所謂IGBT(絕緣柵雙極型晶體管），是由 BJT(雙極結(jié)型晶體三極管) 和 MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管) 組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動(dòng)式-功率半導(dǎo)體器件,其具有自關(guān)斷的特征。

簡(jiǎn)單講，是一個(gè)非通即斷的開(kāi)關(guān)，IGBT沒(méi)有放大電壓的功能，導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開(kāi)時(shí)當(dāng)做開(kāi)路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，如驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等。

而平時(shí)我們?cè)趯?shí)際中使用的IGBT模塊是由IGBT與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品，具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn)。

前面介紹了Power MOSFET，而IGBT其實(shí)本質(zhì)上還是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，從結(jié)構(gòu)上看和Power MOSFET非常接近，就在背面的漏電極增加了一個(gè)P+層，我們稱之為Injection Layer (名字的由來(lái)等下說(shuō)).。在上面介紹的Power MOSFET其實(shí)根本上來(lái)講它還是傳統(tǒng)的MOSFET，它依然是單一載流子(多子)導(dǎo)電，所以我們還沒(méi)有發(fā)揮出它的[敏感詞]性能。所以后來(lái)發(fā)展出一個(gè)新的結(jié) 構(gòu)，我們?nèi)绾文軌蛟赑ower MOSFET導(dǎo)通的時(shí)候除了MOSFET自己的電子我還能從漏端注入空穴不就可以了嗎？所以自然的就在漏端引入了一個(gè)P+的injection layer (這就是名字的由來(lái))，而從結(jié)構(gòu)上漏端就多了一個(gè)P+/N-drift的PN結(jié)，不過(guò)他是正偏的，所以它不影響導(dǎo)通反而增加了空穴注入效應(yīng)，所以它的特性就類似BJT了有兩種載流子參與導(dǎo)電。所以原來(lái)的source就變成了Emitter，而Drain就變成了Collector了。

從上面結(jié)構(gòu)以及右邊的等效電路圖看出，它有兩個(gè)等效的BJT背靠背鏈接起來(lái)的，它其實(shí)就是PNPN的Thyristor(晶閘管)，這個(gè)東西不是我們刻意做的，而是結(jié)構(gòu)生成的。我在5個(gè)月前有篇文章講Latch-up(http://ic-garden.cn/?p=511)就說(shuō)了，這樣的結(jié)構(gòu)最要命的東西就是栓鎖(Latch-up)。而控制Latch-up的關(guān)鍵就在于控制Rs，只要滿足α1+α2<1就可以了。

 

另外，這樣的結(jié)構(gòu)好處是提高了電流驅(qū)動(dòng)能力，但壞處是當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，溝道很快關(guān)斷沒(méi)有了多子電流，可是Collector (Drain)端這邊還繼續(xù)有少子空穴注入，所以整個(gè)器件的電流需要慢慢才能關(guān)閉(拖尾電流, tailing current)，影響了器件的關(guān)斷時(shí)間及工作頻率。這個(gè)可是開(kāi)關(guān)器件的大忌啊，所以又引入了一個(gè)結(jié)構(gòu)在P+與N-drift之間加入N+buffer層，這一層的作用就是讓器件在關(guān)斷的時(shí)候，從Collector端注入的空穴迅速在N+ buffer層就被復(fù)合掉提高關(guān)斷頻率，我們稱這種結(jié)構(gòu)為PT-IGBT (Punch Through型)，而原來(lái)沒(méi)有帶N+buffer的則為NPT-IGBT。

一般情況下，NPT-IGBT比PT-IGBT的Vce(sat)高，主要因?yàn)镹PT是正溫度系數(shù)(P+襯底較薄空穴注入較少)，而PT是負(fù)溫度系數(shù)(由于P襯底較厚所以空穴注入較多而導(dǎo)致的三極管基區(qū)調(diào)制效應(yīng)明顯)，而Vce(sat)決定了開(kāi)關(guān)損耗(switch loss)，所以如果需要同樣的Vce(sat)，則NPT必須要增加drift厚度，所以Ron就增大了。