IGBT
IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor）とは、入力部がMOS構造で、出力部がバイポーラ構造のSi（シリコン）製パワー・トランジスタ（パワー半導体）のこと。日本語では、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタと呼ぶ。
一般に、低耐圧を得意とするSi製パワーMOSFETは、耐圧を高めるとオン抵抗が高くなってしまう。高耐圧を得意とするSi製バイポーラ・トランジスタはスイッチング速度が遅い。この2つの問題を解決すべく誕生したのがIGBTである。両者の構造を取り入れることで、低い飽和電圧（パワーMOSFETのオン抵抗に相当）と、比較的速いスイッチング特性を両立した。耐圧の対応範囲は、約400〜約3000Vである。400V以下はSi製パワーMOSFETが、3000V以上はSiバイポーラ・トランジスタなどが使われている。
50kHz超のスイッチングが可能に
IGBTが最初に製品化されたのは、1980年代前半のことである。現行のIGBTが採用するノンパンチ・スルー型（オフ時に空乏層がコレクタに接触しないタイプ）の製品化が始まったのも1988年とかなり前のことだ。
それから約25年間。素子構造を徐々に改良しながら、飽和電圧の低減とスイッチング特性の改善を少しずつ進めてきた。現在では、飽和電圧は1.5V程度に下がっており、スイッチング特性は50kHzを超える周波数にも対応できるようになっている。しかも、バイポーラ・デバイスであるため、同耐圧のSi製パワーMOSFETに比べると、価格がかなり低いというメリットもある。
ただし、スイッチング特性が改善されたとはいえ、Si製パワーMOSFETに比べるとかなり見劣りする。これがIGBTの弱点である。Si製パワーMOSFETを使えば、100kHzを超える周波数での動作が可能である。スイッチング周波数が高ければ、電源回路全体の外形寸法を小さく、重量を軽くできるようになる。従って、電源回路の小型化や軽量化が求められる用途では、IGBTの採用は難しい場合もある。
さらに最近になって、IGBTの得意とする耐圧領域に、SiCパワー半導体やGaNパワー半導体が投入され始めた。これらの次世代パワー半導体は、オン抵抗が低いと同時に、高いスイッチング周波数を実現できることが特長だ。IGBTが不得意なスイッチング周波数の問題を解決できる。しかし、次世代パワー半導体はいずれも製品化が始まったばかりで、本格的な普及にはまだ時間がかかると見られている。
関連リンク
■TIの絶縁ゲートドライバ製品
■リファンレンス・デザイン：絶縁 IGBT ゲート・ドライブ Fly-Buck™ 電源、4 出力付き
提供：日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
アイティメディア営業企画／制作：EDN Japan 編集部／掲載内容有効期限：2015年3月31日
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