À son niveau le plus simple, un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est un interrupteur utilisé pour permettre le flux d’énergie lorsqu’il est allumé et pour arrêter le flux d’énergie lorsqu’il est éteint. Un IGBT est un appareil à semi-conducteurs, ce qui signifie qu’il n’a pas de pièces mobiles. Au lieu d’ouvrir et de fermer une connexion physique, il fonctionne en appliquant une tension à un composant semi-conducteur, appelé base, qui modifie ses propriétés pour créer ou bloquer un chemin électrique.
L’avantage le plus évident de cette technologie est qu’il n’y a aucune pièce mobile susceptible de s’user. La technologie à semi-conducteurs n’est cependant pas parfaite. Il y a toujours des problèmes avec la résistance électrique, les exigences d’alimentation et même le temps nécessaire pour que le commutateur fonctionne.
Un transistor bipolaire à grille isolée est un type de transistor amélioré conçu pour minimiser certains des inconvénients d’un transistor à l’état solide conventionnel. Il offre la faible résistance et la vitesse rapide lors de la mise sous tension que l’on trouve dans un transistor à effet de champ (MOSFET) métal-oxyde-semiconducteur de puissance, bien qu’il soit légèrement plus lent à s’éteindre. Il ne nécessite pas non plus une source de tension constante comme le font les autres types de transistors.
Lorsqu’un IGBT est activé, une tension est appliquée à la grille. Cela forme le canal pour le courant électrique. Le courant de base est alors fourni et circule dans le canal. Ceci est essentiellement identique au fonctionnement d’un MOSFET. L’exception à cela est que la construction du transistor bipolaire à grille isolée affecte la façon dont le circuit s’éteint.
Un transistor bipolaire à grille isolée a un substrat ou un matériau de base différent d’un MOSFET. Le substrat fournit le chemin vers la terre électrique. Un MOSFET a un substrat N+, tandis que le substrat d’un IGBT est P+ avec un tampon N+ sur le dessus.
Cette conception affecte la façon dont le commutateur s’éteint dans un IGBT, en lui permettant de se produire en deux étapes. Premièrement, le courant chute très rapidement. Deuxièmement, un effet appelé recombinaison se produit, au cours duquel le tampon N+ au-dessus du substrat élimine la charge électrique stockée. Avec l’interrupteur d’arrêt en deux étapes, cela prend un peu plus de temps qu’avec un MOSFET.
Leurs propriétés permettent aux IGBT d’être fabriqués pour être plus petits que les MOSFET conventionnels. Un transistor bipolaire standard nécessite un peu plus de surface semi-conductrice que l’IGBT ; un MOSFET nécessite plus de deux fois plus. Cela réduit considérablement le coût de production des IGBT et permet d’en intégrer davantage dans une seule puce. La puissance requise pour faire fonctionner un transistor bipolaire à grille isolée est également inférieure à celle d’autres applications.