Auf der einfachsten Ebene ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ein Schalter, der verwendet wird, um den Stromfluss zuzulassen, wenn er eingeschaltet ist, und den Stromfluss zu stoppen, wenn er ausgeschaltet ist. Ein IGBT ist ein Solid-State-Gerät, das heißt, er hat keine beweglichen Teile. Anstatt eine physikalische Verbindung zu öffnen und zu schließen, wird sie durch Anlegen einer Spannung an ein Halbleiterbauelement, die sogenannte Basis, betrieben, das seine Eigenschaften ändert, um einen elektrischen Pfad zu erstellen oder zu blockieren.
Der offensichtlichste Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass keine beweglichen Teile verschleißen. Die Solid-State-Technologie ist jedoch nicht perfekt. Es gibt immer noch Probleme mit dem elektrischen Widerstand, dem Strombedarf und sogar der Zeit, die der Schalter zum Betrieb benötigt.
Ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate ist ein verbesserter Transistortyp, der konstruiert wurde, um einige der Nachteile eines herkömmlichen Festkörpertransistors zu minimieren. Es bietet den niedrigen Widerstand und die hohe Geschwindigkeit beim Einschalten, die in einem Leistungsmetall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) zu finden sind, obwohl das Ausschalten etwas langsamer ist. Er benötigt auch keine konstante Spannungsquelle, wie dies bei anderen Transistortypen der Fall ist.
Wenn ein IGBT eingeschaltet wird, wird Spannung an das Gate angelegt. Dieser bildet den Kanal für den elektrischen Strom. Der Basisstrom wird dann zugeführt und fließt durch den Kanal. Dies ist im Wesentlichen identisch mit der Funktionsweise eines MOSFET. Die Ausnahme hiervon besteht darin, dass die Konstruktion des Bipolartransistors mit isoliertem Gate beeinflusst, wie die Schaltung abschaltet.
Ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate hat ein anderes Substrat oder Basismaterial als ein MOSFET. Das Substrat stellt den Weg zur elektrischen Masse bereit. Ein MOSFET hat ein N+-Substrat, während das Substrat eines IGBT P+ mit einem N+-Puffer darüber ist.
Dieses Design beeinflusst die Art und Weise, wie der Schalter in einem IGBT ausgeschaltet wird, indem es in zwei Stufen erfolgen kann. Erstens fällt der Strom sehr schnell ab. Zweitens tritt ein als Rekombination bezeichneter Effekt auf, bei dem der N+-Puffer oben auf dem Substrat die gespeicherte elektrische Ladung eliminiert. Da das Ausschalten in zwei Schritten erfolgt, dauert es etwas länger als bei einem MOSFET.
Aufgrund ihrer Eigenschaften können IGBTs kleiner als herkömmliche MOSFETs hergestellt werden. Ein Standard-Bipolartransistor benötigt etwas mehr Halbleiteroberfläche als der IGBT; ein MOSFET benötigt mehr als doppelt so viel. Dies reduziert die Herstellungskosten von IGBTs erheblich und ermöglicht es, mehr davon in einen einzigen Chip zu integrieren. Auch der Leistungsbedarf zum Betreiben eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate ist geringer als bei anderen Anwendungen.