IGBT，即绝缘栅双极型晶体管，是一种集成了BJT（双极结型晶体三极管）与MOS（绝缘栅型场效应管）的复合全控型功率半导体器件。它采用电压驱动方式，具备自关断功能。简而言之，IGBT的工作原理类似于一个非通即断的开关。在导通状态下，它可以被视为导线，而在断开时则相当于开路。这种器件不仅融合了BJT和MOSFET的优点，如驱动功率低和饱和压降小，还具备自关断功能，使其在电力电子领域中发挥着关键作用。而实际上，我们日常使用的IGBT模块是经过特殊电路桥接封装而成的模块化半导体产品，结合了IGBT与FWD（续流二极管芯片）的优点。这种模块具有节能、便于安装维修以及散热稳定等特点，广泛应用于多个领域。

从结构上分析，IGBT本质上仍是一种场效应晶体管，与PowerMOSFET极为相似。然而，它在背面的漏电极上增加了一个P+层，即所谓的InjectionLayer。这一创新设计使得IGBT在导通时，除了MOSFET自身的电子导电外，还能从漏端注入空穴，从而显著提升了其性能。因此，IGBT不仅保留了PowerMOSFET的单一载流子导电特性，更通过注入层的引入，实现了两种载流子（电子和空穴）的共同导电，使其特性更接近BJT。因此，在IGBT中，原来的source端变为了Emitter，而Drain端则变为了Collector。从前面的结构分析以及右侧的等效电路图可以看出，IGBT内部包含了两个背靠背连接的BJT，实质上构成了PNPN结构的晶闸管。这种结构并非人为设计，而是自然形成的。在之前的文章中，我们讨论了Latch-up现象，指出这种结构的关键问题在于控制Rs，确保α1+α21以避免潜在风险。此外，这种结构虽然提高了电流驱动能力，但也有其弊端。当器件关断时，沟道迅速关闭导致多子电流消失，然而Collector（或Drain）端仍持续注入少子空穴。因此，整个器件的电流需要较长时间才能完全关闭（即所谓的拖尾电流），这无疑影响了器件的关断速度和工作频率。为了避免这一问题，研究者们在P+与N-drift之间引入了N+buffer层。这一层的设计旨在让器件在关断时，从Collector端注入的空穴能在N+buffer层迅速复合，从而提高关断速度。这种改进后的结构被称为PT-IGBT（PunchThrough型），而原先未加入N+buffer的结构则称为NPT-IGBT。

通常，NPT-IGBT的Vce(sat)（饱和电压）高于PT-IGBT。这主要是因为NPT结构的正温度系数特性（由于P+衬底较薄导致空穴注入较少），而PT结构则呈现负温度系数特性（由于P衬底较厚，空穴注入较多，进而引发三极管基区调制效应）。Vce(sat)直接影响开关损耗，因此，在需要相同Vce(sat)的情况下，NPT结构必须增加drift层的厚度，这进而导致Ron（电阻）的增大。在IGBT的结构中，NPT-IGBT与PT-IGBT存在显著的差异。由于NPT结构具有正温度系数特性，其Vce(sat)（饱和电压）通常高于PT-IGBT。这是由于P+衬底较薄，导致空穴注入相对较少所造成的。相比之下，PT结构则呈现出负温度系数特性，其Vce(sat)较低，这得益于P衬底较厚，从而引发三极管基区调制效应，使得空穴注入增多。然而，值得注意的是，在需要相同Vce(sat)的情况下，NPT结构必须增加drift层的厚度，这不可避免地导致了Ron（电阻）的增大。