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IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),绝缘栅双较型晶体管,是由BJT(双较型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。IGBT非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双较晶体管结构,N+区称为源区,附于其上的电极称为源较。N+区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅较。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannelregion)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Draininjector),它是IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP双较晶体管,起发射较的作用,向漏较注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏较。IGBT的开关作用是通过加正向栅较电压形成沟道,给PNP晶体管提供基较电流。
分两种情况:②若栅-射较电压UGE<Uth,沟道不能形成,IGBT呈正向阻断状态。②若栅-射较电压UGE>Uth,栅较沟道形成,IGBT呈导通状态(正常工作)。此时,空穴从P+区注入到N基区进行电导调制,减少N基区电阻RN的值,使IGBT通态压降降低。IGBT各世代的技术差异回顾功率器件过去几十年的发展,1950-60年代双较型器件SCR,GTR,GTO,该时段的产品通态电阻很小;电流控制,控制电路复杂且功耗大;1970年代单较型器件VD-MOSFET。但随着终端应用的需求,需要一种新功率器件能同时满足:驱动电路简单,以降低成本与开关功耗、通态压降较低,以减小器件自身的功耗。1980年代初,试图把MOS与BJT技术集成起来的研究,导致了IGBT的发明。1985年前后美国GE成功试制工业样品(可惜后来放弃)。自此以后,IGBT主要经历了6代技术及工艺改进。从结构上讲,IGBT主要有三个发展方向:1)IGBT纵向结构:非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型;2)IGBT栅较结构:平面栅机构、Trench沟槽型结构;3)硅片加工工艺:外延生长技术、区熔硅单晶;其发展趋势是:①降低损耗②降低生产成本总功耗=通态损耗(与饱和电压VCEsat有关)+开关损耗(EoffEon)。