随着电力电子技术和半导体技术的飞速发展，每个电力电子应用都需要从成本和性能的角度来看专用和专用的半导体开关器件。场停止(FS)IGBT与传统的非穿通(NPT)IGBT相比，提供更低的饱和电压降和更低的开关损耗。此外，相对较新的改进，通过使用短路阳极(SA)技术在IGBT管芯上集成反并联二极管，使得FS IGBT非常适合软开关功率转换应用。
场终止短路阳极沟槽IGBT与NPT IGBT
虽然NPT IGBT通过减少少数载流子注入量和通过在关断过渡期间提高复合速率来提高开关速度，但由于其高的VCE(SAT)，所以它不需要某些高功率应用，因为它的N衬底必须是轻掺杂的。因此，在图1(a)所示的OFF状态下，需要更厚的衬底来维持电场。N衬底厚度是IGBTs饱和压降的主要因素。
如图1(b)所示，传统的NPT IGBT的“N”漂移层和“P+”集电极之间的“N”掺杂场阻挡层极大地改善了IGBT的性能。这是场停止IGBT概念。在FS IGBT中，电场在场停止层内迅速减小，在“N”漂移层内逐渐减小。因此，可以显著改善“N”漂移层的厚度和饱和电压降。沟槽栅极结构还提高了饱和压降。FS IGBT的场阻挡层加速了关断实例期间的多数载流子复合，从而其尾电流比NPT或PT IGBT小得多。这导致较低的开关损耗和更低的关断能量，Eoff。
NPT IGBT(左)和场停止IGBT(右)的图像
图1：NPT-IGBT(左)和场停止IGBT(右)。
同时，出现了一种新的概念：短路阳极IGBT(SA IGBT)，它允许以与MOSFET相同的方式将体二极管嵌入到IGBT中。图2示出了场停止沟槽短路阳极(FS T-SA)IGBT概念的基本结构，其中“n+”集电极与场阻挡层相邻并充当pn二极管的阴极，而“P+”集电极层充当FS T IGBT的总集电极。
FS SA T IGBT的横截面图像
图2：FS SA T IGBT的横截面。
典型输出特性比较图像
图3：典型的输出特性比较。
图3示出了新的短路阳极器件(FGA20S140P)、前一代器件(FGA20S120 M)和最佳竞争器的典型输出特性比较。在额定电流为20 A时，FGA20S140P的饱和电压、VCE(SAT)为1.9 V，而FGA20S120 M的VCE(SAT)为1.55 V，最佳竞争对手的VCE(SAT)为1.6 V。图4显示了反向恢复性能比较结果。SA IGBT的反向恢复性能略低于IGBT封装的超快速恢复二极管(UFRD)。幸运的是，更高的VCE(SAT)在感应加热(IH)应用中是不有害的。
反向恢复性能的图像比较
图4：反向恢复性能比较。
随着先进的现场停止短路阳极技术优化IH，最近的仙童第二代FS T SA IGBT技术不仅大大提高了击穿电压，但也比以前版本的开关性能;尽管，VCE(SAT)是稍高一点。使用软开关测试夹具的关断特性比较如图5所示。FS T SA IGBT的关断能量为573μJ，而前一代FGA20S120 M的关断能量为945μJ，最佳竞争对手为651μJ。因此，新一代FS T SA IGBT器件在模拟IH应用的特定软开关测试中具有比其它器件低至少12%的关断能量。
EOFF比较图像
图5：EOFF比较。
每个装置的关键参数在表1中进行比较。
FGA20S140P (新)FGA20S120 (前)最佳竞争对手
BVCES[V] 1400 1200 1350
VCE(SAT)[V] 1.9 1.55， 1.6
IC[A] 20 20 20
VF[V] 1.7 1.65 1.55
*EOFF〔J J/A 〕 14.33 23.63 23.63
*在IOFF=40 A和DV/dt=140.1 V/s s下测量
表1：关键参数比较。
总结
介绍了一种与MOSFET类似的嵌入本征体二极管的最新一代短路阳极IGBT。该设备具有比最佳竞争对手更小的EOFF特性，以及先前的飞兆半导体版本。综上所述，新器件可以使FS IGBT对不需要高性能反并联二极管的软开关应用的设计更有用。