IGBT硅片的結(jié)構(gòu)與功率MOSFET非常相似，主要區(qū)別是IGBT增加了一個(gè)P+襯底和一個(gè)N+緩沖層(這部分不是NPT-非穿通IGBT技術(shù)增加的)。其中一個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙極器件。襯底的應(yīng)用在管的P+和N+區(qū)域之間產(chǎn)生了J1結(jié)。當(dāng)柵極正偏壓使柵極下方的P基區(qū)反相時(shí)，形成N溝道，同時(shí)出現(xiàn)電子流，完全以功率MOSFET的方式產(chǎn)生電流。如果這種電子流產(chǎn)生的電壓在0.7V的范圍內(nèi)，那么J1將處于正向偏置，一些空穴將被注入N區(qū)，陽(yáng)極和陰極之間的電阻率將被調(diào)節(jié)，這降低了功率傳導(dǎo)的總損耗，并開(kāi)始第二次電荷流。因此，在半導(dǎo)體層面暫時(shí)出現(xiàn)了兩種不同的電流拓?fù)?電子電流 (MOSFET電流)；空穴電流(雙極)。當(dāng)負(fù)偏置電壓施加到柵極或柵極電壓低于閾值時(shí)關(guān)斷，溝道被禁止，并且沒(méi)有空穴注入n區(qū)。在任何情況下，如果MOSFET電流在開(kāi)關(guān)階段迅速下降，集電極電流將逐漸降低，因?yàn)樵趽Q向開(kāi)始后，N層中仍有少數(shù)載流子(少數(shù)載流子)。剩余電流(尾流)的減少完全取決于關(guān)斷時(shí)的電荷密度，并且該密度與幾個(gè)因素有關(guān)，例如摻雜劑的量和拓?fù)?、層厚度和溫度。少?shù)載流子的衰減使得集電極電流具有特征性的尾波波形，造成以下問(wèn)題:功耗增加；交叉?zhèn)鲗?dǎo)的問(wèn)題更加明顯， 尤其是在使用續(xù)流二極管的設(shè)備中。由于尾流與少數(shù)載流子復(fù)合有關(guān)，所以尾流的電流值應(yīng)該與芯片的溫度密切相關(guān)，而空穴遷移率與IC和VCE密切相關(guān)。因此，根據(jù)達(dá)到的溫度，減少電流作用在終端設(shè)備設(shè)計(jì)上的這種不良影響是可行的。

　　IGBT模塊

　　IGBT絕緣柵雙極晶體管是由BJT(雙極晶體管)和MOS(絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)組成的復(fù)合型全控壓驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體器件，具有MOSFET輸入阻抗高和GTR導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和電壓降低，載流密度高，但驅(qū)動(dòng)電流大；MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT結(jié)合了上述兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，具有低驅(qū)動(dòng)功率和低飽和電壓。IGBT非常適合DC電壓600V及以上的變流系統(tǒng)，如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。圖1示出了N溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。N+區(qū)域被稱為源極區(qū)域， 附著在其上的電極稱為源極。N+區(qū)域被稱為漏極區(qū)域。器件的控制區(qū)是柵極區(qū)，附著其上的電極稱為柵極。溝道形成在柵極區(qū)域的邊界附近。漏極和源極之間的P型區(qū)(包括P+和P-1區(qū))(該區(qū)形成溝道)稱為子溝道區(qū)，而漏極區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)，這是IGBT特有的功能區(qū)。它與漏極區(qū)和子溝道區(qū)一起構(gòu)成PNP雙極晶體管，作為發(fā)射極，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)通調(diào)制，降低器件的導(dǎo)通狀態(tài)。連接到漏極注入?yún)^(qū)的電極稱為漏極。IGBT的開(kāi)關(guān)功能是通過(guò)增加正向柵極電壓來(lái)形成溝道， 并為PNP晶體管提供基極電流以開(kāi)啟IGBT。相反，增加反向柵極電壓以消除溝道，切斷基極電流并關(guān)閉IGBT。IGBT的驅(qū)動(dòng)方式與MOSFET基本相同，只需要控制輸入電極N溝道MOSFET，因此具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N層的空穴(少數(shù)載流子)中，調(diào)制N層的電導(dǎo)，降低N層的電阻，使IGBT在高電壓下具有較低的通態(tài)電壓。

　　IGBT是絕緣柵雙極晶體管的縮寫。IGBT是由MOSFET和雙極晶體管組成的器件。它的輸入是MOSFET，輸出是PNP晶體管。它結(jié)合了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率低、開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又有雙極器件飽和電壓低、容量大的優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于MOSFET和功率晶體管之間，可以在幾十kHz的頻率范圍內(nèi)正常工作。它在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并在高頻和中功率應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。

　　IGBT的等效電路如圖1所示。從圖1可以看出，如果在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加一個(gè)正的驅(qū)動(dòng)電壓，MOSFET就會(huì)導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極和基極就會(huì)處于低阻狀態(tài)，晶體管就會(huì)導(dǎo)通。如果IGBT的柵極和發(fā)射極之間的電壓為0V，MOS關(guān)斷，從而切斷PNP晶體管基極電流的供給，使晶體管截止。像MOSFET一樣，IGBT也是一種壓控器件。在它的柵極和發(fā)射極之間加一個(gè)10 V以上的DC電壓，只有uA級(jí)的漏電流流過(guò)，基本不消耗功率。