引言
目前,种类繁多的功率半导体器件已经成为人们日常生活的一个重要组成部分。今天介绍的即为占据率半导体器件重要份额的IGBT。IGBT是目前大功率开关元器件中最为成熟,也是应用最为广泛的功率器件,驱动功率小而饱和压降低,是能源变换与传输的核心器件。同时具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能的IGBT,广泛应用于工业、汽车、通信及消费电子领域,未来的市场需求空间很大。
定义✦
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极结型晶体管)和MOS(金属-氧化物场效应晶体管)组成的复合全控型-电压驱动式功率半导体器件, 融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点,BJT饱和压降低及载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低,被称为是电力电子装置的“CPU”,高效节能减排的主力军。

结构✦
IGBT是以BJT为主导元件,MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。其外部有三个电极,分别为G-栅极,C-集电极,E-发射极。在IGBT使用过程中,可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小,从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。
1.当IGBT栅-射极电压UGE≤0时,MOSFET内沟道消失,IGBT呈关断状态。
2.当集-射极电压UCE>0,UGE>0时,分两种情况:
(1)若栅-射极电压UGE<Uth,沟道不能形成,IGBT呈正向阻断状态。
(2)若栅-射极电压UGE>Uth ,栅极沟道形成,IGBT呈导通状态(正常工作)。此时,空穴从P+区注入到N基区进行电导调制,减少N基区电阻的值,使IGBT通态压降降低。