绝缘栅双极晶体管本质上是一个场效应晶体管,只是在漏极和漏区之间多了一个p型层。根据国际电工委员会iec/tc(co)1339文件建议,其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。
图2-53所示为一个n沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,n+区称为源区,附于其上的电极称为源极。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极。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双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,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极。
为了兼顾长期以来人们的习惯,iec规定:源极引出的电极端子(含电极端)称为发射极端(子),漏极引出的电极端(子)称为集电极端(子)。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。
igbt的结构剖面图如图2-53所示。它在结构上类似于mosfet,其不同点在于igbt是在n沟道功率mosfet的n+基板(漏极)上增加了一个p+基板(igbt的集电极),形成pn结j1,并由此引出漏极、栅极和源极则完全与mosfet相似。
由图2-54可以看出,igbt相当于一个由mosfet驱动的厚基区gtr,其简化等效电路如图2-55所示。图中rdr是厚基区gtr的扩展电阻。igbt是以gtr为主导件、mosfet为驱动件的复合结构。
n沟道igbt的图形符号有两种,如图2-56。所示。实际应用时,常使用图2-56b所示的符号。
对于p沟道,图形符号中的箭头方向恰好相反,如图2-57所示。
igbt的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时,mosfet内形成沟道,并为pnp晶体管提供基极电流,从而使igbt导通,此时,从p+区注到n一区进行电导调制,减少n一区的电阻rdr值,使高耐压的igbt也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时,mosfet内的沟道消失,pnp晶体管的基极电流被切断,igbt即关断。
正是由于igbt是在n沟道mosfet的n+基板上加一层p+基板,形成了四层结构,由pnp-npn晶体管构成igbt。但是,npn晶体管和发射极由于铝电极短路,设计时尽可能使npn不起作用。所以说,igbt的基本工作与npn晶体管无关,可以认为是将n沟道mosfet作为输入极,pnp晶体管作为输出极的单向达林顿管。
采取这样的结构可在n一层作电导率调制,提高电流密度。这是因为从p+基板经过n+层向高电阻的n--层注入少量载流子的结果。igbt的设计是通过pnp-npn晶体管的连接形成晶闸管











