IGBT屬於複合全控型電壓驅動式功率半導體器件，它由雙極型三極體、絕緣柵型場效應管兩個部分構成，具有高輸入阻抗和低導通壓降等優點。電力電晶體的飽和壓較低，載流密大，但工作電流較大；金氧半場效電晶體工作功率小，通斷速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT導通後的功耗很小，可以看作導線，斷開時的電阻很大，可以看作開路，具有高壓、大電流、高速三大特點，工作功率小飽和壓降低，適用於直流電壓為600 V及以上的變流系統。由於電動汽車對功率器件的耐壓性、耐高溫性、散熱性、穩定性等性能具有很高的要求，IGBT相對MOSFET電晶體具有更優的綜合性能，因此，IGBT成為目前電動汽車逆變器上的主流功率器件，並且發展潛力巨大。
IGBT的結構
IGBT有柵極G、集電極c和發射極E，屬於三端器件。IGBT具有兩層P+注入區，這兩個區域構成了一個面積較大的PN結J1。當IGBT接入電路工作時，部分載流子從注入區P+發射到基區N，達到調至漂移區電導率的作用，因此，IGBT具有較強的通流能力。緩衝區介於P+注入區與N-漂移區之間的N+層。緩衝區有無IGBT表現出不同特性。有N+緩衝區的IGBT稱為非對稱型IGBT（也稱穿通型IGBT），具有正向壓降較小、犬斷時間短、關斷時尾部電流小等優點，但其反向阻斷能力相對較弱。無N-緩衝區的IGBT稱為對稱型IGBT（也稱非穿通型IGBT）具有較強的正反向阻斷能力，它的其它特性與穿通型IGBT相比較差。
IGBT驅動電路
IGBT驅動電路是由GTR與MOSFET組成的達林頓結構，此結構導通與斷開是通過控制柵極正負電壓來實現的。當柵極電壓為正時，GTR與MOSFET組成的達林頓管處於導通狀態；當柵極電壓為負時，GTR與MOSFET組成的達林頓管處於斷開狀態即不工作狀態。IGBT驅動電路等效電路簡圖如圖2所示。該電路可以放大單片機脈衝輸出的功率來間接驅動IGBT功率器件工作。
IGBT與雙極型電力電晶體的伏安特性曲線相似。當控制電壓UGE增加，特性曲線向上移動，改變UGE的電平可以控制IGBT的狀態（截至狀態、飽和狀態），因此常用在電源的開關中。
IGBT的工作原理
IGBT可以看成一個PNP型電晶體（通過MOSFET驅動），與普通的PNP型電晶體相比，它的基區更厚，等效電路如圖1（b）所示，圖中的RN為PNP電晶體基區內的調製電阻，MOSFET為N溝道場效應電晶體，這種結構的IGBT稱為N溝道IIGBT，其符號為N-IGBT。類似的還有P溝道IGBT，即P-IGBT。
IGBT的電氣圖形符號如圖1（c）所示，IGBT是—種場控器件，它的開通和關斷由柵極和發射極間電壓UCE決定，若開啟電壓UCE（th）值小於柵射電壓UCE並且柵極電壓為正值，PNP型電晶體接收MOSFET內部溝道中的電流，IGBT導通。這時，從P+區進入N-區的載流子對N-區實施電導調製，電阻RN（N-區）會逐漸降低，IGBT獲得一個較小的通態壓降。若柵射極間電壓UCE等於零或者為反向電壓時，MOSFET內不會形成溝道，沒有載流子從P+區進入N-區對N-區實施電導調製，電晶體內沒有基極電流，IGBT不工作即關斷。IGBT的驅動原理如下所示。
當UCE為負時：J3結處於反偏狀態，器件呈反向阻斷狀態。
當UCE為正時：UC< UTH，溝道不能形成，器件呈正向阻斷狀態；UG>UTH，絕緣門極下形成N溝道，由於載流子的相互作用，在N-區產生電導調製，使器件正嚮導通。
1. 導通
IGBT矽片的結構與功率MOSFET的區別在於，IGBT比功率MOSFET多了P+基片和一個N+緩衝層（IGBT沒有NPT-非穿通結構），在管體的P_區和N+區之間應用基片建立了一個J1結。若正柵偏壓使柵極下面反演P基區時，IGBT內部形成N溝道，此時溝道內形成電子流並形成一股電流。當形成的電子流的電壓在0.7 V範圍內，P_區和N+區建立的J1處於正向偏壓，N-區內進入部分空穴，這些空穴會改變N-區與N+區之間的電阻率，這種調節方式降低了IGBT導通的能耗，同時驅動了第二個電荷流。兩種不同的電流拓撲，即一個MOSFET電子流和一個空穴電流（雙極），臨時出現在半導體內。
2. 導通壓降
應用電導調製效應可以降低電阻RN的值，減少通態壓。所謂通態壓降，是指IGBT進入導通狀態的管壓降UDS，這個電壓隨UCS上升而下降。
3. 關斷
柵極在得到一個負偏壓或柵極電壓低於門限值時，將不會形成溝道，N-區內不會有空穴進入。所有情況下，在開關階段若MOSFET的電流下降速度過快均會引起集電極電流的降低，此時閡為換向開始後，少數的載流子任然存留在N區內。關斷時電荷的密度會直接影響降低殘餘電流值。電荷的密度與雜質摻入的數量和拓撲、層次的厚度和溫度等因素有關，因此，降低殘餘電流值（尾流）受多種因素影響，具有不確定性。集電極電流受N區內殘留的部分載流子的衰減影響，出現特徵尾流波形。集電極特徵尾流會導致功耗變大、導通錯亂等問題。這種問題在續流二極體的設備上會更加凸顯。
因為殘餘電流與少數的載流子的重組具有緊密的關係，所以，殘餘電流的電流值應與晶片的Tc、IC、UCE、空穴移動性有重要的關係。
4. 反向阻斷
若集電極得到反向電壓，P_區和N+區J結會受到反向偏壓影響，同時因層面厚度降低太大，阻斷能力將會喪失，耗盡層則會向N-區擴展，此外，若區域尺寸增加超過一定的值，壓降也會連續地變大。
5. 正向阻斷
若集電極端子獲得正電壓且把柵極和發射極進行短接，P_區和N+區之間的J結受反向電壓控制。
6. 閂鎖
PNPN晶閘管寄生在ICBT的集電極與發射極之間。晶閘管導通現象被稱為IGBT閂鎖。在一定條件下，PNPN晶閘管會導通，集電極與發射極之間電流量變大，控制等效MOSFET的能力會下降，常常會引起器件的擊穿問題。
IGBT與電動汽車IGBT晶片發展歷程
回顧功率器件過去幾十年的發展，20世紀60年代，雙極型器件通態電阻很小，電流控制，控制電路複雜且功耗大。隨著工業的發展，對學術界提出了簡化驅動電路，降低製造成本和開關能耗、通態壓降的要求。20世紀90年代，IGBT在MOS與BJT集成技術研究的背景下被製造出來。
IGBT的出現並不是為了電動汽車服務，但是，隨著全球環境的惡化，電動汽車得到了發展，IGBT逐漸開始應用在汽車、交通等領域，並隨著電動汽車與IGBT的共同發展，IGBT晶片成為電動汽車不可或缺的一部分。電動汽車IGBT晶片發展歷程如圖3所示。
第一代：IGBT的雛形，需要依靠提高N-drift來提高耐壓，關斷功耗和導通電阻都比較高，由於以上因素，第一代IGBT止步於實驗室未得到普及使用。
第二代：PT-IGBT，耗盡層未能穿透N+緩衝層，基區電場加強呈梯形分布，通過降低晶片厚度來降低功耗。西門子公司是當時生產IGBT器件的代表性公司。20世紀末，西門子公司生產的BSM150GB120DN1（DN1表示第一代產品），在600V電壓上具有良好的表現，但當電壓升至1200 V時，外延厚度變大，成本相對較高，同時可靠性降低（摻雜濃度及厚度的均勻性差）。
第三代：NPT-IGBT，離子注入技術取代外延技術生成P+集電極（透明集電極技術），可以很好地控制結深同時保證儘可能低的發射效率。關斷損耗是通過加快載流子抽取速度來實現的。基本不影響基區原有的載流子壽命，同時對穩態功耗的影響幾乎可以忽略不計，此時的IGBT已經具備正溫度係數的特點，在穩態損耗和關斷損耗間表現不俗。此時，IGBT代表性公司依然是西門子，其突破性地採用區熔法代替外延的批量產品。
第四代：Trench-IGBT，第四代較以往具有較大的改進，這次運用Trench結構，溝道從以前的表面移動到了垂直面上，增強了基區的PIN效應，增大了柵極附近載流子的濃度，電導調製效應有了一定的提升，導通電阻得到了降低，消除了JFET效應，柵極密度可以按需求增加。並且，第四代繼續繼承了第三代的集電極P+implant技術，引入了PT技術作為場終止層，提高了耐壓能力。英飛凌代替西門子成為引領企業，其減薄技術當時世界第一，1200 V的時候，它的厚度可以做到120~140 um之間，600V時可以做到70 um以下。
第五代及第六代：第五代FS-IGBT和第六代的FS-Trench是在以前四次技術的基礎上對各種技術措施的重新組合。第五代IGBT是第四代產品「透明集電區技術」與「電場中止技術」的結合。第六代產品與第五代產品的區別是改進了溝槽柵結構。
IGBT在電動汽車領域應用
IGBT作為新型功率半導體器件的主流器件，在軌道交通、新能源汽車等領域均有廣泛的應用。目前，隨著生活節奏的加快，市場對新能源汽車的功率、安全、價格提出了更高的要求，IGBT的電流密度、功率損耗、穩定性起著重要的作用。
電動汽車的發展與IGBT模塊的發展密不可分，電動汽車、充電樁及其相關設備都離不開IGBT技術的支持。電動汽車生產成本中，IGBT模塊占比超過了10%，在充電樁生產成本中占比接近１/５。IGBT在電動汽車領域主要應用於以下幾個方面：
1.電動汽車的控制系統 IGBT技術用來控制大功率直流/交流（DC/AC）逆變然後控制電機的運轉，變流器是交流傳動系統中牽引核心部件，IGBT又是牽引變流器的關鍵部件。
2.車載空調控制系統使用電流較小的IGBT和FRD控制小功率直流/交流（DC/AC）逆變。
3.充電樁 IGBT模塊在智能充電樁中作為開關元件使用。
結語
IGBT器件在大電流密度、低損耗優化技術、高溫高壓技術和智能集成技術方面，均有較好的性能，在新能源汽車的功率模塊上得到了廣泛應用，具有較好的前景。但是，實現電動汽車IGBT晶片優化技術大規模應用還需要進一步優化溝槽柵精細程度、耐高溫高壓性、多功能集成技術等。
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