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电阻。该电阻越低，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—源极之间的电阻也就增加。正因为如此，高耐压的功率MOSFET的通态电阻变大，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部的通态电阻。在IGBT中功率MOSFET部的通态电阻变得其微小，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。