IGBT（英文全稱：Insulated Gate Bipolar 晶體管，絕緣柵雙極型晶體管），是一種全控型電壓驅動式功率半導體器件，該半導體器件是由雙極結型晶體管（BJT）和金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）復合而成，從而兼備了兩者的優點，即輸入阻抗高、控制功率小、易于驅動、開關頻率高、導通電流大和導通損耗小等。IGBT可以理解為“非通即斷”的開關，它可以將直流電壓逆變成頻率可調的交流電，主要用于變頻逆變和其他逆變電路，被稱為是電力電子裝置的“CPU”，高效節能減排的主力軍。
1979—1980 年美國北卡羅來納州立大學 B.JayantBaliga教授通過結合雙極結晶體管（BJT）技術和金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOS‐FET） 技術研制出來IGBT。但該技術由于結構和工藝上的限制，卻是直到1986年才真正得到應用。目前（截至2023年9月），IGBT 已經歷了6代變革，主要為在結構設計、工藝技術、技術性能等維度得到了不斷優化。
IGBT主要由芯片、覆銅陶瓷襯底、基板、散熱器等通過焊接而成，有柵極G、集電極c和發射極E，屬三端器件。IGBT主要有單管模塊、標準模塊和智能功率模塊三個模塊，其模塊通常由IGBT芯片與FWD（續流二極管）芯片通過特定電路橋接封裝而成，是模塊化半導體產品，廣泛應用于變頻器、UPS不間斷電源、工業控制及新能源發電等設備中。此外IGBT是目前大功率開關元器件中最為成熟，也是應用最為廣泛的功率器件，兼有MOSFET 的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點，驅動功率小而飽和壓降低，是能源變換與傳輸的核心器件。目前，IGBT在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等電氣領域應用廣泛。未來以新能源汽車、光伏/風電逆變器、以5G通信、特高壓和充電樁為代表的新基建將成為IGBT的最大拉動力，有望不斷擴大IGBT的市場應用范圍。
發展歷史
起源
上世紀七十年代，一種采用絕緣柵、依靠感應原理輸入信號的電壓控制型器件MOSFET出現，它具有輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度高等優點，但是其導通電阻大、通流受限，且工作電壓有限。隨著工業的發展，對學術界提出了簡化驅動電路，降低制造成本和開關能耗、通態壓降的要求。 1979—1980 年美國北卡羅來納州立大學B·賈揚特巴利加（B.JayantBaliga）教授通過將雙極結晶體管（BJT）技術和金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOS‐FET） 技術的結合，成功研制出來IGBT。
20世紀70年代初期，出現了以門極可關斷晶閘管 （GTO） 和巨型雙極晶體管 （GTR） 為代表的產品，它們都是自關斷器件?開關速度有了一定提高?控制電路也得到了簡化，但GTO的開關速度還是較低，GTR 還存在二次擊穿等問題，而且它們都存在驅動電流大、功耗損失大的問題。于是在20世紀70年代末出現了以功率場效應晶體管 VDMOS 和靜電感應晶體管 SIT 為代表的產品?雖然開關速度快、輸入阻抗高、控制功率小、 驅動電路簡單，但導通電阻大仍然限制了它們的電流容量和導通容量，特別是500V 以上時，VDMOS 的導通電阻大是不容忽視的問題。為改善其問題至20世紀80年代即誕生了以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）為代表的功率半導體器件。
發展
雖然IGBT被成功發明出來，但卻是因為技術原因，使得當時的IGBT需要依靠提高N-drift來提高耐壓，關斷功耗和導通電阻都比較高，因此在當時IGBT止步于實驗室未得到普及使用。此后隨著世界經濟快速發展，對于能源需求的大幅提升，IGBT技術有助于降低能耗，是實現緩解碳排放的有效手段關于IGBT的研究便越發頻繁起來。
最初IGBT的叫法各有不同，并沒有一個統一的名字，其各自稱為單片集成半導體開關器件，帶陽極區功率，M0SFET、IGR、IGT、ComFET、雙極模式M0SFET、MOSFET模式雙極晶體管等，1982年IGBT由RCA和GE公司提出并生產出初代IGBT，并且在設計者的巧妙運作下，使得具備了MOS和雙極的雙重優點，但是，由于器件結構內部存在pnpn晶閘管結構，使器件產生“閉鎖” 效應，導致柵失控。同時，由于n－漂移區存在非平衡載流子的注入，器件的開關速度受到影響，故當時的IGBT還未進行大規模使用。
1988年第一代平面柵(PT)型IGBT發布。它提出在功率MOS場效應管結構中引入一個漏極側PN結，以提供正向注入少數載流子實現電導調制來降低通態壓降的基本方案。這樣，在IGBT的通態電流中出現了兩個分量一MOS場效應分量和PNPN晶閘管分量。調整這兩個分量所占比例，也成為未來處理IGBT發展問題的主要手段。
1990年第二代采用緩沖層，精密控制圖形和少子壽命的平面柵穿通(PT)型外延襯底IGBT發布，這一代IGBT器件縱向采用N一緩沖層，既可以減薄有效基區厚度和硅片總厚度來減小通態壓降，又能降低該發射結的注入系數。以抑制“晶閘管效應”，器件橫向采用精密圖形，減少每個元胞的尺寸，提高開關速度。再采用專門的擴鉑與快速退火措施，以控制基區內少數載流子壽命的較合理分布。
1992年第三代溝槽柵型IGBT發布，這一代IGBT采取溝槽柵結構代替平面柵，改善了器件的導通特性和電流密度。在平面柵結構中， 電流流向與表面平行的溝道時，柵極下面由P阱區圍起來的一個結型場效應管是電流的必經之路，它成為電流通道上的—個串聯電阻。在溝槽柵結構中，這個柵下面的J—FET是被干法刻蝕的工藝很好的挖去了，連同包圍這個區域、延伸到原來柵極下構成溝道的部分P區層也都挖掉。于是N+發射源區和留下的P區層就暴露在該溝槽的側壁，通過側壁氧化等一系列特殊加工，側壁氧化層外側的P區就形成了垂直于硅片表面的溝道。
1997年第四代非穿通(NPT)型 IGBT發布，它采用了電阻率高的 FZ 但經替換昂貴的外延片，晶體完整性和均勻性得到充分滿足，在硅片背面用注入和退火的方法形成發射效率較低的PN結。 此外增加對承受高阻斷電壓的 N漂移區的厚度，以至在高電壓 下不會產生耗盡層穿通現象。隨著 IGBT 背面加工制造工藝的發展，又演變出了弱穿通型 IGBT（LPT-IGBT），并采用了激光退火實現背面硼離子的激活，晶圓厚度進一步減薄，明顯改善了器件的關斷損耗與導通壓降的折中關系，并實現了 IGBT 導通壓降正溫度系數，提高了IGBT 的可靠性。
2001年第五代電場截止(FS)型IGBT發布，FS型IGBT是縱向結構的再一次優化，其吸收了PT型和NPT型兩類器件的優點，形成硅片厚度比NPT型器件薄約1／3，又保持正電阻溫度系數單極特征的各項優點。FS型結構設置的緩沖層摻雜濃度比PT結構的N一層低，但比基區N層濃度高，于是電場在其中的分布呈斜角梯形。此外，它在關斷時沒有拖尾電流是其最大優點。 并在背面注入工藝中采用了高能離子注入工藝制備了較高濃度 N 型緩沖層，使得高壓狀態下IGBT內部的電場強度在緩沖層中快速下降到零，同時降低了IGBT集電極的發射效率，大幅減小IGBT的晶圓厚度，極大程度上改善了IGBT拖尾電流現象，同時明顯降低了IGBT的正向導通壓降。
2003年第六代溝槽型電場-截止型（FS—TrenchI）IGBT發布，這一類型采用溝槽技術優化器件表面的載流子分布，同時采用電場截止緩沖層和低發射效率的P一發射極，優化了N—漂移區的載流子分布。它是以溝槽型門極結構和電場截止型基區結構相結合為特征 的。其功耗比非穿通型IGBT減少了25％，幾乎沒有拖尾現象。
不論是IGTB的發展是為了通過減少芯片面積來降低成本，還是提高特性使之更接近理論值，其發展都基于，（1）簡化單元結構減少芯片面積提高電流密度，（2）減薄芯片厚度，提高芯片性能，（3)提高芯片的可靠工作溫度。這三個基本途徑。
而目前，采用精細化溝槽柵技術、薄片加工技術、場阻技術和發射極載流子濃度增強技術的器件結構已成為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的主流結構，2017年前后世界各國研究機構提出了多種器件新結構，主要有：發射極載流子濃度增強改進結構、低米勒電容結構、超結IGBT，RC-IGBT和RB IGBT等。
發展概覽
結構
IGBT是由數以百萬計的單元組成的重復陣列構成，其本質上是一個四層的 N-P-N-P 晶閘管結構，并擁有漂移區（發射區）、緩沖區和注入區（集電區），以及柵極G、集電極c和發射極E，屬三端器件。
集電極
集電極的作用是提高器件注入效率從而減小器件的通態壓降，濃度越高，器件通態壓降越小，但關斷功耗越大，一般采用條紋集電極結構，集電極的注入效率由其結面積和摻雜濃度決定，結面積越大、摻雜濃度越高，有效注入效率越高。集電極產生的電流為集電極漏電流。當前，領域內提到的IGBT集電極漏電流，通常是指在外部激勵作用下，柵極電壓為0時，集電極產生的電流。其通常被作為IGBT器件出廠或使用過程中合格檢驗的重要標準之一。
發射極
發射極其實就是起放大電路放大信號的作用。
柵極
柵極是弱電和強電間的電路接口，需要一定的高壓隔離功能，此外柵極還應具有欠壓保護、退飽和監測等保護功能，以滿足其高可靠性的要求，IGBT柵極驅動器通常需要三個獨立的隔離傳輸通道，兩個通道的傳輸方向是由高壓側向低壓側，分別用于傳輸高壓側退飽和狀態監測信號和高壓側欠壓閉鎖狀態監測信號，一個通道的傳輸方向是由低壓側向高壓側，用于傳輸數字控制信號。
緩沖區
緩沖區介于P+注入區與N-漂移區之間的N+層。有N+緩沖區的IGBT稱為非對稱型IGBT（也稱穿通型IGBT），具有正向壓降較小、關斷時間短、關斷時尾部電流小等優點，但其反向阻斷能力相對較弱。無N+緩沖區的IGBT稱為對稱型IGBT（也稱非穿通型IGBT）。具有較強的正反向阻斷能力，它的其它特性與穿通型IGBT相比較差。
注入區（集電區）
如下圖所示，注入區是當IGBT接入電路工作時，部分載流子從注入區P+發射到基區N，達到調至漂移區電導率的作用，因此，IGBT具有較強的通流能力。
工作原理
IGBT本質上是用單個MOSFET去控制驅動的PNP晶體管，其與MOSFET一樣，也是電壓控制型器件。IGBT的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關斷。其中，當在柵 - 射極間加上正電壓時，MOSFET 內就會形成溝道，并為 PNP 晶體管提供基極電流，從而使IGBT導通。同時，從+ P 區注入到? N區的空穴對?N區進行電導調制，?N區的電阻RN減小，使IGBT 也具有低的通態壓降的功能。然后，當在柵-射極間加上負電壓時，MOSFET內的溝道則會快速消失，PNP 晶體管的基極電流被切斷，IGBT就關斷了。IGBT的工作狀態主要有導通、導通壓降、關斷、反向阻斷、正向阻斷、閂鎖。IGBT的開關速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關斷時不需要負柵壓來減少關斷時間，但關斷時間隨柵極和發射極并聯電阻的增加而增加。
關斷與導通
IGBT管與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，通斷是通過柵-射極電壓來實現的。當在柵-射極間加上正電壓時，MOSFET內就會形成溝道，并且會為PNP晶體管提供基極電流，從而就會出現導通現象，與此同時，從P區注入到區的空穴對V區進行電導調制，區的電阻R減小，使IGBT也具有低的通態壓降的功能。當在柵-射極間加上負電壓時，MOSFET內的溝道則會快速消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，此時就會出現關斷現象。
導通壓降
所謂通態壓降，是指IGBT進入導通狀態的管壓降UDS，這個電壓隨UCS上升而下降。
阻斷
若集電極得到反向電壓，P-區和N+區J結會受到反向偏壓影響，同時因層面厚度降低太大，阻斷能力將會喪失，耗盡層則會向N-區擴展，此外，若區域尺寸增加超過一定的值，壓降也會連續地變大，反向阻斷形成。若集電極端子獲得正電壓且把柵極和發射極進行短接，P-區 和N+區之間的J結受反向電壓控制，正向阻斷形成。
閂鎖
IGBT在集電極與發射極之間有一個寄生PNPN晶閘管，在特殊條件下，這種寄生器件會導通。這種現象會使集電極與發射極之間的電流量增加，對等效MOSFET的控制能力降低，通常還會引起器件擊穿問題。晶閘管導通現象被稱為IGBT閂鎖。
工作特性
靜態特性
IGBT的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性。
IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線，輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它與GTR的輸出特性相似，也可分為飽和區、放大區和擊穿特性三部分。在截止狀態下的IGBT，正向電壓由J2結承擔，反向電壓由J1結承擔。如果無N+緩沖區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩沖區后，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了IGBT 的某些應用范圍。
IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關系曲線。它與MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時，IGBT處于關斷狀態。在IGBT導通后的大部分漏極電流范圍內，Id與Ugs呈線性關系，最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為 15V 左右。
IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。IGBT 處于導通態時，由于它的PNP 晶體管為寬基區晶體管，所以其B 值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。由于N+ 區存在電導調制效應，所以IGBT 的通態壓降小，耐壓1000V的IGBT 通態壓降為2 ～ 3V。IGBT 處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。
動態特性
IGBT在開通過程中，大部分時間是作為 MOSFET 來運行的，只是在漏源電壓 Uds 下降過程后期，PNP 晶體管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on) 為開通延遲時間，tri 為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間 ton 即為 td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時間由 tfe1 和 tfe2 組成。
IGBT 的觸發和關斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負向電壓，柵極電壓可由不同的驅動電路產生。當選擇這些驅動電路時，必須基于以下的參數來進行：器件關斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因為IGBT柵極-發射極阻抗大，故可使用MOSFET驅動技術進行觸發，不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關斷偏壓應該比許多MOSFET驅動電路提供的偏壓更高。
IGBT在關斷過程中，集電極電流的波形變為兩段。因為MOSFET關斷后，PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，少子的衰減造成集電極電流較長的尾部時間，td(off) 為關斷延遲時間，trv為電壓Uds(f)的上升時間。實際應用中常常給出的集電極電流的下降時間Tf由 t(f1)和t(f2)兩段組成，而集電極電流的關斷時間t(off)=td(off)+trv + t(f)，式中，td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。這會導致功耗升高；交叉導通問題，特別是在使用續流二極管的設備上問題更明顯。
分類
依據產品分類
依據電壓分類
關鍵技術
透明集電區技術
集電區層（下層）結構的新概念———透明集電區技術，把IGBT集電極的空穴注入效率降低到0.5以下，使通過集電結的總電流中電子流起主要作用，一般達70%以上。在IGBT關斷時，n-區存儲的過剩電子能透過集電區迅速流出，實現快速關斷。因此，無需用壽命控制技術。這樣不僅得到了高開關速度，更重要的是具有了UCE sat和Ron正溫度系數的寶貴性能，同時關斷損耗隨溫度變化也很小。這種溫度性能可粗淺理解為透明集電區IGBT更接近于n-區電導調制的MOSFETㄢ
電場中止技術
n-耐壓層（中層）結構的新概念———電場中止（Field Stop，FS）技術，其核心是在n-耐壓層與p型集電區之間加入一個比n-區寬度小而摻雜濃度更高的n+型緩沖層。按照泊松方程使電場強度在該層中迅速減小到零而達到電場中止，同時提高n-區的電阻率，從而以較薄的耐壓層實現同樣的擊穿電壓。其主要優點是，耐壓層的減薄可使通態電阻降低和關斷損耗減小，后者是因為通態時存儲的載流子總量減少。
溝槽柵技術
該技術是在IGBT的硅片正面挖許多淺而密的溝槽，把柵氧化層和柵電極做在溝槽側壁上，因而MOS FET的溝道就成為沿溝槽側壁的垂直溝道，其優點是：消除了Ron組成部分中的RJFET，溝道呈縱向，每個元胞占據表面積小，所以單位面積芯片中溝道數與溝道總寬度增加，Rch減小且正比于溝道的寬/長比，適當的溝槽寬度與間距可以提高n-區近表面層的載流子濃度。以上3項特點都能使Ron比平面柵結構有明顯減小。
但是也有相伴而生的缺點：溝道寬度過大，使柵電容過大，對開關速度有影響，不適當的設計會使IGBT的短路電流過大，短路安全工作成問題，挖出表面光滑的槽壁，在技術上困難較大，不光滑的表面會影響擊穿電壓，降低生產成品率。
近表面層載流子濃度增高技術
一般IGBT中，從p型集電區注入到n-耐壓層的空穴向上表面運動過程中濃度逐漸降低，所以n-區中越接近表面處電導調制作用越弱，電阻越大。近表面層載流子濃度增高技術就是用各種方法提高n-區中近表面處的電子空穴對濃度，以最大限度地減小通態電阻。
目前，采用的主要措施是：1、加大pnp管橫向間距技術。在IGBT中，MOS FET與pnp管是達林頓接法，pnp管的集電結永遠處于反偏，所以n-基區上邊緣近pnp管集電結處空穴濃度很低。具體實現方法是：隔幾個元胞設置一個pnp管，這對平面柵和溝槽柵都適用，圖4示出IEGT中用的結構。對溝槽柵IGBT還可簡單地加寬溝槽的寬度來實現。2、空穴阻擋層，即載流子存儲層技術。該技術之一是在IGBT中pnp管的p型集電區周圍用一個摻雜濃度略高于n-區的n層包圍，借助n/n-高低結的接觸電壓，使n型相對于n-型具有更高電勢，從而成為使n型相對于n-型具有更高電位，從而成為阻擋空穴向pnp管集電區流動的勢壘，可以提高n-基區上邊界附近的空穴濃度，改善電導調制，減小Ron中的RPINㄢ
失效模式
閂鎖效應
閂鎖效應也叫擎住效應，是由于IGBT超安全工作區域而導致的電流不可控現象。
閂鎖是一個閘門或門的固定物。當閂鎖發生時，IGBT與連續電流傳導狀態相關聯。施加的柵極電壓對輸出集電極電流沒有影響。不同的柵極電壓下，IGBT的輸出集電極電流特性變為一條與柵極電壓無關的曲線，觀察到的現象是IGBT正向電壓下降。因此，可以將其定義為IGBT的高電流狀態，并伴有崩塌或低壓狀態，只有通過集電極電壓的極性反轉或關斷該電壓才能使閂鎖停止。在DC或AC應用中，器件中產生的熱量可能是巨大的，從而導致其燒毀。
IGBT閂鎖模式有兩種，即靜態和動態。
當電流密度超過極限臨界值時會發生靜態閂鎖效應，因此在這種模式下，集電極電壓很低而集電極電流很大。對IGBT的無損檢測表明閂鎖過程并不局限于IGBT中的局部區域，而是擴散到其他大部分有源區域。
當集電極電流和集電極電壓都很高時，在開關期間會發生動態閂鎖。但是動態閂鎖所需要的電流密度低于靜態模式。在IGBT關斷期間，快速消失的內部MOSFET動作將導致在基極電阻Rb反方向上會產生大量的空穴流，從而形成電壓降。當該電壓降超過 0.7V時，從N+發射區向P型基區注入大量電子。因此，在動態模式中，由于過量的空穴流，閂鎖發生在集電極電流較低時。
在要求強制柵極關斷的電路中，IGBT通常用于確保動態閂鎖電流遠遠大于最大的工作電流。由于靜態閂鎖電流小于動態閂鎖電流，因此施加此設計約束將有助于避免靜態閂鎖。因此，它可以被視為最壞情況的設計標準，如果滿足該標準，則將保證器件在所有工作條件下非閂鎖的工作。這里需要指出的是，如果關斷過程可以減慢，則大部分涌入的空穴將在漂移區中重新復合，那么閂鎖的可能性相對較小。
短路失效
IGBT的短路分為一類短路和和二類短路，一類短路又稱直通短路，二類短路通常也稱作大電感短路。
一類短路情況下通常回路電感量很小，約為 100nH 級，主要靠Vce（sat）進行檢測。二類短路分為相間短路和相對地短路，回路電感量較大，一般在uH級，可以使用電流傳感器檢測，也可以使用 Vce（sat）檢測，根據電流變化率來定。通常這種短路回路中的電感量是不確定的。
發生一類短路時，IGBT 的電流會迅速上升，當電流上升到一般為4倍額定電流時IGBT會進入退飽和狀態。當 IGBT出現退飽和現象是一種及其危險的狀態，在IGBT退飽和狀態時，IGBT所承受的電壓等于母線電壓，而流過IGBT的電流約為4倍的IGBT額定電流，通過計算可以得出這個時候的IGBT損耗將會非常大，極易引起IGBT燒毀。根據IGBT的數據手冊，其最多可以耐受約10us，這個時候驅動器必須將驅動波形關閉，否則會引起IGBT的損壞。
解決方法
閂鎖效應和短路失效的解決辦法一般通過以下幾種技術來避免，IGBT產生閂鎖效應：減小體積擴展電阻 Rs 來避免產生閂鎖效應、通過優化n緩沖層的厚度和摻雜來控制PNP晶體管的hFE以及通過導入降低壽命的摻雜物質手段來控制PNP晶體管的hFE。避免IGBT短路的基本方法是在驅動電路上使用退飽和保護方法，當IGBT出現退飽和時驅動電路可以立刻檢測到退飽和的產生并及時關斷IGBT的驅動波形，從而有效保護IGBT的可靠運行。
生產與制備
近幾年，隨著科技的發展，適用于大電流、高電壓工況的工IGBT元件己模塊化生產。它的驅動電路也己由集成化的IBGT專用驅動電路替代了原有的由分立元件構成的驅動電路。這種模塊化的IGBT元件與它的前代產品相比，具有體積小、可靠性高、性能更好等諸多優點。
應用領域及數據
基于自身的種種優勢和特性，現階段，IGBT被大規模應用于工業控制、變頻家電、軌道交通、智能電網和新能源汽車等多個關鍵領域。
工業控制領域
工業控制領域對IGBT的市場需求最大，呈現逐漸增長態勢。由于IGBT模塊是變頻器、逆變焊機、通用驅動器（GPD）、伺服驅動器等傳統及新興工業控制設備的核心元器件，廣泛應用于工業機器人、水下機器人、掃地機器人等機器人細分領域及焊接設備中（如采用IGBT替代傳統變壓器實現精準焊接控制），隨著工業控制及電源行業市場的逐步回暖，IGBT模塊將發揮更為關鍵的作用。
變頻家電領域
在變頻家電領域，IGBT以其高頻、低損耗的特性逐漸成為了變頻家電領域的關鍵器件，變頻家電中主要使用的就是集驅動電路、保護電路功能于一身的IGBT模塊。IGBT模塊在變頻器中不僅起到了傳統三極管的作用，還能起到整流的作用。隨著人們節能意識的逐步提高，變頻空調、變頻洗衣機、變頻冰箱和無火烹電磁爐等變頻家電在市場上日漸火爆，IGBT在該領域的重要作用日益凸顯。
軌道交通
軌道交通對IGBT也有著巨大的需求，目前大功率IGBT模塊是電力機車和高速動車組的核心組件。根據相關資料，電力機車一般需要500個IGBT模塊，動車組需要超過100個IGBT模塊，一節地鐵則需要50～80個IGBT模塊。
智能電網領域
在智能電網領域，每年對IGBT的市場需求量可達4億元，在新能源汽車中，IGBT模塊約占整車成本的7%～10%，是除電池之外所占成本第二高的元件，決定了整車的能源效率。
新能源發電
在新能源發電領域中發揮著至關重要的作用，其是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。IGBT模塊占電動汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%。此外風力發電、光伏發電中的整流器和逆變器都需使用IGBT。
應用數據
根據HIS Markti數據，2019年IGBT模塊市場份額前五的企業分別是英飛凌、三菱集團、富士、賽米控和維科電子，這五家企業占據了全球68.8%的市場份額。在國內新能源汽車IGBT模塊市場中，英飛凌2019年市場份額占比58.2%，處于絕對領先地位。2012～2019年我國IGBT年復合增長率為14.52%。根據預測，受益于新能源汽車與工業領域的需求大幅增加，我國的IGBT市場規模將持續增長，到2025年，中國IGBT市場規模將達到522億人民幣，2018～2025年復合增長率達19.96%。
發展趨勢
發展方向
應用
新能源汽車、光伏/風電逆變器、以5G通信、特高壓和充電樁為代表的新基建成為IGBT的最大拉動力，在未來有望不斷擴大IGBT的市場應用范圍。并且隨著供應鏈自主安全意識的提升，IGBT作為半導體器件突出代表，成為中國重點發展的對象。中國諸多企業紛紛布局，通過跨代研發，參考歐美各國產品升級進程，逐步實現與國際龍頭企業產品代際差距的縮小。
新材料與工藝
從PT向NPT的改變時用高阻的區熔單晶(Fz)代替高阻厚N一／P+外延片來降低生產成本，Fz硅片提供了較好的缺陷密度和純度，但缺乏內吸雜處理。因此在未來的工藝例如柵氧化時可能要采用內吸雜方法來提高柵氧化層的質量。未來在滿足IGBT高電壓和低漏電的要求之下，在未來的制造工藝中，要注意優化腐蝕工藝和氧化工藝，此外還需進一步提高制造技術和大功率封裝技術，其中尤其是解決薄片工藝問題。
面臨挑戰
國際環境
國際宏觀環境日益復雜。當今世界正面臨百年未有之大變局，國際形勢多變急變，全球投資貿易格局、科技創新格局、金融貨幣格局以及多元治理體系深刻變革，影響著包括IGBT器件在內的各產業的發展態勢和進程。此外應用市場高度集中壟斷。IGBT市場格局高度集中，在近20年內，德、日、美三國廠商幾乎壟斷了所有IGBT的供應，隨著中國IGBT的逐步發展，市場份額也在逐步擴大。
創新技術
IGBT芯片是IGBT模塊的核心，不僅需要企業的深厚技術底蘊和強大的創新能力。車規級IGBT是技術密集型產品，進入產業的門檻較高，并且需要發達和成熟的本國汽車產業支撐，此外，IGBT模塊在應用端是關鍵部件，其可靠性認證，替換成本，品牌以及市場檢驗等諸多方面需大資金、長周期的投入，進入壁壘較高。目前IGBT產業鏈成熟度有待完善。
產業鏈
在當前貿易保護以及缺芯的背景下，IGBT的上下游配套還需要進一步完善。從IGBT供應商到汽車整車廠，IGBT模塊、電路板、傳感器、電容器等需要被整合到電機控制器中，然后由電機控制器發揮電力轉換、傳輸與分配的功能，其中的電機控制器廠商也是關鍵一環。因此需要強化IGBT完整、可靠的產業鏈生態。
注意事項
在使用IGBT時應注意以下幾點，一、注意電流額定值，若IGBT的集電極電流大，則導通損耗和開關損耗也大，元件的發熱也大。所以， 應考慮發熱條件，并在元件接點溫度為150℃以下（通常定額降低為125℃以下）的集電極電流下使用，一般集電極電流的最大值控制在額定電流以下。
二、注意靜電，由于IGBT含有MOSFET結構其柵極 通過一層氧化膜與發射極實現電隔離。由 于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達到 20V～30V。因此由靜電而導致柵極擊穿是 IGBT失效的常見原因之一。
三、注意寄生電感和振蕩電壓 在應用中除了要保證柵極驅動電壓低于柵極最大額定電壓，也需注意由于 柵極連線的寄生電感，和柵極與集電極間 的電容會耦合產生使氧化層損壞的振蕩電 壓。為此，應用中通常采用雙絞屏蔽電纜 (屏蔽層接地)來傳送驅動信號，以減少寄生 電感;在柵極連線中串聯小電阻也可以抑 制振蕩電壓。
四、注意柵極回路故障，當柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時 (如:柵極處于開路狀態)，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會損壞，為防止此類故障，應在柵極與發射極之間串接一只10kΩ 左右的電阻。
相關政策
2018年11月，《戰略性新興產業分類（2018）》通過，中國國家統計局決定將“新型電子元器件及設備制造”列為戰略性新興產業，其中大功率高壓絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、快恢復二極管（FRD）芯片和模塊為重點產品。
2019年8月，中華人民共和國工業和信息化部頒布內容，表示工信部及相關部門將持續推進工業半導體材料、芯片、器件及IGBT 模塊產業發展，根據產業發展形勢，調整完善政策實施細則，更好的支持產業發展。通過行業協會等加大產業鏈合作力度，深入推進產學研用協同，促進中國工業半導體材料、芯片、器件及IGBT 模塊產業的技術迭代和應用推廣。
2020年9月，中國國家發展改革委、科技部、工業和信息化部、財政部頒布《關于擴大戰略性新興產業投資培育壯大新增長點增長極的指導意見》表示聚焦重點產業投資領域：聚焦新能源裝備制造“卡脖子”問題，加快主軸承、IGBT、控制系統、高壓直流海底電纜等核心技術部件研發。
制造商
根據HIS Markti數據，2019年IGBT模塊市場份額前五的企業分別是英飛凌、三菱集團、富士、賽米控和維科電子，這五家企業占據了全球68.8%的市場份額。近兩年，中國企業也紛紛走上了IGBT進階之旅。中國發展較快的IGBT企業首先是斯達半導，公司2021年實現營收17.07億元，同比增長77.22%。此外還有時代電氣，聞泰科技，華潤微電子，士蘭微，新潔能等多家公司。
參考資料 >
第一代到第六代IGBT之低功率IGBT.中國電力電子產業網.2023-09-05
IGBT多領域顯身手，降低成本是關鍵.今日頭條.2023-09-05
IGBT的主要應用領域有哪些?.中國工控網.2023-09-14
國家統計局令.國家統計局.2023-09-05
關于政協十三屆全國委員會第二次會議第2282號(公交郵電類256號)提案答復的函.工業和信息化部.2023-09-05
關于擴大戰略性新興產業投資.中華人民共和國國家發展和改革委員會.2023-09-05