[實用新型]一種集成光觸發一體化IGBT結構

有效

• 申請號: 201720283383.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN207234748U
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 趙娟;李博婷;李洪濤
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所;李博婷
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/041
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 徐靜

技術領域

本實用新型涉及半導體器件設計領域，尤其是一種集成光觸發一體化IGBT結構。

背景技術

目前，IGBT均設計為電壓控制器件(圖1)，柵極為金屬電極，在柵極和源極之間施加足夠高的正向驅動電壓信號，在柵極下方的P區會形成一個反型層，即N導通溝道，經由這個通道，電子可以從源極流向N-漂移區，直至N-區，使IGBT進入導通狀態。當柵極與源極之間的正向驅動電壓消失，柵極與源極電位差低于IGBT導通所需的電壓閾值時，IGBT截止。因此，目前IGBT的導通是由柵極驅動電壓信號在柵極下方的P區形成N型導通溝道控制的，需要通過外接饋線由驅動電路為柵極饋送正向電壓信號。IGBT由截止狀態向導通狀態轉換的時間由柵極注入電流和IGBT結構參數決定。目前，由于IGBT結構的限制，對額定工作電流數百安培以上的大功率IGBT而言，柵極結構電容較大，IGBT的狀態轉換時間通常在百納秒以上。同時，在多個IGBT串聯使用時，電脈沖觸發方式會帶來IGBT的絕緣隔離問題。通過對IGBT柵極區結構進行特殊設計并采用匹配的觸發方式，可以解決IGBT的絕緣隔離及狀態轉換時間長的問題。

實用新型內容

本實用新型的發明目的在于：針對現有技術存在的問題，提供一種集成光觸發一體化IGBT結構，其通過設計觸發控制初級電源電路、負極性柵極電壓控制電路以及正極性柵極電壓控制電路，并使其與IGBT源極、漏極連通，采用絕緣隔離的觸發方法控制柵極下方導電溝道的形成，控制IGBT的通斷，與IGBT電路結構在同一片硅片上加工，用于解決IGBT的絕緣隔離及狀態轉換時間長的問題。

本實用新型采用的技術方案是這樣的：

一種集成光觸發一體化IGBT結構包括：

觸發控制初級電源電路，用于跨接在IGBT源級和漏極之間，當IGBT漏極D極與IGBT源級S極存在電位差U₀時，通過觸發控制初級電源電路輸出端為負極性及正極性柵極電壓控制電路進行儲能充電，觸發控制初級電源電路為柵極電壓控制電路提供的閾值儲能電壓值為U₁；U₀>U₁；U₁＝U_g+U_k+U_MF+U_m；U_g為使IGBT導通所需的柵極G極-源極電位差，U_k為光控制開關PCSS導通壓降，U_MF為第一電源模塊工作壓降，U_m為由工作模式和回路雜散參數確定的調整電壓，一般情況下U_m≤3V；

負極性柵極電壓控制電路，用于設置在觸發控制初級電源電路輸出端與IGBT柵極之間；當正極性柵極電壓控制電路的光控制開關(PCSS)未受光照時，負極性柵極電壓控制電路對IGBT柵極進行負極性充電，使得IGBT保持關斷狀態；

正極性柵極電壓控制電路，用于設置在觸發控制初級電源電路輸出端與IGBT柵極之間；當正極性柵極電壓控制電路的光控制開關受到光照時，對IGBT柵極進行正極性充電，當充電滿足IGBT柵極導通控制電脈沖參數要求時，IGBT導通；當器件設計時以器件壽命為優先考慮因素時，光控制開關設定為線性工作模式時，光控制開關的導通時間約等于光脈沖脈寬；

正極性柵極電壓控制電路的輸出端與負極性柵極電壓控制電路輸出端相連后連接到IGBT柵極上，IGBT柵極通過泄放電阻與IGBT源極相連。