1 元件的構(gòu)造與特征
IGBT 的構(gòu)造和功率MOSFET 的對(duì)比如圖 1-1 所示。IGBT 是通過在功率MOSFET 的漏極上追加p+層而構(gòu)成的，從而具有以下種種特征。
1.1 電壓控制型元件IGBT 的理想等效電路，正如圖 1-2 所示，是對(duì)pnp 雙極型晶體管和功率MOSFET 進(jìn)行達(dá)林頓連接后形成的單片型Bi-MOS 晶體管。
因此，在門極—發(fā)射極之間外加正電壓使功率MOSFET導(dǎo)通時(shí)，pnp 晶體管的基極—集電極間就連接上了低電阻，從而使pnp 晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。此后，使門極—發(fā)射極之間的電壓為0V 時(shí)，首先功率MOSFET 處于斷路狀態(tài)，pnp 晶體管的基極電流被切斷，從而處于斷路狀態(tài)。如上所述，IGBT 和功率MOSFET 一樣，通過電壓信號(hào)可以控制開通和關(guān)斷動(dòng)作。
1.2 耐高壓、大容量IGBT 和功率MOSFET 同樣，雖然在門極上外加正電壓即可導(dǎo)通，但是由于通過在漏極上追加p+層，在導(dǎo)通狀態(tài)下從p+層向n 基極注入空穴，從而引發(fā)傳導(dǎo)性能的轉(zhuǎn)變，因此它與功率MOSFET 相比，可以得到極低的通態(tài)電阻。解說（請(qǐng)參照?qǐng)D 1-1 閱讀下面的解說）下面對(duì)通過 IGBT 可以得到低通態(tài)電壓的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。眾所周知，功率 MOSFET 是通過在門極上外加正電壓，使p 基極層形成溝道，從而進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)的。此時(shí)，由于n 發(fā)射極（源極）層和n 基極層以溝道為媒介而導(dǎo)通，MOSFET 的漏極—源極之間形成了單一的半導(dǎo)體（如圖 1-1 中的n 型）。它的電特性也就成了單純的電阻。該電阻越低，通態(tài)電壓也就變得越低。但是，在MOSFET 進(jìn)行耐高壓化的同時(shí)，n 基極層需要加厚，（n 基極層的作用是在阻斷狀態(tài)下，維持漏極—源極之間所外加的電壓。因此，需要維持的電壓越高，該層就越厚。）元件的耐壓性能越高，漏極—源極之間的電阻也就增加。正因?yàn)槿绱?，高耐壓的功率MOSFET 的通態(tài)電阻變大，無(wú)法使大量的電流順利通過，因此實(shí)現(xiàn)大容量化非常困難。針對(duì)這一點(diǎn)，IGBT 中由于追加了p+層，所以從漏極方面來(lái)看，它與n 基極層之間構(gòu)成了pn 二極管。因?yàn)檫@個(gè)二極管的作用，n 基極得到電導(dǎo)率調(diào)制，從而使通態(tài)電阻減小到幾乎可以忽略的值。因此，IGBT 與MOSFET 相比，能更容易地實(shí)現(xiàn)大容量化。
正如圖 1-2 所表示的理想的等效電路那樣，IGBT 是pnp 雙極型晶體管和功率MOSFET 進(jìn)行達(dá)林頓連接后形成的單片級(jí)聯(lián)型Bi-MOS 晶體管。此外，IGBT 與雙極型晶體管的芯片和功率MOSFET 的芯片共同組合成的混合級(jí)聯(lián)型Bi-MOS 晶體管的區(qū)別就在于功率MOSFET 部的通態(tài)電阻。在IGBT 中功率MOSFET部的通態(tài)電阻變得其微小，再考慮到芯片間需要布線這一點(diǎn)，IGBT 比混合級(jí)聯(lián)型Bi-MOS 晶體管優(yōu)越。
