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IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）器件，即絕緣柵雙極型晶體管，是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式開(kāi)關(guān)功率半導(dǎo)體器件。它結(jié)合了雙極結(jié)型晶體管（BJT）和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓和高電流的控制。以下是關(guān)于IGBT器件的詳細(xì)介紹，包括其結(jié)構(gòu)和工作原理：

IGBT結(jié)構(gòu)

IGBT的結(jié)構(gòu)可以分為表面柵極結(jié)構(gòu)和體Si結(jié)構(gòu)兩部分。表面柵極結(jié)構(gòu)主要有兩種類型：平面柵結(jié)構(gòu)和溝槽柵結(jié)構(gòu)。

平面柵結(jié)構(gòu)：柵極形成在晶圓表面，具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。

溝槽柵結(jié)構(gòu)：柵極形成在晶圓表面的溝槽中，這種結(jié)構(gòu)將平面柵的表面溝道移到體內(nèi)，消除了平面柵結(jié)構(gòu)中的JFET區(qū)，提高了器件的電流密度。

體Si結(jié)構(gòu)根據(jù)器件在反向耐壓時(shí)耗盡區(qū)是否到達(dá)集電區(qū)可以分為穿通型（PT）IGBT、非穿通型（NPT）IGBT以及FS型IGBT（可以看作是穿通型的改進(jìn)結(jié)構(gòu)）。

IGBT的基本結(jié)構(gòu)包含以下幾個(gè)部分：

P-collector、N-drift和P-base區(qū)構(gòu)成PNP晶體管部分。

N+源區(qū)、P-base基區(qū)以及N-drift作為漏區(qū)共同構(gòu)成NMOS結(jié)構(gòu)。

IGBT工作原理

IGBT的工作原理大致可分為四個(gè)階段：

開(kāi)啟（Turn-On）階段：當(dāng)輸入信號(hào)（稱為柵極信號(hào)）被應(yīng)用于IGBT的控制端時(shí)，柵極電極上形成強(qiáng)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)通過(guò)絕緣層作用于底部的N型材料。這個(gè)電場(chǎng)吸引P型材料中的載流子向絕緣層附近靠攏。

激活（Activation）階段：當(dāng)達(dá)到一定電壓時(shí)，底部的N型材料中的P-N結(jié)將會(huì)被擊穿，載流子開(kāi)始穿越絕緣層并進(jìn)入N型材料。在激活期間，絕緣層的電容會(huì)存儲(chǔ)一定電量。

飽和（Saturation）階段：一旦激活完成，電流開(kāi)始自絕緣層源源不斷地流入P型材料，使其達(dá)到飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，整個(gè)電流將通過(guò)P-N結(jié)和N型材料。

關(guān)斷（Turn-Off）階段：當(dāng)柵極信號(hào)被取消時(shí)，電場(chǎng)在較短的時(shí)間內(nèi)被去激活。此時(shí)，絕緣層上存儲(chǔ)的電荷被釋放，并迅速恢復(fù)到初的非激活狀態(tài)。IGBT進(jìn)入到可關(guān)斷狀態(tài)。

需要注意的是，IGBT的開(kāi)關(guān)速度相對(duì)較低，由于PN結(jié)的擴(kuò)散和復(fù)合時(shí)間會(huì)導(dǎo)致一定的開(kāi)關(guān)延遲。因此，在高頻應(yīng)用和快速開(kāi)關(guān)場(chǎng)景中，MOSFET可能會(huì)更為適合。

總結(jié)

IGBT器件憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和工作原理，在工業(yè)控制、變頻器、電力傳輸?shù)葢?yīng)用中得到了廣泛使用。其結(jié)合了MOSFET和BJT的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓和高電流的控制，為現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。