《Fundamentals of Power Semiconductor Devices》baliga:
当对IGBT结构的集电极端施加负偏压时,P集电极/N基结(J1)变得反向偏置,而深P区和N基区之间的结(J2)正向偏置。反向阻断电压由P集电极/N-缓冲层结(J1)决定,耗尽层主要延伸在N-缓冲层内。最大电场出现在P集电极/缓冲层结(J1)。
在该条件下,P-N-P晶体管的基区输运系数很小,原因为基区轻掺杂部分的宽度很大。因此,当最大电场(Em)等于P集电极/N-缓冲层结(J1)的临界电场时,阻断电压能力受到雪崩击穿的限制)。由N-缓冲层的掺杂浓度可以得到反向阻断电压:
得到N-缓冲层在击穿时的耗尽层宽度为:
N缓冲层中的掺杂从1×1016增加到4×1017cm−3,击穿电压从53降低3.4V。在此掺杂范围内,N-缓冲层中的最大耗尽区扩展仅为2.6µm。因此,使用10µm的N-缓冲层厚度就足够了。以确保在正向和反向阻断工作状态下,N基区没有发生穿通。
非对称IGBT结构常用在电机控制应用的H桥电路中,如变速驱动器。当功率MOS用于该电路中时,其自身的体寄生二极管可以完成反向续。这种情况对于反向阻断电压大于4V的非对称IGBT结构不会发生。即使P集电极/N-缓冲层结(J1)芯片终端没有采用特殊的保护结构,且在N-缓冲层掺杂不超过4×1017cm−3的情况下,非对称IGBT结构的反向阻断电压也会大于4V。