Представляет собой трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) выполнены как сочетание входного униполярного (полевого) транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) и выходного биполярного n-p-n-транзистора (БТ). Условное графическое обозначение БТИЗ иногда содержит выходной защитный диод.
Имеется много различных способов создания таких приборов, однако наибольшее распространение получили приборы IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), в которых удачно сочетаются особенности полевых транзисторов с вертикальным каналом и дополнительного биполярного транзистора
При изготовлении полевых транзисторов с изолированным затвором, имеющих вертикальный канал, образуется паразитный биполярный транзистор, который не находил практического применения.
Схематическое изображение такого транзистора приведено на рисунке. На этой схеме VT1 — полевой транзистор с изолированным затвором, VT2 — паразитный биполярный транзистор, и R1— последовательное сопротивление канала полевого транзистора, R2 — сопротивление, шунтирующее переход база-эмиттер биполярного транзистора VT2.
Благодаря сопротивлению R2 биполярный транзистор заперт и не оказывает существенного влияния на работу полевого транзистора VT1.
Структура транзистора IGBT аналогична структуре ПТИЗ, но дополнена еще одним р-n переходом, благодаря которому в схеме замещения появляется еще один p-n-p-транзистор VT3. Механизм работы структуры на транзисторах VT2 – VT3 аналогичен физической модели тиристора, в результате чего через нее становится возможным протекание значительных прямых токов при малом остаточном падении напряжения.
Эта структура имеет глубокую внутреннюю положительную обратную связь, обусловленную взаимодействием биполярных транзисторов, объединенных базовыми и коллекторными областями.
Выходные вольт-амперные характеристики БТИЗ объединяют свойства характеристик биполярного и полевого транзистора с изолированным затвором. Начальный участок выходных характеристик соответствует биполярному транзистору в режиме насыщения, а управляемые свойства транзистора характеризуются крутизной S, определяемой как отношение изменения тока коллектора к вызвавшему его изменению напряжения на затворе. Эквивалентная крутизна БТИЗ значительно превышает крутизну ПТИЗ.
Область безопасной работы БТИЗ подобна ПТИЗ, т. е. в ней отсутствует участок вторичного пробоя, характерный для биполярных транзисторов. Поскольку в основу транзисторов типа IGBT положены ПТИЗ с индуцированным каналом, то напряжение, подаваемое на затвор, должно быть больше порогового напряжения, которое имеет значение 5…6В.
Быстродействие БТИЗ несколько ниже быстродействия полевых транзисторов, но значительно выше быстродействия биполярных транзисторов. Исследования показали, что для большинства транзисторов типа IGBT времена включения и выключения не превышают 0,5… 1,0мкс.