PTTRANSITORIO DE APAGADOLa diferencia principal entre el apagado del IGBT y el del MOSFET se observa en la forma de onda dela corriente de drenaje, donde hay dos intervalos distintos. La cada rpida durante el intervalo fl correspondea la desconexin de la seccin de MOSFET del IGBT. La "estela o cola" de la corriente de drenaje duranteel segundo intervalo tJi2 se debe a la carga almacenada en la regin de arrastre n". Como la parte de MOSFETest apagada y no se aplica ninguna tensin inversa a las terminales del IGBT que generen una corrientede drenaje negativa, no es posible eliminar la carga almacenada por medio de un barrido de portadores.TRANSITORIO DE ENCENDIDOEl parecido es de esperarse, pues el IGBT acta en esencia como un MOSFET durante la mayor parte del intervalode encendido. Los mismos circuitos equivalentes con que analizamos en el captulo 22 las formas deonda de encendido del MOSFET tambin sirven para calcular las caractersticas de encendido del IGBT.CARACTERISTICAS DE CONMUTACIN

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LMITES DE DISPOSITIVOS Y AOSLa mxima corriente de drenaje IDM se establece de manera que se evite ellatchup y por ende los problemascon la conexin de dos cables desde el chip hasta la carcasa, o en metalizaciones de pelculas delgadas.Tambin existe un mximo voltaje de compuerta-fuente permisible VeS(mx). El IGBT est diseado para que, cuandose aplique este voltaje de compuerta-fuente, la mxima corriente que fluya en condiciones de avera (cortocircuito)sea aproximadamente de cuatro a 10 veces la corriente nominal especificada. En estas condiciones,el IGBT est en la zona activa con una tensin de drenaje-fuente igual a la tensin del estado inactivo. Medicionesrecientes indican que el dispositivo resiste estas corrientes durante 5 a 10 microsegundos,