IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）器件，即絕緣柵雙極型晶體管，是一種復合全控型電壓驅動(dòng)式開(kāi)關(guān)功率半導體器件。它結合了雙極結型晶體管（BJT）和金屬氧化物場(chǎng)效應晶體管（MOSFET）的特點(diǎn)，能夠實(shí)現高電壓和高電流的控制。以下是關(guān)于IGBT器件的詳細介紹，包括其結構和工作原理：

IGBT結構

IGBT的結構可以分為表面柵極結構和體Si結構兩部分。表面柵極結構主要有兩種類(lèi)型：平面柵結構和溝槽柵結構。

平面柵結構：柵極形成在晶圓表面，具有簡(jiǎn)單的結構。

溝槽柵結構：柵極形成在晶圓表面的溝槽中，這種結構將平面柵的表面溝道移到體內，消除了平面柵結構中的JFET區，提高了器件的電流密度。

體Si結構根據器件在反向耐壓時(shí)耗盡區是否到達集電區可以分為穿通型（PT）IGBT、非穿通型（NPT）IGBT以及FS型IGBT（可以看作是穿通型的改進(jìn)結構）。

IGBT的基本結構包含以下幾個(gè)部分：

P-collector、N-drift和P-base區構成PNP晶體管部分。

N+源區、P-base基區以及N-drift作為漏區共同構成NMOS結構。

IGBT工作原理

IGBT的工作原理大致可分為四個(gè)階段：

開(kāi)啟（Turn-On）階段：當輸入信號（稱(chēng)為柵極信號）被應用于IGBT的控制端時(shí)，柵極電極上形成強電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)通過(guò)絕緣層作用于底部的N型材料。這個(gè)電場(chǎng)吸引P型材料中的載流子向絕緣層附近靠攏。

激活（Activation）階段：當達到一定電壓時(shí)，底部的N型材料中的P-N結將會(huì )被擊穿，載流子開(kāi)始穿越絕緣層并進(jìn)入N型材料。在激活期間，絕緣層的電容會(huì )存儲一定電量。

飽和（Saturation）階段：一旦激活完成，電流開(kāi)始自絕緣層源源不斷地流入P型材料，使其達到飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，整個(gè)電流將通過(guò)P-N結和N型材料。

關(guān)斷（Turn-Off）階段：當柵極信號被取消時(shí)，電場(chǎng)在較短的時(shí)間內被去激活。此時(shí)，絕緣層上存儲的電荷被釋放，并迅速恢復到初的非激活狀態(tài)。IGBT進(jìn)入到可關(guān)斷狀態(tài)。

需要注意的是，IGBT的開(kāi)關(guān)速度相對較低，由于PN結的擴散和復合時(shí)間會(huì )導致一定的開(kāi)關(guān)延遲。因此，在高頻應用和快速開(kāi)關(guān)場(chǎng)景中，MOSFET可能會(huì )更為適合。

總結

IGBT器件憑借其獨特的結構和工作原理，在工業(yè)控制、變頻器、電力傳輸等應用中得到了廣泛使用。其結合了MOSFET和BJT的優(yōu)點(diǎn)，能夠實(shí)現高電壓和高電流的控制，為現代電力電子系統的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。