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IGBTの断面構造と高耐圧化への問題点

図Aは、従来のIGBTの断面構造とNベース中のキャリア分布を示しています。キャリア分布は、コレクター電極側からエミッター電極側に近づくにつれて単調に減少しています。高耐圧化のためには、コレクター・エミッター間のNベース領域を広くする必要があるため、キャリアの少ない領域が厚くなり、その抵抗分が増加して電圧降下が増大します。すなわち、オン電圧が大きくなるという問題がありました。

IEGTのゲート構造の特長とIE効果の適用

図Bに、IEGTの断面構造とキャリア分布を示します。IGBTに比べて、深く幅の広いトレンチゲート電極を設けているため、エミッター電極へ抜ける抵抗が高くなり、キャリアの抜けが抑制されます。その結果、キャリアの蓄積が起き、Nベースのキャリア分布がエミッター電極側で増加します。

このようにキャリアが注入蓄積されたようにすることをIE効果(Injection Enhancement Effect)と呼んでいます。このゲート構造の採用により、高耐圧化しても電圧降下の増大を抑えることができるようになりました。

IGBTのチップ断面構造とキャリア分布
図A. IGBTのチップ断面構造とキャリア分布

エミッター側のキャリアが少ないため、高耐圧化すると、オン電圧が増大します。

IEGTのチップ断面構造とキャリア分布
図B. IEGTのチップ断面構造とキャリア分布

エミッター側のキャリアが増大し、電子の注入量が増加することによって、オン抵抗が下がります。

圧接型パッケージ PPI (Press Pack IEGT)

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