絶縁ゲートバイポーラトランジスタとは何ですか？

最も単純なレベルでは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）は、オンの場合に電力の流入を許可し、オフの場合に電力の流れを停止するために使用されるスイッチです。 IGBTはソリッドステートデバイスです。つまり、可動部品はありません。 物理的な接続を開いたり閉じたりする代わりに、ベースと呼ばれる半導体コンポーネントに電圧を印加することで動作します。ベースとは、電気的経路を作成またはブロックするためにプロパティを変更します。

この技術の最も明らかな利点は、消耗する可動部品がないことです。 ただし、ソリッドステートテクノロジは完全ではありません。 電気抵抗、電力要件、さらにはスイッチの動作に必要な時間にも問題があります。

絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、従来のソリッドステートトランジスタの欠点の一部を最小限に抑えるように設計された改良型のトランジスタです。 電源金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）で見られるオン時の低抵抗と高速を提供しますが、オフにするのはわずかに遅くなります。 また、他のタイプのトランジスタのように一定の電圧源を必要としません。

IGBTがオンになると、ゲートに電圧が印加されます。 これにより、電流のチャネルが形成されます。 その後、ベース電流が供給され、チャネルを流れます。 これは、MOSFETの動作と本質的に同じです。 これの例外は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの構造が回路のオフ方法に影響することです。

絶縁ゲートバイポーラトランジスタの基板またはベース材料は、MOSFETとは異なります。 基板は、電気的接地への経路を提供します。 MOSFETにはN +基板があり、IGBTの基板にはP +があり、上部にN +バッファがあります。

この設計は、IGBTでのスイッチのオフ方法に影響を与えます。これは、スイッチが2段階で発生することを許可することによって行われます。 まず、電流は非常に急速に低下します。 第二に、再結合と呼ばれる効果が発生し、その間に、基板上部のN +バッファーが蓄積された電荷を除去します。 オフスイッチが2つのステップで発生するため、MOSFETの場合よりもわずかに長くかかります。

その特性により、IGBTを従来のMOSFETよりも小さく製造することができます。 標準的なバイポーラトランジスタは、IGBTよりもわずかに大きな半導体表面積を必要とします。 MOSFETは2倍以上必要です。 これにより、IGBTの製造コストが大幅に削減され、より多くのIGBTを単一のチップに統合できます。 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの動作に必要な電力も、他のアプリケーションよりも低くなります。