Что такое биполярный транзистор с изолированным затвором?

На самом простом уровне биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) - это переключатель, используемый для обеспечения притока энергии, когда он включен, и для остановки потока энергии, когда он выключен. IGBT - это твердотельное устройство, то есть оно не имеет движущихся частей. Вместо того, чтобы открывать и закрывать физическое соединение, оно работает, прикладывая напряжение к полупроводниковому компоненту, называемому базой, который меняет свои свойства, чтобы создать или заблокировать электрический путь.

Самым очевидным преимуществом этой технологии является отсутствие движущихся частей. Твердотельные технологии не совершенны. Все еще существуют проблемы с электрическим сопротивлением, требованиями к питанию и даже временем, необходимым для работы коммутатора.

Биполярный транзистор с изолированным затвором - это усовершенствованный тип транзистора, разработанный для минимизации некоторых недостатков обычного твердотельного транзистора. Он предлагает низкое сопротивление и быструю скорость при включении, найденном в мощных полевых транзисторах металл-оксид-полупроводник (MOSFET), хотя его выключение немного медленнее. Это также не требует постоянного источника напряжения, как это делают другие типы транзисторов.

Когда IGBT включен, напряжение подается на затвор. Это формирует канал для электрического тока. Базовый ток затем подается и протекает через канал. Это по сути идентично тому, как работает MOSFET. Исключением является то, что конструкция биполярного транзистора с изолированным затвором влияет на то, как отключается цепь.

Биполярный транзистор с изолированным затвором имеет другую подложку или материал основы, чем полевой МОП-транзистор. Подложка обеспечивает путь к заземлению. МОП-транзистор имеет подложку N +, а подложка IGBT - P + с буфером N + сверху.

Эта конструкция влияет на способ выключения выключателя в IGBT, позволяя ему происходить в два этапа. Во-первых, ток падает очень быстро. Во-вторых, возникает эффект, называемый рекомбинацией, во время которого буфер N + в верхней части подложки устраняет накопленный электрический заряд. Выключение происходит в два этапа, это занимает немного больше времени, чем с MOSFET.

Их свойства позволяют изготавливать IGBT меньше, чем обычные MOSFET. Стандартный биполярный транзистор требует немного большей площади поверхности полупроводника, чем IGBT; МОП-транзистор требует более чем в два раза больше. Это значительно снижает стоимость производства IGBT и позволяет интегрировать большее их количество в один чип. Потребность в мощности для работы биполярного транзистора с изолированным затвором также ниже, чем в других приложениях.