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Transistor IGBT
El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje desaturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.

Estructura y principio de funcionamiento
En la figura 1.1 se presenta la estructura general de un IGBT de canaln. Como puede observarse, la misma es básicamente la de un MOSFET en el cual la capa n+ de contacto del drain con el electrodo de conexión se ha sustituido por una capa p+. La metalización de contacto de esta capa con el circuito externo se denomina “colector”(C) por analogía del dispositivo resultante con el transistor bipolar npn. Por la misma razón, la metalización de contacto de las zonas n+ yp, correspondiente estructuralmente al source del MOSFET se denomina “emisor”(E). El tercer electrodo se denomina compuerta o gate igual que en el MOSFET.
El funcionamiento básico se ilustra en las figuras 1.2, 1.3 y 1.4.

Supongamos que el dispositivo está conectado a un circuito externo como en la figura 1.2.
Si la tensión UGE es igual a Ugth (tensión de umbral para la formación del canaldel MOSFET, capitulo 7) el dispositivo bloquea la tensión UCE aplicada con la juntura n¡p, ya que la juntura p+n¡ actúa como un diodo en directo. Al igual que en el MOSFET y en otros dispositivos, la tensión de bloqueo queda determinada por el espesor y el dopaje de la capa n¡


Si se aplica una tensión UGE adecuada el MOSFET formado por las zonas n+, p y n¡ se prende de acuerdo a lo visto enel capítulo 7 y una corriente de electrones circula por las zonas n del dispositivo, por el circuito externo y el diodo en directo p+n¡ (figura 1.3).






Hasta aquí el funcionamiento es esencialmente el de un MOSFET1. Pero entonces la juntura p+n¡ se comporta como un diodo polarizado en directo, inyectando desde la capa p+ huecos que se difunden por la capa n¡ llegando a la zona p delemisor. El transistor pnp formado por la capa p+, la capa de drift n¡ y el body p pasa a estado de conducción. La corriente del MOSFET, además de ser parte de la corriente de carga, actúa entonces como corriente de base de un transistor bipolar pnp (figura 1.4).



La corriente total del dispositivo puede considerarse la suma de la corriente del MOSFET, formada por electrones, y la corrientedel transistor pnp formada por huecos. Es de destacar la trayectoria de los huecos en el body p, debido a la atracción por parte de los electrones en el canal. La capa de drif t, que constituye una zona de alta resistividad en el MOSFET, se convierte en el IGBT en la base de un transistor bipolar en conducción, con alta inyección de portadores. Como es una base ancha debido a su función de bloqueode tensión en estado de corte, el transporte de portadores se produce mediante difusión y conducción. Los huecos atraen electrones de la zona del emisor y muchos de ellos se recombinan también con electrones provenientes de la conducción del MOSFET y presentes en el material n¡. El resultado es que en la capa de drif t se produce un aumento drástico de la concentración de portadores y por lo tantode la conductividad. Este comportamiento suele llamarse “modulación de la conductividad”. El dispositivo resultante tiene por lo tanto una caída de tensión en conducción mucho menor que la de un MOSFET de igual rating de corriente (´área de chip) y de tensión de bloqueo (espesor de la capa n¡), caída de tensión que además tiene mucho menor dependencia de la corriente total. La disipación térmica...