电的发现是人类前史的革新，由它发生的动能每天都在连绵不断的开释，人对电的需求不亚于人类国际的氧气，假如没有电，人类的文明还会在黑私自探究。
可是在电力电子里边，最重要的一个元件便是IGBT。没有IGBT就不会有高铁的快捷日子。
一说起IGBT，半导体**的人都认为不便是一个分立器材(Power Disceret)嘛，都很瞧不上眼。可是他和28nm/16nm集成电路**相同，是国家“02专项”的要点扶持项目，这玩意是现在现在功率电子器材里 技能最先进的产品，现已全面替代了传统的Power MOSFET，其使用十分广泛，小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性工业，被称为电力电子职业里的“CPU”，长期以来，该产品(包含芯片)还 是被独占在少量IDM手上(FairChild、Infineon、TOSHIBA)，位居“十二五”期间国家16个严重技能打破专项中的第二位(简称 “02专项”)。
终究IGBT是何方神圣?让咱们一起来学习它的理论吧。
1、何为IGBT?
IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，所以它是一个有MOS Gate的BJT晶体管。古怪吧，它到底是MOSFET仍是BJT?其实都不是又都是。不绕圈子了，他便是MOSFET和BJT的组合体。
我在前面讲MOSFET和BJT的时分提到过他们的优缺点，MOSFET主要是单一载流子(多子)导电，而BJT是两种载流子导电，所以BJT的驱动电流 会比MOSFET大，可是MOSFET的操控级栅极是靠场效应反型来操控的，没有额定的操控端功率损耗。所以IGBT便是使用了MOSFET和BJT的优 点组合起来的，兼有MOSFET的栅极电压操控晶体管(高输入阻抗)，又使用了BJT的双载流子到达大电流(低导通压降)的意图(Voltage- Controlled Bipolar Device)。然后到达驱动功率小、饱满压下降的完美要求，广泛使用于600V以上的变流体系如沟通电机、变频器、开关电源、照明电 路、牵引传动等范畴。
2、传统的功率MOSFET
为了等一下便于了解IGBT，我仍是先讲下Power MOSFET的结构。所谓功率MOS便是要接受大功率，换言之也便是高电压、大电流。咱们结合一般的低压MOSFET来解说怎么改动结构完成高压、大电流。
1)高电压：一般的MOSFET假如Drain的高电压，很简单导致器材击穿，而一般击穿通道便是器材的别的三端(S/G/B)，所以要处理高压问题有必要 堵死这三端。Gate端只能靠场氧垫在Gate下面阻隔与漏的间隔(Field-Plate)，而Bulk端的PN结击穿只能靠下降PN结两头的浓度，而 最厌烦的是到Source端，它则需求一个长长的漂移区来作为漏极串联电阻分压，使得电压都降在漂移区上就能够了。
2) 大电流：一般的MOSFET的沟道长度有Poly CD决议，而功率MOSFET的沟道是靠两次分散的结深差来操控，所以只需process安稳就能够做的很小，并且不受光刻精度的约束。而器材的电流取决于W/L，所以假如要取得大电流，只需求进步W就能够了。
所以上面的Power MOSFET也叫作LDMOS (Lateral Double diffusion MOS)。尽管这样的器材能够完成大功率要求，可是它仍然有它固有的缺点，因为它的源、栅、漏三端都在外表，所以漏极与源极需求拉的很长，太糟蹋芯片面 积。并且因为器材在外表则器材与器材之间假如要并联则复杂性添加并且需求阻隔。所以后来开展了VDMOS(Vertical DMOS)，把漏极一致放到Wafer反面去了，这样漏极和源极的漂移区长度完全能够经过反面减薄来操控，并且这样的结构更利于管子之间的并联结构完成大 功率化。可是在BCD的工艺中仍是的使用LDMOS结构，为了与CMOS兼容。
再给咱们讲一下VDMOS的开展及演化吧，最早的VDMOS便是直接把LDMOS的Drain放到了反面经过反面减薄、Implant、金属蒸腾制造出来 的(如下图)，他便是传说中的Planar VDMOS，它和传统的LDMOS比应战在于反面工艺。可是它的长处是正面的工艺与传统CMOS工艺兼容，所以它仍是有生命力的。可是这种结构的缺点在于 它沟道是横在外表的，面积使用率仍是不够高。
再后来为了战胜Planar DMOS带来的缺点，所以开展了VMOS和UMOS结构。他们的做法是在Wafer外表挖一个槽，把管子的沟道从本来的Planar变成了沿着槽壁的 vertical，果然是个聪明的主意。可是一个馅饼总是会调配一个圈套(IC**总是在不断trade-off)，这样的结构天然生成的缺点是槽太深简单电 场会集而导致击穿，并且工艺难度和本钱都很高，且槽的底部有必要肯定rouding，不然很简单击穿或许发生应力的晶格缺点。可是它的长处是晶饱数量比本来 多许多，所以能够完成更多的晶体管并联，比较合适低电压大电流的application。
还有一个经典的东西叫做CoolMOS，咱们自己google学习吧。他应该算是Power MOS撑电压最高的了，能够到1000V。
3、IGBT的结构和原理
上面介绍了Power MOSFET，而IGBT其实本质上仍是一个场效应晶体管，从结构上看和Power MOSFET十分挨近，就在反面的漏电极添加了一个P 层，咱们称之为Injection Layer (姓名的由来等下说).。在上面介绍的Power MOSFET其实根本上来讲它仍是传统的MOSFET，它仍然是单一载流子(多子)导电，所以咱们还没有发挥出它的极致功能。所以后来开展出一个新的结 构，咱们怎么能够在Power MOSFET导通的时分除了MOSFET自己的电子我还能从漏端注入空穴不就能够了吗?所以天然的就在漏端引入了一个P 的injection layer (这便是姓名的由来)，而从结构上漏端就多了一个P /N-drift的PN结，不过他是正偏的，所以它不影响导通反而添加了空穴注入效应，所以它的特性就相似BJT了有两种载流子参加导电。所以本来的 source就变成了Emitter，而Drain就变成了Collector了。
从上面结构以及右边的等效电路图看出
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