Was ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate?
In seiner einfachsten Form ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ein Schalter, mit dem der Stromfluss im eingeschalteten Zustand zugelassen und im ausgeschalteten Zustand gestoppt wird. Ein IGBT ist ein Halbleiterbauelement, das heißt, es enthält keine beweglichen Teile. Anstatt eine physikalische Verbindung zu öffnen und zu schließen, wird sie durch Anlegen einer Spannung an eine Halbleiterkomponente, die als Basis bezeichnet wird, betrieben, die ihre Eigenschaften ändert, um einen elektrischen Pfad zu erzeugen oder zu blockieren.
Der offensichtlichste Vorteil dieser Technologie ist, dass keine beweglichen Teile abgenutzt werden müssen. Die Festkörpertechnologie ist jedoch nicht perfekt. Es gibt immer noch Probleme mit dem elektrischen Widerstand, dem Strombedarf und sogar der Zeit, die der Schalter benötigt, um zu funktionieren.
Ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate ist ein verbesserter Transistortyp, der entwickelt wurde, um einige der Nachteile eines herkömmlichen Festkörpertransistors zu minimieren. Es bietet den niedrigen Widerstand und die hohe Geschwindigkeit beim Einschalten, die in einem Leistungsmetall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) zu finden sind, obwohl das Ausschalten etwas langsamer ist. Es ist auch keine konstante Spannungsquelle erforderlich, wie dies bei anderen Transistortypen der Fall ist.
Wenn ein IGBT eingeschaltet wird, wird Spannung an das Gate angelegt. Dies bildet den Kanal für den elektrischen Strom. Der Basisstrom wird dann zugeführt und fließt durch den Kanal. Dies ist im Wesentlichen identisch mit der Funktionsweise eines MOSFET. Die Ausnahme besteht darin, dass der Aufbau des Bipolartransistors mit isoliertem Gate die Abschaltung der Schaltung beeinflusst.
Ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate hat ein anderes Substrat oder Basismaterial als ein MOSFET. Das Substrat liefert den Weg zur elektrischen Masse. Ein MOSFET hat ein N + -Substrat, während ein IGBT-Substrat P + mit einem N + -Puffer oben ist.
Dieses Design wirkt sich auf die Art und Weise aus, in der der Schalter in einem IGBT ausgeschaltet wird, indem er in zwei Stufen ausgeführt wird. Erstens fällt der Strom sehr schnell ab. Zweitens tritt ein als Rekombination bezeichneter Effekt auf, bei dem der N + -Puffer oben auf dem Substrat die gespeicherte elektrische Ladung beseitigt. Mit dem Ausschalter in zwei Schritten dauert es etwas länger als mit einem MOSFET.
Aufgrund ihrer Eigenschaften können IGBTs so hergestellt werden, dass sie kleiner als herkömmliche MOSFETs sind. Ein Standard-Bipolartransistor benötigt etwas mehr Halbleiteroberfläche als der IGBT. Ein MOSFET benötigt mehr als das Doppelte. Dies reduziert die Kosten für die Herstellung von IGBTs erheblich und ermöglicht die Integration von mehr als einem Chip. Der Leistungsbedarf zum Betreiben eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate ist ebenfalls geringer als bei anderen Anwendungen.