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从结构图可以看出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR，其等效电路如图2-2a所示，N沟道IGBT图形符号如图2-2b所示。对于P沟道IGBT，其图形符号中的箭头方向恰好相反。图中的电阻word/media/image2.wmf是厚基区GTR基区内的扩展电阻。IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达淋顿结构。图示器件为N沟道IGBT，MOSFET为N 沟道型，GTR为PNP型。 word/media/image3.png 图 2-2 IGBT的简化等效电路与IGBT的图形符号 a) 等效电路 b)图形符号
IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。门极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，并以PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。在门极上施以负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即为关断。 当VDS为负时，J3结处于反向偏置状态，类似于反偏二极管，，器件呈反向阻断状态。 当VDS为正时，有两种可能：
（1）若门极电压小于开启电压，即VG＜VT，则沟道不能形成，器件呈反向阻断状态； （2）若门极电压大于开启电压，即VG＞VT，绝缘门极下面的沟道形成，N﹢区的电子通过沟道进入N﹣漂移区，漂移到J3结，此时J3结是正向偏置，也向N﹣区注入空穴，从而在N﹣区产生电导调制，使器件正向导通。 在器件导通之后，若将门极电压突然减至零，则沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使漏极电流有所突减，但由于N﹣区注入了大量的电子、空穴对，因而使漏极电流不会马上为零，因而出现一个拖尾时间。 除上述IGBT的正常工作情况外，从结构图中可以看出，由于IGBT结构中寄生着PNPN四层结构，存在着由于再生作用而将导通状态锁定起来的可能性，从而导致漏极电流失控，进而引起器件产生破坏性失效。出现锁定现象的条件就是晶闸管的触发导通条件 a1＋a2﹦1。IGBT的锁定现象又分为静态锁定、动态锁定和栅分布锁定。静态锁定就是IGBT在稳态电流导通时出现的锁定，此时漏极电压低，锁定发生在稳态电流密度超过某一数值的时候。动态锁定发生在 开关过程中，在大电流、高电压的情况下，主要是因为在电流较大时引起a1和a2的增加，以及由于过大的dv／dt引起的位移电流造成的。栅分布锁定是由于绝缘栅的电容效应，造成在开关过程中个别先开通或后关断的IGBT之中的电流密度过大而形成局部锁定。应当采取各种工艺措施提高IGBT的锁定电流，克服由于锁定而产生失效。 |
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