“电动汽车”、“新能源”、“轨道交通”、“变频家电”、“智能电网”…这些时下热门领域均可找到IGBT的身影，且随着技术的发展其应用领域有越来越普及之势。众所周知，IGBT在这些应用中大多都工作在开关模式，作为电子开关来使用，本文的主要内容就是介绍其开通与关断的过程，并简单分析了IGBT制作工程中的不同工艺路线。
首先简单介绍下IGBT基本结构，以下图为例，从上到下依次为N+发射区，P-Body区，N-漂移区（基区），P+集电区。N+上方电极为发射极，N+区与P-Body区之间上方为栅极，下方的P+为集电极。
图1 IGBT结构图
按工艺路线发展及结构上的细微不同，IGBT可分为PT型，NPT型，FS型，Trench型，Trench-FS等。
IGBT在阻断高压时，也即集电极为高电位，发射极为低电位，此时J2结反偏，阻断电压主要由反偏的J2结承受。由于P区和N-区之间电位相差较大，P区的掺杂浓度也要远远高于N-区，反偏PN结J2形成的空间电荷区主要在N-区内扩展，P区也仅有很小的区域内电场变强，而根据电场在N-区的扩展情况即可将IGBT分为穿通型和非穿通型。如果生产过程中是以高掺杂的P+为衬底，然后在衬底上生长出N+缓冲区，N-基区，这种情况下，电场可以几乎毫无衰减的穿通N-区，直至N+缓冲区，那么这种工艺的IGBT则称为PT型；如果是以低掺杂的N-基区作为衬底，这种情况下N-区就会做的比较厚，这样在阻断状态下，电场只会在N-区内存在，不会穿通基区，这种工艺则称为NPT型。NPT型结构的器件另外一个特点是其反向阻断电压能力要比PT型高很多。PT型与NPT型IGBT结构及电场分布情况见下图。
图2 PT型器件结构与电场分布
图3 NPT型器件结构与电场分布
通过以上分析我们可以知道NPT型IGBT会有一个比价厚的基区，NPT型如此自然就会影响IGBT的导通压降，在基区会产生比较多的损耗。为改善这一问题就开发出了场终止（FS）型IGBT，其结构是在N-区下面做一层N型场终止区，由于增加了场终止区，所以N-型衬底就不需做的像NPT型IGBT那样厚，这样就解决了NPT型IGBT电压难以做高的问题，同时也降低了IGBT的基区损耗；栅极结构的不同IGBT又可以分为平面型与沟槽（Trench） 型，当前将沟槽栅与场截止技术结合而形成的新一代技术也成为了目前IGBT生产的主流。这种工艺生产的IGBT也称之为沟槽栅场终止型IGBT（Trench-FS IGBT），与其他工艺IGBT相比其具有通态损耗和开关损耗进一步降低，功率密度较高，单位IGBT需要的 硅材料降低的多种优势。
上文在分析了IGBT阻断状态下的电场分布的同时简单介绍了几种IGBT的生产工艺路线，下面将重点分析IGBT的开通与关断过程。当给器件栅极与发射极之间施加一个正向电压Vge，当该电压小于器件导通的阈值电压（Vgeth）时，导电沟道没有形成，反偏的J2依然只有很小的泄漏电流流过。当Vge继续增大，栅极下方的P-Body区聚集了足够量级的电子后，导电沟道形成，与发射极相连的N+区通过导电沟道向N-区注入电子流，导致N-区电位降低，J1结正偏，集电极向N-基区注入大量空穴。注入基区的空穴一部分与流过导电沟道的电子复合，另一部分则经N-区进入P-Body区形成流经器件的空穴电流。随着注入基区空穴数量的增加以至于超过基区的背景掺杂浓度进而在基区产生显著的电导调制效应，使得基区的导通电阻大大降低，电流密度大为提高，这里也就是在相同的芯片面积上与MOSFET相比IGBT的设计可以达到更高的电压和电流的原因。
当Vge低于Vgeth或反向时，导电沟道关闭，J2结反偏，空间电荷区开始在基区内扩展，集电极电压抬升。在集电极电压抬升过程中，基区内会存在大量还未来的及释放的存储电荷，存储电荷的存在会导致器件关断过程中产生集电极电流拖尾，增加了器件的开关损耗。拖尾电流的调控可通过在P+区上方做一N型缓冲层来减小P+区的注入效率，也可通过电子辐照工艺控制少子寿命的方式来调节。
图4 IGTB导通时的电荷分布
当下 IGBT芯片制作工艺及其外围封装技术都在不断更新，以期进一步提升功率密度，降低器件自身损耗；相信随着社会的发展、技术的进步，作为全控型器件代表的IGBT一定会迎来更加广阔的应用市场。
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