IGBT结构特点和工作原理

IGBT是双极型晶体管（ BJT ）和 MOSFET 的复合器件， IGBT将BJT的电导调制效应引入到 VDMOS 的高祖漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有MOSFET 的栅极高输入阻抗的特点。IGBT所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。 绝缘栅双极型晶体管本质上是一个场效应晶体管，在结构上与功率MOSFET 相似，只是在员工率MOSFET 的漏极和衬底之间额外增加了一个P+型层。小功率应用一般会使用IGBT单管，大功率应用一般是IGBT模块。详情请参阅文章：http://www.igbt8.com/jc/2.html

图 1 IGBT 结构图

如图1 所示为一个N  沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+  区称为源区，附于其上的电极称为源极。P+  区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P  型区（包括 P+  和 P  一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel  region）。而在漏区另一侧的P+  区称为漏注入区（Drain inj ector），它是IGBT  特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成 PNP  双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT  的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP  晶体管提供基极电流，使 IGBT  导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使 IGBT  关断。 IGBT  的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N 一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当 MOSFET  的沟道形成后，从 P+  基极注入到 N  一层的空穴，对 N  一层进行电导调制，减小 N  一层的电阻，使 IGBT  在高电压时，也具有低的通态电压。IGBT 的开通和关断是由门极电压控制的，当门极加正向电压时，门极下方的 P 区中形成电子载流子到点沟道，电子载流子由发射极的N+区通过导电沟道注入N-区，即为IGBT 内部的 PNP 型晶体管提供基极电流，从而使IGBT 导通。此时，为维持 N-区的电平衡，P+区像N-区注入空穴载流子，并保持 N-区具有较高的载流子浓度，即对N-区进行电导调制，减小导通电阻，使得IGBT 也具有较低的通态压降。若门极上加负电压时， MOSFET 内的沟道消失， PNP 型晶体管的基极电流被切断， IGBT 就关断。文章来源：http://www.igbt8.com/

图 2 常用 IGBT 的电气符号          图 3 IGBT 的等效电路

图 2 为 IGBT 的常用电气符号， IGBT 的等效电路如图 3 所示，由图可知，若在 IGBT 的栅极 G 和发射极 E 之间加上驱动正电压，则 MOSFET导通，这样PNP 晶体管的集电极 C 与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若 IGBT 的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS  截止，切断PNP 晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT 与 MOSFET 一样也是电压控制型器件，在它的栅极 G—发射极 E 间施加十几V 的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。 如果 IGBT 栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则 IGBT 不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则 IGBT 可能永久性损坏;同样,如果加在 IGBT 集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过 IGBT 集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT 的结温超过其结温的允许值,IGBT 都可能会永久性损坏。