IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor（绝缘栅双极晶体管）的缩写。IGBT 在众多领域都有着广泛的应用，涵盖了空调和冰箱等家用电器、工业电机以及电动汽车的主电机控制器。使用这些器件的主要目的是为了提高整体能源效率。由于 IGFET 具有绝缘栅极，从而带来了高电流增益，因此 IGBT 也被称为绝缘栅极器件。
目录
- 什么是绝缘栅双极晶体管？
- 结构
- 工作原理
- 参数
- IGBT 特性
- 优点
- 缺点
- 应用
什么是绝缘栅双极晶体管？
IGBT（绝缘栅双极晶体管）代表了电力电子领域的一大进步，它是一种带有绝缘栅极端子的双极型晶体管。这是一种将输入端 MOS（金属-氧化物-半导体）结构与输出端双极型晶体管集成为一体的功率晶体管。它是一种三端功率半导体器件，充当电子开关。它通常作为逆变器电路中的开关器件，有助于将直流电（DC）转换为交流电（AC）。
它结合了 MOSFET 和 BJT 技术的优点，融合了这两种器件的长处。MOSFET 以其高速开关能力和高输入阻抗而闻名，而 BJT 则提供高电流增益和低饱和电压。IGBT 的结构通常包含一个类似 MOSFET 的栅极，用于控制集电极和发射极之间的电流流动，以及一个类似 BJT 的结构用于放大电流。
这种组合使得 IGBT 能够在保持高效开关的同时处理高电压和大电流。IGBT 的符号反映了它的双重特性，包含了类似 MOSFET 和 BJT 符号的元素。值得注意的是，由于 IGBT 具有卓越的性能特征，在许多高功率应用中已经 largely 取代了功率 BJT。IGBT 提供了 MOSFET 和 BJT 两者的最佳特性，使其成为各种电力电子应用中的关键组件。它们在保持快速开关时间的同时高效切换大电流的能力，使其在现代电子设备中不可或缺。
<img src="IGBT Symbol" alt="IGBT-1" />IGBT 符号
<img src="Pin Diagram of IGBT" alt="IGBT-2" />IGBT 引脚图
IGBT 的结构
IGBT 结合了 MOSFET 的输入特性和 BJT 的输出特性，其结构类似于 N 沟道 MOSFET 和达林顿配置下的 PNP BJT。此外，漂移区的电阻也可以被集成进来。就 IGBT 的结构而言，存在多条电流路径。主要路径是从集电极到发射极，顺序为：“集电极、P+ 衬底、N-、P、发射极”，这与 PNP 晶体管的等效路径一致。还有一条次级路径：“集电极、P+ 衬底、N-、P、N+、发射极”，这就需要包含另一个 NPN 晶体管，如下图所示。
IGBT 由四个半导体层排列形成 PNPN 结构。集电极（C）连接到 P 层，而发射极（E）位于 P 层和 N 层之间。其构造采用 P+ 衬底，顶部是 N- 层，形成 PN 结 J1。在 N- 层上制作两个 P 区，形成 PN 结 J2。栅极（G）电极位于 P 区中间的间隙中。金属电极作为发射极和栅极，发射极直接连接到 N+ 区，栅极通过二氧化硅层绝缘。P+ 层称为注入层，负责向 N- 层注入空穴，而 N- 层本身称为漂移区，其厚度与电压阻断能力成正比。
上部的 P 层被称为 IGBT 的基体。N- 层设计用于在发射极和集电极之间建立电流路径，利用的是在栅极施加电压影响下形成的沟道。N- 层经过专门设计，为电流在发射极和集电极之间的流动提供路径。该电流路径受到施加在栅极上的电压的影响和控制。通过改变这个电压，IGBT 可以调节流过器件的电流，使其成为各种电力电子应用中的重要组件。
<img src="Construction of IGBT" alt="IGBT-4" />IGBT 结构图
IGBT 的工作原理
IGBT 有三个端子：集电极（C）、发射极（E）和栅极（G）。这些端子在控制流过器件的电流方面起着不同的作用，集电极和发射极与