[初階科普向]IGBT這玩意兒——從名稱入手

在微電子行業混久了的人，很少有不知道IGBT的。

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  IGBT的英文全稱和基礎概念對于微電子技術猿來說，想必已經耳熟能詳。

然而對于工作需要用到IGBT、但從未專業學習過IGBT的人來說，IGBT到底是個什么玩意兒、它為什么叫IGBT、它的核心關鍵詞是什么、要怎么理解它等一系列問題并無法一次性在某個地方獲取到，都需要查閱大量的資料，學習大量的基礎才能有個初步的了解。

為了讓更多的人在更少的時間內掌握IGBT，我將在這個公眾號內下不定時更新自己所總結的知識，盡量嘗試用最通俗易懂的語言解釋其內部的原理，希望能夠幫助和我剛工作時一樣，對IGBT一頭霧水的小可愛們。

順帶提一句，剛開始接觸到IGBT的時候，我是醬紫的↓

對于純小白來說，了解一件東西最好的方式就是從名稱入手，抽絲剝繭，逐步了解。所以我們先從IGBT的全稱說起：絕緣柵雙極性晶體管，英文全稱為Insulated GateBipolar Transistor。

主語是晶體管，修飾詞（性質）有三個，分別是絕緣、柵、雙極性。

晶體管是一種固體半導體器件，在這里可以理解為一種利用電信號（電流/電壓）控制開關斷的開關器件，不同于機械開關，它的開關速度非常快。

三個修飾詞“絕緣、柵、雙極性”的核心關鍵詞在“柵極”和“雙極性”上。

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“柵極”意味著IGBT是個電壓控制型器件，這是相比于電流型控制器件而言。

簡單來說，電壓型控制器件主要是通過控制端電壓來控制器件的開通與關斷，而電流型控制器件的開關斷則主要被控制端電流的大小控制。

電流控制型器件的共同特點是導通損耗小，所需驅動功率小，但是驅動電路復雜，工作頻率較低，如晶閘管、GTR等。

而電壓控制型器件的共同特點在于輸入阻抗高、所需驅動功率小、驅動電路簡單、工作頻率高，如IGBT、MOSFET等。

此外，壓控器件在整體功耗方面也要低于流控器件。

因此，根據具體工況條件及應用要求，不同晶體管會被應用在不同領域中。

IGBT一般可應用于工業領域（變頻器、UPS電源、EPS電源）、新能源發電領域（風能發電、太陽能發電）、新能源汽車領域（充電樁、電動控制、車載空調）等，由于篇幅有限，這里就不再贅述。

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“雙極性”是相較于“單極性”而言。兩者最主要的區別在于器件工作時，移動的電荷載流子是電子還是空穴，亦或是二者都有。

若只有一種載流子參與導電，則稱為單極性晶體管，如MOSFET（金屬-氧化物半導體場效應晶體管）、SBD（肖特基二極管）等。

若電子和空穴都參與了導電，則稱為雙極性晶體管，如BJT（雙極結型晶體管）、IGBT等。

兩者相對比，雙極性晶體管由于同時有電子和空穴參與導電，所以其關斷速度相比單極性晶體管來說更慢。

具體原因我們以今天的主角IGBT為例，通過分析IGBT在關斷過程中載流子的移動和分布來解釋以上這點。

當IGBT正常工作時，p-base表面會形成導通溝道，電子從發射極經n型漂移區流向集電極，而空穴將不斷地從集電極注入到n型漂移區。此時IGBT的外部表現為：存在負載電流，IGBT處于導通狀態。

由于該區域寬度較寬，部分空穴會在此處與電子進行復合，其余空穴則擴散至p-base/n漂移區結（圖中J1結），最終由發射極收集。

熟悉了IGBT處于導通狀態時內部載流子的運動，我們再來看關斷過程，IGBT的關斷過程可以視為兩個階段。

在第一階段中，由于溝道反型層消失，所以負載電流會快速下降。

在第二階段中，集電極-發射極電壓V_CE逐漸增加，IGBT漂移區逐漸耗盡，漂移區中的剩余空穴載流子漂移至J1結，最終由發射極抽取。

當耗盡區不再擴展時，剩余空穴將通過與剩余電子復合消失，這個復合消失的過程就會造成IGBT的拖尾電流。

而單極性元器件由于只是一種載流子導電，并不存在拖尾電流，因此關斷速度會更快。

此外，由于電子和空穴的復合過程所需時間長短與載流子本身壽命有關，所以IGBT器件的關斷速度也受載流子壽命影響。

以上就是從名稱來了解IGBT器件的全部內容，希望能對剛剛接觸到IGBT的小伙伴們有幫助。

需要聲明的是，以上內容都是我個人了解到的知識，只不過轉化成了我覺得比較易懂的文字，所以如果有任何偏頗之處，希望觀眾老爺們不吝賜教。