IGBT结构和工作原理

图3-56表示了IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号。由图可见，IGBT是三端器件，包括栅极G、集电极C和发射极E3个电极。按国际电工委员会文件，鉴于IGBT实质上是一个场效应晶体管，因此内部结构各部分名称基本沿用功率MOSFET的相应名称；为兼顾长期以来的习惯称谓，部分器件外端口的命名沿用双极型晶体管的名称，即从源极引出的电极称发射极E，从漏极引出的电极称集电极C，栅极G保持原名称不变。

图3-56 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号

a）内部结构断面示意图 b）简化等效电路 c）电气图形符号(www.xing528.com)

下面从器件内部载流子的输送过程来解释IGBT的工作原理。以发射极电极作基准，当U_CE＞0，U_GE＞U_T时，栅极下面的半导体表面形成反型层，MOSFET导通，电子从N^＋源区经沟道流入N-漏区，相当于给PNP型GTR提供了基极驱动电流，使J₁结更为正偏，于是P^＋区向N-漏区注入空穴。这些空穴一部分与沟道来的电子复合，另一部分被处于反偏的J₂结收集到P区，通过发射极流出，完成电流的输运。这些载流子将显著调节N-漏区的电导率，这就降低了器件的导通电阻，提高了电流密度。

可见，N沟道IGBT即为N沟道VDMOSFET与GTR的组合。通过将VDMOSFET的N^＋注入区换成P＋注入区，在导通过程中引入少数载流子注入，使器件具有很强的通流能力。简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，是一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。简化等效电路中的R_N为晶体管基区内的调制电阻。IGBT的驱动原理与功率MOSFET基本相同，同为场控器件，通断由栅射极电压U_GE决定。当U_GE大于开启电压U_GE（th）时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。导通过程中电导调制效应使电阻R_N减小，使通态压降减小。