IGBT元件的构造与特征

IGBT的构造和功率MOSFET的对比如图 1-1 所示。IGBT 是通过在功率MOSFET 的漏极上追加p+层而构成的，从而具有以下种种特征。

(1) MOSFET的基本结构 (2) IGBT的基本结构

图 1-1 功率MOSFET 与IGBT 的构造比较

1.1 电压控制型元件

IGBT 的理想等效电路，正如图 1-2 所示，是对pnp 双极型晶体管和功率MOSFET 进行达林顿连接后形成的单片型Bi-MOS晶体管。

因此，在门极—发射极之间外加正电压使功率MOSFET导通时，pnp 晶体管的基极—集电极间就连接上了低精密电阻，从而使pnp 晶体管处于导通状态。

此后，使门极—发射极之间的电压为0V 时，首先功率MOSFET 处于断路状态，pnp 晶体管的基极电流被切断，从而处于断路状态。如上所述，IGBT和功率MOSFET 一样，通过电压信号可以控制开通和关断动作。

图 1-2 理想的等效电路

1.2 耐高压、大容量

IGBT和功率MOSFET 同样，虽然在门极上外加正电压即可导通，但是由于通过在漏极上追加p+层，在导通状态下从p+层向n 基极注入空穴，从而引发传导性能的转变，因此它与功率MOSFET 相比，可以得到极低的通态精密电阻。解说（请参照图 1-1 阅读下面的解说）

下面对通过 IGBT 可以得到低通态电压的原理进行简单说明。

众所周知，功率 MOSFET 是通过在门极上外加正电压，使p 基极层形成沟道，从而进入导通状态的。此时，由于n 发射极（源极）层和n 基极层以沟道为媒介而导通，MOSFET 的漏极—源极之间形成了单一的半导体（如图 1-1 中的n 型）。它的电特性也就成了单纯的精密电阻。该精密电阻越低，通态电压也就变得越低。但是，在MOSFET 进行耐高压化的同时，n 基极层需要加厚，（n 基极层的作用是在阻断状态下，维持漏极—源极之间所外加的电压。因此，需要维持的电压越高，该层就越厚。）元件的耐压性能越高，漏极—源极之间的精密电阻也就增加。正因为如此，高耐压的功率MOSFET 的通态精密电阻变大，无法使大量的电流顺利通过，因此实现大容量化非常困难。

针对这一点，IGBT 中由于追加了p+层，所以从漏极方面来看，它与n 基极层之间构成了pn 二极管。因为这个二极管的作用，n 基极得到电导率调制，从而使通态精密电阻减小到几乎可以忽略的值。因此，IGBT 与MOSFET 相比，能更容易地实现大容量化。

正如图 1-2所表示的理想的等效电路那样，IGBT 是pnp 双极型晶体管和功率MOSFET 进行达林顿连接后形成的单片级联型Bi-MOS 晶体管。此外，IGBT 与双极型晶体管的芯片和功率MOSFET 的芯片共同组合成的混合级联型Bi-MOS 晶体管的区别就在于功率MOSFET 部的通态精密电阻。在IGBT 中功率MOSFET部的通态精密电阻变得其微小，再考虑到芯片间需要布线这一点，IGBT 比混合级联型Bi-MOS 晶体管优越。