IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)

가. 개요

MOSFET와 Power Transistor의 장점을 결합한 것으로 MOSFET는 고 내압화하면 on 저항이 급속히 커지는 문제가 있어서 200V 정도가 실용의 한계로 보고 있는 반면 IGBT는 MOSFET에 비해 on 저항이 낮지만 MOSFET와 동등의 전압제어특성을 지니고 있으며, 또한, 스위칭 특성에서는 MOSFET 보다는 늦지만 바이폴라 트랜지스터나 GTO보다 빠른 이점으로 인해 중소용량의 인버터를 중점으로 산업용에서부터 일반가정용까지 폭넓게 사용되고 있다.

나. 구조 및 동작이론

1. 구조

MOSFET와 유사한 구조인데 컬렉터측에 p층을 추가한 것이다.

스위칭 시간과 온전압의 트리거오프 또한 소자설계의 개량과 패턴의 미세화 등 개선이 진전되어 600V 소자에서 온전압이 초기소자의 1/2 정도까지 저감되었다.
IGBT 는 MOS와 같이 LSI 미세 가공기술을 사용하기 위해 칩 크기가 15㎟정도로 제한하고 있다. 더욱이 IGBT 는 병렬동작이 용이하므로 복수개의 칩을 병렬접속하여 일체화된 모듈형으로 대용량화가 대응 가능하다. 모듈화에 있어서 단순히 복수의 IGBT 칩을 병렬접속한 것이 아니라 다이오드 및 각종 보호회로를 포함한 IPM(Intelligent Power Module)화 되고 있으며 실장설계에 있어서도 표류인덕턴스나 열저항을 저감하기 위한 새로운 기술이 속속 개발되고 있다.

2. 동작이론

동작원리는 MOSFET와 비슷하지만 차이점은 on 상태에서는 컬렉터 측의 p영역에서 n영역으로 정공이 주입되므로 n영역의 저항이 감소되어 결국 n 영역의 전도도 변조(5~10배)로 인하여 전류용량을 크게 할 수 있다.
그러나 다음 그림과 같은 등가회로에서 보는 바와 같이 gate에 제어전압을 인가하면 pnp형 트랜지스터는 base전류가 흘러서 결국 컬렉서 전류가 흐르게 된다. 이는 곧 pnp형 트랜지스터의 base를 흐르게 하므로 pnp형 트랜지스터의 base전류를 증폭시키고, 이는 다시 npn형 트랜지스터의 base를 또 증폭시키므로 latch up 현상이 생길 수 있다. 그러므로 이 문제를 해결하기 위한 방법으로 pnp형 트랜지스터의 전류이득을 감소시켜주고 있다.

다. 스위칭 특성

turn-on시의 상승시간은 MOS FET와 거의 같이 수10~100㎱ 이고 turn-off 시간은 길다.