下圖所示為一個(gè)N 溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構， N+ 區稱(chēng)為源區，附于其上的電極稱(chēng)為源極。P+ 區稱(chēng)為漏區。器件的控制區為柵區，附于其上的電極稱(chēng)為柵極。溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源之間的P 型區（包括P+ 和P 一區）（溝道在該區域形成），稱(chēng)為亞溝道區（ Subchannel region ）。而在漏區另一側的P+ 區稱(chēng)為漏注入區（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能區，與漏區和亞溝道區一起形成PNP 雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導電調制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入區上的電極稱(chēng)為漏極。

              

IGBT結構圖

IGBT 的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關(guān)斷。IGBT 的驅動(dòng)方法和MOSFET 基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET 的溝道形成后，從P+ 基極注入到N 一層的空穴（少子），對N 一層進(jìn)行電導調制，減小N 一層的電阻，使IGBT 在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。

1979年，MOS柵功率開(kāi)關(guān)器件作為IGBT概念的先驅即已被介紹到世間。這種器件表現為一個(gè)類(lèi)晶閘管的結構（P-N-P-N四層組成），其特點(diǎn)是通過(guò)強堿濕法刻蝕工藝形成了V形槽柵。 
80年代初期，用于功率MOSFET制造技術(shù)的DMOS（雙擴散形成的金屬-氧化物-半導體）工藝被采用到IGBT中來(lái)。[2]在那個(gè)時(shí)候，硅芯片的結構是一種較厚的NPT（非穿通）型設計。后來(lái)，通過(guò)采用PT（穿通）型結構的方法得到了在參數折衷方面的一個(gè)顯著(zhù)改進(jìn)，這是隨著(zhù)硅片上外延的技術(shù)進(jìn)步，以及采用對應給定阻斷電壓所設計的n+緩沖層而進(jìn)展的[3]。幾年當中，這種在采用PT設計的外延片上制備的DMOS平面柵結構，其設計規則從5微米先進(jìn)到3微米。 
90年代中期，溝槽柵結構又返回到一種新概念的IGBT，它是采用從大規模集成（LSI）工藝借鑒來(lái)的硅干法刻蝕技術(shù)實(shí)現的新刻蝕工藝，但仍然是穿通（PT）型芯片結構。[4]在這種溝槽結構中，實(shí)現了在通態(tài)電壓和關(guān)斷時(shí)間之間折衷的更重要的改進(jìn)。 
硅芯片的重直結構也得到了急劇的轉變，先是采用非穿通（NPT）結構，繼而變化成弱穿通（LPT）結構，這就使安全工作區（SOA）得到同表面柵結構演變類(lèi)似的改善。 
這次從穿通（PT）型技術(shù)先進(jìn)到非穿通（NPT）型技術(shù)，是最基本的，也是很重大的概念變化。這就是：穿通（PT）技術(shù)會(huì )有比較高的載流子注入系數，而由于它要求對少數載流子壽命進(jìn)行控制致使其輸運效率變壞。另一方面，非穿通（NPT）技術(shù)則是基于不對少子壽命進(jìn)行殺傷而有很好的輸運效率，不過(guò)其載流子注入系數卻比較低。進(jìn)而言之，非穿通（NPT）技術(shù)又被軟穿通（LPT）技術(shù)所代替，它類(lèi)似于某些人所謂的“軟穿通”（SPT）或“電場(chǎng)截止”（FS）型技術(shù)，這使得“成本—性能”的綜合效果得到進(jìn)一步改善。 
1996年，CSTBT（載流子儲存的溝槽柵雙極晶體管）使第5代IGBT模塊得以實(shí)現[6]，它采用了弱穿通（LPT）芯片結構，又采用了更先進(jìn)的寬元胞間距的設計。目前，包括一種“反向阻斷型”（逆阻型）功能或一種“反向導通型”（逆導型）功能的IGBT器件的新概念正在進(jìn)行研究，以求得進(jìn)一步優(yōu)化。 
IGBT功率模塊采用IC驅動(dòng)，各種驅動(dòng)保護電路，高性能IGBT芯片，新型封裝技術(shù)，從復合功率模塊PIM發(fā)展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發(fā)展，其產(chǎn)品水平為1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于變頻調速外，600A/2000V的IPM已用于電力機車(chē)VVVF逆變器。平面低電感封裝技術(shù)是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB，用于艦艇上的導彈發(fā)射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術(shù)組裝PEBB，大大降低電路接線(xiàn)電感，提高系統效率，現已開(kāi)發(fā)成功第二代IPEM，其中所有的無(wú)源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發(fā)展熱點(diǎn)。 
現在,大電流高電壓的IGBT已模塊化,它的驅動(dòng)電路除上面介紹的由分立元件構成之外,現在已制造出集成化的IGBT專(zhuān)用驅動(dòng)電路.其性能更好,整機的可靠性更高及體積更小。

IGBT與MOSFET的對比MOSEFT全稱(chēng)功率場(chǎng)效應晶體管。它的三個(gè)極分別是源極(S)、漏極(D)和柵極(G)。主要優(yōu)點(diǎn)：熱穩定性好、安全工作區大。缺點(diǎn)：擊穿電壓低，工作電流小。 IGBT全稱(chēng)絕緣柵雙極晶體管，是MOSFET和GTR(功率晶管)相結合的產(chǎn)物。它的三個(gè)極分別是集電極(C)、發(fā)射極(E)和柵極(G)。特點(diǎn)：擊穿電壓可達1200V，集電極最大飽和電流已超過(guò)1500A。由IGBT作為逆變器件的變頻器的容量達250kVA以上，工作頻率可達20kHz。

靜態(tài)特性

IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉移特性和開(kāi)關(guān)特性。

IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。它與GTR 的輸出特性相似．也可分為飽和區1 、放大區2 和擊穿特性3 部分。在截止狀態(tài)下的IGBT ，正向電壓由J2 結承擔，反向電壓由J1結承擔。如果無(wú)N+ 緩沖區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩沖區后，反向關(guān)斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了IGBT 的某些應用范圍。

IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關(guān)系曲線(xiàn)。它與MOSFET 的轉移特性相同，當柵源電壓小于開(kāi)啟電壓Ugs(th) 時(shí)，IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內， Id 與Ugs呈線(xiàn)性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。

IGBT 的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT 處于導通態(tài)時(shí)，由于它的PNP 晶體管為寬基區晶體管，所以其B 值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過(guò)MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。此時(shí)，通態(tài)電壓Uds(on) 可用下式表示

Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh

式中Uj1 —— JI 結的正向電壓，其值為0.7 ～1V ；Udr ——擴展電阻Rdr 上的壓降；Roh ——溝道電阻。

通態(tài)電流Ids 可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos

式中Imos ——流過(guò)MOSFET 的電流。

由于N+ 區存在電導調制效應，所以IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓1000V的IGBT 通態(tài)壓降為2 ～ 3V 。IGBT 處于斷態(tài)時(shí)，只有很小的泄漏電流存在。

動(dòng)態(tài)特性

IGBT 在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作為MOSFET 來(lái)運行的，只是在漏源電壓Uds 下降過(guò)程后期， PNP 晶體管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。td(on) 為開(kāi)通延遲時(shí)間， tri 為電流上升時(shí)間。實(shí)際應用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間ton 即為td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1 和tfe2 組成。

IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負向電壓，柵極電壓可由不同的驅動(dòng)電路產(chǎn)生。當選擇這些驅動(dòng)電路時(shí)，必須基于以下的參數來(lái)進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因為IGBT柵極- 發(fā)射極阻抗大，故可使用MOSFET驅動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過(guò)由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應該比許多MOSFET驅動(dòng)電路提供的偏壓更高。

IGBT在關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因為MOSFET關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長(cháng)的尾部時(shí)間，td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間，trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間

t(off)=td(off)+trv十t(f)

式中，td(off)與trv之和又稱(chēng)為存儲時(shí)間。

IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負柵壓來(lái)減少關(guān)斷時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開(kāi)啟電壓約3～4V，和MOSFET相當。IGBT導通時(shí)的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。

正式商用的IGBT器件的電壓和電流容量還很有限，遠遠不能滿(mǎn)足電力電子應用技術(shù)發(fā)展的需求；高壓領(lǐng)域的許多應用中，要求器件的電壓等級達到10KV以上，目前只能通過(guò)IGBT高壓串聯(lián)等技術(shù)來(lái)實(shí)現高壓應用。國外的一些廠(chǎng)家如瑞士ABB公司采用軟穿通原則研制出了8KV的IGBT器件，德國的EUPEC生產(chǎn)的6500V/600A高壓大功率IGBT器件已經(jīng)獲得實(shí)際應用，日本東芝也已涉足該領(lǐng)域。與此同時(shí)，各大半導體生產(chǎn)廠(chǎng)商不斷開(kāi)發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠性、低成本技術(shù)，主要采用1ｕm以下制作工藝，研制開(kāi)發(fā)取得一些新進(jìn)展。