Výkonové polovodičové zařízení - Power semiconductor device

Energie Polovodičové zařízení je polovodičové zařízení použít jako spínač nebo usměrňovač ve výkonové elektronice (například v napájení spínaného ). Takové zařízení se také nazývá napájecí zařízení nebo, je-li použito v integrovaném obvodu , napájecí IC .

Výkonové polovodičové zařízení se obvykle používá v „komutačním režimu“ (tj. Je buď zapnuto, nebo vypnuto), a proto má design optimalizovaný pro takové použití; obvykle by se neměl používat v lineárním provozu. Lineární napájecí obvody jsou velmi rozšířené jako regulátory napětí, zvukové zesilovače a vysokofrekvenční zesilovače.

Výkonové polovodiče se nacházejí v systémech poskytujících pouhý pár desítek milwattů pro sluchátkový zesilovač, a to až kolem gigawattu ve vysokonapěťovém přenosovém vedení stejnosměrného proudu .

Dějiny

Prvním elektronickým zařízením používaným v napájecích obvodech byl elektrolytický usměrňovač - jeho ranou verzi popsal francouzský experimentátor A. Nodon v roce 1904. Ty byly krátce oblíbené u časných rádiových experimentátorů, protože mohly být improvizovány z hliníkových plechů a chemikálií pro domácnost . Měli nízké výdržné napětí a omezenou účinnost.

První polovodičová výkonová polovodičová zařízení v pevné fázi byly usměrňovače oxidu mědi, používané v časných nabíječkách baterií a napájecích zdrojích rádiových zařízení, oznámené v roce 1927 LO Grundahl a PH Geiger.

První germanium objevila síla polovodičové zařízení, v roce 1952 se zavedením elektrického diody u RN Hall . To mělo schopnost reverzní blokovací napětí 200 V a proud hodnocení 35 A .

Germániové bipolární tranzistory se značnými schopnostmi manipulace s výkonem (100 mA kolektorový proud) byly zavedeny kolem roku 1952; s v podstatě stejnou konstrukcí jako signální zařízení, ale s lepším chlazením. Schopnost manipulace s výkonem se rychle vyvinula a do roku 1954 byly k dispozici spojovací tranzistory ze slitiny germania se ztrátou 100 wattů. Jednalo se o relativně nízkofrekvenční zařízení, používaná až kolem 100 kHz a teplota spojení až 85 stupňů Celsia. Silikonové výkonové tranzistory byly vyrobeny až v roce 1957, ale pokud byly k dispozici, měly lepší frekvenční odezvu než germánská zařízení a mohly pracovat až do teploty spojení 150 C.

Tyristor se objevil v roce 1957. Je schopen odolávat velmi vysokým reverzní průrazné napětí a je také schopný nést vysoký proud. Jednou nevýhodou tyristoru ve spínacích obvodech je však to, že jakmile se ve vodivém stavu „zablokuje“; nelze jej vypnout externím ovládáním, protože vypnutí tyristoru je pasivní, tj. napájení musí být odpojeno od zařízení. Tyristory, které lze vypnout, se nazývají gate turn-off thyristors (GTO), byly zavedeny v roce 1960. Tyto překonávají některá omezení běžného tyristoru, protože je lze zapnout nebo vypnout pomocí aplikovaného signálu.

Napájení MOSFET

Hlavní článek: Power MOSFET
Viz také: zesilovač FET , bipolární tranzistor s izolovanou bránou , MOSFET , LDMOS a VMOS

Průlom v oblasti výkonové elektroniky přišel s vynálezem tranzistoru MOSFET (tranzistor s efektem kov-oxid-polovodičové pole) od Mohameda Atally a Dawona Kahnga v Bell Labs v roce 1959. Generace tranzistorů MOSFET umožnily návrhářům energie dosáhnout úrovně výkonu a hustoty není možné s bipolárními tranzistory. Díky vylepšení technologie MOSFET (původně používané k výrobě integrovaných obvodů ) byl výkonový MOSFET k dispozici v 70. letech.

V roce 1969 společnost Hitachi představila první vertikální výkonový MOSFET, který by později byl známý jako VMOS (V-groove MOSFET). Od roku 1974 začaly Yamaha , JVC , Pioneer Corporation , Sony a Toshiba vyrábět zvukové zesilovače s výkonovými MOSFETy. International Rectifier představil MOSFET s výkonem 25 A, 400 V v roce 1978. Toto zařízení umožňuje provoz při vyšších frekvencích než bipolární tranzistor, ale je omezeno na aplikace s nízkým napětím.

IGBT (IGBT), byla vyvinuta v roce 1980 a stal se široce dostupné v roce 1990. Tato součást má schopnost zvládat výkon bipolárního tranzistoru a výhody izolovaného hradlového pohonu výkonového MOSFET.

Běžná zařízení

Některá běžná napájecí zařízení jsou výkonový MOSFET , výkonová dioda , tyristor a IGBT . Výkonová dioda a výkonový MOSFET fungují na podobných principech jako jejich protějšky s nízkým výkonem, ale jsou schopny nést větší množství proudu a jsou obvykle schopny odolat většímu zpětnému zkreslení napětí ve vypnutém stavu .

Ve výkonovém zařízení se často provádějí strukturální změny, aby se přizpůsobila vyšší proudové hustotě, vyšší ztrátě energie a / nebo vyššímu zpětnému průraznému napětí. Drtivá většina diskrétních (tj. Neintegrovaných) energetických zařízení je postavena pomocí svislé struktury, zatímco zařízení se slabým signálem využívají boční strukturu. S vertikální strukturou je jmenovitý proud zařízení úměrný jeho ploše a schopnosti blokování napětí je dosaženo ve výšce matrice. U této konstrukce je jedno ze připojení zařízení umístěno na spodní straně polovodičové matrice .

Výkonový MOSFET je nejběžnějším napájecím zařízením na světě, a to díky nízkému výkonu pohonu brány, rychlé rychlosti přepínání a pokročilé paralelní schopnosti. Má širokou škálu výkonových elektronických aplikací, jako jsou přenosná informační zařízení , napájecí integrované obvody, mobilní telefony , notebooky a komunikační infrastruktura umožňující internet . Od roku 2010 tvoří výkonový MOSFET většinu (53%) trhu výkonových tranzistorů, následuje IGBT (27%), poté RF zesilovač (11%) a poté bipolární spojovací tranzistor (9%).

Polovodičová zařízení

přístroj Popis Hodnocení
Dioda Jednopólové, nekontrolované spínací zařízení používané v aplikacích, jako je usměrňování a řízení směrového proudu obvodu. Zařízení pro blokování zpětného napětí, běžně modelované jako přepínač v sérii se zdrojem napětí, obvykle 0,7 VDC. Model lze vylepšit tak, aby zahrnoval odpor spojení, aby bylo možné přesně předpovědět pokles napětí diody na diodě s ohledem na tok proudu. Až 3 000 ampérů a 5 000 voltů v jednom křemíkovém zařízení. Vysoké napětí vyžaduje víceřadá křemíková zařízení.
Křemíkem řízený usměrňovač (SCR) Toto částečně řízené zařízení se zapne, když je přítomen hradlový puls a anoda je kladná ve srovnání s katodou. Pokud je přítomen hradlový puls, zařízení pracuje jako standardní dioda. Když je anoda záporná ve srovnání s katodou, zařízení se vypne a zablokuje přítomné kladné nebo záporné napětí. Napětí hradla neumožňuje vypnutí zařízení. Až 3 000 ampérů, 5 000 voltů v jednom křemíkovém zařízení.
Tyristor Tyristor je rodina tří koncových zařízení, která zahrnují SCR, GTO a MCT. U většiny zařízení zařízení zapíná pulz brány. Zařízení se vypne, když napětí anody poklesne pod hodnotu (vzhledem ke katodě) určenou charakteristikami zařízení. Když je vypnuto, považuje se to za zařízení blokující zpětné napětí.
Tyristor pro vypnutí brány (GTO) Tyristor pro vypnutí brány, na rozdíl od SCR, lze zapnout a vypnout pomocí pulzu brány. Jedním problémem zařízení je, že napětí na vypnutí brány jsou obvykle větší a vyžadují více proudu než úrovně zapnutí. Toto vypínací napětí je záporné napětí od brány ke zdroji, obvykle musí být přítomno pouze na krátkou dobu, ale velikost s je řádově 1/3 anodového proudu. K zajištění použitelné spínací křivky pro toto zařízení je nutný tlumící obvod. Bez tlumícího obvodu nelze GTO použít k vypínání indukčních zátěží. Tato zařízení z důvodu vývoje technologie IGCT nejsou v oblasti výkonové elektroniky příliš populární. Jsou považovány za řízené, jednopolární a bipolární blokování napětí.
Triak Triak je zařízení, které je v podstatě integrovanou dvojicí fázově řízených tyristorů připojených inverzně-paralelně na stejném čipu. Stejně jako SCR, když je na terminálu brány přítomen napěťový impuls, zařízení se zapne. Hlavní rozdíl mezi SCR a Triakem spočívá v tom, že pozitivní i negativní cyklus lze zapnout nezávisle na sobě pomocí kladného nebo záporného hradlového impulzu. Podobně jako SCR, jakmile je zařízení zapnuto, nelze jej vypnout. Toto zařízení je považováno za bipolární a reverzní blokování napětí.
Bipolární přechodový tranzistor (BJT) BJT nelze použít při vysokém výkonu; jsou pomalejší a mají větší odporové ztráty ve srovnání se zařízeními typu MOSFET. K přenosu vysokého proudu musí mít BJT relativně velké základní proudy, takže tato zařízení mají ve srovnání se zařízeními MOSFET vysoké ztráty energie. BJT spolu s MOSFETy jsou také považovány za unipolární a neblokují velmi dobře reverzní napětí, pokud nejsou instalovány v párech s ochrannými diodami. Obecně se BJT nepoužívají ve spínacích obvodech výkonové elektroniky kvůli ztrátám I 2 R souvisejícím s požadavky na odpor a základní proud. BJT mají nižší proudové zisky ve vysoce výkonných pouzdrech, což vyžaduje, aby byly nastaveny v konfiguracích Darlington, aby zvládly proudy požadované výkonovými elektronickými obvody. Kvůli těmto více konfiguracím tranzistorů jsou doby přepínání ve stovkách nanosekund až mikrosekund. Zařízení mají jmenovité napětí, které dosahuje maximálně 1 500 V a poměrně vysoké jmenovité hodnoty proudu. Mohou být také paralelně uspořádány, aby se zvýšila manipulace s výkonem, ale pro současné sdílení musí být omezeno na přibližně 5 zařízení.
Napájení MOSFET Hlavní výhodou výkonového MOSFETu ve srovnání s BJT je to, že MOSFET je zařízení s vyčerpávajícím kanálem, a proto je pro vytvoření vodivé cesty od odtoku ke zdroji nezbytné napětí, nikoli proud. Při nízkých frekvencích to značně snižuje hradlový proud, protože je vyžadováno pouze nabíjení hradlové kapacity během přepínání, ačkoli se zvyšujícími se frekvencemi se tato výhoda snižuje. Většina ztrát v MOSFETech je způsobena odporem, může se zvyšovat, jak více proudu protéká zařízením a jsou také větší u zařízení, která musí poskytovat vysoké blokovací napětí. BV dss .

Spínací časy se pohybují od desítek nanosekund do několika set mikrosekund. Jmenovitá napětí pro spínací zařízení MOSFET se pohybují od několika voltů do něco málo přes 1 000 V, s proudy až přibližně 100 A nebo tak, ačkoli MOSFET lze paralelně zvýšit pro zvýšení spínacího proudu. MOSFET zařízení nejsou obousměrná, ani neblokují reverzní napětí.

Bipolární tranzistor s izolovanou bránou (IGBT) Tato zařízení mají nejlepší vlastnosti MOSFETů a BJT. Stejně jako zařízení MOSFET má izolovaný hradlový bipolární tranzistor vysokou hradlovou impedanci, a tedy nízké požadavky na hradlový proud. Stejně jako BJT má toto zařízení nízký pokles napětí na stavu, a tedy nízkou ztrátu energie přes přepínač v provozním režimu. Podobně jako GTO lze IGBT použít k blokování kladného i záporného napětí. Provozní proudy jsou poměrně vysoké, přesahují 1 500 A a spínací napětí až 3 000 V. IGBT má sníženou vstupní kapacitu ve srovnání se zařízeními MOSFET, což zlepšuje efekt zpětné vazby Miller během zapínání a vypínání vysokého dv / dt.
MOS řízený tyristor (MCT) Tyristor řízený MOS je tyristorový a lze jej spustit nebo vypnout pulzem do brány MOSFET. Vzhledem k tomu, že vstupem je technologie MOS, dochází k velmi malému toku proudu, což umožňuje řídicí signály s velmi nízkým výkonem. Zařízení je konstruováno se dvěma vstupy MOSFET a dvojicí výstupních stupňů BJT. Vstupní MOSFETy jsou konfigurovány tak, aby umožňovaly ovládání zapnutí během kladných a záporných polovičních cyklů. Výstupní BJT jsou nakonfigurovány tak, aby umožňovaly obousměrné ovládání a reverzní blokování nízkého napětí. Některé výhody MCT jsou rychlé spínací frekvence, poměrně vysoké napětí a střední proud (kolem 100 A nebo tak).
Integrovaný tyristor komutovaný s hradlem (IGCT) Podobně jako GTO, ale bez vysokých požadavků na zapnutí nebo vypnutí zátěže. IGCT lze použít pro rychlé přepínání s malým proudem brány. Zařízení mají vysokou vstupní impedanci hlavně díky ovladačům brány MOSFET. Mají výstupy s nízkým odporem, které neztrácejí energii, a velmi rychlé přechodné časy, které konkurují časům BJT. Společnost ABB Group zveřejnila datové listy pro tato zařízení a poskytla popis vnitřního fungování. Zařízení se skládá z brány s opticky izolovaným vstupem, výstupními tranzistory s nízkým odporem BJT, které vedou k nízkému poklesu napětí a nízké ztrátě energie v zařízení při poměrně vysokých úrovních spínacího napětí a proudu.

Příklad tohoto nového zařízení od ABB ukazuje, jak toto zařízení vylepšuje technologii GTO pro přepínání vysokého napětí a vysokého proudu v aplikacích výkonové elektroniky. Podle ABB jsou zařízení IGCT schopna přepínat více než 5 000 VAC a 5 000 A při velmi vysokých frekvencích, což u zařízení GTO není možné efektivně.

Klasifikace

Obr. 1: Rodina výkonových zařízení zobrazující hlavní vypínače.

Napájecí zařízení lze klasifikovat jako jednu z následujících hlavních kategorií (viz obrázek 1):

  • Dvoukoncové zařízení (např. Dioda ), jehož stav je zcela závislý na externím napájecím obvodu, ke kterému je připojen.
  • Tříkoncové zařízení (např. Trioda ), jehož stav závisí nejen na jeho externím napájecím obvodu, ale také na signálu na hnacím terminálu (tento terminál je známý jako brána nebo základna ).
  • Čtyři koncové zařízení (např. Silicon Controlled Switch -SCS). SCS je typ tyristoru se čtyřmi vrstvami a čtyřmi svorkami nazývanými anoda, anodové hradlo, katodové hradlo a katoda. svorky jsou připojeny k první, druhé, třetí a čtvrté vrstvě.

Jiná klasifikace je méně zřejmá, ale má silný vliv na výkon zařízení:

  • Zařízení většinové nosné (např. Schottkyho dioda, MOSFET atd.); používá se pouze jeden typ nosičů poplatků.
  • Zařízení menšinového nosiče (např. Tyristor, bipolární tranzistor, IGBT atd.); toto používá většinové i menšinové nosiče (tj. elektrony a elektronové díry ).

Většinové nosné zařízení je rychlejší, ale injektáž náboje u minoritních nosných zařízení umožňuje lepší výkon v zapnutém stavu.

Diody

Ideální dioda by měla mít následující vlastnosti:

  • Při předpětí by napětí na koncových svorkách diody mělo být nulové, bez ohledu na proud, který jím protéká (zapnuto).
  • Při reverzním předpětí by měl být svodový proud nulový, bez ohledu na napětí (vypnutý stav).
  • Přechod (nebo komutace) mezi zapnutým a vypnutým stavem by měl být okamžitý.

Ve skutečnosti je návrh diody kompromisem mezi výkonem v zapnutém stavu, vypnutém stavu a komutací. Ve skutečnosti musí stejná oblast zařízení udržovat blokovací napětí ve vypnutém stavu a umožňovat tok proudu v zapnutém stavu; protože požadavky na oba stavy jsou zcela opačné, musí být dioda buď optimalizována pro jeden z nich, nebo musí být ponechán čas na přepnutí z jednoho stavu do druhého (tj. musí být snížena rychlost komutace).

Tyto kompromisy jsou stejné pro všechna napájecí zařízení; například Schottkyho dioda má vynikající spínací rychlost a výkon v zapnutém stavu, ale vysokou úroveň svodového proudu ve vypnutém stavu. Na druhou stranu je PIN dioda komerčně dostupná v různých rychlostech komutace (tzv. „Rychlé“ a „ultrarychlé“ usměrňovače), ale jakékoli zvýšení rychlosti je nutně spojeno s nižším výkonem v zapnutém stavu.

Přepínače

Obr.2: Proudové / napěťové / spínací frekvenční domény hlavních výkonových elektronických spínačů.

U přepínače existují také kompromisy mezi hodnotami napětí, proudu a frekvence. Ve skutečnosti se jakýkoli výkonový polovodič spoléhá na strukturu PIN diody, aby udržel napětí; to je vidět na obrázku 2. Výkonový MOSFET má výhody většinového nosného zařízení, takže může dosáhnout velmi vysoké pracovní frekvence, ale nelze jej použít s vysokým napětím; protože se jedná o fyzický limit, neočekává se žádné zlepšení v konstrukci křemíkového MOSFETu ohledně jeho maximálních jmenovitých napětí. Jeho vynikající výkon v aplikacích s nízkým napětím z něj však činí zařízení volby (ve skutečnosti jedinou volbou, v současné době) pro aplikace s napětím pod 200 V. Umístěním několika zařízení paralelně je možné zvýšit proudovou zatížitelnost spínače. MOSFET je zvláště vhodný pro tuto konfiguraci, protože jeho pozitivní tepelný koeficient odporu má tendenci vést k rovnováze proudu mezi jednotlivými zařízeními.

IGBT je nedávný komponent, takže jeho výkon pravidelně zvyšuje podle vývoje technologií. V energetických aplikacích již zcela nahradil bipolární tranzistor ; výkonový modul je k dispozici ve kterých je několik IGBT zařízení zapojené paralelně, což je atraktivní pro výkonových úrovních až do několika megawattů, což dále posouvá hranice, při které tyristory a GTO se stal jedinou možností. V zásadě je IGBT bipolární tranzistor poháněný výkonovým MOSFET; má výhody bytí menšinovým nosným zařízením (dobrý výkon v zapnutém stavu, dokonce i pro vysokonapěťová zařízení) s vysokou vstupní impedancí MOSFETu (lze jej zapnout nebo vypnout s velmi malým množstvím energie) .

Hlavním omezením IGBT pro aplikace s nízkým napětím je vysoký pokles napětí, který vykazuje v zapnutém stavu (2 až 4 V). Ve srovnání s MOSFET je pracovní frekvence IGBT relativně nízká (obvykle ne vyšší než 50 kHz), hlavně kvůli problému během vypnutí známého jako proud-konec : Pomalý pokles vodivého proudu během výsledků vypnutí z pomalé rekombinace velkého počtu nosičů, které během vedení zaplavují hustou „driftovou“ oblast IGBT. Čistým výsledkem je, že ztráta přepínání při vypnutí IGBT je podstatně vyšší než ztráta při zapnutí. Obecně se v datových listech uvádí vypínací energie jako měřený parametr; toto číslo musí být vynásobeno spínací frekvencí zamýšlené aplikace, aby bylo možné odhadnout ztrátu při vypnutí.

Při velmi vysokých úrovních výkonu se stále často používá zařízení založené na tyristorech (např. SCR , GTO, MCT atd.). Toto zařízení lze zapnout pulsem poskytovaným budícím obvodem, nelze jej však vypnout odstraněním pulzu. Tyristor se vypne, jakmile jím neprotéká žádný proud; k tomu dochází automaticky v systému střídavého proudu v každém cyklu nebo vyžaduje obvod s prostředky k odvádění proudu kolem zařízení. MCT i GTO byly vyvinuty k překonání tohoto omezení a jsou široce používány v aplikacích distribuce energie .

Několik aplikací výkonových polovodičů v přepínacím režimu zahrnuje stmívače lamp , spínané napájecí zdroje , indukční vařiče , automobilové zapalovací systémy a pohony střídavých a stejnosměrných elektromotorů všech velikostí.

Zesilovače

Zesilovače pracují v aktivní oblasti, kde proud i napětí zařízení jsou nenulové. V důsledku toho se výkon neustále odvádí a jeho konstrukci dominuje potřeba odvádět přebytečné teplo z polovodičového zařízení. Zařízení zesilovače výkonu lze často rozeznat podle chladiče použitého k připojení zařízení. Existuje několik typů výkonových polovodičových zesilovačů, jako je bipolární spojovací tranzistor, vertikální tranzistor s efektem pole MOS a další. Úrovně výkonu pro jednotlivá zesilovací zařízení se pohybují až stovky wattů a frekvenční limity se pohybují až do spodních mikrovlnných pásem. Kompletní zvukový výkonový zesilovač se dvěma kanály a jmenovitým výkonem řádově desítek wattů lze vložit do malého balíčku integrovaných obvodů, který k fungování potřebuje pouze několik externích pasivních komponent. Další důležitou aplikací pro zesilovače v aktivním režimu je lineární regulované napájecí zdroje, když se zesilovací zařízení používá jako regulátor napětí k udržení zátěžového napětí na požadovaném nastavení. Zatímco takový napájecí zdroj může být méně energeticky účinný než spínaný napájecí zdroj , díky jednoduchosti jeho použití jsou populární, zejména v proudových rozsazích až do přibližně jednoho zesilovače.

Parametry

Napájecí zařízení je obvykle připojeno k chladiči, aby se odstranilo teplo způsobené provozními ztrátami.
Výkonový polovodičový nástroj tří koncového zařízení (IGBT, MOSFET nebo BJT). Dva kontakty jsou na horní straně formy, zbývající je na zadní straně.
  1. Průrazné napětí : Často se stává, že je trade-off mezi ratingu průrazného napětí a na rezistenci, protože zvýšení průrazného napětí začleněním silnějších a dolní dopoval drift regionu vede k vyššímu na odpor.
  2. On-Resistance : Vyšší jmenovitý proud snižuje on-Resistance kvůli většímu počtu paralelních článků. To zvyšuje celkovou kapacitu a zpomaluje rychlost.
  3. Doba náběhu a doběhu : Doba, která je nutná k přepnutí mezi zapnutým a vypnutým stavem.
  4. Bezpečná provozní oblast : Jedná se o tepelný rozptyl a zohlednění "západky".
  5. Tepelný odpor : Jedná se o často ignorovaný, ale z hlediska praktického návrhu nesmírně důležitý parametr; polovodič nefunguje dobře při zvýšené teplotě, a přesto se kvůli velkému vedení proudu výkonové polovodičové zařízení vždy zahřívá. Proto je třeba takové zařízení chladit nepřetržitým odváděním tohoto tepla; Technologie balení a chladiče poskytuje prostředky pro odvádění tepla z polovodičového zařízení jeho vedením do vnějšího prostředí. Obecně platí, že velké proudové zařízení má velkou plochu matrice a obalu a nižší tepelný odpor.

Výzkum a vývoj

Obal

Úlohou obalů je:

  • připojte matrici k vnějšímu obvodu.
  • poskytnout způsob, jak odstranit teplo generované zařízením.
  • Chraňte matrici před vnějším prostředím (vlhkostí, prachem atd.).

Mnoho problémů se spolehlivostí energetického zařízení souvisí buď s nadměrnou teplotou, nebo s únavou v důsledku tepelného cyklování. Výzkum se v současné době provádí na následující témata:

Výzkum také pokračuje v elektrických otázkách, jako je snižování parazitní indukčnosti obalů; tato indukčnost omezuje pracovní frekvenci, protože generuje ztráty během komutace.

Nízkonapěťový MOSFET je také omezen parazitním odporem svého balíčku, protože jeho vnitřní odpor v stavu je tak nízký jako jeden nebo dva miliohmy.

Mezi nejběžnější typy výkonových polovodičových pouzder patří TO-220, TO-247, TO-262, TO-3, D 2 Pak atd.

Vylepšení struktur

Návrh IGBT je stále ve vývoji a lze očekávat, že poskytne zvýšení provozního napětí. Na konci této řady s vysokým výkonem je tyristor řízený MOS slibným zařízením. Dosažení významného zlepšení oproti konvenční struktuře MOSFET využitím principu super-křižovatkové rovnováhy náboje: v zásadě umožňuje silně dotovanou oblast silného driftu výkonového MOSFET, čímž se sníží elektrický odpor proti toku elektronů, aniž by došlo k narušení průrazného napětí. Toto je postaveno vedle sebe s oblastí, která je podobně dotována opačnou polaritou nosiče ( otvory ); tyto dvě podobné, ale opačně dotované oblasti účinně ruší svůj mobilní náboj a vytvářejí „vyčerpanou oblast“, která podporuje vysoké napětí během vypnutého stavu. Na druhou stranu, během zapnutého stavu umožňuje vyšší dopování driftové oblasti snadný tok nosičů, čímž se snižuje odpor. Komerční zařízení založená na tomto principu super spojení byla vyvinuta společnostmi jako Infineon (produkty CoolMOS) a International Rectifier (IR).

Polovodiče se širokým pásmem

Hlavní průlom v oblasti výkonových polovodičových zařízení se očekává od nahrazení křemíku polovodičem se širokým pásmem. V současné době je karbid křemíku (SiC) považován za nejslibnější. Komerčně je dostupná Schottkyho dioda SiC s průrazným napětím 1200 V, stejně jako 1200 V JFET . Jelikož obě jsou většinou nosnými zařízeními, mohou pracovat vysokou rychlostí. Pro vyšší napětí (do 20 kV) se vyvíjí bipolární zařízení. Mezi jeho výhody může karbid křemíku fungovat při vyšší teplotě (až 400 ° C) a má nižší tepelný odpor než křemík, což umožňuje lepší chlazení.

Viz také

Poznámky a odkazy

Poznámky

Reference

externí odkazy