IGBT的结构与工作原理

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）出现在20世纪80年代初期，它是由BJT（双极结型晶体管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组合而成的全控型、电压驱动型功率半导体器件。

IGBT具有高可靠性、高开关速度、高耐压、大电流、低通态压降和低功耗驱动等特性，电压等级覆盖了650～6500V，目前已成为工业领域中应用最广泛的全控型功率半导体器件。

最早成熟的穿通型IGBT（Punch Through-IGBT，PT-IGBT）的结构可简示为一个P型衬底上的N沟道MOSFET，如图4-1a所示。PT-IGBT的集电极C在器件的底部，通过金属极板与集电区连接。IGBT的P型集电区是与P-MOSFET区别最大的功能区，具有空穴的注入作用，以减小通态电阻。为了提高IGBT的耐高压能力，出现了取消了缓冲区的非穿通型IGBT（Non Punch Through-IGBT，NPT-IGBT）。NPT-IGBT在衬底采用了先进的透明集电区技术，使通过集电极的电流以电子流为主；同时，在器件关断时，漂移区存储的过剩载流子能够透过集电区迅速流出，以快速关断。这样，NPT-IGBT兼有小的通态压降和正温度系数通态电阻的特点。

典型的IGBT采用N沟道技术，其电气图形符号如图4-1b所示。从图中可以看出，IGBT是一个三端器件，包含栅极G、集电极C和发射极E。

IGBT是一种电压型驱动器件，其开通和关断由栅射级电压UGE决定。IGBT的工作原理可以简述如下：

①当UGE大于阀值电压UTH时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。

②当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。