[实用新型]一种集成光触发一体化IGBT结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件设计领域，尤其是一种集成光触发一体化IGBT结构。

背景技术

目前，IGBT均设计为电压控制器件(图1)，栅极为金属电极，在栅极和源极之间施加足够高的正向驱动电压信号，在栅极下方的P区会形成一个反型层，即N导通沟道，经由这个通道，电子可以从源极流向N-漂移区，直至N-区，使IGBT进入导通状态。当栅极与源极之间的正向驱动电压消失，栅极与源极电位差低于IGBT导通所需的电压阈值时，IGBT截止。因此，目前IGBT的导通是由栅极驱动电压信号在栅极下方的P区形成N型导通沟道控制的，需要通过外接馈线由驱动电路为栅极馈送正向电压信号。IGBT由截止状态向导通状态转换的时间由栅极注入电流和IGBT结构参数决定。目前，由于IGBT结构的限制，对额定工作电流数百安培以上的大功率IGBT而言，栅极结构电容较大，IGBT的状态转换时间通常在百纳秒以上。同时，在多个IGBT串联使用时，电脉冲触发方式会带来IGBT的绝缘隔离问题。通过对IGBT栅极区结构进行特殊设计并采用匹配的触发方式，可以解决IGBT的绝缘隔离及状态转换时间长的问题。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种集成光触发一体化IGBT结构，其通过设计触发控制初级电源电路、负极性栅极电压控制电路以及正极性栅极电压控制电路，并使其与IGBT源极、漏极连通，采用绝缘隔离的触发方法控制栅极下方导电沟道的形成，控制IGBT的通断，与IGBT电路结构在同一片硅片上加工，用于解决IGBT的绝缘隔离及状态转换时间长的问题。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种集成光触发一体化IGBT结构包括：

触发控制初级电源电路，用于跨接在IGBT源级和漏极之间，当IGBT漏极D极与IGBT源级S极存在电位差U₀时，通过触发控制初级电源电路输出端为负极性及正极性栅极电压控制电路进行储能充电，触发控制初级电源电路为栅极电压控制电路提供的阈值储能电压值为U₁；U₀>U₁；U₁＝U_g+U_k+U_MF+U_m；U_g为使IGBT导通所需的栅极G极-源极电位差，U_k为光控制开关PCSS导通压降，U_MF为第一电源模块工作压降，U_m为由工作模式和回路杂散参数确定的调整电压，一般情况下U_m≤3V；

负极性栅极电压控制电路，用于设置在触发控制初级电源电路输出端与IGBT栅极之间；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关(PCSS)未受光照时，负极性栅极电压控制电路对IGBT栅极进行负极性充电，使得IGBT保持关断状态；

正极性栅极电压控制电路，用于设置在触发控制初级电源电路输出端与IGBT栅极之间；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关受到光照时，对IGBT栅极进行正极性充电，当充电满足IGBT栅极导通控制电脉冲参数要求时，IGBT导通；当器件设计时以器件寿命为优先考虑因素时，光控制开关设定为线性工作模式时，光控制开关的导通时间约等于光脉冲脉宽；

正极性栅极电压控制电路的输出端与负极性栅极电压控制电路输出端相连后连接到IGBT栅极上，IGBT栅极通过泄放电阻与IGBT源极相连。