Kas ir izolētu vārtu bipolārais tranzistors?

Acīmredzamākā šīs tehnoloģijas priekšrocība ir tā, ka tajā nav kustīgu detaļu, kuras varētu nolietot. Tomēr cietvielu tehnoloģija nav ideāla. Joprojām pastāv problēmas ar elektrisko pretestību, jaudas prasībām un pat laiku, kas nepieciešams slēdža darbībai.

Izolēta vārtu bipolārais tranzistors ir uzlabots tranzistoru veids, kas izstrādāts, lai samazinātu dažus parastā cietvielu tranzistora trūkumus. Tas piedāvā zemu pretestību un ātru ieslēgšanas ātrumu, kāds ir jaudas metāla–oksīda–pusvadītāju lauka efekta tranzistorā (MOSFET), lai gan tas izslēdzas nedaudz lēnāk. Tam arī nav nepieciešams pastāvīgs sprieguma avots, kā to dara cita veida tranzistori.

Kad IGBT ir ieslēgts, vārtiem tiek pievienots spriegums. Tas veido elektriskās strāvas kanālu. Pēc tam tiek piegādāta bāzes strāva, kas plūst caur kanālu. Tas būtībā ir identisks tam, kā darbojas MOSFET. Izņēmums ir tas, ka izolēto vārtu bipolārā tranzistora konstrukcija ietekmē ķēdes izslēgšanos.

Izolēta vārtu bipolāra tranzistoram ir atšķirīgs substrāts vai pamatmateriāls nekā MOSFET. Substrāts nodrošina ceļu uz elektrisko zemējumu. MOSFET ir N+ substrāts, savukārt IGBT substrāts ir P+ ar N+ buferi augšpusē.

Šis dizains ietekmē slēdža izslēgšanas veidu IGBT, ļaujot tam notikt divos posmos. Pirmkārt, strāva ļoti ātri samazinās. Otrkārt, notiek efekts, ko sauc par rekombināciju, kura laikā N+ buferis substrāta augšpusē novērš uzkrāto elektrisko lādiņu. Ja izslēgšanas slēdzis notiek divos posmos, tas aizņem nedaudz ilgāku laiku nekā ar MOSFET.

To īpašības ļauj ražot IGBT mazākus par parastajiem MOSFET. Standarta bipolāram tranzistoram ir nepieciešams nedaudz lielāks pusvadītāju virsmas laukums nekā IGBT; MOSFET nepieciešams vairāk nekā divas reizes vairāk. Tas ievērojami samazina IGBT ražošanas izmaksas un ļauj vairāk no tiem integrēt vienā mikroshēmā. Jaudas prasība, lai darbinātu izolētu vārtu bipolāru tranzistoru, ir arī zemāka nekā citiem lietojumiem.