在igbt在大力发展之前，功率场效应管mosfet晶闸管、gto被用于中高压领域。mosfet虽然具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、驱动电路简单等优点；但在200v或高压场合，mosfet随着突破电压的增加，导电阻会迅速增加，使其功耗大幅增加，存在无法获得高耐压、大容量元件等缺陷。双极晶体管具有优异的低正导压降特性。虽然可以获得高耐压、大容量的元件，但它要求驱动电流大，控制电路非常复杂，交换速度不够快。
igbt它是根据这一要求开发的，它是由mosfet(输入级)和pnp由晶体管(输出级)组成的装置，既有mosfet具有驱动功率小、开关速度快的特点（控制和响应）、双极设备饱和压降和容量大的特点（功率级耐用）、频率特mosfet它可以在几十个功率晶体管之间正常工作khz在频率范围内。基于这些优良的特性，igbt已广泛应用于300多个v电压的应用中，模块化的igbt能满足更高的电流传导要求，其应用领域不断提高，未来将有更大的发展。
igbt结构及特点：
如图1所示n双极晶体管结构采用通增强型绝缘栅，n 区称为源区，附着在其上的电极称为源极(即发射极)e)。n基极被称为泄漏区域。设备的控制区域栅区，附着在其上的电极称为栅极（即门极）g)。靠近栅区边界形成沟。c、e两极之间的p型区(包括p 和p-该区域形成沟渠)，称为亚沟区(subchannel region)。在漏区另一侧p 区称为漏注入区(drain injector)，它是igbt与漏区和亚沟区形成独特的功能区pnp双极晶体管，发挥发射极的作用，向泄漏极注入孔，进行导电调节，以降低设备的通态电压。附着在泄漏注入区域的电极称为泄漏极（即集电极）c)。
图1 n增强绝缘栅双极晶体管结构
igbt开关的功能是通过增加正向栅极电压形成通道pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流igbt相反，添加反向门极电压消除通道，切断基极电流igbt关断。igbt驱动方法和mosfet基本相同，只需控制输入极n-沟道mosfet，因此具有高输入阻抗特性。mosfet沟形成后，从p 基极注入到n-对n-电导调制层减少n-层层电阻，使igbt高压时，通态电压也很低。
igbt是由mosfet和gtr复合开关装置由技术组合而成，通过功率mosfet加上漏极p 层是由性能组成的mosfet双极功率晶体管的优点。n 区称为源区，附着在其上的电极称为源极(即发射极)e)；p 区称为漏区，设备控制区为栅区，附着在其上的电极称为栅极(即门极)g)。靠近栅区边界形成沟。c、e两极之间的p型区(包括p 和p-区)(该区域形成沟渠，称为亚沟区(subchannel region)。在漏区另一侧p 区称为漏注入区(drain injector)，它是igbt与漏区和亚沟区形成独特的功能区pnp双极晶体管，发挥发射极的作用，向泄漏极注入孔，进行导电调节，以减少设备的通态压降。附着在泄漏注入区域的电极称为泄漏极（即集电极）c)。
图2 igbt的结构
igbt是由一个n沟道的mosfet和一个pnp型gtr组成，它实际是以gtr以主导元件为主mosfet复合管是驱动元件。igbt除了内含pnp晶体管结构，还有npn晶体管结构，这npn晶体管将其基极与发射极短连接到mosfet源极金属端关闭。igbt的4层pnpn结构，内容pnp与npn晶体管形成可控硅结构，可能导致igbt擎柱效应。igbt与mosfet不同的是，内部没有寄生反向，所以在实际使用中(感性负载)需要配备适当的快速恢复二极管。
igbt理想等效电路
图3 igbt理想等效电路和实际等效电路
可以使用等效电路igbt作为对pnp双极晶体管和功率mosfet达林顿连接后形成的单片型bi-mos晶体管。
因此，在门极-发射极之间增加正电压使功率mosfet导通时，pnp晶体管的基极-集电极连接到低电阻，从而使pnp晶体管处于导通状态，因为它被添加到漏极上p 层，在导通状态下，从p 层向n基极注入空穴，导致传导性能发生变化。因此，它与功率有关mosfet可获得极低的通态电阻。
此后，门极-发射极之间的电压为0v第一，功率mosfet处于断路状态，pnp晶体管的基极电流被切断，从而断路。
如上所述，igbt和功率mosfet同样，开关动作可以通过电压信号控制。
igbt工作特点：
1.静态特性
igbt 的静态特性主要包括伏安特性、转移特性和开关特性。
igbt 的伏安特性是指栅源电压ugs 为参变量，泄漏电极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出泄漏电极电流比受栅源电压ugs 的控制，ugs 越高，id 越大gtr 的输出特性相似，也可分为饱和区1 、放大区2和击穿特性3。截止日期igbt，正向电压由j2 承担反向电压j1.承担。如果没有n 缓冲区，正反向阻断电压可达到相同水平n 缓冲区结束后，反向关闭电压只能达到几十伏水平，因此igbt 某些应用范围。
igbt 的转移特性是指输出漏极电流id 与栅源电压ugs 关系曲线。它与它的关系mosfet当网源电压小于开启电压时，转移特性相同ugs(th) 时，igbt 处于关闭状态igbt 导通后的部分漏极电流范围内，id 与ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，最佳值一般为15v左右。
igbt 开关特性是指漏极电流与漏源电压的关系。igbt 在导通态下，因为它pnp 晶体管是宽基区晶体管，因此b 值很低。等效电路虽然是达林顿结构，但流过mosfet 电流成为igbt 总电流的主要部分。此时，通态电压uds(on) 可用下表示：
uds(on) = uj1 udr idroh
式中uj1 —— ji 结的正电压值为0.7 ～1v ;udr -扩展电阻rdr 上部压降；roh -沟道电阻。
通态电流ids 可用下表示：
ids=(1 bpnp)imos
式中imos ——流过mosfet 的电流。
由于n 区有电导调制效果，因此igbt 通态压降小，耐压10000v的igbt 通态压降为2 ～ 3v 。igbt 断态时，泄漏电流只有很小。
1动态特性
igbt在开通过程中，大部分时间都被用作mosfet 只在漏源电压下运行uds 下降过程后期，pnp从放大区到饱和的晶体管增加了延迟时间。td(on) 开启延迟时间，tri电流上升时间。实际应用中经常给出的漏极电流开启时间ton即为td (on) tri之和。泄漏电压的下降时间由tfe1和tfe2组成。
igbt触发和关闭要求在栅极和基极之间增加正负电压，可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下参数：设备关闭偏置、栅极电荷、耐固性和情况。igbt栅极- 发射极阻抗大，可使用mosfet驱动技术进行触发，不过由于igbt的输入较mosfet为大，故igbt关断偏压应该比很多mosfet驱动电路提供更高的偏压。
igbt开关速度低于mosfet，但明显高于gtr。igbt不需要负栅压来减少关闭时间，但随着栅极和发射极并联电阻的增加，关闭时间增加。igbt开启电压约3~4v，和mosfet相当。igbt导通时饱和压降比mosfet低而和gtr饱和压降随着格栅极电压的增加而降低。
igbt工作原理：
igbt垂直功率用于强电流、高压应用和快速终端设备mosfet自然进化。实现高击穿电压bvdss需要一个源泄漏通道，但这个通道电阻率高，导致功率mosfet具有rds(on)数值高的特征，igbt消除现有功率mosfet的这些主要缺点。虽然最新一代功率mosfet 设备得到了极大的改进rds(on)但在高电平时，功率导通损耗仍然比igbt 技术要高得多。低压降转化为低压降vce(sat)能力，还有igbt与相同的标准双极装置相比，结构可以支持更高的电流密度，简化igbt驱动原理图。
n沟型的igbt工作是通过栅极发射极间加阀值电压vth上述(正)电压在栅极电极正下方p从发射极电极下形成反形层(沟)n-层注入。这个电子是p n-p从集电极衬底来看，晶体管的少数载流子p 层开始流入空穴，调节电导率(双极工作)，从而降低集电极-发射极间饱和电压。工作时的等效电路如图1所示(b)所示，igbt的符号如图1(c)所示。在发射极电极侧形成n pn-寄生晶体管n pn-寄生晶体管又变成了p n- pn 晶闸管。电流继续流动，直到输出侧停止供电电流。输出信号无法控制。这种状态通常被称为闭锁状态。
为了抑制n pn-工作寄生晶体管igbt尽量减少p n-p晶体管电流放大系数α作为解决锁锁的措施。具体来说，p n-p电流放大系数α设计为0.5以下。igbt的闭锁电流il额定电流(直流)的3倍以上。igbt驱动原理及mosfet通断由栅射极电压基本相同uge决定。
导通
igbt硅片的结构和功率mosfet 的结构非常相似，主要区别是igbt增加了p 基片和一个n 缓冲层(npt-非穿通-igbt技术没有增加这个部分)，其中一个mosfet驱动两个双极器件。基片的应用在管体的p+和n+ 区之间创建了一个j1结。当正栅偏压使栅极下面反演p基区时，一个n沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率mosfet的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7v范围内，那么，j1将处于正向偏压，一些空穴注入n-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(mosfet 电流);空穴电流(双极)。uge大于开启电压uge(th)时，mosfet内形成沟道，为晶体管提供基极电流，igbt导通。
导通压降
电导调制效应使电阻rn减小，使通态压降小。
关断
当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入n-区内。在任何情况下，如果mosfet电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在n层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高;交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。
鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、ic 和vce密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与vce、ic和 tc有关。
栅射极间施加反压或不加信号时，mosfet内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，igbt关断。
反向阻断
当集电极被施加一个反向电压时，j1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向n-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。另一方面，如果过大地增加这个区域尺寸，就会连续地提高压降。
正向阻断
当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，p/nj3结受反向电压控制。此时，仍然是由n漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。
闩锁
igbt在集电极与发射极之间有一个寄生pnpn晶闸管。在特殊条件下，这种寄生器件会导通。这种现象会使集电极与发射极之间的电流量增加，对等效mosfet的控制能力降低，通常还会引起器件击穿问题。晶闸管导通现象被称为igbt闩锁，具体地说，这种缺陷的原因互不相同，与器件的状态有密切关系。通常情况下，静态和动态闩锁有如下主要区别：
式中imos ——流过mosfet 的电流。
只在关断时才会出现动态闩锁。这一特殊现象严重地限制了安全操作区。
为防止寄生npn和pnp晶体管的有害现象，有必要采取以下措施：一是防止npn部分接通，分别改变布局和掺杂级别；二是降低npn和pnp晶体管的总电流增益。
此外，闩锁电流对pnp和npn器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切;在结温和增益提高的情况下，p基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。因此，器件制造商必须注意将集电极最大电流值与闩锁电流之间保持一定的比例，通常比例为1：5。