Tranzystory bipolarne IGBT (z ang. insulated gate bipolar transistor) są jednymi z częściej stosowanych rozwiązań w technice cyfrowej i nierzadko stanowią one tańszą i efektywniejszą alternatywę dla MOSFET’ów. Który z nich warto wybrać?
Tranzystory IGBT a MOSFET – zalety i wady
Tranzystory IGBT pod względem konstrukcji są bardzo podobne do tranzystorów MOSFET, wobec czego sposób ich funkcjonowania również jest do siebie zbliżony. W przypadku przyłożenia napięcia spolaryzowanego dodatnio do bramki tranzystora, do obszaru przewodzenia transportowane są elektrony, które łączą się z dominującymi w obszarze p dziurami.
W przypadku, gdy wartość napięcia między emiterem a bramką przekroczy wartość graniczną, wówczas w warstwie przewodzenia tranzystora zwiększy się liczba wolnych elektronów, które utworzą kanał przewodzący umożliwiający przesył energii elektrycznej między kolektorem i emiterem. Z kolei przepływ energii elektrycznej spowoduje, że dziury zostaną przesunięte z warstwy p kolektora do dryfu.
Prąd płynący w tranzystorach IGBT jest determinowany przepływem dziur oraz elektronów, wobec czego ma on charakter bipolarny. Główną zaletą tranzystorów IGBT i jednocześnie ich wyróżnikiem na tle tranzystorów MOSFET jest to, że zwiększenie przewodności prowadzi do zmniejszenia napięcia wartości napięcia między kolektorem i emiterem w stanie przewodzenia. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że niższe napięcia na tranzystorach IGBT w stanie załączania są uzyskiwane kosztem ograniczania szybkości, z jaką tranzystor jest w stanie przełączać stany. Dotyczy to w szczególności szybkości wyłączania.
Na tym polu o wiele skuteczniej radzą sobie tranzystory MOSFET, które umożliwiają zatrzymanie strumienia elektronów niemalże natychmiast, ograniczając napięcie między bramką i emiterem do wartości znajdującej się poniżej wartości granicznej.
Podstawową wadą tranzystorów IGBT jest zjawisko powstawania ogona prądowego w przebiegach kolektora. Zjawisko to występuje w wyniku samoistnej rekombinacji nośników. Możliwe jest jednak wpływanie na tempo rekombinacji nośników w tranzystorach IGBT. Wówczas konieczne jest wprowadzenie do konstrukcji tranzystora warstwy n+, która ma na celu zmniejszenie liczby dziur wprowadzanych do obszaru dryfu. Warstwa n+ pochłania część dziur w chwili wyłączania tranzystora, tworząc swego rodzaju bufor. Tego typu tranzystory IGBT określane są mianem PT-IGBT.
Słowem podsumowania
Od dłuższego czasu obserwuje się trend zastępowania tranzystorów MOSFET tranzystorami IGBT. Wynika to z tego, że tranzystory IGBT o podobnych parametrach są w stanie skuteczniej pracować przy przełączaniu wyższych prądów, a sam koszt tranzystora IGBT jest nierzadko nawet o 70% mniejszy od kosztu tranzystorów MOSFET. Z kolei tranzystory MOSFET mogą okazać się lepszym wyborem w przypadku przełączania prądów o małych wartościach i w przypadku wysokich częstotliwości przełączania. Niemniej, zwykle d większości aplikacji możliwe jest zastosowanie obydwu rodzajów tranzystorów.
