1.IGBT結(jié)構(gòu)

IGBT在結(jié)構(gòu)上類似于MOSFET，其不同點(diǎn)在于IGBT是在N溝道功率MOSFET的N+基板（漏極）上增加了一個(gè) 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。如下圖所示。

2.IGBT結(jié)構(gòu)原理介紹

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(jì)時(shí)盡可能使NPN 晶體管不起作用。所以說(shuō)，IGBT 的基本工作與NPN 晶體管無(wú)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。

N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在漏、源極之間的 P 型區(qū)（包括 P+和 P?區(qū)，溝道在該區(qū)域形成）稱為亞溝道區(qū)（Subchannel Region）。而在漏區(qū)另一側(cè)的 P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)（Drain Injector），它是 IGBT 特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成 PNP 雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極。為了兼顧長(zhǎng)期以來(lái)人們的習(xí)慣，IEC 規(guī)定：源極引出的電極端子（含電極端）稱為發(fā)射極端（子），漏極引出的電極端（子）稱為集電極端（子），柵極引出的電極端（子）稱為柵極端（子）。

IGBT 在一個(gè)正向的驅(qū)動(dòng)電壓作用下時(shí)，一塊 P 導(dǎo)通型的硅材料會(huì)形成一個(gè)導(dǎo)電溝道。這時(shí)，導(dǎo)電的載流子為電子（多子）。在驅(qū)動(dòng)電壓消失后，該器件處于截止?fàn)顟B(tài)（自截止）。IGBT 在大多數(shù)情況下采用垂直式結(jié)構(gòu)，柵極和發(fā)射極均位于芯片上表面，而芯片底面則構(gòu)成了集電極。負(fù)載電流在溝道之外垂直通過(guò)芯片。IGBT 具有平面式柵極結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，在導(dǎo)通狀態(tài)下導(dǎo)電溝道是橫向的（水平的）。

平面柵極（在現(xiàn)代高密度晶體管中發(fā)展為雙重?cái)U(kuò)散柵極）仍是目前 IGBT 中占統(tǒng)治地位的柵極結(jié)構(gòu)。平面式 IGBT結(jié)構(gòu)是從微電子技術(shù)移植而來(lái)的，其集電極由 P+阱區(qū)構(gòu)成，位于芯片表面。負(fù)載電流水平地流經(jīng)芯片。借助于一個(gè)氧化層，N區(qū)可以與襯底相互隔離，從而有可能將多個(gè)相互絕緣的 IGBT與其他器件一起集成于一個(gè)芯片上。

由于平面式晶體管的電流密度僅能達(dá)到垂直式結(jié)構(gòu)的30%，因而明顯地需要更大的安裝面積，所以，平面式晶體管主要用在復(fù)雜的單芯片電路中。從構(gòu)造上來(lái)看，IGBT 由眾多的硅微單元組成。每25px2芯片上的單元數(shù)可達(dá) 1 × 10^5（高耐壓 IGBT）。

3.IGBT過(guò)熱和過(guò)流的區(qū)別

半導(dǎo)體器件承受電流的能力受熱約束或者增益（跨導(dǎo)）的限制，當(dāng)電流超過(guò)熱能力后，IGBT 的跨導(dǎo)達(dá)到最大值。而在芯片面積相同的雙極型晶體管中，當(dāng)電流在工作范圍以內(nèi)時(shí)，雙極型晶體管的增益將大大降低。IGBT與功率MOSFET 一樣是無(wú)“增益限制”的。

當(dāng)電流非常大時(shí)，IGBT 的跨導(dǎo)減小，如在短路狀態(tài)下，隨著溫度升高，跨導(dǎo)進(jìn)一步減小，這樣可保護(hù) IGBT。當(dāng)柵極電壓為 15V 時(shí)，在短路狀態(tài)下，IR 公司標(biāo)準(zhǔn) IGBT的電流密度可達(dá) 10～20A/mm2。如此高的跨導(dǎo)使IGBT具有非常好的開(kāi)關(guān)特性和導(dǎo)通特性。