Superjunction IGBT With Conductivity Modulation Actively Controlled by Two Separate Driving Signals

绝缘栅双极晶体管 MOSFET 电气工程 拓扑(电路) 调制(音乐) 材料科学 物理 电子工程 晶体管 电压 工程类 声学
作者
Jin Wei,Meng Zhang,Kevin J. Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:67 (10): 4335-4339 被引量:15
标识
DOI:10.1109/ted.2020.3014284
摘要

A dual-gate superjunction insulated gate bipolar transistor (IGBT) (DG-SJ-IGBT) is proposed and studied with numerical TCAD simulations. The new structure utilizes the superjunction structure as a controlling port for the strength of conductivity modulation inside the IGBT, so that a low ${V}_{\text {ON}}$ is obtained by a strong conductivity modulation during ON-state and a near-unipolar turn-off is achieved by removing the minority carriers before the turn-off event. For this purpose, the p-pillar in the DG-SJ-IGBT is connected to the p-body using a built-in p-channel MOSFET. The primary gate and the auxiliary gate (i.e., gate of p-MOSFET) are controlled by two separate driving signals. In the IGBT's ON-state, the p-MOSFET disconnects the p-pillar, enabling full conductivity-modulated bipolar conduction and a consequent low ${V}_{\text {ON}}$ . As a well-known issue, conductivity modulation is accompanied by significant additional turn-off loss ( ${E}_{\text {OFF}}$ ). To overcome this issue, the DG-SJ-IGBT takes advantage of the p-pillar which extends through the entire drift region. Before the IGBT's turn-off event, the p-MOSFET electrically grounds the p-pillar to the p-body. The grounded p-pillar serves as a hole extractor, suppresses the minority carrier density throughout the depth of the drift region, and brings the device into a near-unipolar conduction mode. Thus, a near-unipolar turn-off can be obtained, resulting in a low ${E}_{\text {OFF}}$ .
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