正如“什麼是IGBT”一文中所介紹的,透過MOSFET和雙極電晶體相結合,使IGBT成為同時具備這兩種元件優點的功率電晶體。下面以目前主流的N通道IGBT為例,來介紹IGBT的基本結構。從現在開始,只用“IGBT”描述的基本上都是指N通道IGBT。
IGBT的結構
為了便於理解IGBT半導體的結構,我們首先來回顧一下電路圖符號、簡單的等效電路以及IGBT的基本工作。
IGBT有閘極、集極、射極三個引腳,可以認為,閘極與MOSFET的閘極相同,集極和射極與雙極電晶體相同。在N通道IGBT的情況下,IGBT與MOSFET一樣,透過電壓控制元件相對於射極在閘極外加正閘極電壓VGE時,集極-射極之間導通,流過集極電流IC。
下面是表示IGBT半導體結構的示意圖(斷面圖)和等效電路圖。為便於理解而進行了簡化。藍色箭頭表示集極電流IC的流動情況。我們與旁邊的等效電路圖比較來看。
如圖所示,在Nch MOSFET的汲極側形成了P+集極層,從集極到射極是P型-N型-P型-N型排列的結構。
等效電路圖中的Nch MOSFET的汲極和PNP電晶體的基極都相當於IGBT的N-漂移層。閘極是絕緣膜上的薄膜佈線,Nch MOSFET的閘極=IGBT的閘極。IGBT的射極為N+層,與Nch MOSFET的源極相對應。PNP電晶體的集極為P+,與IGBT的射極N+層相連接。PNP電晶體的射極是P+層,相當於IGBT的集極。
雖然這些有關IGBT的內容聽起來有些複雜,但是如果將IGBT的結構用示意圖體現出來,就很容易理解IGBT的等效電路圖了。