Состояние и перспективы развития силовых полупроводниковых ключей

Идеи оптимизации вертикальной NPT-структуры IGBT нашли свое отражение в разработке кристаллов по новым технологиям FieldStop-IGBT (FS-IGBT) и Triathlon, примененных компанией Infineon Technologies. В настоящее время фирмой Eupec GmbH начато производство модулей третьего поколения на основе этих кристаллов. Новые модули отличаются низким падением напряжения в состоянии насыщения при относительно небольших потерях на переключение.

2.5.  МДП-транзисторы со специальной канальной p – областью: CoolMOS

Созданная в специальной конструкции канальная р-область, позволяет существенно снизить зависимость сопротивления транзистора в открытом состоянии от величины блокирующего напряжения. Семейство транзисторов CoolMOS в настоящее время представлено уже тремя поколениями:

·  Первое поколение С1 характеризуется очень малым сопротивлением во включенном состоянии (менее 70 мОм);

·  Второе поколение С2 разработано с уменьшенным временем переключения для применения на повышенных частотах до 200 кГц благодаря новой конструкции затвора;

·  Третье поколение СЗ имеет импульсные токи перегрузки в 1.5 раза выше предыдущих благодаря повышенной величине переходной проводимости и приближенной к прямоугольной области безопасных режимов.

2.6.  Биполярный транзистор с изолированным затвором и увеличенной инжекцией: IEGT (Injection Enhanced Gate Transistor)

Этот прибор, созданный фирмой Toshiba Semiconductors, имеет прямое напряжение и плотность тока, свойственные мощным биполярным тиристорам, а динамические параметры переключения характерные для IGBT. Такие показатели обеспечиваются специальной структурой ячейки IEGT, имеющей широкий затвор. Планарная структура IEGT имеет площадь кристалла порядка 1.2 см². В корпусе прибора расположено 15 подобных кристаллов совместно с 6 кристаллами встречно параллельных диодов. В качестве опытных образцов изготовлены Trench-структуры IEGT с площадью кристалла 0.69 см² на тот же класс рабочих напряжений и токов. В настоящее время производится несколько типов серийных IEGT-модулей прижимной и паяной конструкции. Запланирован выпуск IEGT мощностью 750 А на 6.5 кВ.

2.7.  Тиристорные структуры с коммутацией тока в затвор управления: GCT, IGCT (Gate Commutated turn-off Thyristor)

GCT структуры были разработаны в конце 90-х годов фирмой Mitsubishi Electric. Надо заметить, что работа GCT возможна только при специальной конструкции корпуса и электрода управления, допускающей снижение паразитной индуктивности выводов до 2...4 нГн. Сочетание GCT и блока формирователя импульсов управления в единой конструкции образует так называемый интегрированный GCT или IGCT (Integrated Gate Commutated turn-off Thyristor). В настоящее время эти приборы производятся фирмами ABB Semiconductors AG и Mitsubishi Electric в таблеточных корпусах прижимной конструкции и рассчитаны на токи до 4.5 кА и напряжения до 6 кВ.

2.8.  Комбинированный СИТ-МОП-транзистор: CSITMOS (MOS Composite Static Iduction Thyristor)

Этот мощный комбинированный ключ, запатентованный в монолитном однокристальном и двухкристальном исполнении, позволил разрешить проблему нормально открытого состояния для высоковольтного СИТ-тиристора