絕緣柵雙極型晶體管IGBT的結構和工作原理及特性
12-23 11:37:23
IGBT的結構和工作原理：
IGBT比 MOSFET 多一層 P 注入區，因而形成了一個大面積的 P 、 N 結 J 1 。這樣使得 IGBT 導通時由 P 注入區向基區發射少量載流子，從而對漂移區電導率進行調制，使得 IGBT 具有很強的通流能力。
IGBT的工作原理圖解：
由圖看出IGBT包含P+/N-/P/N+四層結構，可以認為IGBT是由一個MOSFET和一個PNP三極管組成，由柵極控制的MOSFET來驅動PNP晶體管；也可以把它看成是由一個VDMOS和個PN二極管組成。。以圖1為例分析IGBT的工作模式。在圖1所示的結構中，柵極G與發射極E短接且接正電壓、集電極接負壓時，器件處于反向截止狀態。此時11、J3結反偏、J2結正偏，1、13反偏結阻止電流的流通，反向電壓主要由11承擔。當柵極G與發射極E短接，集電極C相對于柵極加正電壓時，1、J3結正偏、J2結反偏，電流仍然不能導通，電壓主要由反偏結12承擔，此時IGBT處于正向截止。PT型IGBT由于緩沖層的存在通過犧牲反向阻斷特性來獲得較好的正向阻斷特性，而NPT型IGBT則擁有較好的正反向阻斷特性。當集電極C加正電壓，柵極G與發射極E施加電壓大于閾值電壓時，IGBT的MOS溝道開啟，器件進入正向導通狀態。
IGBT 基本特性：
IGBT的輸出特性也分為 3 個區域：正向阻斷區、有源區和飽和區。這分別與 GTR 的截止區、放大區和飽和區相對應。此外，當 ?CE 0 時， IGBT 為反向阻斷工作狀態，在電力電子電路中， IGBT 工作在開關狀態，因而是在正向阻斷區和飽和區之間來回轉換。
IGBT 動態特性：
IGBT中雙極型 PNP 型晶體管的存在，雖然帶來電導調制效應的好處，但也引入了少數載流子儲存現象，因而 IGBT 的開關速度要低于 MOSFET 。此外，IGBT 的擊穿電壓、通態壓降和關斷時間也是需要折中的參數。高壓器件的 N 基區必須有足夠寬度和較高的電阻率，這會引起通態壓降的增大和關斷時間的延長。
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