一、IGBT工作原理

1.什么是IGBT

IGBT：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

二、IGBT工作原理

IGBT 的工作原理是通過激活或停用其柵極端子來開啟或關閉。

如果正輸入電壓通過柵極，發射極保持驅動電路開啟。另一方面，如果IGBT 的柵極端電壓為零或略為負，則會關閉電路應用。

由于IGBT 既可用作 BJT 又可用作 MOS管，因此它實現的放大量是其輸出信號和控制輸入信號之間的比率。對于傳統的 BJT，增益量與輸出電流與輸入電流的比率大致相同，我們將其稱為 Beta 并表示為 β。另一方面，對于 MOS管，沒有輸入電流，因為柵極端子是主通道承載電流的隔離。我們通過將輸出電流變化除以輸入電壓變化來確定 IGBT 的增益。

如下圖所示，當集電極相對于發射極處于正電位時，N 溝道 IGBT 導通，而柵極相對于發射極也處于足夠的正電位 (>V GET )。這種情況導致在柵極正下方形成反型層，從而形成溝道，并且電流開始從集電極流向發射極。IGBT 中的集電極電流Ic 由兩個分量 Ie和 Ih 組成。Ie 是由于注入的電子通過注入層、漂移層和最終形成的溝道從集電極流向發射極的電流。Ih 是通過 Q1 和體電阻 Rb從集電極流向發射極的空穴電流。因此盡管 Ih幾乎可以忽略不計，因此 Ic ≈ Ie。在 IGBT 中觀察到一種特殊現象，稱為 IGBT 的閂鎖。這發生在集電極電流超過某個閾值（ICE）。在這種情況下，寄生晶閘管被鎖定，柵極端子失去對集電極電流的控制，即使柵極電位降低到 VGET以下，IGBT 也無法關閉。現在要關斷 IGBT，我們需要典型的換流電路，例如晶閘管強制換流的情況。如果不盡快關閉設備，可能會損壞設備。

集電極電流公式

下圖很好地解釋IGBT的工作原理，描述了 IGBT 的整個器件工作范圍。

IGBT的工作原理圖

IGBT 僅在柵極端子上有電壓供應時工作，它是柵極電壓，即VG。如上圖所示，一旦存在柵極電壓 ( VG ) ，柵極電流 ( IG ) 就會增加，然后它會增加柵極-發射極電壓 ( VGE )。因此，柵極-發射極電壓增加了集電極電流 ( IC )。因此，集電極電流 ( IC ) 降低了集電極到發射極電壓 ( VCE )。

三、IGBT功率半導體器件主要測試參數

近年來IGBT成為電力電子領域中尤為矚目的電力電子器件,并得到越來越廣泛的應用,那么IGBT的測試就變的尤為重要了。IGBT的測試包括靜態參數測試、動態參數測試、功率循環、HTRB可靠性測試等，這些測試中最基本的測試就是靜態參數測試。

IGBT靜態參數主要包含：柵極-發射極閾值電壓VGE(th)、柵極-發射極漏電流IGEs、集電極-發射極截止電流ICEs、集電極-發射極飽和電壓VCE(sat)、續流二極管壓降VF、輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crss。只有保證IGBT的靜態參數沒有問題的情況下，才進行像動態參數(開關時間、開關損耗、續流二極管的反向恢復)、功率循環、HTRB可靠性方面進行測試。

四、IGBT功率半導體器件測試難點

IGBT是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體 器件，兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點；同時IGBT芯片屬于電力電子芯片，需要工作在大電流、 高電壓、高頻率的環境下，對芯片的可靠性要求較高。這給IGBT測試帶來了一定的困難：

1、IGBT是多端口器件，需要多種儀表協同測試；

2、IGBT的漏電流越小越好，需要高精度的設備進行測試；

3、IGBT的電流輸出能力很強，測試時需要快速注入1000A級電流，并完成壓降的釆樣；

4、IGBT耐壓較高，一般從幾千到一萬伏不等，需要測量儀器具備高壓輸出和高壓下nA級漏電流測試的能力；

5、由于IGBT工作在強電流下，自加熱效應明顯，嚴重時容易造成器件燒毀，需要提供μs級電流脈沖信號減少器件自加熱效應；

6、輸入輸出電容對器件的開關性能影響很大，不同電壓下器件等效結電容不同，C-V測試十分有必要。

五、測試總結

完成功率半導體器件的完整參數測試，包括IV，CV和Qg，支持在高低溫條件下進行參數測試；

測試全自動化，B1506A將所有的接線切換通過開關矩陣實現，實現了測量的自動化，既能保證測試精度和重復性，同時極大的提升了測量速度；

可以建立Datasheet Characterization測試模板，測試結果可以輸出測試數據、Datasheet報告和數據匯總等。