2.7  IGBT

DMOSFET的缺点是作为单极型器件，正向导通时由于半导体的电阻较大，所以会导致正向压降相对较大。作为对策想到了用改良npn晶体管作晶闸管的例子，在n型漏极半导体外侧放置p型半导体，在正向导通时注入空穴使得n型半导体部分的电导率增加。图2.19b所示正是基于这种想法的器件结构，称为IG-BT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）。其结果是该器件产生了比构想更加优秀的动作特性。如图2.19c的等价电路所示，它是在pnp双极晶体管的基极部分使用了MOSFET的结构，动作时由MOSFET的绝缘栅极控制MOSFET的电流，而这个电流负责间接控制pnp双极晶体管。IGBT的名称也来源于这个等价电路。

图2.19 IGBT图形符号、器件结构和等价电路(https://www.daowen.com)

总体来说，IGBT是双极型器件，可以降低正向压降。另一方面，控制栅极是单极型，控制功率小，因此它具备两者的优点。同时，开关特性方面也具有介于两种器件之间的关断时间，约为1～2μs或者以下。

由于IGBT是两种器件的复合体，所以3个端子分别称为集电极（C），发射极（E）和栅极（G）。如图2.19c所示，IGBT内部存在着寄生的npn晶体管，当有电流流入该npn晶体管，且该电流被放大时，其集电极电流将驱动主电路pnp晶体管的基极而使pnp+npn形成晶闸管的特性，结果是一旦开通，导通状态将被锁定，这被称为闩锁效应，失去了关断能力。因此在IGBT的设计制造之际，避免闩锁效应是最大的课题。

IGBT是具有上述出色功能的器件，图2.19b表明，电流通过n+反型层，进入n-基极层，最后通过pn结进入集电极。电流路径长，占正向电压中体电阻的比例大，在等价电路中也突出表示了该体电阻部分。对于初期的IGBT，其正向压降（偏置电压）达到4V左右，这成为技术上进行改善的最大努力目标。很多年以来降低正向压降的努力一直在继续，现在达到2V左右，且还在一直下降。

除了降低正向压降以外，IGBT的另一个努力目标是提高正向耐压，两者是折中的关系（技术上面临提高耐压会使得结构上正向压降上升的窘境）。工业用IGBT被要求1200V的正向耐压，保持耐压的同时，要努力降低正向压降。然而，在交通运输领域需要1700V等级的IGBT（参考5.4.1节）。当然达成这个目标是个大问题，但下面所说明的沟槽型IGBT的登场首次实现了该目标。