Kas yra izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius?

Paprasčiausiu lygiu izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius (IGBT) yra jungiklis, naudojamas elektros tiekimui, kai jis įjungtas, ir energijos srautui sustabdyti, kai jis išjungtas. IGBT yra kietojo kūno įrenginys, o tai reiškia, kad jame nėra judančių dalių. Užuot atidarius ir uždarius fizinį ryšį, jis veikia tiekiant įtampą puslaidininkiniam komponentui, vadinamam pagrindu, kuris keičia savo savybes ir sukuria arba blokuoja elektros kelią.

Akivaizdžiausias šios technologijos pranašumas yra tai, kad nėra judančių dalių, kurios galėtų susidėvėti. Tačiau kietojo kūno technologija nėra tobula. Vis dar kyla problemų dėl elektros varžos, galios reikalavimų ir net laiko, reikalingo jungikliui veikti.

Izoliuotas dvipolis tranzistorius yra patobulintas tranzistorių tipas, sukurtas siekiant sumažinti kai kuriuos įprasto kietojo kūno tranzistoriaus trūkumus. Jis pasižymi mažu pasipriešinimu ir dideliu greičiu, kai įjungiamas galios metalo oksido ir puslaidininkio lauko efekto tranzistorius (MOSFET), nors jis išsijungia šiek tiek lėčiau. Tam taip pat nereikia nuolatinio įtampos šaltinio, kaip tai daro kitų tipų tranzistoriai.

Įjungus IGBT, vartams tiekiama įtampa. Tai sudaro kanalą elektros srovei. Tada tiekiama bazinė srovė ir teka kanalu. Tai iš esmės identiška MOSFET veikimui. Išimtis yra ta, kad izoliuotų vartų dvipolio tranzistoriaus konstrukcija turi įtakos grandinės išsijungimui.

Izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius turi skirtingą substratą arba pagrindinę medžiagą nei MOSFET. Substratas suteikia kelią į elektros įžeminimą. MOSFET turi N+ substratą, o IGBT substratas yra P+ su N+ buferiu viršuje.
Ši konstrukcija turi įtakos jungiklio išsijungimui IGBT, leisdama jam vykti dviem etapais. Pirma, srovė krenta labai greitai. Antra, įvyksta efektas, vadinamas rekombinacija, kurio metu N+ buferis ant substrato pašalina sukauptą elektros krūvį. Kai išjungimo jungiklis vyksta dviem etapais, tai užtrunka šiek tiek ilgiau nei naudojant MOSFET.

Jų savybės leidžia IGBT gaminti mažesnius nei įprasti MOSFET. Standartiniam bipoliniam tranzistoriui reikia šiek tiek daugiau puslaidininkio paviršiaus nei IGBT; MOSFET reikia daugiau nei dvigubai daugiau. Tai žymiai sumažina IGBT gamybos sąnaudas ir leidžia daugiau jų integruoti į vieną lustą. Izoliuotų vartų dvipolio tranzistoriaus galios poreikis taip pat yra mažesnis nei naudojant kitas programas.