絶縁ゲートバイポーラトランジスタの設計コンセプト

絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) の設計コンセプトは、パワー MOSFET とバイポーラ接合トランジスタ (BJT/GTR) の利点を統合して、高電圧、大電流アプリケーションにおける単一デバイスの制限を克服することに重点を置いています。{0}{1}

 

コアデザインコンセプト

長所と短所を補う複合構造
IGBT は、MOSFET の高入力インピーダンス、電圧駆動動作、高速スイッチング特性と、BJT の低導通電圧降下および高電流密度特性を組み合わせて、「電圧制御 + バイポーラ導通」のハイブリッド デバイスを形成します。

 

伝導損失を低減するために伝導率変調を実装する
N⁻ ドリフト領域に少数キャリア（正孔）を注入することにより、導電率変調効果によりオン状態抵抗が大幅に低減され、IGBT は高電圧でも低い飽和電圧（Vce(sat)）を維持できるようになり、同じ電圧定格の MOSFET よりもはるかに優れています。

 

垂直 4 層構造 (P⁺/N⁻/P/N⁺) により、耐電圧と電流能力を最適化
垂直伝導構造を利用して、厚く低濃度にドープされた N- ドリフト領域は高電圧ブロッキングに耐える一方、P+ コレクタはホールを効率的に注入して、高耐電圧と大電流容量のバランスをとります。

 

MOSゲート絶縁制御により駆動回路を簡素化
ゲートは SiO2 絶縁層を介してチャネル形成を制御し、ゲート電圧のみで駆動できるため、駆動電力が最小限で済み、BJT のような連続ベース電流の必要がなくなります。

 

高いスイッチング周波数と高い電力密度をサポート
サイリスタや GTO と比較して、IGBT はスイッチング速度が速く（最大 100 kHz 範囲）、技術の進歩（第 7- 世代のマイクロ-フィールド ストップ構造など）により電力密度が増加し続けているため、新エネルギー車、太陽光発電インバータ、産業変数などの高周波、高効率のシナリオに適しています。-周波数ドライブ。