IGBT｜기초편
IGBT의 구조
2023.09.13
키 포인트
・기본적인 지식으로서 IGBT의 구조와 등가회로의 관계에 대해 알아두어야 한다.
「IGBT란?」 편에서 설명한 바와 같이, IGBT는 MOSFET와 바이폴라 트랜지스터의 복합화를 통해, 각각의 장점을 겸비한 파워 트랜지스터입니다. 현재 주로 사용되는 Nch 타입 IGBT를 예로 들어, 기본 구조에 대해 설명하겠습니다. 본 편 이후에 언급하는 IGBT는 기본적으로 Nch 타입입니다.
IGBT의 구조
IGBT의 반도체로서의 구조를 이해하기 쉽도록 먼저 회로도 기호와 등가회로, 기본 동작에 대해 복습하겠습니다.
IGBT에는 게이트, 콜렉터, 이미터의 3가지 단자가 있습니다. 게이트는 MOSFET의 게이트와 동일하고, 콜렉터와 이미터는 바이폴라 트랜지스터와 동일하다고 생각할 수 있습니다. IGBT는 MOSFET와 마찬가지로 전압 제어 소자이며, Nch 타입의 경우 이미터에 대해 플러스의 게이트 전압 VGE를 인가하면, 콜렉터 – 이미터 사이가 도통되어 콜렉터 전류 IC가 흐릅니다.
하기 왼쪽 그림은 IGBT의 반도체로서의 구조를 나타낸 모식도 (단면도)와 등가회로입니다. 이해를 돕기 위해 간략화된 그림으로, 청색 화살표는 콜렉터 전류 IC의 흐름을 나타낸 것입니다. 오른쪽 등가회로도와 비교하여 주십시오.
그림과 같이, Nch MOSFET의 드레인 측에 P+ 콜렉터 층이 형성되어 있으며, 콜렉터에서 이미터까지 P형－N형－P형－N형이 배열된 구조입니다.
등가회로의 Nch MOSFET의 드레인과 PNP 트랜지스터의 베이스는 공통으로, IGBT의 N- 드리프트층입니다. 게이트는 절연막 상의 박막 배선으로 Nch MOSFET의 게이트＝IGBT의 게이트입니다. IGBT의 이미터는 N+층으로 Nch MOSFET의 소스에 해당됩니다. PNP 트랜지스터의 콜렉터는 P+로 IGBT의 이미터 N+층과 접합되어 있습니다. PNP 트랜지스터의 이미터는 P+층으로 IGBT의 콜렉터입니다.
조금 복잡하지만, IGBT의 구조를 모식도로 나타내면 등가회로와 같아진다는 것을 알 수 있습니다.
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IGBT는 대표적인 파워 디바이스의 일종으로, 모터 구동을 비롯한 폭넓은 어플리케이션에서 이용되고 있습니다. 본 핸드북은 IGBT의 기초 지식으로서, IGBT의 특징에 따른 적용 범위와 어플리케이션의 이미지, 구조와 동작 원리, 기타 파워 디바이스와의 비교 및 사용 구분에 대해 설명한 자료입니다.
