En su nivel más simple, un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un interruptor que se usa para permitir el flujo de energía cuando está encendido y para detener el flujo de energía cuando está apagado. Un IGBT es un dispositivo de estado sólido, lo que significa que no tiene partes móviles. En lugar de abrir y cerrar una conexión física, se opera aplicando voltaje a un componente semiconductor, llamado base, que cambia sus propiedades para crear o bloquear una ruta eléctrica.
La ventaja más obvia de esta tecnología es que no hay partes móviles que se desgasten. Sin embargo, la tecnología de estado sólido no es perfecta. Todavía hay problemas con la resistencia eléctrica, los requisitos de energía e incluso el tiempo requerido para que funcione el interruptor.
Un transistor bipolar de puerta aislada es un tipo mejorado de transistor diseñado para minimizar algunas de las desventajas de un transistor de estado sólido convencional. Ofrece la baja resistencia y la alta velocidad de encendido que se encuentra en un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico de potencia (MOSFET), aunque es un poco más lento de apagar. Tampoco requiere una fuente constante de voltaje como lo hacen otros tipos de transistores.
Cuando se enciende un IGBT, se aplica voltaje a la puerta. Esto forma el canal para la corriente eléctrica. A continuación, se suministra la corriente base y fluye a través del canal. Esto es esencialmente idéntico a cómo funciona un MOSFET. La excepción a esto es que la construcción del transistor bipolar de puerta aislada afecta cómo se apaga el circuito.
Un transistor bipolar de puerta aislada tiene un sustrato o material base diferente al de un MOSFET. El sustrato proporciona el camino a la tierra eléctrica. Un MOSFET tiene un sustrato N +, mientras que el sustrato de un IGBT es P + con un búfer N + en la parte superior.
Este diseño afecta la forma en que el interruptor se apaga en un IGBT, al permitir que ocurra en dos etapas. Primero, la corriente cae muy rápidamente. En segundo lugar, se produce un efecto llamado recombinación, durante el cual el tampón N + en la parte superior del sustrato elimina la carga eléctrica almacenada. Con el interruptor de apagado en dos pasos, toma un poco más de tiempo que con un MOSFET.
Sus propiedades permiten que los IGBT se fabriquen para que sean más pequeños que los MOSFET convencionales. Un transistor bipolar estándar requiere un poco más de superficie de semiconductores que el IGBT; un MOSFET requiere más del doble. Esto reduce significativamente el costo de producir IGBT y permite que se integren más en un solo chip. El requisito de potencia para operar un transistor bipolar de puerta aislada también es menor que con otras aplicaciones.