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用于电子点火的单片智能 IGBT解决方案

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:458

电子家园dzjia.cn

  市场对内置保护功能的更复杂器件的需求,促使半导体公司去开发智能技术:采用与分立器件相同的工艺,增加基本元器件。
  意法半导体(st)开发出一项智能绝缘栅双极晶体管技术:这项技术包括一个内置nmos驱动器(以增强模式实现的横向n沟道场效应mos管)、多晶硅二极管及电阻器的纵向绝缘栅双极晶体管。通过集成,实现了通用功能,像限流、高压钳位、热保护和静电放电保护。这种采用同一工艺制造的技术、电源级和控制元器件的背后的概念,适合许多电源应用。

  尺寸和成本不断降低的市场趋势,正在引导半导体公司去开发片上集成器件特性和诊断功能的技术。
  意法半导体开发出一项智能技术,利用绝缘栅双极晶体管技术,实现了一个受到全面保护的高压智能开关。
智能功率绝缘栅双极晶体管技术
  这个智能绝缘栅双极晶体管技术允许将一个绝缘栅双极晶体管的电源级和下列信号元器件集成在一起:n沟道mos增强型晶体管、多晶硅电阻器、多晶硅二极管、灵敏型绝缘栅双极晶体管、高压-电阻(st正在申请专利)。


图1, 条状绝缘栅双极晶体管剖面图

  这项智能技术采用与标准绝缘栅双极晶体管相同的生产过程,光刻使用的掩模数量也相同。功
率级采用一个纵向条状绝缘栅双极晶体管,这项技术保证通态压降极低,闩锁防护性能增强。如图1所示,在p+基片和n-漂移区之间引入一个n+缓冲层,形成一个通孔绝缘栅双极晶体管。在这样一个结构中,利用前向模块功能,可以缩小n-漂移区,因为n+缓冲层提高了前向模块的功能。结果,可以降低通态压降。


图2,n沟道场效应mos晶体管剖面图

  信号n沟道场效应mos晶体管是横向扩散模式增强型晶体管。栅氧化物和多晶硅与电源级和漏极相同,源极离子注入是透过绝缘栅双极晶体管的源极注入实现的。在整个芯片上,沟长是恒定的,通过改变周长数值,可以获得不同的额定电流。晶体管的体和源极必须短接在一起,而且,体与绝缘栅双极晶体管的管体电气相连,因此,必须使用场效应mos晶体管的通用源极结构。


图3,多晶硅电阻器剖面图

  关于多晶硅元器件,p+掺杂多个条状物构成了电阻器,温度变化几乎不会影响条状物的特性。此外,对于触点实现,p+掺杂条的性能优于n+掺杂条。


图4,热传感器剖面图

  多晶硅二极管是通过n+ p+掺杂多晶硅条实现的p-n结,这些元器件用于集成几种结构:
  (1)集电极-发射极钳位电路,把电源级的集电极-发射极电压固定在一个指定的值。为了保护基片-n-漂移区结,这个电压值必须明显低于这两层的厚度以及掺杂确保的击穿电压;
  (2)静电放电保护电路,保护器件氧化物,防止电压火花;
  (3)热敏二极管:因为其前向电压与温度的关联关系,热敏二极管可以感应到内部结温。
  基于绝缘栅双极晶体的电子点火
  1,应用概述


图5,电子点火电路及波形

  电子点火电路(图5)用于在内燃机产生火花,以点燃汽车每个气缸内的空气和燃油混合气。应用最广泛的拓扑是感应式放电点火(idi);对于运转速度很高的发动机,还须使用其它拓扑(比标准电感放电更复杂、昂贵)。


图6,st智能绝缘栅双极晶体管框图

  2,绝缘栅双极晶体管电源级优势
  绝缘栅双极晶体管是满足新型电子点火需求的理想器件,这个器件融一个场效应mos器件的
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  市场对内置保护功能的更复杂器件的需求,促使半导体公司去开发智能技术:采用与分立器件相同的工艺,增加基本元器件。
  意法半导体(st)开发出一项智能绝缘栅双极晶体管技术:这项技术包括一个内置nmos驱动器(以增强模式实现的横向n沟道场效应mos管)、多晶硅二极管及电阻器的纵向绝缘栅双极晶体管。通过集成,实现了通用功能,像限流、高压钳位、热保护和静电放电保护。这种采用同一工艺制造的技术、电源级和控制元器件的背后的概念,适合许多电源应用。

  尺寸和成本不断降低的市场趋势,正在引导半导体公司去开发片上集成器件特性和诊断功能的技术。
  意法半导体开发出一项智能技术,利用绝缘栅双极晶体管技术,实现了一个受到全面保护的高压智能开关。
智能功率绝缘栅双极晶体管技术
  这个智能绝缘栅双极晶体管技术允许将一个绝缘栅双极晶体管的电源级和下列信号元器件集成在一起:n沟道mos增强型晶体管、多晶硅电阻器、多晶硅二极管、灵敏型绝缘栅双极晶体管、高压-电阻(st正在申请专利)。


图1, 条状绝缘栅双极晶体管剖面图

  这项智能技术采用与标准绝缘栅双极晶体管相同的生产过程,光刻使用的掩模数量也相同。功
率级采用一个纵向条状绝缘栅双极晶体管,这项技术保证通态压降极低,闩锁防护性能增强。如图1所示,在p+基片和n-漂移区之间引入一个n+缓冲层,形成一个通孔绝缘栅双极晶体管。在这样一个结构中,利用前向模块功能,可以缩小n-漂移区,因为n+缓冲层提高了前向模块的功能。结果,可以降低通态压降。


图2,n沟道场效应mos晶体管剖面图

  信号n沟道场效应mos晶体管是横向扩散模式增强型晶体管。栅氧化物和多晶硅与电源级和漏极相同,源极离子注入是透过绝缘栅双极晶体管的源极注入实现的。在整个芯片上,沟长是恒定的,通过改变周长数值,可以获得不同的额定电流。晶体管的体和源极必须短接在一起,而且,体与绝缘栅双极晶体管的管体电气相连,因此,必须使用场效应mos晶体管的通用源极结构。


图3,多晶硅电阻器剖面图

  关于多晶硅元器件,p+掺杂多个条状物构成了电阻器,温度变化几乎不会影响条状物的特性。此外,对于触点实现,p+掺杂条的性能优于n+掺杂条。


图4,热传感器剖面图

  多晶硅二极管是通过n+ p+掺杂多晶硅条实现的p-n结,这些元器件用于集成几种结构:
  (1)集电极-发射极钳位电路,把电源级的集电极-发射极电压固定在一个指定的值。为了保护基片-n-漂移区结,这个电压值必须明显低于这两层的厚度以及掺杂确保的击穿电压;
  (2)静电放电保护电路,保护器件氧化物,防止电压火花;
  (3)热敏二极管:因为其前向电压与温度的关联关系,热敏二极管可以感应到内部结温。
  基于绝缘栅双极晶体的电子点火
  1,应用概述


图5,电子点火电路及波形

  电子点火电路(图5)用于在内燃机产生火花,以点燃汽车每个气缸内的空气和燃油混合气。应用最广泛的拓扑是感应式放电点火(idi);对于运转速度很高的发动机,还须使用其它拓扑(比标准电感放电更复杂、昂贵)。


图6,st智能绝缘栅双极晶体管框图

  2,绝缘栅双极晶体管电源级优势
  绝缘栅双极晶体管是满足新型电子点火需求的理想器件,这个器件融一个场效应mos器件的
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