絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）：FETの精度とBJTのパワーを融合

絶縁ゲート電界効果トランジスタ（IGFET）は、ゲートがチャネルから絶縁されているため、実質的に無限の電流利得を達成します。連続ゲート電流は流れず、デバイスがオン/オフ状態間でスイッチングする際、ゲート-チャネル容量を充電し枯渇領域をシフトさせるための短い過渡電流のみが必要です。

一見すると、この高利得によりIGFETは非常に大きな電流制御においてバイポーラ接合トランジスタ（BJT）に対して明確な優位性を持つように見えます。BJTではコレクタ電流がトランジスタのβ（電流利得）係数によりベース電流に結びついています。例えば、β=20のパワーBJTで100 Aのコレクタ電流を駆動するには、少なくとも5 Aのベース電流を供給しなければなりません—微小なディスクリートまたは集積回路でもかなりの制御電流です。

制御回路付きトランジスタ

ダーリントン接続で利得を高めることはできますが、必要なベース電流は同等IGFETより高いままであり、追加の複雑さと電流消費が高電力用途での魅力を減じます。

ダーリントン接続例

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）：FETの精度とBJTのパワーを融合

IGFETは完全飽和時のドレイン-ソース電圧降下が、BJTのコレクタ-エミッタ降下より大きいという欠点もあります。この追加電圧降下は同一負荷電流でより高い電力損失に直結し、IGFETの高電力デバイスとしての実用性を制限します。VMOSトランジスタなどの特殊構造でこの欠点を軽減する試みもありますが、非常に高い電流スイッチングではBJTが依然として優位です。

ここで登場するのが絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）です。バイポーラモードMOSFET、電導度変調電界効果トランジスタ（COMFET）、または単に絶縁ゲートトランジスタ（IGT）とも呼ばれ、IGBTは本質的にIGFETの高利得・ゲート制御ロジックと、BJTの低電圧降下・大電流処理能力を融合させたものです。

回路図シンボルと等価回路

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）：FETの精度とBJTのパワーを融合

このアーキテクチャでは、IGFETがBJTのベースを駆動します。ゲートは制御回路から実質的に電流を引き出さず、BJTがコレクタとエミッタ間で主負荷電流を供給します。その結果、極めて高い全体電流利得と、従来BJTに匹敵するコレクタ-エミッタ電圧降下が得られます。

しかし、IGBTにもトレードオフはあります。ターンオフ時間は通常標準BJTより遅く、高速スイッチング用途ではクリティカルになり得ます。より高速なターンオフを達成するには、コレクタ-エミッタ間飽和電圧降下の増大を犠牲にすることが多いです。それでも、多くの高電力制御タスクにおいて、IGBTの低電圧降下と高電流利得の融合は、IGFETとBJTの両方に対する魅力的な代替案を提供します。

関連ワークシート：

絶縁ゲートバイポーラトランジスタワークシート

MESFET：RF/マイクロ波用途向け高周波・低電力トランジスタサイリスタのヒステリシス：正帰還がラッチングを可能にする仕組み

産業技術