ការវិវត្តន៍នៃបច្ចេកវិទ្យា IGBT៖ ពីជំនាន់ទីមួយ ដល់ម៉ូឌុលល្បឿនលឿនទំនើប

នៅក្នុងវិស័យអេឡិចត្រូនិកថាមពល អាំងស៊ុយលីនទ្វារបាយប៉ូឡា ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ (IGBT) ឈរជាធាតុផ្សំដ៏មានឥទ្ធិពលបំផុតមួយក្នុងប៉ុន្មានទសវត្សរ៍ចុងក្រោយនេះ។ ដោយភ្ជាប់គម្លាតរវាងសមត្ថភាពតង់ស្យុងខ្ពស់ និងការគ្រប់គ្រងច្រកទ្វារងាយស្រួល IGBTs បានបដិវត្តន៍ពីរបៀបដែលវិស្វកររចនា និងបង្កើតប្រព័ន្ធសម្រាប់ការបំប្លែងថាមពល និងការគ្រប់គ្រង។ ពី​ដ្រាយ​ឧស្សាហកម្ម​ទៅ​ជា​រថយន្ត​អគ្គិសនី, ការ​បម្លែង​ថាមពល​ពន្លឺ​ព្រះ​អាទិត្យ​ទៅ​ជា​រថភ្លើង​គ្រាប់​កាំភ្លើង, the IGBT មាននៅគ្រប់ទីកន្លែង។ វត្តមានរបស់ ប៉ុន្តែដូចជាបច្ចេកវិទ្យា semiconductor ទាំងអស់ IGBTs មិនបានបង្កើតឡើងយ៉ាងពេញលេញនោះទេ ពោលគឺពួកវាបានវិវត្តន៍ទៅតាមជំនាន់ ដែលនីមួយៗនាំមកនូវភាពប្រសើរឡើងនៃដំណើរការ ល្បឿន ប្រសិទ្ធភាព និងការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ។

អត្ថបទនេះស្វែងយល់ពីដំណើរនៃបច្ចេកវិទ្យា IGBT ពីដំណាក់កាលដំបូងរបស់វារហូតដល់ម៉ូឌុលល្បឿនលឿនទំនើបដែលមាននាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។ តាមរយៈការយល់ដឹងពីវឌ្ឍនភាពរបស់វា យើងអាចដឹងគុណកាន់តែល្អអំពីតួនាទីរបស់វានៅក្នុងប្រព័ន្ធថាមពលនាពេលបច្ចុប្បន្ន និងការច្នៃប្រឌិតដែលជំរុញអនាគតរបស់វា។

តើ IGBT ជាអ្វី?

មុននឹងចូលទៅក្នុងការវិវត្តរបស់វា វាជារឿងសំខាន់ក្នុងការយល់ដឹងខ្លីៗថា IGBT ជាអ្វី។ Insulated Gate Bipolar Transistor គឺជាឧបករណ៍ semiconductor ដែលរួមបញ្ចូលគ្នានូវគុណលក្ខណៈល្អបំផុតនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រពីរប្រភេទ៖ ការប្តូរល្បឿនលឿននៃ Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) និងសមត្ថភាពគ្រប់គ្រងចរន្ត និងវ៉ុលខ្ពស់នៃ Bipolar Junction Transistor (BJT)។

ការរចនាកូនកាត់នេះអនុញ្ញាត IGBTs ដែលត្រូវបើក ​​និងបិទដោយភាពងាយស្រួលដោយប្រើសញ្ញាវ៉ុល ខណៈពេលដែលផ្តល់នូវភាពរឹងមាំ និងការបាត់បង់ចរន្តទាបដែលត្រូវការនៅក្នុងកម្មវិធីដែលមានថាមពលខ្ពស់។ ដោយសារតែលក្ខណៈពីរនេះ IGBTs ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលទាមទារការគ្រប់គ្រងថាមពលប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ដូចជាម៉ូទ័រ យានយន្តអគ្គិសនី (EVs) ទួរប៊ីនខ្យល់ និងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលដែលមិនអាចរំខានបាន (UPS)។

ជំនាន់ទីមួយ៖ ការដាក់គ្រឹះ

IGBTs ពាណិជ្ជកម្មដំបូងបានបង្ហាញខ្លួននៅដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 ។ នៅពេលនោះ វិស្វករអេឡិចត្រូនិកកំពុងស្វែងរកឧបករណ៍ដែលអាចដំណើរការបានល្អជាង BJTs ដែលពិបាកគ្រប់គ្រង និងថាមពល។ MOSFETs ដែលមានការបាត់បង់ចរន្តខ្ពស់នៅតង់ស្យុងខ្ពស់។ IGBTs ជំនាន់ទី 1 ត្រូវបានបង្កើតឡើងយ៉ាងសំខាន់ដោយប្រើដំណើរការប្រឌិតដែលមានស្រាប់ពី BJTs និង MOSFETs ដែលបណ្តាលឱ្យឧបករណ៍ដែលមានសមត្ថភាពទប់ស្កាត់តង់ស្យុងខ្ពស់ (600V-1200V) ប៉ុន្តែមានល្បឿនប្តូរយឺត។

បញ្ហាដ៏ធំបំផុតមួយជាមួយ IGBTs ជំនាន់ទី 1 គឺផលប៉ះពាល់ 'latch-up' ដែលជាលក្ខខណ្ឌដែល IGBT អាចចូលទៅក្នុងស្ថានភាពសៀគ្វីខ្លីដែលបំផ្លិចបំផ្លាញ ហើយបរាជ័យ។ បញ្ហានេះកំណត់ការអនុម័តដំបូងនៅក្នុងប្រព័ន្ធសំខាន់ៗ ហើយវិស្វករត្រូវបញ្ចូលសៀគ្វីខាងក្រៅដើម្បីការពារឧបករណ៍។ លើសពីនេះទៀត ល្បឿនប្តូរគឺយឺតជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងថាមពល MOSFETs ដែលធ្វើឱ្យ IGBTs មិនស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីដែលមានប្រេកង់ខ្ពស់។

ទោះបីជាមានគុណវិបត្តិទាំងនេះក៏ដោយ អត្ថប្រយោជន៍នៃច្រកទ្វារងាយស្រួល និងការគ្រប់គ្រងតង់ស្យុងខ្ពស់គឺគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីធានាបាននូវកន្លែងរបស់ IGBT នៅក្នុងកម្មវិធីថាមពលខ្ពស់ដែលមានប្រេកង់ទាបដូចជា ដ្រាយម៉ូទ័រឧស្សាហកម្ម។

ជំនាន់ទី 2៖ ធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវភាពរឹងមាំ និងភាពជឿជាក់

នៅដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 IGBTs ជំនាន់ទីពីរបានចូលទីផ្សារ។ ឧបករណ៍ទាំងនេះបានដោះស្រាយកង្វល់ជាច្រើនដែលមាននៅក្នុងឧបករណ៍ជំនាន់មុនរបស់ពួកគេ រួមទាំងការការពារការបិទភ្ជាប់ផងដែរ។ អ្នកផលិតបានកែលម្អការរចនានៃស្រទាប់ខាងក្នុងនៃ IGBT ដើម្បីកាត់បន្ថយឥទ្ធិពលប៉ារ៉ាស៊ីតដែលមិនចង់បាន និងកែលម្អតំបន់ប្រតិបត្តិការប្រកបដោយសុវត្ថិភាព។

នៅក្នុងជំនាន់នេះ រចនាសម្ព័នរបស់ IGBT បានចាប់ផ្តើមផ្លាស់ប្តូរពីការរចនា punch-through (PT) ទៅជា non-punch-through (NPT) designs ។ NPT IGBTs ផ្តល់ជូននូវសមត្ថភាពសៀគ្វីខ្លីកាន់តែប្រសើរ ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពកម្ដៅ និងការប្រឌិតកាន់តែងាយស្រួលដោយប្រើដំណើរការសាមញ្ញជាង។ ពួកគេក៏កាន់តែមានភាពអត់ធ្មត់ចំពោះការប្រែប្រួលសីតុណ្ហភាព ដែលធ្វើឲ្យពួកគេកាន់តែមានភាពជឿជាក់ក្នុងបរិយាកាសដ៏អាក្រក់។

ការកែលម្អដ៏សំខាន់មួយទៀតគឺនៅក្នុងទម្រង់នៃចរន្តកន្ទុយដែលកាត់បន្ថយកំឡុងពេលបិទ។ នៅក្នុងជំនាន់ទី 1 ការផ្សំឡើងវិញនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនលើសបានបណ្តាលឱ្យមានចរន្តកន្ទុយវែងដែលនាំឱ្យមានការខាតបង់នៃការផ្លាស់ប្តូរនិងកាត់បន្ថយប្រសិទ្ធភាព។ ជាមួយនឹងបច្ចេកទេសគ្រប់គ្រងពេញមួយជីវិតកាន់តែប្រសើរ IGBTs ជំនាន់ទី 2 បានកាត់បន្ថយការខាតបង់ទាំងនេះ និងអនុញ្ញាតឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរលឿនជាងមុន។

ជាលទ្ធផល IGBTs ជំនាន់ទី 2 បានរកឃើញការប្រើប្រាស់កាន់តែទូលំទូលាយនៅក្នុងប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងម៉ូទ័រ ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពល និងប្រព័ន្ធសន្សំសំចៃថាមពលនៅក្នុងជណ្តើរយន្ត និងប្រព័ន្ធ HVAC ។

ជំនាន់ទីបី៖ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់ល្បឿន និងប្រសិទ្ធភាព

IGBTs ជំនាន់ទីបីត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 និងដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 2000 ហើយបានសម្គាល់ចំណុចរបត់ដ៏សំខាន់មួយក្នុងការវិវត្តន៍នៃបច្ចេកវិទ្យា។ ឧបករណ៍ទាំងនេះត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងសម្រាប់ការប្តូរលឿនជាងមុន និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យពួកវាស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីធំទូលាយជាងមុន រួមទាំងឧបករណ៍ដែលត្រូវការប្រេកង់ប្តូរកម្រិតមធ្យមផងដែរ។

ការរីកចម្រើនគួរឱ្យកត់សម្គាល់បំផុតមួយគឺការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យា Field Stop (FS) ។ បច្ចេកទេសនេះពាក់ព័ន្ធនឹងការបន្ថែមស្រទាប់បន្ថែមនៅជិតឧបករណ៍ប្រមូលដើម្បីស្រូបយកក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនលើសក្នុងអំឡុងពេលបិទ ដែលកាត់បន្ថយចរន្តកន្ទុយ និងបង្កើនល្បឿននៃការប្តូរដោយមិនធ្វើឱ្យខូចសមត្ថភាពទប់ស្កាត់វ៉ុល។

Field Stop IGBTs ផ្តល់ជូននូវពិភពទាំងពីរដ៏ល្អបំផុត៖ ពួកគេអាចគ្រប់គ្រងវ៉ុលខ្ពស់ និងចរន្ត ហើយពួកវាក៏ដំណើរការជាមួយនឹងការបាត់បង់ការផ្លាស់ប្តូរទាបគួរឱ្យកត់សម្គាល់ផងដែរ។ នេះធ្វើឱ្យពួកវាស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីដូចជា អាំងវឺតទ័រពន្លឺព្រះអាទិត្យ ប្រព័ន្ធអូសទាញ និងឧបករណ៍ផ្សារដែក ដែលប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងការឆ្លើយតបគឺជាគន្លឹះ។

លើសពីនេះ បច្ចេកវិទ្យាវេចខ្ចប់បានប្រសើរឡើង។ អ្នកផលិតបានចាប់ផ្តើមរួមបញ្ចូល diodes និងសៀគ្វីការពារនៅក្នុងម៉ូឌុល IGBT ដើម្បីធ្វើឱ្យពួកវាកាន់តែបង្រួម និងរឹងមាំ។ នេះបានជួយកាត់បន្ថយថ្លៃដើមសរុបនៃប្រព័ន្ធ និងបង្កើនភាពជឿជាក់ ជាពិសេសនៅក្នុងកម្មវិធីរថយន្ត និងថាមពលកកើតឡើងវិញ។

ជំនាន់ទីបួន៖ ម៉ូឌុលបង្រួម និងដំណើរការកម្ដៅកាន់តែប្រសើរ

នៅពេលដែលតម្រូវការដង់ស៊ីតេថាមពលកើនឡើង IGBTs ជំនាន់ទី 4 បានផ្តោតលើការបង្កើនការគ្រប់គ្រងបច្ចុប្បន្នក្នុងមួយឯកតា ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយការបាត់បង់ថាមពល និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការកម្ដៅ។ នេះតម្រូវឱ្យមានការកែលម្អមិនត្រឹមតែនៅក្នុងសម្ភារៈ semiconductor ប៉ុណ្ណោះទេប៉ុន្តែថែមទាំងការបង្កើតថ្មីនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ផងដែរ។

IGBTs Trench-gate បានចាប់ផ្តើមជំនួសការរចនាច្រកទ្វារ។ រចនាសម្ព័ន្ធលេណដ្ឋានទាំងនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានការគ្រប់គ្រងកាន់តែប្រសើរឡើងនៃវាលអគ្គិសនីនៅខាងក្នុងឧបករណ៍ និងកាត់បន្ថយការបាត់បង់ចរន្ត។ ជាងនេះទៅទៀត ការជឿនលឿននៃទម្រង់សារធាតុ emitter និងអ្នកប្រមូលសារធាតុ doping បានជួយសម្រួលដល់ការដោះដូររវាងការដំណើរការ និងការខាតបង់នៃការផ្លាស់ប្តូរ ដោយផ្តល់ឱ្យអ្នករចនាមានភាពបត់បែនបន្ថែមទៀតដើម្បីផ្គូផ្គងឧបករណ៍ទៅនឹងតម្រូវការកម្មវិធី។

លើសពីនេះ ការរួមបញ្ចូលការវេចខ្ចប់ និងម៉ូឌុលបានឈានទៅមុខយ៉ាងសំខាន់។ ម៉ូឌុលបន្ទះឈីបច្រើន កម្មវិធីបញ្ជាច្រកទ្វាររួមបញ្ចូលគ្នា និងបច្ចេកវិជ្ជាត្រជាក់រាវដោយផ្ទាល់ត្រូវបានអនុញ្ញាតឱ្យមានដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់ជាងច្រើននៅក្នុងបាតជើងតូចជាង។ លក្ខណៈពិសេសទាំងនេះបានធ្វើឱ្យ IGBTs ជំនាន់ទីបួនក្លាយជាជម្រើសកំពូលសម្រាប់រថភ្លើងអគ្គិសនី យានជំនិះកូនកាត់ និងគម្រោងហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធថាមពល ដូចជាបណ្តាញឆ្លាតវៃ និងប្រព័ន្ធបញ្ជូនថាមពលជាដើម។

ម៉ូឌុល IGBT ល្បឿនលឿនទំនើប៖ ស្ថានភាពសិល្បៈ

ម៉ូឌុល IGBT នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ គឺលឿនជាងមុន មានប្រសិទ្ធភាព និងរឹងមាំជាងមុន។ សូមអរគុណដល់ការស្តើង wafer កម្រិតខ្ពស់ រចនាសម្ព័ន្ធច្រកទ្វារដែលល្អមែនទែន និងការវេចខ្ចប់ស៊ីលីកុនកាបូន (SiC) នៅក្នុងការរចនាកូនកាត់មួយចំនួន ម៉ូឌុល IGBT ទំនើបអាចសម្រេចបាននូវល្បឿនប្តូរពិសេសជាមួយនឹងការខាតបង់តិចតួចបំផុត។

លក្ខណៈពិសេសសំខាន់ៗមួយចំនួននៃម៉ូឌុល IGBT ល្បឿនលឿនចុងក្រោយបំផុតរួមមាន:

• ការខាតបង់ក្នុងការផ្លាស់ប្តូរទាបបំផុត៖  ជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់ការរចនាកន្លែងឈប់ និងច្រកទ្វារចូលកម្រិតខ្ពស់ ការខាតបង់នៃការប្តូរត្រូវបានបង្រួមអប្បបរមា ដែលធ្វើឱ្យវាសាកសមសម្រាប់កម្មវិធីដែលធ្លាប់ជាដែនរបស់ MOSFETs ទាំងស្រុង។

• ចរន្តកំដៅខ្ពស់៖  ការប្រើប្រាស់សម្ភារៈដូចជាអាលុយមីញ៉ូម nitride សម្រាប់ស្រទាប់ខាងក្រោម និងការភ្ជាប់ទង់ដែងដោយផ្ទាល់ (DCB) ម៉ូឌុលទំនើបគ្រប់គ្រងកំដៅបានកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព ពង្រីកអាយុកាល និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពជឿជាក់។

• លទ្ធភាពធ្វើមាត្រដ្ឋាន៖  ស្ថាបត្យកម្មម៉ូឌុលឥឡូវនេះអនុញ្ញាតឱ្យអ្នករចនាដាក់ជង់ឬស្របម៉ូឌុល IGBT ជាច្រើនសម្រាប់កម្មវិធីខ្នាតមេហ្គាវ៉ាត់ដូចជាទួរប៊ីនខ្យល់ និងក្បាលរថភ្លើង។

• សមាហរណកម្មឆ្លាតវៃ៖  ម៉ូឌុលទំនើបភ្ជាប់មកជាមួយឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលភ្ជាប់មកជាមួយសម្រាប់សីតុណ្ហភាព ចរន្ត និងវ៉ុល ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការវិនិច្ឆ័យឆ្លាតវៃ ការថែទាំព្យាករណ៍ និងការគ្រប់គ្រងពេលវេលាជាក់ស្តែង។

កម្មវិធីដូចជាស្ថានីយ៍សាកថ្មលឿន DC សម្រាប់ EVs រថភ្លើងល្បឿនលឿន និងអាំងវឺរទ័រឧស្សាហកម្មដែលមានសមត្ថភាពខ្ពស់ឥឡូវនេះពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងលើម៉ូឌុល IGBT កម្រិតខ្ពស់ទាំងនេះ។

អនាគតនៃបច្ចេកវិទ្យា IGBT

ខណៈពេលដែលឧបករណ៍ពាក់កណ្តាលចរន្តធំទូលាយដូចជា silicon carbide (SiC) និង gallium nitride (GaN) កំពុងចាប់ផ្តើមប្រកួតប្រជែងជាមួយ IGBTs នៅក្នុងដែនមួយចំនួន IGBT នៅតែទទួលបានអត្ថប្រយោជន៍ខ្លាំងទាក់ទងនឹងតម្លៃ ភាពចាស់ទុំ និងភាពរឹងមាំ។ ការអភិវឌ្ឍន៍នាពេលអនាគតទំនងជាពាក់ព័ន្ធនឹងម៉ូឌុលកូនកាត់ដែលរួមបញ្ចូលគ្នានូវ IGBTs និង SiC diodes ឬសូម្បីតែប្រើបច្ចេកទេសផលិតថ្មីដូចជាការបោះពុម្ព semiconductor បន្ថែម។

លើសពីនេះ ប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រង IGBT នឹងក្លាយទៅជាឌីជីថល និងកម្មវិធីដែលកំណត់ដោយកម្មវិធីកាន់តែច្រើនឡើង ជាមួយនឹងប្រព័ន្ធត្រួតពិនិត្យដែលពង្រឹង AI ដែលអាចសម្របខ្លួនតាមលំនាំប្តូរសម្រាប់ប្រសិទ្ធភាព និងអាយុកាលដ៏ល្អប្រសើរ។

នៅពេលដែលការជំរុញជាសកលសម្រាប់អគ្គិសនីនៅតែបន្ត ជាពិសេសនៅក្នុងវិស័យរថយន្ត និងផ្នែកដែលអាចកើតឡើងវិញ IGBTs នឹងនៅតែជាប្លុកអគារស្នូលនៅក្នុងប្រព័ន្ធបំប្លែងថាមពលតង់ស្យុងមធ្យម និងវ៉ុលខ្ពស់។

អ្នកលេងដែលជឿទុកចិត្តក្នុងការច្នៃប្រឌិត IGBT៖ Jiangsu Donghai Semiconductor Co., Ltd.

ក្នុងចំណោមក្រុមហ៊ុនដែលរួមចំណែកយ៉ាងសកម្មដល់ការរីកចំរើននៃបច្ចេកវិទ្យា IGBT ក្រុមហ៊ុន Jiangsu Donghai Semiconductor Co., Ltd. លេចធ្លោជាក្រុមហ៊ុនផលិត និងអ្នកច្នៃប្រឌិតដ៏ឧស្សាហ៍ព្យាយាមក្នុងចន្លោះថាមពល semiconductor ។ ដោយផ្តោតលើការអភិវឌ្ឍបន្ទះឈីប និងម៉ូឌុល IGBT ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ក្រុមហ៊ុនបានដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការគាំទ្រឧស្សាហកម្មចាប់ពីការដឹកជញ្ជូនអគ្គិសនីរហូតដល់ថាមពលឆ្លាតវៃ និងស្វ័យប្រវត្តិកម្មឧស្សាហកម្ម។

Jiangsu Donghai Semiconductor រួមបញ្ចូលគ្នានូវជំនាញសម្ភារៈដ៏ស៊ីជម្រៅជាមួយនឹងដំណើរការផលិតកម្រិតខ្ពស់ ដើម្បីផលិតដំណោះស្រាយ IGBT ដែលអាចទុកចិត្តបាន ប្រសិទ្ធភាព និងល្បឿនលឿន។ នៅពេលដែលតម្រូវការសម្រាប់ម៉ូឌុលថាមពលបង្រួម ធន់ និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់កើនឡើង ក្រុមហ៊ុនដូចជា Jiangsu Donghai មានសារៈសំខាន់ក្នុងការផ្តល់នូវបច្ចេកវិទ្យា IGBT ជំនាន់ក្រោយដើម្បីផ្តល់ថាមពលដល់អនាគតប្រកបដោយនិរន្តរភាព និងថាមពលអគ្គិសនី។