2000年
4.5 kV, 1.5 kA IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)
の開発(東芝)
〜個別半導体・他〜


1992年 東芝の北川 光彦、中川 明夫が、IEGT ( Injection Enhanced Gate Transistor)を開発し、発表した。また、2000年にはIEGTチップを125φマルチチップ圧接パッケージ(Press Pack)に搭載し4,5 kV、1.5 kAのIEGTデバイスを開発した。

IEGTはIGBTの更なる高耐圧、大電力化の為、サイリスタ、GTOの様に、N-層全体に過剰キャリア密度を増加させたデバイスである。

通常のIGBTは図1に示す様に、コレクタから注入された正孔の密度はエミッタに近づくにつれ、低下する。この結果N−層の過剰キャリア密度が一様ではなく、伝導効果が充分に発揮されない。これに対し、図2に示すIEGTは、ゲート構造をトレンチ構造とした上、エミッタN+領域を間引く事で、エミッタ近傍のN−層内に過剰キャリアを滞留させる。この構造により、N−層全体に渡り、強い伝導変調効果が得られ、オン抵抗値の一層の低減を実現した。 

1996年には三菱電機からも同様な原理を、エミッタのP層とN−層間にN層を挿入する事で実現し、CSTBT(Carrier Stored Trench Bipolar Transistor)として発表している。図3にCSTBT構造を示す。

IEGTは、通常のIGBTと同様、ゲードドライブが容易である上、サイリスタ、GTOと異なり、自己サステイニング機能があるため、負荷短絡事故時の保護回路が簡単である。またスイッチング周波数を高くする事が可能であり、システムの小型、コンパクト化が達成できる。更に、並列接続が可能なため、多数のチップの並列接続が可能である。プレスパック ( Press Pack)や、パワーモジュール(PM)とする事で、サイリスタ、GTO並みの大電力処理が可能となった

東芝は、高信頼性が得られるマルチチップ型圧接形パッケージ( Press Pack)を開発し、2000年、IEGTチップを125φマルチチップ型圧接形パッケージに搭載し、4.5kV/4kAのIEGTを完成した。

この結果、高信頼性が要求される発送電などの電力変換や、機関車、高速鉄道車両、産業用大型モータ向けのインバータ用にも、従来のサイリスタ、GTOに代わり、使用される様に成った。


図1トレンチ形 IGBT 構造


図2 IEGT 構造


図3 三菱電機 CSTBT 構造

【参考文献】
(1) M. Kitagawa et al. “A 4500V Injection Enhanced Insulated Gate Bipolar Transistor (IEGT) Operating in a Mode Similar to a Thyristor”, IEEE IEDM Digest of Technical Papers, pp. 679-682 (1993)
(2) H. Matsuda, “High Power (4.5kV/4kA turn-off) IEGT” EPE’99-Lausanne, No.812, pp.1-4, (1999)
(3) T. Takahashi, et al. “Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor (CSTBT) ? A Novel Power Device for High Voltage Application” ISPSD p.75, (1996)
(4) 家坂 進、“パワーエレクトロニクス用大容量IEGT”、東芝レビュー、Vol. 55, No.7, pp. 7-10 (2000)
(5) 市川 耕作、他、“IEGTを適用した産業用大容量インバータ”、東芝レビュー, Vol. 55, No.7, pp. 23-27 (2000)
(6) 西谷 和展、他、“高耐圧 大電流 IEGT”、東芝 Vol.63, No.11, pp. 9-14 (2008)
(7) 中沢 洋介、他、“IEGT 適用による鉄道車両用主変換装置の小型・軽量・高効率化”、東芝レビュー, Vol.63, No.11, pp. 15-20 (2008)
(8) 吉田 忠光 、他、 “IEGT 適用による産業用ドライブ装置および電力用変換装置の省エネと小型・高効率化”、東芝レビュー, Vol. 63, No. 11, pp. 21-26 (2008)
(9) 高橋 徹雄、他、“新型パワーモジュール用第6世代IGBTと薄型ウェハーダイオード”三菱電機技報Vol. 84, No. 4, pp. 224-227, (2010)
(10) 西山 建人、他、“第6世代IGBTモジュールNXシリーズ゙”、三菱電機技報Vol. 84, No. 4, pp. 240-243 (2010)

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rev.000 2010/11/16