IGBT的基本結(jié)構(gòu)
發(fā)布時間：2019-08-02 15:33:14來源：
絕緣柵雙極晶體管（IGBT）本質(zhì)上是一個場效應(yīng)晶體管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個P型層。根據(jù)國際電工委員會的文件建議，其各部分名稱基本沿用場效應(yīng)晶體管的相應(yīng)命名。
IGBT的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1-1所示，IGBT在結(jié)構(gòu)上類似于MOSFET，其不同點在于IGBT是在N溝道功率MOSFET的N+基板（漏極）上增加了一個P+基板（IGBT的集電極），形成PN結(jié)j1，并由此引出漏極、柵極和源極則完全與MOSFET相似。
正是由于IGBT是在N溝道MOSFET的N+基板上加一層P+基板，形成了四層結(jié)構(gòu)，由PNP－NPN晶體管構(gòu)成IGBT。但是，NPN晶體管和發(fā)射極由于鋁電極短路，設(shè)計時盡可能使NPN不起作用。所以說，IGBT的基本工作與NPN晶體管無關(guān)，可以認(rèn)為是將N溝道MOSFET作為輸入極，PNP晶體管作為輸出極的單向達(dá)林頓管。
圖1-1 IGBT的結(jié)構(gòu)剖面圖
由圖1-1(a)可以看出，IGBT相當(dāng)于一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)GTR，其簡化等效電路如圖1-2(b)所示。圖中Rff是厚基區(qū)GTR的擴(kuò)展電阻。IGBT是以GTR為主導(dǎo)件、MOSFET為驅(qū)動件的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。
IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：
——IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓；
——IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓；
——流過IGBT集電極－發(fā)射極的電流；
——IGBT的結(jié)溫。
如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅(qū)動電壓過低，則IGBT不能穩(wěn)定正常地工作，如果過高超過柵極－發(fā)射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞；同樣，如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過集電極－發(fā)射極之間的耐壓，流過IGBT集電極－發(fā)射極的電流超過集電極－發(fā)射極允許的比較大電流，IGBT的結(jié)溫超過其結(jié)溫的允許值，IGBT都可能會永久性損壞。
IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。當(dāng)柵極加正電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通，此時，從P+區(qū)注到N一區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減少N一區(qū)的電阻Rdr值，使高耐壓的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。在柵極上加負(fù)電壓時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即關(guān)斷。