绝缘栅双极晶体管IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物。其主体部分与晶体管相同,也有集电极和发射极,但驱动部分却和场效应晶体管相同,是绝缘栅结构。IGBT的工作特点是,控制部分与场效应晶体管相同,控制信号为电压信号UGE,输人阻抗很高,栅极电流IG≈0,故驱动功率很小。而其主电路部分则与GTR相同,工作电流为集电极电流,工作频率可达20kHz。由IGBT作为逆变器件的变频器载波频率一般都在10kHz以上,故电动机的电流波形比较平滑,基本无电磁噪声。虽然硅双极型及场控型功率器件的研究已趋成熟,但是它们的性能仍待提高和改善,而1996年出现的集成门极换流晶闸管(IGCT)有迅速取代GTO的趋势。集成门极换流晶闸管(IGCT)是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的器件。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一个新型电力半导体器件,它不仅与GTO有相同的高阻断能力和低通态压降,而且有与IGBT相同的开关性能,兼有GTO和IGBT之所长,是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。IGCT芯片在不串不并的情况下,二电平逆变器容量~3MVA,三电平逆变器1~6MVA;若反向二极管分离,不与IGCT集成在一起,二电平逆变器容量可扩至,三电平扩至9MVA。目前IGCT已经商品化。
不论漏极-源极电压VDS之间加多大或什么极性的电压,总有一个pn结处于反偏状态,漏、源极间没有导电沟道,器件无法导通。但如果VGS正向足够大,此时栅极G和衬底p之间的绝缘层中会产生一个电场,方向从栅极指向衬底,电子在该电场的作用下聚集在栅氧下表面,形成一个N型薄层(一般为几个nm),连通左右两个N+区,形成导通沟道,如图中黄域所示。当VDS>0V时,N-MOSFET管导通,器件工作。了解完以PNP为例的BJT结构和以N-MOSFET为例的MOSFET结构之后,我们再来看IGBT的结构图↓IGBT内部结构及符号黄块表示IGBT导通时形成的沟道。首先看黄色虚线部分,细看之下是不是有一丝熟悉之感?这部分结构和工作原理实质上和上述的N-MOSFET是一样的。当VGE>0V,VCE>0V时,IGBT表面同样会形成沟道,电子从n区出发、流经沟道区、注入n漂移区,n漂移区就类似于N-MOSFET的漏极。蓝色虚线部分同理于BJT结构,流入n漂移区的电子为PNP晶体管的n区持续提供电子,这就***了PNP晶体管的基极电流。我们给它外加正向偏压VCE,使PNP正向导通,IGBT器件正常工作。这就是定义中为什么说IGBT是由BJT和MOSFET组成的器件的原因。此外,图中我还标了一个红色部分。