IGBT的工作原理

2021-11-12 11:01

绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）是一种结合了MOSFET和BJT优点的功率半导体器件。它在高效电能转换和控制中扮演着关键角色，广泛应用于工业控制、电动汽车、可再生能源等领域。本文将详细描述IGBT的工作原理，以便更好地理解其在各类应用中的重要性。

IGBT的结构

或许大家都见过IGBT的电路符号，如下图所示：

图片1.png

我们可以看到电路符号与MOSFET和三极管类似，但有细微差异。实际IGBT的电路符号是简化后得来，截面结构和等效电路如下：

图片2.png

IGBT的主流工艺结构目前有两种：栅极形成在晶圆表面的平面栅结构和栅极形成在晶圆表面沟槽中的沟槽栅结构；

沟槽栅结构将平面栅的表面沟道移到体内，消除了平面栅结构中的JFET区，提高了器件的电流密度降低了导通损耗，沟槽栅的缺点是相对于平面栅结构工艺较复杂、成品率与可靠性降低，栅电容比平面栅结构大，且短路耐受能力不如平面栅结构。

平面栅IGBT和沟槽栅IGBT的结构分别如下图所示。

IGBT的工作原理

图片4.png

如上图所示，IGBT的工作流程要比三极管和MOSFET更为复杂：在内置MOSFET的GE端施加电压，内置MOSFET导通，为内置三极管的CB极提供电流回路后，内置三极管导通，经过这一系列流程后IGBT的主电流通路CE打开。所以事实上，IGBT的开启是使用内置MOSFET结构的部分，而主通路是在三极管上，这就是为什么IGBT的导通功耗是考量VCE(sat)而不是RDS（on）。

以上便是IGBT的相关介绍与工作原理描述，下一期将为大家介绍IGBT的一些应用，敬请期待！

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