作者：Jackie Zhao    文章來源：http://itmustbedons.com/   
1．前言
       在絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)得到大力發展以前，功率場效應管MOSFET被用于需要快速開關的中低壓場合，晶閘管、GTO被用于中高壓領域。MOSFET雖然有開關速度快、輸入阻抗高、熱穩定性好、驅動電路簡單的優點；但是，在200V或更高電壓的場合，MOSFET的導通電阻隨著擊穿電壓的增加會迅速增加，使得其功耗大幅增加，存在著不能得到高耐壓、大容量元件等的缺陷。雙極晶體管具有優異的低正向導通壓降特性，雖然可以得到高耐壓、大容量的元件；但是它要求的驅動電流大，控制電路非常復雜，而且交換速度不夠快。
       IGBT正是作為順應這種要求而開發的，它是由MOSFET（輸入級）和PNP晶體管（輸出級）復合而成的一種器件，既有MOSFET器件驅動功率小和開關速度快的特點（控制和響應），又有雙極型器件飽和壓降低而容量大的特點（功率級較為耐用），頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十KHz頻率范圍內�；�于這些優異的特性，IGBT一直廣泛使用在超過300V電壓的應用中，模塊化的IGBT可以滿足更高的電流傳導要求，其應用領域不斷提高，今后將有更大的發展。
2．IGBT構造與特性
       IGBT是由MOSFET和GTR技術結合而成的復合型開關器件，是通過在功率MOSFET的漏極上追加p⁺層而構成的，性能上也是結合了MOSFET和雙極型功率晶體管的優點。N+區稱為源區，附于其上的電極稱為源極（即發射極E）。P+區稱為漏區。器件的控制區為柵區，附于其上的電極稱為柵極（即門極G）。溝道在緊靠柵區邊界形成。在C、E兩極之間的P型區（包括P+和P-區）（溝道在該區域形成），稱為亞溝道區（Subchannel region）。而在漏區另一側的P+區稱為漏注入區（Drain injector），它是IGBT特有的功能區，與漏區和亞溝道區一起形成PNP雙極晶體管，起發射極的作用，向漏極注入空穴，進行導電調制，以降低器件的通態壓降。附于漏注入區上的電極稱為漏極（即集電極C）。

       IGBT是由一個N溝道的MOSFET和一個PNP型GTR組成，它實際是以GTR為主導元件，以MOSFET為驅動元件的復合管。IGBT除了內含PNP晶體管結構，還有NPN晶體管結構，該NPN晶體管通過將其基極與發射極短接至MOSFET的源極金屬端使之關斷。IGBT的4層PNPN結構，內含的PNP與NPN晶體管形成了一個可控硅的結構，有可能會造成IGBT的擎柱效應。IGBT與MOSFET不同，內部沒有寄生的反向二極管，因此在實際使用中（感性負載）需要搭配適當的快恢復二極管。
IGBT的理想等效電路及實際等效如圖所示：

       由等效電路可將IGBT作為是對PNP雙極晶體管和功率MOSFET進行達林頓連接后形成的單片型Bi-MOS晶體管。
       因此，在門極-發射極之間外加正電壓使功率MOSFET導通時，PNP晶體管的基極-集電極就連接上了低電阻，從而使PNP晶體管處于導通狀態，由于通過在漏極上追加p⁺層，在導通狀態下從p⁺層向n基極注入空穴，從而引發傳導性能的轉變，因此它與功率MOSFET相比，可以得到極低的通態電阻。
       此后，使門極-發射極之間的電壓為0V時，首先功率MOSFET處于斷路狀態，PNP晶體管的基極電流被切斷，從而處于斷路狀態。
       如上所述，IGBT和功率MOSFET一樣，通過電壓信號可以控制開通和關斷動作。