IGBT的基本結構
發布時間：2019-08-02 15:33:14來源：
絕緣柵雙極晶體管（IGBT）本質上是一個場效應晶體管，只是在漏極和漏區之間多了一個P型層。根據國際電工委員會的文件建議，其各部分名稱基本沿用場效應晶體管的相應命名。
IGBT的結構剖面圖如圖1-1所示，IGBT在結構上類似于MOSFET，其不同點在于IGBT是在N溝道功率MOSFET的N+基板（漏極）上增加了一個P+基板（IGBT的集電極），形成PN結j1，并由此引出漏極、柵極和源極則完全與MOSFET相似。
正是由于IGBT是在N溝道MOSFET的N+基板上加一層P+基板，形成了四層結構，由PNP－NPN晶體管構成IGBT。但是，NPN晶體管和發射極由于鋁電極短路，設計時盡可能使NPN不起作用。所以說，IGBT的基本工作與NPN晶體管無關，可以認為是將N溝道MOSFET作為輸入極，PNP晶體管作為輸出極的單向達林頓管。
圖1-1 IGBT的結構剖面圖
由圖1-1(a)可以看出，IGBT相當于一個由MOSFET驅動的厚基區GTR，其簡化等效電路如圖1-2(b)所示。圖中Rff是厚基區GTR的擴展電阻。IGBT是以GTR為主導件、MOSFET為驅動件的復合結構。 若在IGBT的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通；若IGBT的柵極和發射極之間電壓為0V，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。
IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：
——IGBT柵極與發射極之間的電壓；
——IGBT集電極與發射極之間的電壓；
——流過IGBT集電極－發射極的電流；
——IGBT的結溫。
如果IGBT柵極與發射極之間的電壓，即驅動電壓過低，則IGBT不能穩定正常地工作，如果過高超過柵極－發射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞；同樣，如果加在IGBT集電極與發射極允許的電壓超過集電極－發射極之間的耐壓，流過IGBT集電極－發射極的電流超過集電極－發射極允許的比較大電流，IGBT的結溫超過其結溫的允許值，IGBT都可能會永久性損壞。
IGBT的開通和關斷是由柵極電壓來控制的。當柵極加正電壓時，MOSFET內形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導通，此時，從P+區注到N一區進行電導調制，減少N一區的電阻Rdr值，使高耐壓的IGBT也具有低的通態壓降。在柵極上加負電壓時，MOSFET內的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即關斷。