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POWER
IGBT
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- ELETTRONICA OGGI 448 - SETTEMBRE 2015
IGBT: uno sguardo al mercato
U
o schema base di un tipico IGBT
N-channel
è
basato sul processo
DMOS mostrato in figura 1.
È
evidente che la
sezione trasversale di
un IGBT sia quasi identica a quella di un
Mosfet di potenza, eccezion fatta per lo
strato P+. Lo strato N+ in alto è il source
o emettitore e P+, in basso, è il collettore
o drain. Rispetto a un Mosfet e un BJT si
possono evidenziare diversi vantaggi;
in particolare, la bassissima caduta di
tensione on-state dovuta alla modulazione di conducibilità
rende più piccole le dimensioni del dispositivo e ne diminu-
isce i costi. Esso presenta un circuito di pilotaggio semplice
con cui può essere facilmente controllato in alta tensione
e trova spazio in applicazioni di alta corrente; ha capacità
di conduzione di corrente superiore rispetto al transistore
bipolare e velocità di commutazione inferiore a quella di un
Mosfet di potenza ma superiore a quella di un BJT.
Nel caso di un Mosfet di potenza, la resistenza-on aumenta
fortemente con la tensione di rottura, a causa di un aumen-
to della resistività e dello spessore della regione di deri-
va, necessaria per sostenere l’alta tensione di esercizio.
Per questa ragione, lo sviluppo di Mosfet ad alta potenza
con alta tensione di blocco viene normalmente evitato. Al
contrario, per gli IGBT la resistenza della regione di drift è
drasticamente ridotta dall’alta concentrazione di portatori
minoritari iniettati durante la conduzione di corrente.
Nella struttura complessiva di un IGBT sono presenti com-
ponenti parassiti. Il circuito equivalente completo è alquan-
to più complesso, come riportato in figura 2.
La cella IGBT presenta un tiristore parassita integrato (Fig.
3) che costituisce un limite tecnologico. Tuttavia, a causa
di un cortocircuito imperfetto, l’esatto circuito equivalente
dell’IGBT comprende la resistenza tra la base e l’emettitore
del transistore npn inferiore. Se la corrente di uscita è ab-
bastanza grande, la caduta di tensione attraverso la resi-
stenza può compromettere la polarizzazione del transistore
npn inferiore e avviare una condizione di malfunzionamen-
to latch-up che può distruggere il dispositivo.
È
molto importante che il tiristore parassita non si inneschi
durante il funzionamento del dispositivo, per evitare un
Maurizio Di Paolo Emilio
Gli insulated gate bipolar transistor (IGBT) sono
dei dispositivi a semiconduttore con elevata
impedenza di ingresso, in grado di commutare
alte tensioni e correnti; in sintesi si tratta di una
integrazione funzionale di dispositivi di potenza
Mosfet e BJT in forma monolitica
Fig. 1 – Layout di un IGBT
Fig. 2 – Circuito equivalente di un IGBT