IGBT器件是能源转换和传输核心，自20 世纪80 年代末开始工业化使用后，广泛应用于高压、大电流、高速等大功率使用场景，并且在消费类电子应用中渐渐兼并BJT、MOSFET使用场景，成为电力电子领域开关器件的主流发展方向。

但是关于IGBT是个啥？很多人还不清楚，尤其是再看到SiC IGBT，SiIGBT的时候，更是一脸的懵逼。今天这篇文章，就用初中生都能看懂的大白话把IBGT给讲清楚！

IGBT、MOS与BJT的符号表示

IGBT中文全名为绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT），它是由双极型三极管（bipolar junction transistor, BJT）和绝缘栅型场效应 管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）组成的功率半导体器件。

这一段虽然都是中国字，但是真的很让人头大……

如果大家实在看不懂没关系，就记住一句话：IGBT是一种组合的晶体管就可以了。

IGBT的结构及等效电路图

IGBT是三端器件（和BJT非常像），分别是：栅极，集电极和发射极。同时具备MOSFET输入阻抗高、开关速度快、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小以及BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。（这就是组合晶体管的优势所在）

IGBT和MOSET、BJT对比

IGBT是晶体管组合，它的实现形式有很多。它可以在Si衬底上实现，也可以在SiC衬底上实现，也可以在GaN外延上实现，于是就可以得到Si IGBT和SiC IGBT了。当然，IGBT的特性也会随着衬底或外延材料的变化而变化。

啥是衬底？啥是外延？你还傻傻分不清楚吗？可以参考这篇文章：衬底与外延，这俩到底是啥关系？这回帮你捋顺了！

IGBT的工作原理（可以跳过，看不看意义不大，直接看后面的优缺点汇总即可……）

在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。

  1. 当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。
  2. 当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。
  3. 当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态；若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降低。

IGBT的优缺点总结

如果懒得细看，就只需要知道，IGBT除了贵，几乎没啥毛病即可。

IGBT整体兼顾BJT和MOS管的优点：

  • 高电压和电流
  • 高输入阻抗
  • 驱动电路简单
  • 低导通电阻
  • 高电流密度
  • 控制功率小
  • 开关损耗低
  • 高功率增益
  • 比 BJT 更高的开关速度

但是，也有不容忽视的缺点：

  • 开关速度低于 MOS管
  • 价格更昂贵
  • 存在晶闸管锁存问题


IGBT的应用与分类

IGBT的功率、频率特性

通过上图，我们可以知道，IGBT非常适用于低频高功率的应用场景。主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即dc/ac变换中。例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。

IGBT就应用场景而言，可分为消费类、工业级和车规级。

车规级IGBT相对于工业级IGBT，对诸多耐受指标要求更为严格。也是市场潜力最大的场景！车规IGBT，按照集成程度可分为单模块IGBT、多模块IGBT；根据额定电压可分成低压车轨级IGBT和高压车规级IGBT；根据最大工作温度可分为低温车规级IGBT、高温车规级IGBT；根据最大电流可分为小电流车规级IGBT、大电流车规级IGBT等。

车规级IGBT的分类及描述

当前，IGBT芯片经历了七代的发展，以英飞凌为代表的国际链主企业，已经建立越来越高的技术壁垒。

IGBT芯片的发展历程（以英飞凌为例） IGBT芯片经历的七代发展

IGBT的国内市场

当前，中国已经成为全球最大的IGBT市场（2022年，IGBT市场需求约147.32亿元，同比增长114.72%，吓不吓人），占据了全球超过40%份额。不过车规级IGBT产品国产化率仍然较低，国内自给率不足10%，存在巨大的供需缺口。

中国IGBT芯片行业企业

小结

很多同学有疑问，为什么SiC
IGBT这么强，市场上的产品却很少呢？首先，SiC 是肯定可以做IGBT的，而且确实“吊炸天”。市场上SiC
IGBT产品之所以少，单纯的只是因为制备成本太高，且性能“过剩”，因此在大多数应用场合都“毫无竞争力”。现在SiC的MOSFET可以做到6500V耐压，而SiC
IGBT可以轻松干到10kV数量级！！

废话了那么多，总结为一句就是：IGBT是一种组合晶体管，非常适用于低频大功率电源芯片领域，除了贵，几乎没啥毛病。

所以，少年们，加油吧，努力补上这一半导体细分赛道的国产化短板！