IGBT，絕緣柵雙極型功率管，是由 BJT(雙極型三極管)和 MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式電力電子器件, 兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR 飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET 驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為 1500V 的高壓變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
IGBT 本身有三個(gè)端口，其中 G\S 兩端加壓后，身為半導(dǎo)體的 IGBT 能夠?qū)?nèi)部的電子轉(zhuǎn)移，讓原本中性的半導(dǎo)體變?yōu)榫邆鋵?dǎo)電功能，轉(zhuǎn)移的電子具有導(dǎo)電功能。而當(dāng)電壓被撤離之后，因加壓后由電子形成的導(dǎo)電溝道則會(huì)消失，此時(shí)就有會(huì)變成絕緣體。
如果用簡要的電路圖做分析的話，那么如下圖，當(dāng) IGBT 的柵極及發(fā)射極加上正電壓，那么兼容 MOSFET 的 IIGBT 就會(huì)導(dǎo)通，當(dāng) IGBT 導(dǎo)通后，晶體管兩極(集電極、基極)會(huì)形成低阻狀態(tài)，此時(shí)晶體管可導(dǎo)通;當(dāng) IGBT 的兩極無電壓，則 MOSFET 就會(huì)停止導(dǎo)通，晶體管得不到電流供給則晶體管隨之停止導(dǎo)通。
IGBT 并不是加入電壓后即可正常工作，當(dāng)加在 IGBT 上的電壓過低，IGBT 不僅無法正常工作，還可能導(dǎo)致功能的不穩(wěn)定。而如果電壓高于兩極之間的耐壓值，IGBT 則會(huì)損壞且不可修復(fù)。
IGBT 的驅(qū)動(dòng)原理與電力 MOSFET 基本相同，通斷由柵射極電壓 uGE 決定。導(dǎo)通 IGBT 硅片的結(jié)構(gòu)與功率 MOSFET 的結(jié)構(gòu)十分相似，主要差異是 IGBT 增加了 P+ 基片和一個(gè) N+ 緩沖層(NPT- 非穿通 -IGBT 技術(shù)沒有增加這個(gè)部分)，其中一個(gè) MOSFET 驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙極器件。基片的應(yīng)用在管體的 P+和 N+ 區(qū)之間創(chuàng)建了一個(gè) J1 結(jié)。當(dāng)正柵偏壓使柵極下面反演 P 基區(qū)時(shí)，一個(gè) N 溝道形成，同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)電子流，并完全按照功率 MOSFET 的方式產(chǎn)生一股電流。如果這個(gè)電子流產(chǎn)生的電壓在 0.7V 范圍內(nèi)，那么，J1 將處于正向偏壓，一些空穴注入 N- 區(qū)內(nèi)，并調(diào)整陰陽極之間的電阻率，這種方式降低了功率導(dǎo)通的總損耗，并啟動(dòng)了第二個(gè)電荷流。最后的結(jié)果是，在半導(dǎo)體層次內(nèi)臨時(shí)出現(xiàn)兩種不同的電流拓?fù)洌阂粋€(gè)電子流(MOSFET 電流);空穴電流(雙極)。uGE 大于開啟電壓 UGE(th)時(shí)，MOSFET 內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT 導(dǎo)通。
導(dǎo)通壓降電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻 RN 減小，使通態(tài)壓降小。關(guān)斷當(dāng)在柵極施加一個(gè)負(fù)偏壓或柵壓低于門限值時(shí)，溝道被禁止，沒有空穴注入 N- 區(qū)內(nèi)。在任何情況下，如果 MOSFET 電流在開關(guān)階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因?yàn)閾Q向開始后，在 N 層內(nèi)還存在少數(shù)的載流子(少子)。這種殘余電流值(尾流)的降低，完全取決于關(guān)斷時(shí)電荷的密度，而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)的數(shù)量和拓?fù)洌瑢哟魏穸群蜏囟取Ｉ僮拥乃p使集電極電流具有特征尾流波形，集電極電流引起以下問題：功耗升高;交叉導(dǎo)通問題，特別是在使用續(xù)流二極管的設(shè)備上，問題更加明顯。鑒于尾流與少子的重組有關(guān)，尾流的電流值應(yīng)與芯片的溫度、IC 和 VCE 密切相關(guān)的空穴移動(dòng)性有密切的關(guān)系。因此，根據(jù)所達(dá)到的溫度，降低這種作用在終端設(shè)備設(shè)計(jì)上的電流的不理想效應(yīng)是可行的，尾流特性與 VCE、IC 和 TC 有關(guān)。
柵射極間施加反壓或不加信號時(shí)，MOSFET 內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT 關(guān)斷。反向阻斷當(dāng)集電極被施加一個(gè)反向電壓時(shí)，J1 就會(huì)受到反向偏壓控制，耗盡層則會(huì)向 N- 區(qū)擴(kuò)展。因過多地降低這個(gè)層面的厚度，將無法取得一個(gè)有效的阻斷能力，所以，這個(gè)機(jī)制十分重要。另一方面，如果過大地增加這個(gè)區(qū)域尺寸，就會(huì)連續(xù)地提高壓降。正向阻斷當(dāng)柵極和發(fā)射極短接并在集電極端子施加一個(gè)正電壓時(shí)，P/NJ3 結(jié)受反向電壓控制。此時(shí)，仍然是由 N 漂移區(qū)中的耗盡層承受外部施加的電壓。閂鎖 IGBT 在集電極與發(fā)射極之間有一個(gè)寄生 PNPN 晶閘管。在特殊條件下，這種寄生器件會(huì)導(dǎo)通。這種現(xiàn)象會(huì)使集電極與發(fā)射極之間的電流量增加，對等效 MOSFET 的控制能力降低，通常還會(huì)引起器件擊穿問題。
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