绝缘栅双极晶体管IGBT 的工作特性

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绝缘栅双极晶体管（IGBT）的静态特性包括伏安特性、转移特性和开关特性。伏安特性描述了以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系。输出漏极电流受栅源电压Ugs控制，Ugs越高，Id越大，与GTR的输出特性相似。IGBT在截止状态下的正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。在无N+缓冲区时，正反向阻断电压水平相近，但加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，限制了IGBT的应用范围。

转移特性表示输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线，与MOSFET的转移特性相同。当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受限于最大漏极电流，最佳值通常为15V左右。

开关特性涉及漏极电流与漏源电压之间的关系。在导通态下，由于IGBT的PNP晶体管为宽基区晶体管，B值极低。通态电压Uds(on)可以通过下式表示：Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh，其中Uj1为JI结的正向电压，Udr为扩展电阻Rdr上的压降，Roh为沟道电阻。通态电流Ids表示为Ids=(1+Bpnp)Imos，Imos为流过MOSFET的电流。IGBT的通态压降较小，耐压1000V的IGBT通态压降为2～3V。在断态下，只有很小的泄漏电流存在。

动态特性包括IGBT在开通过程中的行为，大部分时间作为MOSFET运行，但在漏源电压Uds下降过程后期，PNP晶体管从放大区过渡至饱和区，增加了延迟时间。开通延迟时间td(on)和电流上升时间tri是实际应用中常给出的参数。漏源电压的下降时间由tfe1和tfe2组成。

触发和关断IGBT要求给栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压由不同的驱动电路产生。考虑器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源情况。IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。IGBT的开启电压约为3～4V，与MOSFET相当。IGBT导通时的饱和压降低于MOSFET而接近GTR，饱和压降随栅极电压的增加而降低。

高压大电流的IGBT器件尚未正式商用，其电压和电流容量有限，不能满足电力电子应用技术发展的需求。目前，通过IGBT高压串联等技术实现了高压应用。瑞士ABB公司、德国EUPEC公司和日本东芝等厂家在高压大功率IGBT器件方面取得了进展，主要采用1um以下制作工艺，开发了高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠性和低成本技术。各大半导体生产厂商持续研究和开发IGBT的新型技术，以满足日益增长的市场需求。

绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）综合了电力晶体管（Giant Transistor—GTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。