इंसुलेटेड गेट बाईपोलर ट्रांजिस्टर: Difference between revisions

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| name              = Insulated-gate bipolar transistor
| name              = विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर
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| caption          = IGBT module (IGBTs and freewheeling diodes) with a rated current of 1200 A and a maximum voltage of 3300 V
| caption          = 1200 A के रेटेड वर्तमान और 330 वी (V) के अधिकतम वोल्टेज के साथ जीबीटी मॉड्यूल (आईजीबीटी और फ्रीव्हीलिंग डायोड)
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'''इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर''' (IGBT) एक तीन-टर्मिनल पावर अर्धचालक उपकरण है जो मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक स्विच के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कि उच्च दक्षता और तेज़ स्विचिंग को संयोजित करने के लिए विकसित किया गया था। इसमें चार वैकल्पिक परतें (P-N-P-N) होती हैं जो धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) गेट संरचना द्वारा नियंत्रित होती हैं।
'''विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर''' ('''इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर,''' IGBT) एक तीन-टर्मिनल पावर अर्धचालक उपकरण है जो मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक स्विच के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कि उच्च कार्यक्षमता और तेज़ स्विचिंग को संयोजित करने के लिए विकसित किया गया था। इसमें चार वैकल्पिक परतें (P-N-P-N) होती हैं जो धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) गेट संरचना द्वारा नियंत्रित होती हैं।


यद्यपि IGBT की संरचना टोपोलॉजिकल रूप से "MOS" गेट (MOS-गेट थाइरिस्टर) एक थाइरिस्टर के समान है, थाइरिस्टर क्रिया पूरी तरह से दबा दी गई है, और पूरे डिवाइस ऑपरेशन रेंज में केवल प्रतिरोधान्तरित्र कार्रवाई की अनुमति है। इसका उपयोग उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में बिजली की आपूर्ति को स्विच करने में किया जाता है: चर-आवृत्ति ड्राइव (वीएफडी), इलेक्ट्रिक कार, ट्रेनें, चर-गति रेफ्रिजरेटर, लैंप रोले, आर्क-वेल्डिंग मशीन और एयर कंडीशनर है।
यद्यपि IGBT की संरचना एलईडी (LEDs) रूप से "MOS" गेट (MOS-गेट थाइरिस्टर) एक थाइरिस्टर के समान है, थाइरिस्टर क्रिया पूरी तरह से दबा दी जाती है, और पूरे उपकरण संचालन सीमा में केवल [[:hi:ट्रांजिस्टर|ट्रांजिस्टर]] कार्रवाई की अनुमति है। इसका उपयोग उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में बिजली की आपूर्ति को स्विच करने में किया जाता है: चर-आवृत्ति ड्राइव (वेरिएबल -फ्रीक्वेंसी  ड्राइव्स) (वीएफडी/VFDs), इलेक्ट्रिक कार, ट्रेनें, चर-गति रेफ्रिजरेटर, लैंप रोले, आर्क-वेल्डिंग मशीन और एयर कंडीशनर है।


चूंकि इसे तेजी से चालू और बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, IGBT जटिल तरंगों को पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन और कम-पास फिल्टर के साथ संश्लेषित कर सकता है, इसलिए इसका उपयोग ध्वनि प्रणालियों और औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में प्रवर्धकों को स्विच करने में भी किया जाता है। स्विचिंग एप्लिकेशन में आधुनिक उपकरणों में अल्ट्रासोनिक-रेंज आवृत्तियों में पल्स रीपेटिशन दरों को अच्छी तरह से पेश किया जाता है, जो एनालॉग ऑडियो प्रवर्धक के रूप में उपयोग किए जाने पर डिवाइस द्वारा संभाले गए ऑडियो आवृत्तियों की तुलना में कम से कम दस गुना अधिक होते हैं। 2010 तक, MOSFET के बाद IGBT दूसरा सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पावर प्रतिरोधान्तरित्र है।{{cn|date=February 2022}}.
चूंकि इसे तेजी से चालू और बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, IGBT जटिल तरंगों को पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन और कम-पास फिल्टर के साथ संश्लेषित कर सकता है, इसलिए इसका उपयोग ध्वनि प्रणालियों और औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में प्रवर्धकों को स्विच करने में भी किया जाता है। स्विचिंग अनुप्रयोग में आधुनिक उपकरणों में पराध्वनिक सीमा आवृत्तियों में स्पन्द आवृति दरों को अच्छी तरह से पेश किया जाता है, जो एनालॉग श्रव्य प्रवर्धक के रूप में उपयोग किए जाने पर उपकरण द्वारा संभाले गए श्रव्य आवृत्तियों की तुलना में कम से कम दस गुना अधिक होते हैं। 2010 तक, MOSFET के बाद IGBT दूसरा सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पावर प्रतिरोधान्तरित्र है।
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|+IGBT तुलना तालिका<ref>[http://www.electronics-tutorials.ws/power/insulated-gate-bipolar-transistor.html Basic Electronics Tutorials].</ref>
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|वोल्टेज<br /> ''V''<sub>GE</sub> ~ 4–8 V
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'''<big>डिवाइस संरचना</big>'''[[Image:IGBT Cross Section.jpg|right|thumb|MOSFET और द्विध्रुवी डिवाइस के आंतरिक कनेक्शन को दिखाने वाले एक विशिष्ट IGBT का क्रॉस-सेक्शन]]
'''<big>उपकरण संरचना</big>'''[[Image:IGBT Cross Section.jpg|right|thumb|MOSFET और द्विध्रुवी उपकरण के आंतरिक कनेक्शन को दिखाने वाले एक विशिष्ट IGBT का क्रॉस-सेक्शन]]
IGBT सेल का निर्माण n-चैनल वर्टिकल-कंस्ट्रक्शन पावर MOSFET के समान किया जाता है, सिवाय n+ ड्रेन को p+ कलेक्टर लेयर से बदल दिया जाता है, इस प्रकार एक वर्टिकल PNP बाइपोलर जंक्शन प्रतिरोधान्तरित्र बनता है। यह अतिरिक्त p क्षेत्र सतह n-चैनल MOSFET के साथ PNP द्विध्रुवी जंक्शन प्रतिरोधान्तरित्र का झरना कनेक्शन बनाता है।
IGBT सेल का निर्माण n-चैनल ऊर्ध्वाधर-कंस्ट्रक्शन पावर मॉसफेट (MOSFET) के समान किया जाता है, सिवाय n+ ड्रेन को p+ कलेक्टर लेयर से बदल दिया जाता है, इस प्रकार एक ऊर्ध्वाधर PNP बाइपोलर जंक्शन प्रतिरोधान्तरित्र बनता है। यह अतिरिक्त p+ क्षेत्र सतह n-चैनल MOSFET के साथ PNP द्विध्रुवी जंक्शन प्रतिरोधान्तरित्र का झरना कनेक्शन बनाता है।


== इतिहास ==
== इतिहास ==
[[Image:IvsV IGBT.png|thumb|right|300px|एक IGBT की स्थैतिक विशेषता]]
[[Image:IvsV IGBT.png|thumb|right|300px|एक IGBT की स्थैतिक विशेषता]]
मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट प्रतिरोधान्तरित्र (MOSFET) का आविष्कार मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कांग ने 1959 में बेल लैब्स में किया था।[2] ऑपरेशन का मूल IGBT मोड, जहां एक पंप प्रतिरोधान्तरित्र MOSFET द्वारा संचालित होता है, को पहली बार जापानी पेटेंट S47-21739 में मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक के के यामागामी और Y अकागिरी द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिसे 1 9 68 में दायर किया गया था।<ref>{{cite book |last1=Majumdar |first1=Gourab |last2=Takata |first2=Ikunori |title=Power Devices for Efficient Energy Conversion |date=2018 |publisher=[[CRC Press]] |isbn=9781351262316 |pages=144, 284, 318 |url=https://books.google.com/books?id=oSJWDwAAQBAJ}}</ref>
मेटल-ऑक्साइड- अर्धचालक फील्ड-इफेक्ट प्रतिरोधान्तरित्रमॉसफेट (MOSFET) का आविष्कार मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कांग ने 1959 में बेल लैब्स में किया था। [2] ऑपरेशन का मूल IGBT मोड, जहां एक पंप प्रतिरोधान्तरित्र मॉसफेट (MOSFET) द्वारा संचालित होता है, को पहली बार जापानी पेटेंट S47-21739 में मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक के के यामागामी और Y अकागिरी द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिसे 1968 में दायर किया गया था।<ref>{{cite book |last1=Majumdar |first1=Gourab |last2=Takata |first2=Ikunori |title=Power Devices for Efficient Energy Conversion |date=2018 |publisher=[[CRC Press]] |isbn=9781351262316 |pages=144, 284, 318 |url=https://books.google.com/books?id=oSJWDwAAQBAJ}}</ref>


1970 के दशक में बिजली MOSFETs के व्यावसायीकरण के बाद, ब।  जयंत बालिगा ने 1977 में जनरल इलेक्ट्रिक (GE) में एक पेटेंट प्रकटीकरण प्रस्तुत किया, जिसमें IGBT मोड के संचालन के साथ एक पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस का वर्णन किया गया था, जिसमें थाइरिस्टर के MOS गेटिंग, चार-परत VMOS (V-ग्रूव MOSFET) संरचना, और चार-परत अर्धचालक उपकरण को नियंत्रित करने के लिए MOS-गेटेड संरचनाओं का उपयोग शामिल थे। उन्होंने 1978 में GE में मार्गरेट लाज़ेरी की सहायता से IGBT उपकरण का निर्माण शुरू किया और 1979 में इस परियोजना को सफलतापूर्वक पूरा किया था।<ref name="Baliga">{{cite book |last1=Baliga |first1=B. Jayant |title=The IGBT Device: Physics, Design and Applications of the Insulated Gate Bipolar Transistor |date=2015 |publisher=[[William Andrew (publisher)|William Andrew]] |isbn=9781455731534 |pages=xxviii, 5–12 |url=https://books.google.com/books?id=f091AgAAQBAJ}}</ref> प्रयोगों के परिणाम 1979 में बताए गए थे।<ref>{{cite journal |last1=Baliga |first1=B. Jayant |author1-link=B. Jayant Baliga |title=Enhancement- and depletion-mode vertical-channel m.o.s. gated thyristors |journal=Electronics Letters |date=1979 |volume=15 |issue=20 |pages=645–647 |doi=10.1049/el:19790459 |bibcode=1979ElL....15..645J |issn=0013-5194}}</ref><ref name="powerelectronics">{{cite journal |title=Advances in Discrete Semiconductors March On |url=https://www.powerelectronics.com/content/advances-discrete-semiconductors-march |journal=Power Electronics Technology |publisher=[[Informa]] |pages=52–6 |access-date=31 July 2019 |date=September 2005 |archive-url=https://web.archive.org/web/20060322222716/http://powerelectronics.com/mag/509PET26.pdf |archive-date=22 March 2006 |url-status=live }}</ref> इस पेपर में डिवाइस संरचना को "V-ग्रूव MOSFET डिवाइस के रूप में संदर्भित किया गया था जिसमें ड्रेन क्षेत्र को p-टाइप एनोड क्षेत्र और बाद में "इंसुलेटेड-गेट रेक्टिफायर" (आईजीआर) के रूप में, <ref name="J." baliga,="" pp="" के="" रूप="" में।264-267="">{{cite book |doi=10.1109/IEDM.1982.190269 |chapter=The insulated gate rectifier (IGR): A new power switching device |title=1982 International Electron Devices Meeting |year=1982 |last1=Baliga |first1=B.J. |last2=Adler |first2=M.S. |last3=Gray |first3=P.V. |last4=Love |first4=R.P. |last5=Zommer |first5=N. |pages=264–267 |s2cid=40672805 }}</ref> इंसुलेटेड- गेट ट्रांजिस्टर (IGT), <चालकता-संग्राहक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (COMFET) और "द्विध्रुवीय-मोड MOSFET" बदल दिया गया था।<ref name="COMFET" /><ref>{{cite book |doi=10.7567/SSDM.1984.B-6-2 |chapter=High Voltage Bipolar-Mode MOSFET with High Current Capability |title=Extended Abstracts of the 1984 International Conference on Solid State Devices and Materials |year=1984 |last1=Nakagawa |first1=Akio |last2=Ohashi |first2=Hiromichi |last3=Tsukakoshi |first3=Tsuneo }}</ref>
1970 के दशक में बिजली मॉसफेट (MOSFETs) के व्यावसायीकरण के बाद, [[:hi:बी। जयंत बालिगा|बी जयंत बालिगा]] ने 1977 में जनरल इलेक्ट्रिक (GE) में एक पेटेंट प्रकटीकरण प्रस्तुत किया, जिसमें IGBT मोड के संचालन के साथ एक पावर अर्धचालक उपकरण का वर्णन किया गया था, जिसमें थाइरिस्टर के MOS गेटिंग, चार-परत VMOS (V-ग्रूव MOSFET) संरचना, और चार-परत अर्धचालक उपकरण को नियंत्रित करने के लिए MOS-गेटेड संरचनाओं का उपयोग शामिल थे। उन्होंने 1978 में GE में मार्गरेट लाज़ेरी की सहायता से IGBT उपकरण का निर्माण शुरू किया और 1979 में इस परियोजना को सफलतापूर्वक पूरा किया था।<ref name="Baliga">{{cite book |last1=Baliga |first1=B. Jayant |title=The IGBT Device: Physics, Design and Applications of the Insulated Gate Bipolar Transistor |date=2015 |publisher=[[William Andrew (publisher)|William Andrew]] |isbn=9781455731534 |pages=xxviii, 5–12 |url=https://books.google.com/books?id=f091AgAAQBAJ}}</ref> प्रयोगों के परिणाम 1979 में बताए गए थे।<ref>{{cite journal |last1=Baliga |first1=B. Jayant |author1-link=B. Jayant Baliga |title=Enhancement- and depletion-mode vertical-channel m.o.s. gated thyristors |journal=Electronics Letters |date=1979 |volume=15 |issue=20 |pages=645–647 |doi=10.1049/el:19790459 |bibcode=1979ElL....15..645J |issn=0013-5194}}</ref><ref name="powerelectronics">{{cite journal |title=Advances in Discrete Semiconductors March On |url=https://www.powerelectronics.com/content/advances-discrete-semiconductors-march |journal=Power Electronics Technology |publisher=[[Informa]] |pages=52–6 |access-date=31 July 2019 |date=September 2005 |archive-url=https://web.archive.org/web/20060322222716/http://powerelectronics.com/mag/509PET26.pdf |archive-date=22 March 2006 |url-status=live }}</ref> इस पेपर में उपकरण संरचना को "V-ग्रूव मॉसफेट (MOSFET) उपकरण के रूप में संदर्भित किया गया था जिसमें ड्रेन क्षेत्र को p-टाइप एनोड क्षेत्र और बाद में "इंसुलेटेड-गेट रेक्टिफायर" (आईजीआर) के रूप में, <ref name="J. Baliga, pp. 452–454">{{cite journal |doi=10.1109/EDL.1983.25799 |title=Fast-switching insulated gate transistors |year=1983 |last1=Baliga |first1=B.J. |journal=IEEE Electron Device Letters |volume=4 |issue=12 |pages=452–454 |bibcode=1983IEDL....4..452B |s2cid=40454892 }}</ref> the conductivity-modulated field-effect transistor (COMFET)<ref name=COMFET/> and "bipolar-mode MOSFET".<ref>{{cite book |doi=10.7567/SSDM.1984.B-6-2 |chapter=High Voltage Bipolar-Mode MOSFET with High Current Capability |title=Extended Abstracts of the 1984 International Conference on Solid State Devices and Materials |year=1984 |last1=Nakagawa |first1=Akio |last2=Ohashi |first2=Hiromichi |last3=Tsukakoshi |first3=Tsuneo }}</ref>


1978 में बी. डब्ल्यू.शारफ और जे. डी प्लमर ने अपने लेटरल फोर-लेयर डिवाइस (SCR) के साथ एक MOS-नियंत्रित ट्राइक डिवाइस की सूचना दी थी।<ref>{{cite conference |last1=Scharf |first1=B. |last2=Plummer |first2=J. |title=A MOS-controlled triac device |conference=1978 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers |date=1978 |volume=XXI |pages=222–223 |doi=10.1109/ISSCC.1978.1155837|s2cid=11665546 }}</ref> प्लमर ने 1978 में फोर-लेयर डिवाइस (SCR) में ऑपरेशन के इस मोड के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया। USP नंबर 4199774 1980 में जारी किया गया था, और B1 Re33209 1996 में फिर से जारी किया गया था।<ref>[http://www.google.com/patents?id=I8EGAAAAEBAJ&dq=Re33209 B1 Re33209 is attached in the pdf file of Re 33209].</ref> फोर-लेयर डिवाइस (SCR) में ऑपरेशन का IGBT मोड थाइरिस्टर ऑपरेशन में बदल जाता है यदि कलेक्टर करंट लैच-अप करंट से अधिक हो जाता है, जिसे थाइरिस्टर के प्रसिद्ध सिद्धांत में "होल्डिंग करंट" के रूप में जाना जाता है।{{Citation needed|date=September 2019}}
1978 में बी. डब्ल्यू.शारफ और जे. डी प्लमर ने अपने लेटरल चार-परत उपकरण (SCR) के साथ एक MOS-नियंत्रित ट्राइक उपकरण की सूचना दी थी।<ref>{{cite conference |last1=Scharf |first1=B. |last2=Plummer |first2=J. |title=A MOS-controlled triac device |conference=1978 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers |date=1978 |volume=XXI |pages=222–223 |doi=10.1109/ISSCC.1978.1155837|s2cid=11665546 }}</ref> प्लमर ने 1978 में चार-परत उपकरण (SCR) में ऑपरेशन के इस मोड के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया। USP नंबर 4199774 1980 में जारी किया गया था, और B1 Re33209 1996 में फिर से जारी किया गया था।<ref>[http://www.google.com/patents?id=I8EGAAAAEBAJ&dq=Re33209 B1 Re33209 is attached in the pdf file of Re 33209].</ref> चार-परत उपकरण (SCR) में ऑपरेशन का IGBT मोड थाइरिस्टर ऑपरेशन में बदल जाता है यदि संग्राहक धारा, धारा सीमा करंट (कुर्र्रेंट रेंज) से अधिक हो जाता है, जिसे थाइरिस्टर के प्रसिद्ध सिद्धांत में "होल्डिंग करंट" के रूप में जाना जाता है।


IGBT के विकास को थाइरिस्टर ऑपरेशन या फोर-लेयर डिवाइस में लैच-अप को पूरी तरह से दबाने के प्रयासों की विशेषता थी क्योंकि लैच-अप के कारण घातक डिवाइस विफलता हुई थी। इस प्रकार, IGBTs की स्थापना तब की गई थी जब परजीवी थाइरिस्टर के लैच-अप का पूर्ण दमन प्राप्त किया गया था जैसा कि निम्नलिखित में वर्णित है।
IGBT के विकास को थाइरिस्टर ऑपरेशन या चार-परत उपकरण में धारा सीमा को पूरी तरह से दबाने के प्रयासों की विशेषता थी क्योंकि धारा सीमा के कारण घातक उपकरण विफलता हुई थी। इस प्रकार, IGBTs की स्थापना तब की गई थी जब परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) के धारा सीमा का पूर्ण दमन प्राप्त किया गया था जैसा कि निम्नलिखित में वर्णित है।


हंस डब्ल्यू. बेके और कार्ल एफ. व्हीटली ने एक समान उपकरण विकसित किया, जिसके लिए उन्होंने 1980 में पेटेंट आवेदन दायर किया, और जिसे उन्होंने "एनोड क्षेत्र के साथ पावर MOSFET" के रूप में संदर्भित किया था।<ref name="U. S. Patent No. 4,364,073">[http://www.google.com/patents?id=0ug5AAAAEBAJ&dq=4,364,073, U. S. Patent No. 4,364,073], Power MOSFET with an Anode Region, issued December 14, 1982 to Hans W. Becke and Carl F. Wheatley.</ref><ref>{{cite web | url = http://www.eng.umd.edu/html/news/news_story.php?id=5778 | title = C. Frank Wheatley, Jr., BSEE | work = Innovation Hall of Fame at A. James Clark School of Engineering}}</ref> पेटेंट ने दावा किया कि "किसी भी उपकरण के संचालन की स्थिति के तहत कोई थाइरिस्टर कार्रवाई नहीं होती है"। डिवाइस में 1979 में रिपोर्ट किए गए बालिगा के पहले IGBT डिवाइस के साथ-साथ एक समान शीर्षक के समान संरचना थी।<ref name="Baliga" />
हंस डब्ल्यू. बेके और कार्ल एफ. व्हीटली ने एक समान उपकरण विकसित किया, जिसके लिए उन्होंने 1980 में पेटेंट आवेदन दायर किया, और जिसे उन्होंने "एनोड क्षेत्र के साथ पावर मॉसफेट (MOSFET) " के रूप में संदर्भित किया था।<ref name="U. S. Patent No. 4,364,073">[http://www.google.com/patents?id=0ug5AAAAEBAJ&dq=4,364,073, U. S. Patent No. 4,364,073], Power MOSFET with an Anode Region, issued December 14, 1982 to Hans W. Becke and Carl F. Wheatley.</ref><ref>{{cite web | url = http://www.eng.umd.edu/html/news/news_story.php?id=5778 | title = C. Frank Wheatley, Jr., BSEE | work = Innovation Hall of Fame at A. James Clark School of Engineering}}</ref> पेटेंट ने दावा किया कि "किसी भी उपकरण के संचालन की स्थिति के तहत कोई थाइरिस्टर कार्रवाई नहीं होती है"। उपकरण में 1979 में रिपोर्ट किए गए बालिगा के पहले IGBT उपकरण के साथ-साथ एक समान शीर्षक के समान संरचना थी।<ref name="Baliga" />


ए नाकागावा एट अल 1984 में नॉन-लैच-अप IGBT की डिवाइस डिजाइन अवधारणा का आविष्कार किया था। <ref name="Nakagawa Ohashi Kurata et al 1984">{{cite book |doi=10.1109/IEDM.1984.190866 |chapter=Non-latch-up 1200V 75A bipolar-mode MOSFET with large ASO |title=1984 International Electron Devices Meeting |year=1984 |last1=Nakagawa |first1=A. |last2=Ohashi |first2=H. |last3=Kurata |first3=M. |last4=Yamaguchi |first4=H. |last5=Watanabe |first5=K. |pages=860–861 |s2cid=12136665 }}</ref>अविष्कार<ref>A. Nakagawa, H. Ohashi, Y. Yamaguchi, K. Watanabe and T. Thukakoshi, "Conductivity modulated MOSFET" [http://www.google.com/patents?id=D68DAAAAEBAJ&dq=6025622 US Patent No. 6025622 (Feb. 15, 2000)], No. 5086323 (Feb. 4, 1992) and [http://www.google.com/patents?vid=USPAT4672407 No. 4672407 (Jun. 9, 1987)].</ref>की विशेषता डिवाइस डिज़ाइन द्वारा है, जो लैच-अप करंट के नीचे डिवाइस सैचुरेशन करंट को सेट करता है, जो परजीवी थाइरिस्टर को ट्रिगर करता है। इस आविष्कार ने पहली बार परजीवी थाइरिस्टर क्रिया के पूर्ण दमन का एहसास किया, क्योंकि अधिकतम संग्राहक धारा संतृप्ति धारा द्वारा सीमित थी और कभी भी कुंडी-अप धारा से अधिक नहीं थी। नॉन-लच-अप IGBT की डिवाइस डिज़ाइन अवधारणा के आविष्कार के बाद, IGBT तेजी से विकसित हुए, और गैर-लच-अप का डिज़ाइन एक वास्तविक मानक बन गया और गैर-लच-अप IGBTs का पेटेंट मूल वास्तविक उपकरणों की IGBT पेटेंट बन गया।
ए नाकागावा और अन्य 1984 में नॉन-धारा सीमा IGBT की उपकरण डिजाइन अवधारणा का आविष्कार किया था। <ref name="Nakagawa Ohashi Kurata et al 1984">{{cite book |doi=10.1109/IEDM.1984.190866 |chapter=Non-latch-up 1200V 75A bipolar-mode MOSFET with large ASO |title=1984 International Electron Devices Meeting |year=1984 |last1=Nakagawa |first1=A. |last2=Ohashi |first2=H. |last3=Kurata |first3=M. |last4=Yamaguchi |first4=H. |last5=Watanabe |first5=K. |pages=860–861 |s2cid=12136665 }}</ref>अविष्कार<ref>A. Nakagawa, H. Ohashi, Y. Yamaguchi, K. Watanabe and T. Thukakoshi, "Conductivity modulated MOSFET" [http://www.google.com/patents?id=D68DAAAAEBAJ&dq=6025622 US Patent No. 6025622 (Feb. 15, 2000)], No. 5086323 (Feb. 4, 1992) and [http://www.google.com/patents?vid=USPAT4672407 No. 4672407 (Jun. 9, 1987)].</ref>की विशेषता उपकरण डिज़ाइन द्वारा है, जो अवरोधित करंट के नीचे उपकरण सैचुरेशन करंट को सेट करता है, जो पराश्रयी थाइरिस्टर को ट्रिगर करता है। इस आविष्कार ने पहली बार परजीवी थाइरिस्टर क्रिया के पूर्ण दमन का एहसास किया, क्योंकि अधिकतम संग्राहक धारा संतृप्ति धारा द्वारा सीमित थी और कभी भी लैच -अप धारा से अधिक नहीं थी। नॉन-लच-अप IGBT की उपकरण डिज़ाइन अवधारणा के आविष्कार के बाद, IGBT तेजी से विकसित हुए, और नॉन -लैच -अप का डिज़ाइन एक वास्तविक मानक बन गया और नॉन-लैच -अप IGBTs का पेटेंट मूल वास्तविक उपकरणों की IGBT पेटेंट बन गया।


IGBT के प्रारंभिक विकास चरण में, सभी शोधकर्ताओं ने परजीवी थाइरिस्टर के लैच-अप को दबाने के लिए लैच-अप करंट को बढ़ाने की कोशिश की। हालाँकि, ये सभी प्रयास विफल रहे क्योंकि IGBT अत्यधिक बड़े प्रवाह का संचालन कर सकता था। लैच-अप का सफल दमन अधिकतम कलेक्टर करंट को सीमित करके संभव बनाया गया था, जिसे IGBT, अंतर्निहित MOSFET की संतृप्ति धारा को नियंत्रित/कम करके लैच-अप करंट के नीचे संचालित कर सकता था। यह नॉन-लैच-अप IGBT की अवधारणा थी। "बेक के उपकरण" को गैर-कुंडी-अप IGBT द्वारा संभव बनाया गया था।
IGBT के प्रारंभिक विकास चरण में, सभी शोधकर्ताओं ने परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) के धारा सीमा को दबाने के लिए धारा सीमा करंट को बढ़ाने की कोशिश की। हालाँकि, ये सभी प्रयास विफल रहे क्योंकि IGBT अत्यधिक बड़े प्रवाह का संचालन कर सकता था। धारा सीमा का सफल दमन अधिकतम संग्राहक धारा को सीमित करके संभव बनाया गया था, जिसे IGBT, अंतर्निहित MOSFET की संतृप्ति धारा को नियंत्रित/कम करके धारा सीमा करंट के नीचे संचालित कर सकता था। यह नॉन-लच-अप IGBT की अवधारणा थी। "बेक के उपकरण" को लच-अप IGBT द्वारा संभव बनाया गया था।


IGBT को एक साथ उच्च वोल्टेज और बड़े प्रवाह को संभालने की क्षमता की विशेषता क्षमता है। वोल्टेज का उत्पाद और वर्तमान घनत्व जिसे IGBT संभाल सकता है, 5×105 W/cm2,<ref name="A.Nakagawa 1987" /> से अधिक तक पहुंच गया, जो बाइपोलर ट्रांजिस्टर और पावर MOSFETs जैसे मौजूदा बिजली उपकरणों के मान, 2×105 W/cm2 से कहीं अधिक था। IGBT के बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र का परिणाम है। IGBTअब तक विकसित सबसे मजबूत और सबसे मजबूत बिजली उपकरण है, इस प्रकार, उपयोगकर्ताओं को डिवाइस और विस्थापित द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर और यहां तक ​​​​कि जीटीओ का आसान उपयोग प्रदान करता है। IGBT की यह उत्कृष्ट विशेषता अचानक तब सामने आई जब 1984 में तथाकथित "लच-अप" की समस्या को हल करके गैर-लच-अप IGBT की स्थापना की गई, जो डिवाइस के विनाश या डिवाइस की विफलता का मुख्य कारण है। इससे पहले, विकसित उपकरण बहुत कमजोर थे और "लच-अप" के कारण नष्ट होना आसान था।
IGBT को एक साथ उच्च वोल्टेज और बड़े प्रवाह को संभालने की क्षमता की विशेषता क्षमता है। वोल्टेज का उत्पाद और वर्तमान घनत्व जिसे IGBT संभाल सकता है, 5×10<sup>5</sup> W/cm<sup>2</sup>,<ref name="A.Nakagawa 1987" /> से अधिक तक पहुंच गया, जो बाइपोलर ट्रांजिस्टर और पावर MOSFETs जैसे मौजूदा बिजली उपकरणों के मान, 2×10<sup>5</sup> W/cm<sup>2</sup> से कहीं अधिक था। IGBT के बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र का परिणाम है। IGBTअब तक विकसित सबसे मजबूत और सबसे मजबूत बिजली उपकरण है, इस प्रकार, उपयोगकर्ताओं को उपकरण और विस्थापित द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (बाइपोलर  ट्रांसिस्टर्स) और यहां तक ​​​​कि जीटीओ (GTOs) का आसान उपयोग प्रदान करता है। IGBT की यह उत्कृष्ट विशेषता अचानक तब सामने आई जब 1984 में तथाकथित "लच-अप" की समस्या को हल करके नॉन-लैच -अप IGBT की स्थापना की गई, जो उपकरण के विनाश या उपकरण की विफलता का मुख्य कारण है। इससे पहले, विकसित उपकरण बहुत कमजोर थे और "लैच -अप" के कारण नष्ट होना आसान था।


=== व्यावहारिक उपकरण ===
=== व्यावहारिक उपकरण ===
विस्तारित करंट रेंज में काम करने में सक्षम व्यावहारिक उपकरणों को सबसे पहले 1982 में बी जयंत बालिगा एट अल द्वारा रिपोर्ट किया गया था।<ref>{{cite journal |last1=Shenai |first1=K. |title=The Invention and Demonstration of the IGBT [A Look Back] |journal=IEEE Power Electronics Magazine |date=2015 |volume=2 |issue=2 |pages=12–16 |doi=10.1109/MPEL.2015.2421751 |s2cid=37855728 |issn=2329-9207}}</ref> उस वर्ष IEEEइंटरनेशनल इलेक्ट्रॉन डिवाइसेस मीटिंग (आईईडीएम) में बालिगा द्वारा एक व्यावहारिक असतत ऊर्ध्वाधर IGBT डिवाइस के पहले प्रयोगात्मक प्रदर्शन की सूचना दी गई थी। जनरल इलेक्ट्रिक ने उसी वर्ष बालिगा के IGBT उपकरण का व्यावसायीकरण किया गया था।<ref name="Baliga"/>IGBT के आविष्कार के लिए बालिगा को नेशनल इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फ़ेम में शामिल किया गया था।<ref name="NIHF">{{cite web |title=NIHF Inductee Bantval Jayant Baliga Invented IGBT Technology |url=https://www.invent.org/inductees/bantval-jayant-baliga |website=[[National Inventors Hall of Fame]] |access-date=17 August 2019}}</ref>
विस्तारित धारा सीमा में काम करने में सक्षम व्यावहारिक उपकरणों को सबसे पहले 1982 में बी जयंत बालिगा और अन्य द्वारा रिपोर्ट किया गया था।<ref>{{cite journal |last1=Shenai |first1=K. |title=The Invention and Demonstration of the IGBT [A Look Back] |journal=IEEE Power Electronics Magazine |date=2015 |volume=2 |issue=2 |pages=12–16 |doi=10.1109/MPEL.2015.2421751 |s2cid=37855728 |issn=2329-9207}}</ref> उस वर्ष IEEE इंटरनेशनल इलेक्ट्रॉन उपकरणेस मीटिंग (IEDM) में बालिगा द्वारा एक व्यावहारिक असतत ऊर्ध्वाधर IGBT उपकरण के पहले प्रयोगात्मक प्रदर्शन की सूचना दी गई थी। जनरल इलेक्ट्रिक ने उसी वर्ष बालिगा के IGBT उपकरण का व्यावसायीकरण किया गया था।<ref name="Baliga"/>IGBT के आविष्कार के लिए बालिगा को नेशनल इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फ़ेम में शामिल किया गया था।<ref name="NIHF">{{cite web |title=NIHF Inductee Bantval Jayant Baliga Invented IGBT Technology |url=https://www.invent.org/inductees/bantval-jayant-baliga |website=[[National Inventors Hall of Fame]] |access-date=17 August 2019}}</ref>


इसी तरह का एक पेपर जेपी रसेल एट अल द्वारा 1982 में IEEE इलेक्ट्रॉन डिवाइस लेटर के लिए भी प्रस्तुत किया गया था।<ref name="COMFET">{{cite journal |doi=10.1109/EDL.1983.25649 |title=The COMFET—A new high conductance MOS-gated device |year=1983 |last1=Russell |first1=J.P. |last2=Goodman |first2=A.M. |last3=Goodman |first3=L.A. |last4=Neilson |first4=J.M. |journal=IEEE Electron Device Letters |volume=4 |issue=3 |pages=63–65 |bibcode=1983IEDL....4...63R |s2cid=37850113 }}</ref>  डिवाइस के लिए अनुप्रयोगों को शुरू में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स समुदाय द्वारा इसकी धीमी स्विचिंग गति और डिवाइस के भीतर निहित परजीवी थाइरिस्टर संरचना के लैच-अप द्वारा गंभीर रूप से प्रतिबंधित माना जाता था। हालाँकि, यह बालिगा द्वारा और ए.एम. गुडमैन एट अल द्वारा भी प्रदर्शित किया गया था। 1983 में कि इलेक्ट्रॉन विकिरण का उपयोग करके स्विचिंग गति को एक विस्तृत श्रृंखला में समायोजित किया जा सकता है।<ref>{{cite book |doi=10.1109/IEDM.1983.190445 |chapter=Improved COMFETs with fast switching speed and high-current capability |title=1983 International Electron Devices Meeting |year=1983 |last1=Goodman |first1=A.M. |last2=Russell |first2=J.P. |last3=Goodman |first3=L.A. |last4=Nuese |first4=C.J. |last5=Neilson |first5=J.M. |pages=79–82 |s2cid=2210870 }}</ref> इसके बाद 1985 में बलिगा द्वारा ऊंचे तापमान पर डिवाइस के संचालन का प्रदर्शन किया गया था।<ref>{{cite journal|title=Temperature behavior of insulated gate transistor characteristics|journal=Solid-State Electronics|volume=28|issue=3|pages=289–297|doi=10.1016/0038-1101(85)90009-7|year=1985|last1=Baliga|first1=B.Jayant|bibcode=1985SSEle..28..289B}}</ref> परजीवी थाइरिस्टर के लैच-अप को दबाने के सफल प्रयासों और GE में उपकरणों की वोल्टेज रेटिंग के स्केलिंग ने 1983 में वाणिज्यिक उपकरणों की शुरूआत की अनुमति दी,<ref>Product of the Year Award: "Insulated Gate Transistor", General Electric Company, Electronics Products, 1983.</ref> जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। GE के उपकरण, IGT D94FQ/FR4, की विद्युत विशेषताओं को मार्विन डब्ल्यू स्मिथ द्वारा पीसीआई अप्रैल 1984 की कार्यवाही में विस्तार से बताया गया था।<ref>Marvin W. Smith, "APPLICATIONS OF INSULATED GATE TRANSISTORS" PCI April 1984 PROCEEDINGS, pp. 121-131, 1984 (Archived PDF [https://archive1982.web.fc2.com/Application1984.pdf])</ref> मार्विन डब्ल्यू स्मिथ ने कार्यवाही के चित्र 12 में दिखाया कि 5kOhm के गेट प्रतिरोध के लिए 10 एम्पीयर से ऊपर और 1kOhm के गेट प्रतिरोध के लिए 5 एम्पीयर से ऊपर का टर्न-ऑफ सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र को स्विच करके सीमित था, हालांकि IGT D94FQ/FR4 40 एम्पीयर के कलेक्टर करंट का संचालन करने में सक्षम था। मार्विन डब्ल्यू स्मिथ ने यह भी कहा कि स्विचिंग सेफ ऑपरेटिंग एरिया परजीवी थाइरिस्टर के लैच-अप द्वारा सीमित था।
इसी तरह का एक पेपर जेपी रसेल और अन्य द्वारा 1982 में IEEE इलेक्ट्रॉन उपकरण लेटर के लिए भी प्रस्तुत किया गया था।<ref name="COMFET">{{cite journal |doi=10.1109/EDL.1983.25649 |title=The COMFET—A new high conductance MOS-gated device |year=1983 |last1=Russell |first1=J.P. |last2=Goodman |first2=A.M. |last3=Goodman |first3=L.A. |last4=Neilson |first4=J.M. |journal=IEEE Electron Device Letters |volume=4 |issue=3 |pages=63–65 |bibcode=1983IEDL....4...63R |s2cid=37850113 }}</ref>  उपकरण के लिए अनुप्रयोगों को शुरू में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स समुदाय द्वारा इसकी धीमी स्विचिंग गति और उपकरण के भीतर निहित परजीवी थाइरिस्टर संरचना के धारा सीमा द्वारा गंभीर रूप से प्रतिबंधित माना जाता था। हालाँकि, यह बालिगा द्वारा और ए.एम. गुडमैन और अन्य द्वारा भी प्रदर्शित किया गया था। 1983 में कि इलेक्ट्रॉन विकिरण का उपयोग करके स्विचिंग गति को एक विस्तृत श्रृंखला में समायोजित किया जा सकता है।<ref>{{cite book |doi=10.1109/IEDM.1983.190445 |chapter=Improved COMFETs with fast switching speed and high-current capability |title=1983 International Electron Devices Meeting |year=1983 |last1=Goodman |first1=A.M. |last2=Russell |first2=J.P. |last3=Goodman |first3=L.A. |last4=Nuese |first4=C.J. |last5=Neilson |first5=J.M. |pages=79–82 |s2cid=2210870 }}</ref> इसके बाद 1985 में बलिगा द्वारा ऊंचे तापमान पर उपकरण के संचालन का प्रदर्शन किया गया था।<ref>{{cite journal|title=Temperature behavior of insulated gate transistor characteristics|journal=Solid-State Electronics|volume=28|issue=3|pages=289–297|doi=10.1016/0038-1101(85)90009-7|year=1985|last1=Baliga|first1=B.Jayant|bibcode=1985SSEle..28..289B}}</ref> परजीवी थाइरिस्टर के धारा सीमा को दबाने के सफल प्रयासों और GE में उपकरणों की वोल्टेज रेटिंग के स्केलिंग ने 1983 में वाणिज्यिक उपकरणों की शुरूआत की अनुमति दी,<ref>Product of the Year Award: "Insulated Gate Transistor", General Electric Company, Electronics Products, 1983.</ref> जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। GE के उपकरण, IGT D94FQ/FR4, की विद्युत विशेषताओं को मार्विन डब्ल्यू स्मिथ द्वारा पीसीआई अप्रैल 1984 की कार्यवाही में विस्तार से बताया गया था।<ref>Marvin W. Smith, "APPLICATIONS OF INSULATED GATE TRANSISTORS" PCI April 1984 PROCEEDINGS, pp. 121-131, 1984 (Archived PDF [https://archive1982.web.fc2.com/Application1984.pdf])</ref> मार्विन डब्ल्यू स्मिथ ने कार्यवाही के चित्र 12 में दिखाया कि 5kOhm के गेट प्रतिरोध के लिए 10 एम्पीयर से ऊपर और 1kOhm के गेट प्रतिरोध के लिए 5 एम्पीयर से ऊपर का टर्न-ऑफ सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र को स्विच करके सीमित था, हालांकि IGT D94FQ/FR4 40 एम्पीयर के संग्राहक धारा का संचालन करने में सक्षम था। मार्विन डब्ल्यू स्मिथ ने यह भी कहा कि स्विचिंग सेफ ऑपरेटिंग एरिया परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) के धारा सीमा द्वारा सीमित था।


परजीवी थाइरिस्टर कार्रवाई का पूर्ण दमन और पूरे डिवाइस ऑपरेशन रेंज के लिए परिणामी गैर-कुंडी-अप IGBT ऑपरेशन1984 मे ए नाकागावा एट अल द्वारा हासिल किया गया था।<ref name="Nakagawa Ohashi Kurata et al 1984" />गैर-कुंडी-अप डिजाइन अवधारणा अमेरिकी पेटेंट के लिए दायर की गई थी।<ref>A.Nakagawa, H. Ohashi, Y. Yamaguchi, K. Watanabe and T. Thukakoshi, "Conductivity modulated MOSFET" [http://www.google.com/patents?id=D68DAAAAEBAJ&dq=6025622 US Patent No.6025622(Feb.15, 2000)], No.5086323 (Feb.4, 1992) and [http://www.google.com/patents?vid=USPAT4672407 No.4672407(Jun.9, 1987)]</ref>लैच-अप की कमी का परीक्षण करने के लिए, प्रोटोटाइप 1200 वी IGBT 600 वी निरंतर वोल्टेज स्रोत में बिना किसी भार के सीधे जुड़े हुए थे और 25 माइक्रोसेकंड के लिए स्विच किए गए थे। पूरे 600 V को पूरे उपकरण में गिरा दिया गया और एक बड़ा शॉर्ट सर्किट करंट प्रवाहित हुआ था। उपकरणों ने इस गंभीर स्थिति का सफलतापूर्वक सामना किया था। IGBT में तथाकथित "शॉर्ट-सर्किट-सहनशीलता-क्षमता" का यह पहला प्रदर्शन था। पहली बार पूरे डिवाइस ऑपरेशन रेंज के लिए नॉन-लैच-अप ऑपरेशन सुनिश्चित किया गया था। इस अर्थ में, हंस डब्ल्यू. बेके और कार्ल एफ. व्हीटली द्वारा प्रस्तावित गैर-लच-अप आईजीबीटी को 1984 में ए. नाकागावा एट अल द्वारा महसूस किया गया था। नॉन-लैच-अप IGBT के उत्पादों का पहली बार 1985 में तोशिबा द्वारा व्यावसायीकरण किया गया था। यह वर्तमान IGBT का वास्तविक जन्म था।
परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) कार्रवाई का पूर्ण दमन और पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज के लिए परिणामी नॉन-लच-अप IGBT ऑपरेशन 1984 मे ए नाकागावा और अन्य द्वारा हासिल किया गया था।<ref name="Nakagawa Ohashi Kurata et al 1984" /> नॉन-लैच -अप डिजाइन अवधारणा अमेरिकी पेटेंट के लिए दायर की गई थी।<ref>A.Nakagawa, H. Ohashi, Y. Yamaguchi, K. Watanabe and T. Thukakoshi, "Conductivity modulated MOSFET" [http://www.google.com/patents?id=D68DAAAAEBAJ&dq=6025622 US Patent No.6025622(Feb.15, 2000)], No.5086323 (Feb.4, 1992) and [http://www.google.com/patents?vid=USPAT4672407 No.4672407(Jun.9, 1987)]</ref>धारा सीमा की कमी का परीक्षण करने के लिए, प्रोटोटाइप 1200 वी (V) IGBT 600 वी (V) निरंतर वोल्टेज स्रोत में बिना किसी भार के सीधे जुड़े हुए थे और 25 माइक्रोसेकंड के लिए स्विच किए गए थे। पूरे 600 V को पूरे उपकरण में गिरा दिया गया और एक बड़ा शॉर्ट सर्किट करंट प्रवाहित हुआ था। उपकरणों ने इस गंभीर स्थिति का सफलतापूर्वक सामना किया था। IGBT में तथाकथित "शॉर्ट-सर्किट-सहनशीलता-क्षमता" का यह पहला प्रदर्शन था। पहली बार पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज के लिए शॉर्ट-सर्किट-सहन-क्षमता (शार्ट -सर्किट -विट्स्टैंडिंग -कपाबिलिटी) ऑपरेशन सुनिश्चित किया गया था। इस अर्थ में, हंस डब्ल्यू. बेके और कार्ल एफ. व्हीटली द्वारा प्रस्तावित नॉन-लैच -अप आईजीबीटी (IGBT) को 1984 में ए. नाकागावा और अन्य द्वारा महसूस किया गया था। नॉन-धारा सीमा IGBT के उत्पादों का पहली बार 1985 में तोशिबा द्वारा व्यावसायीकरण किया गया था। यह वर्तमान IGBT का वास्तविक जन्म था।


एक बार IGBTS में गैर-लेच-अप क्षमता प्राप्त की गई थी, यह पाया गया कि IGBTS ने बहुत बीहड़ और एक बहुत बड़े सुरक्षित परिचालन क्षेत्र का प्रदर्शन किया।यह प्रदर्शित किया गया था कि ऑपरेटिंग वर्तमान घनत्व और कलेक्टर वोल्टेज का उत्पाद द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की सैद्धांतिक सीमा से अधिक है, 2{{E|5}} डब्ल्यू/सेमी<sup>2 </sup>, और 5 तक पहुंच गया{{E|5}} डब्ल्यू/सेमी<sup>2 </sup><ref name="A.Nakagawa 1987"/><रेफ नाम = ए। नकागावा पीपी। 150–153 />
जब IGBT में नॉन-लच-अप क्षमता हासिल कर ली गई, तो यह पाया गया कि IGBT ने बहुत बीहड़ और एक बहुत बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र का प्रदर्शन किया था। यह प्रदर्शित किया गया था कि ऑपरेटिंग वर्तमान घनत्व और कलेक्टर वोल्टेज का उत्पाद द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर, 2 × 10<sup>5</sup> W/cm <sup>2</sup> की सैद्धांतिक सीमा से अधिक हो गया, और 5 × 10<sup>5</sup> W/cm<sup>2</sup> तक पहुंच गया था।


इन्सुलेट सामग्री आमतौर पर ठोस पॉलिमर से बना होती है जिसमें गिरावट के साथ मुद्दे होते हैं।ऐसे विकास हैं जो विनिर्माण में सुधार करने और आवश्यक वोल्टेज को कम करने के लिए एक आयन जेल का उपयोग करते हैं।<ref>{{cite web|url=http://www.license.umn.edu/Products/Ion-Gel-as-a-Gate-Insulator-in-Field-Effect-Transistors__Z07062.aspx |title=Ion Gel as a Gate Insulator in Field Effect Transistors |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20111114011218/http://www.license.umn.edu/Products/Ion-Gel-as-a-Gate-Insulator-in-Field-Effect-Transistors__Z07062.aspx |archive-date=2011-11-14 }}</ref>
इंसुलेटिंग सामग्री आमतौर पर ठोस पॉलिमर से बनी होती है जिसमें गिरावट की समस्या होती है। ऐसे विकास हैं जो निर्माण में सुधार और आवश्यक वोल्टेज को कम करने के लिए आयन जेल का उपयोग करते हैं।<ref>{{cite web|url=http://www.license.umn.edu/Products/Ion-Gel-as-a-Gate-Insulator-in-Field-Effect-Transistors__Z07062.aspx |title=Ion Gel as a Gate Insulator in Field Effect Transistors |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20111114011218/http://www.license.umn.edu/Products/Ion-Gel-as-a-Gate-Insulator-in-Field-Effect-Transistors__Z07062.aspx |archive-date=2011-11-14 }}</ref>
1980 के दशक और 1990 के दशक की शुरुआत की पहली पीढ़ी के आईजीबीटी, लैटप (जिसमें डिवाइस जब तक करंट बह नहीं रहे हैं) और माध्यमिक ब्रेकडाउन (जिसमें डिवाइस में एक स्थानीयकृत हॉटस्पॉट में चला जाता हैथर्मल रनवे और डिवाइस को उच्च धाराओं में बाहर जलाता है)।दूसरी पीढ़ी के उपकरणों में बहुत सुधार हुआ था।वर्तमान तीसरी पीढ़ी के आईजीबीटी और भी बेहतर हैं, जिसमें गति प्रतिद्वंद्वी पावर मोसफेट्स, और उत्कृष्ट रगड़ और अधिभार की सहिष्णुता है।<ref name="A.Nakagawa 1987">{{cite journal |doi=10.1109/T-ED.1987.22929 |title=Safe operating area for 1200-V nonlatchup bipolar-mode MOSFET's |year=1987 |last1=Nakagawa |first1=A. |last2=Yamaguchi |first2=Y. |last3=Watanabe |first3=K. |last4=Ohashi |first4=H. |journal=IEEE Transactions on Electron Devices |volume=34 |issue=2 |pages=351–355 |bibcode=1987ITED...34..351N |s2cid=25472355 }}</ref> दूसरी और तीसरी पीढ़ी के उपकरणों की अत्यधिक उच्च पल्स रेटिंग भी उन्हें कण और प्लाज्मा भौतिकी सहित क्षेत्रों में बड़ी बिजली दालों को उत्पन्न करने के लिए उपयोगी बनाती है, जहां वे पुराने उपकरणों जैसे कि थाराट्रॉन और ट्रिगर स्पार्क अंतराल को पूरा करना शुरू कर रहे हैं।अधिशेष बाजार पर उच्च पल्स रेटिंग और कम कीमतें भी उन्हें ठोस-राज्य टेस्ला कॉइल और कॉइलगुन जैसे उपकरणों को चलाने के लिए बड़ी मात्रा में बिजली को नियंत्रित करने के लिए उच्च-वोल्टेज हॉबीस्ट के लिए आकर्षक बनाती हैं।
 
1980 और 1990 के दशक की पहली पीढ़ी के IGBT लैचअप (जिसमें उपकरण तब तक बंद नहीं होगा जब तक करंट प्रवाहित नहीं होगा) और सेकेंडरी ब्रेकडाउन (जिसमें उपकरण में एक स्थानीय हॉटस्पॉट जाता है) जैसे प्रभावों के माध्यम से विफलता की संभावना थी। तापीय स्खलन (थर्मल  रनअवे) और उच्च धाराओं में उपकरण को जला देता है)। दूसरी पीढ़ी के उपकरणों में काफी सुधार हुआ था। वर्तमान तीसरी पीढ़ी के IGBT गति प्रतिद्वंद्वी शक्ति MOSFET, और उत्कृष्ट कठोरता और ओवरलोड की सहनशीलता के साथ और भी बेहतर हैं।<ref name="A.Nakagawa 1987">{{cite journal |doi=10.1109/T-ED.1987.22929 |title=Safe operating area for 1200-V nonlatchup bipolar-mode MOSFET's |year=1987 |last1=Nakagawa |first1=A. |last2=Yamaguchi |first2=Y. |last3=Watanabe |first3=K. |last4=Ohashi |first4=H. |journal=IEEE Transactions on Electron Devices |volume=34 |issue=2 |pages=351–355 |bibcode=1987ITED...34..351N |s2cid=25472355 }}</ref>दूसरी और तीसरी पीढ़ी के उपकरणों की अत्यधिक उच्च पल्स रेटिंग भी उन्हें कण और प्लाज्मा भौतिकी सहित क्षेत्रों में बड़ी शक्ति दालों को उत्पन्न करने के लिए उपयोगी बनाती है, जहां वे पुराने उपकरणों जैसे कि थायराट्रॉन और ट्रिगर स्पार्क गैप को सुपरसीड करना शुरू कर रहे हैं। उच्च पल्स रेटिंग और अधिशेष बाजार पर कम कीमतें भी उन्हें उच्च-वोल्टेज शौकियों के लिए आकर्षक बनाती हैं, जो सॉलिड-स्टेट टेस्ला कॉइल और कॉइलगन जैसे उपकरणों को चलाने के लिए बड़ी मात्रा में बिजली को नियंत्रित करते हैं।


=== पेटेंट मुद्दे ===
=== पेटेंट मुद्दे ===
1978 में जे। डी। प्लमर द्वारा प्रस्तावित डिवाइस (यूएस पेटेंट re.33209) एक MOS गेट के साथ एक थाइरिस्टर के रूप में एक ही संरचना है।प्लमर ने खोज की और प्रस्तावित किया कि डिवाइस का उपयोग एक ट्रांजिस्टर के रूप में किया जा सकता है, हालांकि डिवाइस उच्च वर्तमान घनत्व स्तर में एक थायरिस्टोर के रूप में संचालित होता है।<ref>{{cite book |doi=10.1109/ISSCC.1978.1155837 |chapter=A MOS-controlled triac device |title=1978 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers |year=1978 |last1=Scharf |first1=B. |last2=Plummer |first2=J. |pages=222–223 |s2cid=11665546 }}</ref> जे। डी। प्लमर द्वारा प्रस्तावित डिवाइस को यहां "प्लमर डिवाइस" के रूप में संदर्भित किया गया है। दूसरी ओर, हंस डब्ल्यू। बेके ने प्रस्तावित किया, 1980 में, एक अन्य उपकरण जिसमें किसी भी डिवाइस ऑपरेटिंग परिस्थितियों में थायरिस्टोर की कार्रवाई को समाप्त कर दिया जाता है, हालांकि मूल डिवाइस संरचना जे। डी। प्लमर द्वारा प्रस्तावित के समान है। हंस डब्ल्यू। बेक द्वारा विकसित डिवाइस को यहां "बेक के डिवाइस" के रूप में संदर्भित किया गया है और इसे यूएस पेटेंट 4364073 में वर्णित किया गया है। "प्लमर के डिवाइस" और "बेक के डिवाइस" के बीच का अंतर यह है कि "प्लमर के डिवाइस" में थायरिस्टोर एक्शन का मोड है जो इसके थिरिस्टोर एक्शन का मोड है, जो इसके थायरिस्टोर एक्शन का मोड है। ऑपरेशन रेंज और "बेक के डिवाइस" में कभी भी अपने संपूर्ण ऑपरेशन रेंज में थायरिस्टोर एक्शन का मोड नहीं होता है। यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है, क्योंकि थायरिस्टोर की कार्रवाई तथाकथित "कुंडी-अप" के समान है। "कुंडी-अप" घातक उपकरण विफलता का मुख्य कारण है। इस प्रकार, सैद्धांतिक रूप से, "प्लमर का डिवाइस" कभी भी एक बीहड़ या मजबूत बिजली उपकरण का एहसास नहीं करता है जिसमें एक बड़ा सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र है। बड़े सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र को केवल "कुंडी-अप" के बाद ही प्राप्त किया जा सकता है, पूरी तरह से दबा दिया जाता है और पूरे डिवाइस ऑपरेशन रेंज में समाप्त हो जाता है।{{Citation needed|date=July 2019}} हालांकि, बेक के पेटेंट (यूएस पेटेंट 4364073) ने वास्तविक उपकरणों को महसूस करने के लिए किसी भी उपाय का खुलासा नहीं किया।
1978 में जे डी प्लमर द्वारा प्रस्तावित उपकरण (यूएस पेटेंट रे.33209) MOS गेट के साथ थाइरिस्टर के समान संरचना है। प्लमर ने खोजा और प्रस्तावित किया कि उपकरण को ट्रांजिस्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि उपकरण उच्च वर्तमान घनत्व स्तर में थाइरिस्टर के रूप में कार्य करता है।<ref>{{cite book |doi=10.1109/ISSCC.1978.1155837 |chapter=A MOS-controlled triac device |title=1978 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers |year=1978 |last1=Scharf |first1=B. |last2=Plummer |first2=J. |pages=222–223 |s2cid=11665546 }}</ref> जे डी प्लमर द्वारा प्रस्तावित उपकरण को यहां "प्लमर उपकरण" के रूप में संदर्भित किया गया है। दूसरी ओर, हंस डब्ल्यू. बेके ने 1980 में अन्य उपकरण का प्रस्ताव रखा, जिसमें किसी भी उपकरण के संचालन की परिस्थितियों में थाइरिस्टर क्रिया को समाप्त कर दिया जाता है, हालांकि मूल उपकरण संरचना वही है जो जे डी प्लमर द्वारा प्रस्तावित है। हंस डब्ल्यू बेके द्वारा विकसित उपकरण को यहां "बेक्स उपकरण" के रूप में संदर्भित किया गया है और यूएस पेटेंट 4364073 में वर्णित है। "प्लमर की उपकरण" और "बेके की उपकरण" के बीच का अंतर यह है कि "प्लमर की उपकरण" में इसकी ऑपरेशन रेंज में थाइरिस्टर एक्शन का तरीका होता है और "बेक्स उपकरण" में कभी भी अपने पूरे ऑपरेशन रेंज में थाइरिस्टर एक्शन का मोड नहीं होता है। यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है, क्योंकि थाइरिस्टर क्रिया तथाकथित "लच-अप" के समान है। "लच-अप" घातक उपकरण विफलता का मुख्य कारण है। इस प्रकार, सैद्धांतिक रूप से, "प्लमर का उपकरण" कभी भी एक बीहड़ या मजबूत बिजली उपकरण का एहसास नहीं करता है जिसमें एक बड़ा सुरक्षित संचालन क्षेत्र होता है। बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र को तभी प्राप्त किया जा सकता है जब "लैच -अप" को पूरी तरह से दबा दिया जाए और पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज में समाप्त कर दिया जाए।{{Citation needed|date=July 2019}}हालांकि, बेके के पेटेंट (US patent 4364073) ने वास्तविक उपकरणों को महसूस करने के लिए किसी भी उपाय का खुलासा नहीं किया है।
 
बेके के पेटेंट के बावजूद बालीगा के पहले के IGBT उपकरण के समान संरचना का वर्णन करने के बावजूद<ref name="Baliga"/>कई IGBT निर्माताओं ने बेके के पेटेंट के लाइसेंस शुल्क का भुगतान किया है।<ref name="U. S. Patent No. 4,364,073"/>तोशिबा ने 1985 में "नॉन-लैच -अप IGBT" का व्यावसायीकरण किया है। स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने 1991 में जोर देकर कहा कि तोशिबा के उपकरण ने "प्लमर उपकरण" के US Patent RE33209 का उल्लंघन किया है। तोशिबा ने जवाब दिया कि "नॉन-लैच -अप IGBT" पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज में कभी नहीं लगे और इस तरह "प्लमर के पेटेंट" के US Patent RE33209 का उल्लंघन नहीं किया। नवंबर 1992 के बाद स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने कभी कोई प्रतिक्रिया नहीं दी। तोशिबा ने "बेके के पेटेंट" का लाइसेंस खरीदा, लेकिन "प्लमर के उपकरण" के लिए कभी भी किसी लाइसेंस शुल्क का भुगतान नहीं किया। अन्य IGBT निर्माताओं ने भी बेके के पेटेंट के लिए लाइसेंस शुल्क का भुगतान किया है।
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


बेक के पेटेंट के बावजूद बालिगा के पहले IGBT डिवाइस के समान संरचना का वर्णन करते हुए,<ref name="Baliga"/>कई IGBT निर्माताओं ने बेके के पेटेंट के लाइसेंस शुल्क का भुगतान किया।<ref name="U. S. Patent No. 4,364,073"/>तोशिबा ने 1985 में "नॉन-लेच-अप IGBT" का व्यवसायीकरण किया। स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने 1991 में जोर देकर कहा कि तोशिबा के डिवाइस ने "प्लमर के डिवाइस" के अमेरिकी पेटेंट RE33209 का उल्लंघन किया।तोशिबा ने जवाब दिया कि "नॉन-लेच-अप IGBTS" ने कभी भी पूरे डिवाइस ऑपरेशन रेंज में नहीं लाया और इस तरह "प्लमर के पेटेंट" के अमेरिकी पेटेंट RE33209 का उल्लंघन नहीं किया।स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने नवंबर 1992 के बाद कभी जवाब नहीं दिया। तोशिबा ने "बेक के पेटेंट" का लाइसेंस खरीदा, लेकिन "प्लमर के डिवाइस" के लिए कभी भी लाइसेंस शुल्क का भुगतान नहीं किया।अन्य IGBT निर्माताओं ने भी बेक के पेटेंट के लिए लाइसेंस शुल्क का भुगतान किया।


== अनुप्रयोग ==
== अनुप्रयोग ==
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{{See also|LDMOS#Applications|Power MOSFET|RF CMOS#Applications}}
{{See also|LDMOS#Applications|Power MOSFET|RF CMOS#Applications}}


{{As of|2010}}, IGBT पावर MOSFET के बाद दूसरा सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पावर ट्रांजिस्टर है।IGBT पावर ट्रांजिस्टर बाजार के 27%के लिए होता है, केवल पावर MOSFET (53%) के लिए, और RF प्रवर्धक (11%) और द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (9%) से आगे है।<ref>{{cite news |title=Power Transistor Market Will Cross $13.0 Billion in 2011 |url=http://www.icinsights.com/news/bulletins/Power-Transistor-Market-Will-Cross-130-Billion-In-2011/ |access-date=15 October 2019 |work=IC Insights |date=June 21, 2011}}</ref> IGBT का व्यापक रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक प्रौद्योगिकी, ऊर्जा क्षेत्र, एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिवहन में उपयोग किया जाता है।
2010 तक, मॉसफेट (MOSFET) पावर के बाद IGBT दूसरा सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पावर ट्रांजिस्टर है। पावर ट्रांजिस्टर बाजार में IGBT की हिस्सेदारी 27% है, पावर मॉसफेट (MOSFET) (53%) के बाद दूसरे और RF एम्पलीफायर (11%) और बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (9%) से आगे है।<ref>{{cite news |title=Power Transistor Market Will Cross $13.0 Billion in 2011 |url=http://www.icinsights.com/news/bulletins/Power-Transistor-Market-Will-Cross-130-Billion-In-2011/ |access-date=15 October 2019 |work=IC Insights |date=June 21, 2011}}</ref> IGBT का व्यापक रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक प्रौद्योगिकी, ऊर्जा क्षेत्र, एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिवहन में उपयोग किया जाता है।
 
'''<big>लाभ</big>'''


== लाभ ==
IGBT द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की उच्च-वर्तमान और निम्न-संतृप्ति-वोल्टेज क्षमता के साथ पावर MOSFETs की सरल गेट-ड्राइव विशेषताओं को जोड़ती है। IGBT नियंत्रण इनपुट के लिए एक पृथक-गेट FET और एक एकल उपकरण में एक स्विच के रूप में एक द्विध्रुवी पावर ट्रांजिस्टर को जोड़ती है। IGBT का उपयोग मध्यम से उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों जैसे स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति, ट्रैक्शन मोटर नियंत्रण और प्रेरण हीटिंग में किया जाता है। बड़े IGBT मॉड्यूल में आम तौर पर समानांतर में कई उपकरण होते हैं और 6500 वी (V) के अवरुद्ध वोल्टेज के साथ सैकड़ों एम्पीयर के क्रम में बहुत अधिक वर्तमान-हैंडलिंग क्षमताएं हो सकती हैं। ये IGBTs सैकड़ों किलोवाट (kW) के भार को नियंत्रित कर सकते हैं।
IGBT द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की उच्च-वर्तमान और कम-संतृप्ति-वोल्टेज क्षमता के साथ पावर MOSFET की सरल गेट-ड्राइव विशेषताओं को जोड़ती है।IGBT एक पृथक-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर को जोड़ती है। नियंत्रण इनपुट के लिए FET और एक ही डिवाइस में स्विच के रूप में एक द्विध्रुवी पावर ट्रांजिस्टर।IGBT का उपयोग मध्यम से उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों जैसे स्विच-मोड पावर आपूर्ति, कर्षण मोटर नियंत्रण और इंडक्शन हीटिंग जैसे उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में किया जाता है।बड़े IGBT मॉड्यूल में आमतौर पर समानांतर में कई उपकरण होते हैं और सैकड़ों एम्पीयर के क्रम में बहुत अधिक वर्तमान-हैंडलिंग क्षमताएं हो सकती हैं {{nowrap|6500 [[volts|V]]}}।ये IGBTS सैकड़ों किलोवाट के भार को नियंत्रित कर सकते हैं।


== पावर mosfets के साथ तुलना ==
== पावर मॉसफेट (MOSFETs) के साथ तुलना ==
एक IGBT उच्च अवरुद्ध वोल्टेज रेटेड उपकरणों में एक पारंपरिक MOSFET की तुलना में काफी कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप की सुविधा देता है, हालांकि MOSFETS IGBT के आउटपुट BJT में डायोड VF की अनुपस्थिति के कारण कम वर्तमान घनत्व पर बहुत कम फॉरवर्ड वोल्टेज प्रदर्शित करता है। जैसे-जैसे MOSFET और IGBT दोनों उपकरणों की अवरुद्ध वोल्टेज रेटिंग बढ़ती है, n- बहाव क्षेत्र की गहराई में वृद्धि होनी चाहिए और डोपिंग में कमी होनी चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप डिवाइस की वोल्टेज क्षमता को अवरुद्ध करने के लिए आगे की चालन बनाम चौकोर संबंध में कमी आती है। आगे की चालन के दौरान कलेक्टर पी+ क्षेत्र से एन-बहाव क्षेत्र में अल्पसंख्यक वाहक (छेद) को इंजेक्ट करके, एन-बहाव क्षेत्र का प्रतिरोध काफी कम हो जाता है। हालांकि, ऑन-स्टेट फॉरवर्ड वोल्टेज में यह परिणामी कमी कई दंडों के साथ आती है:
IGBT उच्च अवरुद्ध वोल्टेज रेटेड उपकरणों में एक पारंपरिक मॉसफेट (MOSFET) की तुलना में काफी कम आगे वोल्टेज ड्रॉप की सुविधा देता है, हालांकि मॉसफेट (MOSFETs) IGBT के आउटपुट BJT में डायोड Vf की अनुपस्थिति के कारण कम वर्तमान घनत्व पर बहुत कम आगे वोल्टेज प्रदर्शित करता है। जैसे-जैसे MOSFET और IGBT दोनों उपकरणों की ब्लॉकिंग वोल्टेज रेटिंग बढ़ती है, n-ड्रिफ्ट क्षेत्र की गहराई में वृद्धि होनी चाहिए और डोपिंग में कमी होनी चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण की वोल्टेज क्षमता को रोकने के लिए आगे चालन में मोटे तौर पर वर्ग संबंध कम हो जाते हैं। आगे के चालन के दौरान कलेक्टर p+ क्षेत्र से n-ड्रिफ्ट क्षेत्र में अल्पसंख्यक वाहक (छेद) को इंजेक्ट करके, n-ड्रिफ्ट क्षेत्र का प्रतिरोध काफी कम हो जाता है। हालांकि, ऑन-स्टेट फॉरवर्ड वोल्टेज में यह परिणामी कमी कई दंडों के साथ आती है:


* अतिरिक्त पीएन जंक्शन ब्लॉक वर्तमान प्रवाह को उलट देता है। इसका मतलब यह है कि एक MOSFET के विपरीत, IGBTS रिवर्स दिशा में आचरण नहीं कर सकता है। ब्रिज सर्किट में, जहां रिवर्स करंट फ्लो की आवश्यकता होती है, एक अतिरिक्त डायोड (जिसे एक फ्रीव्हीलिंग डायोड कहा जाता है) को विपरीत दिशा में वर्तमान का संचालन करने के लिए IGBT के साथ समानांतर (वास्तव में एंटी-समानांतर) में रखा जाता है। जुर्माना अत्यधिक गंभीर नहीं है क्योंकि उच्च वोल्टेज पर, जहां IGBT उपयोग हावी है, असतत डायोड में MOSFET के बॉडी डायोड की तुलना में काफी अधिक प्रदर्शन होता है।
* अतिरिक्त PN जंक्शन ब्लॉक वर्तमान प्रवाह को उलट देता है। इसका मतलब है कि मॉसफेट (MOSFET) के विपरीत, IGBTs विपरीत दिशा में आचरण नहीं कर सकते है। ब्रिज सर्किट में, जहां रिवर्स करंट फ्लो की जरूरत होती है, एक अतिरिक्त डायोड (जिसे फ्रीव्हीलिंग डायोड कहा जाता है) को विपरीत दिशा में करंट का संचालन करने के लिए IGBT के साथ समानांतर (वास्तव में एंटी-पैरेलल) में रखा जाता है। जुर्माना अत्यधिक गंभीर नहीं है क्योंकि उच्च वोल्टेज पर, जहां IGBT का उपयोग हावी है, असतत डायोड का मॉसफेट (MOSFET) के बॉडी डायोड की तुलना में काफी अधिक प्रदर्शन होता है।
* कलेक्टर पी+ डायोड के लिए एन-ड्रिफ्ट क्षेत्र की रिवर्स बायस रेटिंग आमतौर पर केवल दसियों वोल्ट की होती है, इसलिए यदि सर्किट एप्लिकेशन IGBT पर एक रिवर्स वोल्टेज लागू करता है, तो एक अतिरिक्त श्रृंखला डायोड का उपयोग किया जाना चाहिए।
* कलेक्टर p + डायोड के लिए N-ड्रिफ्ट क्षेत्र की रिवर्स बायस रेटिंग आमतौर पर केवल दसियों वोल्ट की होती है, इसलिए यदि सर्किट अनुप्रयोग IGBT पर रिवर्स वोल्टेज लागू करता है, तो एक अतिरिक्त श्रृंखला डायोड का उपयोग किया जाना चाहिए।
* एन-ड्रिफ्ट क्षेत्र में इंजेक्ट किए गए अल्पसंख्यक वाहकों को टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ में प्रवेश करने और बाहर निकलने या पुनर्संयोजन में समय लगता है। इससे लंबे समय तक स्विच करने का समय होता है, और इसलिए यह अधिक होता है {{ill|switching loss|de|Schaltverluste}} एक शक्ति MOSFET की तुलना में।
* N-ड्रिफ्ट क्षेत्र में इंजेक्ट किए गए अल्पसंख्यक वाहकों को टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ में प्रवेश करने और बाहर निकलने या पुनर्संयोजन में समय लगता है। इसके परिणामस्वरूप लंबे समय तक स्विचिंग समय होता है, और इसलिए पावर मॉसफेट ( MOSFET) की तुलना में उच्च स्विचिंग हानि होती है।
* IGBTS में ऑन-स्टेट फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप पावर MOSFETS से बहुत अलग व्यवहार करता है।MOSFET वोल्टेज ड्रॉप को एक प्रतिरोध के रूप में तैयार किया जा सकता है, जिसमें वोल्टेज ड्रॉप वर्तमान के लिए आनुपातिक है।इसके विपरीत, IGBT में डायोड की तरह वोल्टेज ड्रॉप (आमतौर पर 2V के क्रम की) केवल वर्तमान के लॉग के साथ बढ़ती है।इसके अतिरिक्त, MOSFET प्रतिरोध आमतौर पर छोटे अवरुद्ध वोल्टेज के लिए कम होता है, इसलिए IGBTS और पावर MOSFETs के बीच का विकल्प किसी विशेष अनुप्रयोग में शामिल अवरुद्ध वोल्टेज और वर्तमान दोनों पर निर्भर करेगा।
* IGBT में ऑन-स्टेट फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप पावर मॉसफेट (MOSFETs) से बहुत अलग व्यवहार करता है। MOSFET वोल्टेज ड्रॉप को एक प्रतिरोध के रूप में तैयार किया जा सकता है, जिसमें वोल्टेज ड्रॉप करंट के समानुपाती होता है। इसके विपरीत, IGBT में डायोड जैसा वोल्टेज ड्रॉप (आमतौर पर 2V के क्रम का) होता है जो केवल करंट के लॉग के साथ बढ़ता है। इसके अतिरिक्त, मॉसफेट प्रतिरोध आमतौर पर छोटे ब्लॉकिंग वोल्टेज के लिए कम होता है, इसलिए IGBTs और पावर मॉसफेट (MOSFETs) के बीच चुनाव किसी विशेष अनुप्रयोग में शामिल ब्लॉकिंग वोल्टेज और करंट दोनों पर निर्भर करता है।


सामान्य तौर पर, उच्च वोल्टेज, उच्च वर्तमान और निम्न स्विचिंग आवृत्तियों IGBT का पक्ष लेते हैं जबकि कम वोल्टेज, मध्यम वर्तमान और उच्च स्विचिंग आवृत्तियों MOSFET के डोमेन हैं।
सामान्य तौर पर, उच्च वोल्टेज, उच्च वर्तमान और निम्न स्विचिंग आवृत्तियों IGBT का पक्ष लेते हैं जबकि कम वोल्टेज, मध्यम वर्तमान और उच्च स्विचिंग आवृत्तियों मॉसफेट (MOSFET) के डोमेन हैं।


== IGBT मॉडल ==
== IGBT मॉडल ==
IGBTs के साथ सर्किट विकसित किए जा सकते हैं और विभिन्न सर्किट सिमुलेटिंग कंप्यूटर प्रोग्राम जैसे कि मसाला, कृपाण और अन्य कार्यक्रमों के साथ मॉडलिंग की जा सकती है।IGBT सर्किट का अनुकरण करने के लिए, डिवाइस (और सर्किट में अन्य उपकरणों) में एक मॉडल होना चाहिए जो अपने विद्युत टर्मिनलों पर विभिन्न वोल्टेज और धाराओं के लिए डिवाइस की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी या अनुकरण करता है।अधिक सटीक सिमुलेशन के लिए IGBT के विभिन्न भागों पर तापमान का प्रभाव सिमुलेशन के साथ शामिल किया जा सकता है।
IGBTs के साथ सर्किट को विभिन्न सर्किट सिमुलेटिंग कंप्यूटर प्रोग्राम जैसे स्पाइस, सेबर और अन्य कार्यक्रमों के साथ विकसित और मॉडलिंग किया जा सकता है। IGBT सर्किट को अनुकरण करने के लिए, उपकरण (और सर्किट में अन्य उपकरण) में एक मॉडल होना चाहिए जो उनके विद्युत टर्मिनलों पर विभिन्न वोल्टेज और धाराओं के लिए उपकरण की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी या अनुकरण करता है। अधिक सटीक सिमुलेशन के लिए IGBT के विभिन्न हिस्सों पर तापमान के प्रभाव को सिमुलेशन के साथ शामिल किया जा सकता है। मॉडलिंग के दो सामान्य तरीके उपलब्ध हैं: उपकरण भौतिकी-आधारित मॉडल, समकक्ष सर्किट या मैक्रोमॉडल। स्पाइस (SPICE) एक मैक्रोमॉडल का उपयोग करके IGBT  का अनुकरण करता है जो डार्लिंगटन कॉन्फ़िगरेशन में FETs और BJTs जैसे घटकों के एक समूह को जोड़ता है।{{Citation needed|date=September 2007}} वैकल्पिक भौतिकी-आधारित मॉडल हेफनर मॉडल है, जिसे राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान के एलन हेफनर द्वारा पेश किया गया है। हेफनर का मॉडल काफी जटिल है जिसने बहुत अच्छे परिणाम दिखाए हैं। हेफनर के मॉडल का वर्णन 1988 के एक पेपर में किया गया है और बाद में इसे थर्मो-इलेक्ट्रिकल मॉडल तक बढ़ा दिया गया जिसमें आंतरिक हीटिंग के लिए IGBT की प्रतिक्रिया शामिल है। इस मॉडल को सेबर सिमुलेशन सॉफ्टवेयर के एक संस्करण में जोड़ा गया है।<ref>{{cite journal |last1=Hefner |first1=A.R. |last2=Diebolt |first2=D.M. |title=An experimentally verified IGBT model implemented in the Saber circuit simulator |journal=IEEE Transactions on Power Electronics |date=September 1994 |volume=9 |issue=5 |pages=532–542 |doi=10.1109/63.321038 |bibcode=1994ITPE....9..532H |s2cid=53487037 }}</ref>
मॉडलिंग के दो सामान्य तरीके उपलब्ध हैं: डिवाइस भौतिकी-आधारित मॉडल, समकक्ष सर्किट या मैक्रोमॉडल्स।स्पाइस एक मैक्रोमोडेल का उपयोग करके IGBTs का अनुकरण करता है जो फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर जैसे घटकों के एक पहनावे को जोड़ता है। डार्लिंगटन कॉन्फ़िगरेशन में FETS और BJTS।{{Citation needed|date=September 2007}} एक वैकल्पिक भौतिकी-आधारित मॉडल हेफनर मॉडल है, जिसे नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी के एलन हेफनर द्वारा पेश किया गया है।हेफनर का मॉडल काफी जटिल है जिसने बहुत अच्छे परिणाम दिखाए हैं।हेफनर के मॉडल को 1988 के एक पेपर में वर्णित किया गया है और बाद में एक थर्मो-इलेक्ट्रिकल मॉडल तक बढ़ाया गया था जिसमें आंतरिक हीटिंग के लिए IGBT की प्रतिक्रिया शामिल है।इस मॉडल को कृपाण सिमुलेशन सॉफ्टवेयर के एक संस्करण में जोड़ा गया है।<ref>{{cite journal |last1=Hefner |first1=A.R. |last2=Diebolt |first2=D.M. |title=An experimentally verified IGBT model implemented in the Saber circuit simulator |journal=IEEE Transactions on Power Electronics |date=September 1994 |volume=9 |issue=5 |pages=532–542 |doi=10.1109/63.321038 |bibcode=1994ITPE....9..532H |s2cid=53487037 }}</ref>
 
'''<big>IGBT विफलता तंत्र</big>'''
 
IGBTs की विफलता तंत्र में अलग-अलग ओवरस्ट्रेस (O और वियरआउट (wo) शामिल हैं।
 
हनने की विफलताओं में मुख्य रूप से पूर्वाग्रह तापमान अस्थिरता (बायस टेम्परेचर इंस्ताबिलिटी) (BTI), गर्म वाहक इंजेक्शन (हॉट कर्रिएर इंजेक्शन) (एचसीआई/HCI), समय-निर्भर ढांकता हुआ ब्रेकडाउन (टाइम -डिपेंडेंट डिएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन) (TDDB), इलेक्ट्रोमाइग्रेशन (ECM), सोल्डर थकान, सामग्री पुनर्निर्माण,  संक्षारण (करोसिऑन) शामिल हैं। ओवरस्ट्रेस विफलता में मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ECD), धारा सीमा, हिमस्खलन, सेकेंडरी ब्रेकडाउन, वायर-बॉन्ड लिफ्टऑफ और बर्नआउट शामिल हैं।
 
'''<big>IGBT मॉड्यूल</big>'''<gallery mode="packed">
Image:IGBT 3300V 1200A Mitsubishi.jpg|IGBT मॉड्यूल (IGBT और फ्रीव्हीलिंग डायोड) 1200A के रेटेड वर्तमान और 3300 V के अधिकतम वोल्टेज के साथ
Image:IGBT 2441.JPG|400 A 600 V . के लिए रेटेड चार IGBT (H-ब्रिज का आधा) के साथ IGBT मॉड्यूल खोला गया
File:Infineon IGBT-Modul.jpg|Infineon IGBT मॉड्यूल 450 A 1200 V . के लिए रेट किया गया
Image:igbt.jpg|छोटा IGBT मॉड्यूल, 30 A तक रेट किया गया, 900 V . तक
File:CM600DU-24NFH.jpg|मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक CM600DU-24NFH IGBT मॉड्यूल के अंदर का विवरण 600 A 1200 V के लिए रेट किया गया है, जिसमें IGBT डाई और फ़्रीव्हीलिंग डायोड दिखा रहा है
</gallery>
 
 
 
 




== IGBT विफलता तंत्र ==
IGBTs की विफलता तंत्र में ओवरस्ट्रेस (O) और Wearout (WO) अलग -अलग शामिल हैं।


वियरआउट विफलताओं में मुख्य रूप से पूर्वाग्रह तापमान अस्थिरता (बीटीआई), हॉट कैरियर इंजेक्शन (एचसीआई), समय-निर्भर ढांकता हुआ ब्रेकडाउन (टीडीडीबी), इलेक्ट्रोमिग्रेशन (ईसीएम), सोल्डर थकान, सामग्री पुनर्निर्माण, जंग शामिल हैं।ओवरस्ट्रेस विफलता में मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी), लेच-अप, हिमस्खलन, माध्यमिक ब्रेकडाउन, वायर-बॉन्ड लिफ्टऑफ और बर्नआउट शामिल हैं।<ref>{{cite journal |last1=Patil |first1=N. |last2=Celaya |first2=J. |last3=Das |first3=D. |last4=Goebel |first4=K. |last5=Pecht |first5=M. |title=Precursor Parameter Identification for Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Prognostics |journal=IEEE Transactions on Reliability |date=June 2009 |volume=58 |issue=2 |pages=271–276 |doi=10.1109/TR.2009.2020134 |s2cid=206772637 }}</ref>




== IGBT मॉड्यूल ==


<gallery mode="packed">
Image:IGBT 3300V 1200A Mitsubishi.jpg | IGBT module (IGBTs and [[flyback diode|freewheeling diodes]]) with a rated current of {{nowrap|1200 A}} and a maximum voltage of {{nowrap|3300 V}}
Image:IGBT 2441.JPG | Opened IGBT module with four IGBTs (half of [[H-bridge]]) rated for {{nowrap|400 A}} {{nowrap|600 V}}
File:Infineon IGBT-Modul.jpg | Infineon IGBT Module rated for {{nowrap|450 A}} {{nowrap|1200 V}}
Image:igbt.jpg | Small IGBT module, rated up to {{nowrap|30 A}}, up to {{nowrap|900 V}}
File:CM600DU-24NFH.jpg | Detail of the inside of a Mitsubishi Electric CM600DU-24NFH IGBT module rated for {{nowrap|600 A}} {{nowrap|1200 V}}, showing the IGBT dies and freewheeling diodes
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* बूटस्ट्रैपिंग
* बूटस्ट्रैपिंग
* वर्तमान इंजेक्शन तकनीक
* वर्तमान इंजेक्शन तकनीक
* फ्लोटिंग-गेट MOSFET
* फ्लोटिंग-गेट मॉसफेट (MOSFET)
* मोसफेट
* मॉसफेट (MOSFET)
* बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स
* बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स
* पावर मोसफेट
* पावर मॉसफेट (MOSFET)
* पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस
* पावर अर्धचालक उपकरण
* सौर इन्वर्टर
* सौर (सोलर) इन्वर्टर


==संदर्भ==
==संदर्भ==
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विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर
IGBT 3300V 1200A Mitsubishi.jpg
1200 A के रेटेड वर्तमान और 330 वी (V) के अधिकतम वोल्टेज के साथ जीबीटी मॉड्यूल (आईजीबीटी और फ्रीव्हीलिंग डायोड)
Working principleSemiconductor
आविष्कार किया1959
Electronic symbol
IGBT symbol.svg
IGBT schematic symbol

विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर, IGBT) एक तीन-टर्मिनल पावर अर्धचालक उपकरण है जो मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक स्विच के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कि उच्च कार्यक्षमता और तेज़ स्विचिंग को संयोजित करने के लिए विकसित किया गया था। इसमें चार वैकल्पिक परतें (P-N-P-N) होती हैं जो धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) गेट संरचना द्वारा नियंत्रित होती हैं।

यद्यपि IGBT की संरचना एलईडी (LEDs) रूप से "MOS" गेट (MOS-गेट थाइरिस्टर) एक थाइरिस्टर के समान है, थाइरिस्टर क्रिया पूरी तरह से दबा दी जाती है, और पूरे उपकरण संचालन सीमा में केवल ट्रांजिस्टर कार्रवाई की अनुमति है। इसका उपयोग उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में बिजली की आपूर्ति को स्विच करने में किया जाता है: चर-आवृत्ति ड्राइव (वेरिएबल -फ्रीक्वेंसी  ड्राइव्स) (वीएफडी/VFDs), इलेक्ट्रिक कार, ट्रेनें, चर-गति रेफ्रिजरेटर, लैंप रोले, आर्क-वेल्डिंग मशीन और एयर कंडीशनर है।

चूंकि इसे तेजी से चालू और बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, IGBT जटिल तरंगों को पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन और कम-पास फिल्टर के साथ संश्लेषित कर सकता है, इसलिए इसका उपयोग ध्वनि प्रणालियों और औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में प्रवर्धकों को स्विच करने में भी किया जाता है। स्विचिंग अनुप्रयोग में आधुनिक उपकरणों में पराध्वनिक सीमा आवृत्तियों में स्पन्द आवृति दरों को अच्छी तरह से पेश किया जाता है, जो एनालॉग श्रव्य प्रवर्धक के रूप में उपयोग किए जाने पर उपकरण द्वारा संभाले गए श्रव्य आवृत्तियों की तुलना में कम से कम दस गुना अधिक होते हैं। 2010 तक, MOSFET के बाद IGBT दूसरा सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पावर प्रतिरोधान्तरित्र है।

IGBT तुलना तालिका[1]
उपकरण विशेषता पावर बाइपोलर पावर MOSFET IGBT
वोल्टेज आकड़ा उच्च <1kV उच्च <1kV बहुत अधिक >1kV
धारा मूल्यांकन उच्च <500A कम <200A उच्च >500A
इनपुट ड्राइव वर्तमान अनुपात
hFE ~ 20–200
वोल्टेज
VGS ~ 3–10 V
वोल्टेज
VGE ~ 4–8 V
इनपुट प्रतिबाधा कम उच्च उच्च
आउटपुट प्रतिबाधा कम मध्यम कम
स्विचिंग गति धीमा (µs) तेज(ns) मध्यम
लागत Low मध्यम उच्च

उपकरण संरचना

MOSFET और द्विध्रुवी उपकरण के आंतरिक कनेक्शन को दिखाने वाले एक विशिष्ट IGBT का क्रॉस-सेक्शन

IGBT सेल का निर्माण n-चैनल ऊर्ध्वाधर-कंस्ट्रक्शन पावर मॉसफेट (MOSFET) के समान किया जाता है, सिवाय n+ ड्रेन को p+ कलेक्टर लेयर से बदल दिया जाता है, इस प्रकार एक ऊर्ध्वाधर PNP बाइपोलर जंक्शन प्रतिरोधान्तरित्र बनता है। यह अतिरिक्त p+ क्षेत्र सतह n-चैनल MOSFET के साथ PNP द्विध्रुवी जंक्शन प्रतिरोधान्तरित्र का झरना कनेक्शन बनाता है।

इतिहास

एक IGBT की स्थैतिक विशेषता

मेटल-ऑक्साइड- अर्धचालक फील्ड-इफेक्ट प्रतिरोधान्तरित्रमॉसफेट (MOSFET) का आविष्कार मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कांग ने 1959 में बेल लैब्स में किया था। [2] ऑपरेशन का मूल IGBT मोड, जहां एक पंप प्रतिरोधान्तरित्र मॉसफेट (MOSFET) द्वारा संचालित होता है, को पहली बार जापानी पेटेंट S47-21739 में मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक के के यामागामी और Y अकागिरी द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिसे 1968 में दायर किया गया था।[2]

1970 के दशक में बिजली मॉसफेट (MOSFETs) के व्यावसायीकरण के बाद, बी जयंत बालिगा ने 1977 में जनरल इलेक्ट्रिक (GE) में एक पेटेंट प्रकटीकरण प्रस्तुत किया, जिसमें IGBT मोड के संचालन के साथ एक पावर अर्धचालक उपकरण का वर्णन किया गया था, जिसमें थाइरिस्टर के MOS गेटिंग, चार-परत VMOS (V-ग्रूव MOSFET) संरचना, और चार-परत अर्धचालक उपकरण को नियंत्रित करने के लिए MOS-गेटेड संरचनाओं का उपयोग शामिल थे। उन्होंने 1978 में GE में मार्गरेट लाज़ेरी की सहायता से IGBT उपकरण का निर्माण शुरू किया और 1979 में इस परियोजना को सफलतापूर्वक पूरा किया था।[3] प्रयोगों के परिणाम 1979 में बताए गए थे।[4][5] इस पेपर में उपकरण संरचना को "V-ग्रूव मॉसफेट (MOSFET) उपकरण के रूप में संदर्भित किया गया था जिसमें ड्रेन क्षेत्र को p-टाइप एनोड क्षेत्र और बाद में "इंसुलेटेड-गेट रेक्टिफायर" (आईजीआर) के रूप में, [6] the conductivity-modulated field-effect transistor (COMFET)[7] and "bipolar-mode MOSFET".[8]

1978 में बी. डब्ल्यू.शारफ और जे. डी प्लमर ने अपने लेटरल चार-परत उपकरण (SCR) के साथ एक MOS-नियंत्रित ट्राइक उपकरण की सूचना दी थी।[9] प्लमर ने 1978 में चार-परत उपकरण (SCR) में ऑपरेशन के इस मोड के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया। USP नंबर 4199774 1980 में जारी किया गया था, और B1 Re33209 1996 में फिर से जारी किया गया था।[10] चार-परत उपकरण (SCR) में ऑपरेशन का IGBT मोड थाइरिस्टर ऑपरेशन में बदल जाता है यदि संग्राहक धारा, धारा सीमा करंट (कुर्र्रेंट रेंज) से अधिक हो जाता है, जिसे थाइरिस्टर के प्रसिद्ध सिद्धांत में "होल्डिंग करंट" के रूप में जाना जाता है।

IGBT के विकास को थाइरिस्टर ऑपरेशन या चार-परत उपकरण में धारा सीमा को पूरी तरह से दबाने के प्रयासों की विशेषता थी क्योंकि धारा सीमा के कारण घातक उपकरण विफलता हुई थी। इस प्रकार, IGBTs की स्थापना तब की गई थी जब परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) के धारा सीमा का पूर्ण दमन प्राप्त किया गया था जैसा कि निम्नलिखित में वर्णित है।

हंस डब्ल्यू. बेके और कार्ल एफ. व्हीटली ने एक समान उपकरण विकसित किया, जिसके लिए उन्होंने 1980 में पेटेंट आवेदन दायर किया, और जिसे उन्होंने "एनोड क्षेत्र के साथ पावर मॉसफेट (MOSFET) " के रूप में संदर्भित किया था।[11][12] पेटेंट ने दावा किया कि "किसी भी उपकरण के संचालन की स्थिति के तहत कोई थाइरिस्टर कार्रवाई नहीं होती है"। उपकरण में 1979 में रिपोर्ट किए गए बालिगा के पहले IGBT उपकरण के साथ-साथ एक समान शीर्षक के समान संरचना थी।[3]

ए नाकागावा और अन्य 1984 में नॉन-धारा सीमा IGBT की उपकरण डिजाइन अवधारणा का आविष्कार किया था। [13]अविष्कार[14]की विशेषता उपकरण डिज़ाइन द्वारा है, जो अवरोधित करंट के नीचे उपकरण सैचुरेशन करंट को सेट करता है, जो पराश्रयी थाइरिस्टर को ट्रिगर करता है। इस आविष्कार ने पहली बार परजीवी थाइरिस्टर क्रिया के पूर्ण दमन का एहसास किया, क्योंकि अधिकतम संग्राहक धारा संतृप्ति धारा द्वारा सीमित थी और कभी भी लैच -अप धारा से अधिक नहीं थी। नॉन-लच-अप IGBT की उपकरण डिज़ाइन अवधारणा के आविष्कार के बाद, IGBT तेजी से विकसित हुए, और नॉन -लैच -अप का डिज़ाइन एक वास्तविक मानक बन गया और नॉन-लैच -अप IGBTs का पेटेंट मूल वास्तविक उपकरणों की IGBT पेटेंट बन गया।

IGBT के प्रारंभिक विकास चरण में, सभी शोधकर्ताओं ने परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) के धारा सीमा को दबाने के लिए धारा सीमा करंट को बढ़ाने की कोशिश की। हालाँकि, ये सभी प्रयास विफल रहे क्योंकि IGBT अत्यधिक बड़े प्रवाह का संचालन कर सकता था। धारा सीमा का सफल दमन अधिकतम संग्राहक धारा को सीमित करके संभव बनाया गया था, जिसे IGBT, अंतर्निहित MOSFET की संतृप्ति धारा को नियंत्रित/कम करके धारा सीमा करंट के नीचे संचालित कर सकता था। यह नॉन-लच-अप IGBT की अवधारणा थी। "बेक के उपकरण" को लच-अप IGBT द्वारा संभव बनाया गया था।

IGBT को एक साथ उच्च वोल्टेज और बड़े प्रवाह को संभालने की क्षमता की विशेषता क्षमता है। वोल्टेज का उत्पाद और वर्तमान घनत्व जिसे IGBT संभाल सकता है, 5×105 W/cm2,[15] से अधिक तक पहुंच गया, जो बाइपोलर ट्रांजिस्टर और पावर MOSFETs जैसे मौजूदा बिजली उपकरणों के मान, 2×105 W/cm2 से कहीं अधिक था। IGBT के बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र का परिणाम है। IGBTअब तक विकसित सबसे मजबूत और सबसे मजबूत बिजली उपकरण है, इस प्रकार, उपयोगकर्ताओं को उपकरण और विस्थापित द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (बाइपोलर  ट्रांसिस्टर्स) और यहां तक ​​​​कि जीटीओ (GTOs) का आसान उपयोग प्रदान करता है। IGBT की यह उत्कृष्ट विशेषता अचानक तब सामने आई जब 1984 में तथाकथित "लच-अप" की समस्या को हल करके नॉन-लैच -अप IGBT की स्थापना की गई, जो उपकरण के विनाश या उपकरण की विफलता का मुख्य कारण है। इससे पहले, विकसित उपकरण बहुत कमजोर थे और "लैच -अप" के कारण नष्ट होना आसान था।

व्यावहारिक उपकरण

विस्तारित धारा सीमा में काम करने में सक्षम व्यावहारिक उपकरणों को सबसे पहले 1982 में बी जयंत बालिगा और अन्य द्वारा रिपोर्ट किया गया था।[16] उस वर्ष IEEE इंटरनेशनल इलेक्ट्रॉन उपकरणेस मीटिंग (IEDM) में बालिगा द्वारा एक व्यावहारिक असतत ऊर्ध्वाधर IGBT उपकरण के पहले प्रयोगात्मक प्रदर्शन की सूचना दी गई थी। जनरल इलेक्ट्रिक ने उसी वर्ष बालिगा के IGBT उपकरण का व्यावसायीकरण किया गया था।[3]IGBT के आविष्कार के लिए बालिगा को नेशनल इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फ़ेम में शामिल किया गया था।[17]

इसी तरह का एक पेपर जेपी रसेल और अन्य द्वारा 1982 में IEEE इलेक्ट्रॉन उपकरण लेटर के लिए भी प्रस्तुत किया गया था।[7] उपकरण के लिए अनुप्रयोगों को शुरू में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स समुदाय द्वारा इसकी धीमी स्विचिंग गति और उपकरण के भीतर निहित परजीवी थाइरिस्टर संरचना के धारा सीमा द्वारा गंभीर रूप से प्रतिबंधित माना जाता था। हालाँकि, यह बालिगा द्वारा और ए.एम. गुडमैन और अन्य द्वारा भी प्रदर्शित किया गया था। 1983 में कि इलेक्ट्रॉन विकिरण का उपयोग करके स्विचिंग गति को एक विस्तृत श्रृंखला में समायोजित किया जा सकता है।[18] इसके बाद 1985 में बलिगा द्वारा ऊंचे तापमान पर उपकरण के संचालन का प्रदर्शन किया गया था।[19] परजीवी थाइरिस्टर के धारा सीमा को दबाने के सफल प्रयासों और GE में उपकरणों की वोल्टेज रेटिंग के स्केलिंग ने 1983 में वाणिज्यिक उपकरणों की शुरूआत की अनुमति दी,[20] जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। GE के उपकरण, IGT D94FQ/FR4, की विद्युत विशेषताओं को मार्विन डब्ल्यू स्मिथ द्वारा पीसीआई अप्रैल 1984 की कार्यवाही में विस्तार से बताया गया था।[21] मार्विन डब्ल्यू स्मिथ ने कार्यवाही के चित्र 12 में दिखाया कि 5kOhm के गेट प्रतिरोध के लिए 10 एम्पीयर से ऊपर और 1kOhm के गेट प्रतिरोध के लिए 5 एम्पीयर से ऊपर का टर्न-ऑफ सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र को स्विच करके सीमित था, हालांकि IGT D94FQ/FR4 40 एम्पीयर के संग्राहक धारा का संचालन करने में सक्षम था। मार्विन डब्ल्यू स्मिथ ने यह भी कहा कि स्विचिंग सेफ ऑपरेटिंग एरिया परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) के धारा सीमा द्वारा सीमित था।

परजीवी थाइरिस्टर (पैरासिटिक थाइरिस्टर) कार्रवाई का पूर्ण दमन और पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज के लिए परिणामी नॉन-लच-अप IGBT ऑपरेशन 1984 मे ए नाकागावा और अन्य द्वारा हासिल किया गया था।[13] नॉन-लैच -अप डिजाइन अवधारणा अमेरिकी पेटेंट के लिए दायर की गई थी।[22]धारा सीमा की कमी का परीक्षण करने के लिए, प्रोटोटाइप 1200 वी (V) IGBT 600 वी (V) निरंतर वोल्टेज स्रोत में बिना किसी भार के सीधे जुड़े हुए थे और 25 माइक्रोसेकंड के लिए स्विच किए गए थे। पूरे 600 V को पूरे उपकरण में गिरा दिया गया और एक बड़ा शॉर्ट सर्किट करंट प्रवाहित हुआ था। उपकरणों ने इस गंभीर स्थिति का सफलतापूर्वक सामना किया था। IGBT में तथाकथित "शॉर्ट-सर्किट-सहनशीलता-क्षमता" का यह पहला प्रदर्शन था। पहली बार पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज के लिए शॉर्ट-सर्किट-सहन-क्षमता (शार्ट -सर्किट -विट्स्टैंडिंग -कपाबिलिटी) ऑपरेशन सुनिश्चित किया गया था। इस अर्थ में, हंस डब्ल्यू. बेके और कार्ल एफ. व्हीटली द्वारा प्रस्तावित नॉन-लैच -अप आईजीबीटी (IGBT) को 1984 में ए. नाकागावा और अन्य द्वारा महसूस किया गया था। नॉन-धारा सीमा IGBT के उत्पादों का पहली बार 1985 में तोशिबा द्वारा व्यावसायीकरण किया गया था। यह वर्तमान IGBT का वास्तविक जन्म था।

जब IGBT में नॉन-लच-अप क्षमता हासिल कर ली गई, तो यह पाया गया कि IGBT ने बहुत बीहड़ और एक बहुत बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र का प्रदर्शन किया था। यह प्रदर्शित किया गया था कि ऑपरेटिंग वर्तमान घनत्व और कलेक्टर वोल्टेज का उत्पाद द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर, 2 × 105 W/cm 2 की सैद्धांतिक सीमा से अधिक हो गया, और 5 × 105 W/cm2 तक पहुंच गया था।

इंसुलेटिंग सामग्री आमतौर पर ठोस पॉलिमर से बनी होती है जिसमें गिरावट की समस्या होती है। ऐसे विकास हैं जो निर्माण में सुधार और आवश्यक वोल्टेज को कम करने के लिए आयन जेल का उपयोग करते हैं।[23]

1980 और 1990 के दशक की पहली पीढ़ी के IGBT लैचअप (जिसमें उपकरण तब तक बंद नहीं होगा जब तक करंट प्रवाहित नहीं होगा) और सेकेंडरी ब्रेकडाउन (जिसमें उपकरण में एक स्थानीय हॉटस्पॉट जाता है) जैसे प्रभावों के माध्यम से विफलता की संभावना थी। तापीय स्खलन (थर्मल  रनअवे) और उच्च धाराओं में उपकरण को जला देता है)। दूसरी पीढ़ी के उपकरणों में काफी सुधार हुआ था। वर्तमान तीसरी पीढ़ी के IGBT गति प्रतिद्वंद्वी शक्ति MOSFET, और उत्कृष्ट कठोरता और ओवरलोड की सहनशीलता के साथ और भी बेहतर हैं।[15]दूसरी और तीसरी पीढ़ी के उपकरणों की अत्यधिक उच्च पल्स रेटिंग भी उन्हें कण और प्लाज्मा भौतिकी सहित क्षेत्रों में बड़ी शक्ति दालों को उत्पन्न करने के लिए उपयोगी बनाती है, जहां वे पुराने उपकरणों जैसे कि थायराट्रॉन और ट्रिगर स्पार्क गैप को सुपरसीड करना शुरू कर रहे हैं। उच्च पल्स रेटिंग और अधिशेष बाजार पर कम कीमतें भी उन्हें उच्च-वोल्टेज शौकियों के लिए आकर्षक बनाती हैं, जो सॉलिड-स्टेट टेस्ला कॉइल और कॉइलगन जैसे उपकरणों को चलाने के लिए बड़ी मात्रा में बिजली को नियंत्रित करते हैं।

पेटेंट मुद्दे

1978 में जे डी प्लमर द्वारा प्रस्तावित उपकरण (यूएस पेटेंट रे.33209) MOS गेट के साथ थाइरिस्टर के समान संरचना है। प्लमर ने खोजा और प्रस्तावित किया कि उपकरण को ट्रांजिस्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि उपकरण उच्च वर्तमान घनत्व स्तर में थाइरिस्टर के रूप में कार्य करता है।[24] जे डी प्लमर द्वारा प्रस्तावित उपकरण को यहां "प्लमर उपकरण" के रूप में संदर्भित किया गया है। दूसरी ओर, हंस डब्ल्यू. बेके ने 1980 में अन्य उपकरण का प्रस्ताव रखा, जिसमें किसी भी उपकरण के संचालन की परिस्थितियों में थाइरिस्टर क्रिया को समाप्त कर दिया जाता है, हालांकि मूल उपकरण संरचना वही है जो जे डी प्लमर द्वारा प्रस्तावित है। हंस डब्ल्यू बेके द्वारा विकसित उपकरण को यहां "बेक्स उपकरण" के रूप में संदर्भित किया गया है और यूएस पेटेंट 4364073 में वर्णित है। "प्लमर की उपकरण" और "बेके की उपकरण" के बीच का अंतर यह है कि "प्लमर की उपकरण" में इसकी ऑपरेशन रेंज में थाइरिस्टर एक्शन का तरीका होता है और "बेक्स उपकरण" में कभी भी अपने पूरे ऑपरेशन रेंज में थाइरिस्टर एक्शन का मोड नहीं होता है। यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है, क्योंकि थाइरिस्टर क्रिया तथाकथित "लच-अप" के समान है। "लच-अप" घातक उपकरण विफलता का मुख्य कारण है। इस प्रकार, सैद्धांतिक रूप से, "प्लमर का उपकरण" कभी भी एक बीहड़ या मजबूत बिजली उपकरण का एहसास नहीं करता है जिसमें एक बड़ा सुरक्षित संचालन क्षेत्र होता है। बड़े सुरक्षित संचालन क्षेत्र को तभी प्राप्त किया जा सकता है जब "लैच -अप" को पूरी तरह से दबा दिया जाए और पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज में समाप्त कर दिया जाए।[citation needed]हालांकि, बेके के पेटेंट (US patent 4364073) ने वास्तविक उपकरणों को महसूस करने के लिए किसी भी उपाय का खुलासा नहीं किया है।

बेके के पेटेंट के बावजूद बालीगा के पहले के IGBT उपकरण के समान संरचना का वर्णन करने के बावजूद[3]कई IGBT निर्माताओं ने बेके के पेटेंट के लाइसेंस शुल्क का भुगतान किया है।[11]तोशिबा ने 1985 में "नॉन-लैच -अप IGBT" का व्यावसायीकरण किया है। स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने 1991 में जोर देकर कहा कि तोशिबा के उपकरण ने "प्लमर उपकरण" के US Patent RE33209 का उल्लंघन किया है। तोशिबा ने जवाब दिया कि "नॉन-लैच -अप IGBT" पूरे उपकरण ऑपरेशन रेंज में कभी नहीं लगे और इस तरह "प्लमर के पेटेंट" के US Patent RE33209 का उल्लंघन नहीं किया। नवंबर 1992 के बाद स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने कभी कोई प्रतिक्रिया नहीं दी। तोशिबा ने "बेके के पेटेंट" का लाइसेंस खरीदा, लेकिन "प्लमर के उपकरण" के लिए कभी भी किसी लाइसेंस शुल्क का भुगतान नहीं किया। अन्य IGBT निर्माताओं ने भी बेके के पेटेंट के लिए लाइसेंस शुल्क का भुगतान किया है।








अनुप्रयोग

2010 तक, मॉसफेट (MOSFET) पावर के बाद IGBT दूसरा सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पावर ट्रांजिस्टर है। पावर ट्रांजिस्टर बाजार में IGBT की हिस्सेदारी 27% है, पावर मॉसफेट (MOSFET) (53%) के बाद दूसरे और RF एम्पलीफायर (11%) और बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (9%) से आगे है।[25] IGBT का व्यापक रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक प्रौद्योगिकी, ऊर्जा क्षेत्र, एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिवहन में उपयोग किया जाता है।

लाभ

IGBT द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की उच्च-वर्तमान और निम्न-संतृप्ति-वोल्टेज क्षमता के साथ पावर MOSFETs की सरल गेट-ड्राइव विशेषताओं को जोड़ती है। IGBT नियंत्रण इनपुट के लिए एक पृथक-गेट FET और एक एकल उपकरण में एक स्विच के रूप में एक द्विध्रुवी पावर ट्रांजिस्टर को जोड़ती है। IGBT का उपयोग मध्यम से उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों जैसे स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति, ट्रैक्शन मोटर नियंत्रण और प्रेरण हीटिंग में किया जाता है। बड़े IGBT मॉड्यूल में आम तौर पर समानांतर में कई उपकरण होते हैं और 6500 वी (V) के अवरुद्ध वोल्टेज के साथ सैकड़ों एम्पीयर के क्रम में बहुत अधिक वर्तमान-हैंडलिंग क्षमताएं हो सकती हैं। ये IGBTs सैकड़ों किलोवाट (kW) के भार को नियंत्रित कर सकते हैं।

पावर मॉसफेट (MOSFETs) के साथ तुलना

IGBT उच्च अवरुद्ध वोल्टेज रेटेड उपकरणों में एक पारंपरिक मॉसफेट (MOSFET) की तुलना में काफी कम आगे वोल्टेज ड्रॉप की सुविधा देता है, हालांकि मॉसफेट (MOSFETs) IGBT के आउटपुट BJT में डायोड Vf की अनुपस्थिति के कारण कम वर्तमान घनत्व पर बहुत कम आगे वोल्टेज प्रदर्शित करता है। जैसे-जैसे MOSFET और IGBT दोनों उपकरणों की ब्लॉकिंग वोल्टेज रेटिंग बढ़ती है, n-ड्रिफ्ट क्षेत्र की गहराई में वृद्धि होनी चाहिए और डोपिंग में कमी होनी चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण की वोल्टेज क्षमता को रोकने के लिए आगे चालन में मोटे तौर पर वर्ग संबंध कम हो जाते हैं। आगे के चालन के दौरान कलेक्टर p+ क्षेत्र से n-ड्रिफ्ट क्षेत्र में अल्पसंख्यक वाहक (छेद) को इंजेक्ट करके, n-ड्रिफ्ट क्षेत्र का प्रतिरोध काफी कम हो जाता है। हालांकि, ऑन-स्टेट फॉरवर्ड वोल्टेज में यह परिणामी कमी कई दंडों के साथ आती है:

  • अतिरिक्त PN जंक्शन ब्लॉक वर्तमान प्रवाह को उलट देता है। इसका मतलब है कि मॉसफेट (MOSFET) के विपरीत, IGBTs विपरीत दिशा में आचरण नहीं कर सकते है। ब्रिज सर्किट में, जहां रिवर्स करंट फ्लो की जरूरत होती है, एक अतिरिक्त डायोड (जिसे फ्रीव्हीलिंग डायोड कहा जाता है) को विपरीत दिशा में करंट का संचालन करने के लिए IGBT के साथ समानांतर (वास्तव में एंटी-पैरेलल) में रखा जाता है। जुर्माना अत्यधिक गंभीर नहीं है क्योंकि उच्च वोल्टेज पर, जहां IGBT का उपयोग हावी है, असतत डायोड का मॉसफेट (MOSFET) के बॉडी डायोड की तुलना में काफी अधिक प्रदर्शन होता है।
  • कलेक्टर p + डायोड के लिए N-ड्रिफ्ट क्षेत्र की रिवर्स बायस रेटिंग आमतौर पर केवल दसियों वोल्ट की होती है, इसलिए यदि सर्किट अनुप्रयोग IGBT पर रिवर्स वोल्टेज लागू करता है, तो एक अतिरिक्त श्रृंखला डायोड का उपयोग किया जाना चाहिए।
  • N-ड्रिफ्ट क्षेत्र में इंजेक्ट किए गए अल्पसंख्यक वाहकों को टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ में प्रवेश करने और बाहर निकलने या पुनर्संयोजन में समय लगता है। इसके परिणामस्वरूप लंबे समय तक स्विचिंग समय होता है, और इसलिए पावर मॉसफेट ( MOSFET) की तुलना में उच्च स्विचिंग हानि होती है।
  • IGBT में ऑन-स्टेट फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप पावर मॉसफेट (MOSFETs) से बहुत अलग व्यवहार करता है। MOSFET वोल्टेज ड्रॉप को एक प्रतिरोध के रूप में तैयार किया जा सकता है, जिसमें वोल्टेज ड्रॉप करंट के समानुपाती होता है। इसके विपरीत, IGBT में डायोड जैसा वोल्टेज ड्रॉप (आमतौर पर 2V के क्रम का) होता है जो केवल करंट के लॉग के साथ बढ़ता है। इसके अतिरिक्त, मॉसफेट प्रतिरोध आमतौर पर छोटे ब्लॉकिंग वोल्टेज के लिए कम होता है, इसलिए IGBTs और पावर मॉसफेट (MOSFETs) के बीच चुनाव किसी विशेष अनुप्रयोग में शामिल ब्लॉकिंग वोल्टेज और करंट दोनों पर निर्भर करता है।

सामान्य तौर पर, उच्च वोल्टेज, उच्च वर्तमान और निम्न स्विचिंग आवृत्तियों IGBT का पक्ष लेते हैं जबकि कम वोल्टेज, मध्यम वर्तमान और उच्च स्विचिंग आवृत्तियों मॉसफेट (MOSFET) के डोमेन हैं।

IGBT मॉडल

IGBTs के साथ सर्किट को विभिन्न सर्किट सिमुलेटिंग कंप्यूटर प्रोग्राम जैसे स्पाइस, सेबर और अन्य कार्यक्रमों के साथ विकसित और मॉडलिंग किया जा सकता है। IGBT सर्किट को अनुकरण करने के लिए, उपकरण (और सर्किट में अन्य उपकरण) में एक मॉडल होना चाहिए जो उनके विद्युत टर्मिनलों पर विभिन्न वोल्टेज और धाराओं के लिए उपकरण की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी या अनुकरण करता है। अधिक सटीक सिमुलेशन के लिए IGBT के विभिन्न हिस्सों पर तापमान के प्रभाव को सिमुलेशन के साथ शामिल किया जा सकता है। मॉडलिंग के दो सामान्य तरीके उपलब्ध हैं: उपकरण भौतिकी-आधारित मॉडल, समकक्ष सर्किट या मैक्रोमॉडल। स्पाइस (SPICE) एक मैक्रोमॉडल का उपयोग करके IGBT का अनुकरण करता है जो डार्लिंगटन कॉन्फ़िगरेशन में FETs और BJTs जैसे घटकों के एक समूह को जोड़ता है।[citation needed] वैकल्पिक भौतिकी-आधारित मॉडल हेफनर मॉडल है, जिसे राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान के एलन हेफनर द्वारा पेश किया गया है। हेफनर का मॉडल काफी जटिल है जिसने बहुत अच्छे परिणाम दिखाए हैं। हेफनर के मॉडल का वर्णन 1988 के एक पेपर में किया गया है और बाद में इसे थर्मो-इलेक्ट्रिकल मॉडल तक बढ़ा दिया गया जिसमें आंतरिक हीटिंग के लिए IGBT की प्रतिक्रिया शामिल है। इस मॉडल को सेबर सिमुलेशन सॉफ्टवेयर के एक संस्करण में जोड़ा गया है।[26]

IGBT विफलता तंत्र

IGBTs की विफलता तंत्र में अलग-अलग ओवरस्ट्रेस (O और वियरआउट (wo) शामिल हैं।

हनने की विफलताओं में मुख्य रूप से पूर्वाग्रह तापमान अस्थिरता (बायस टेम्परेचर इंस्ताबिलिटी) (BTI), गर्म वाहक इंजेक्शन (हॉट कर्रिएर इंजेक्शन) (एचसीआई/HCI), समय-निर्भर ढांकता हुआ ब्रेकडाउन (टाइम -डिपेंडेंट डिएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन) (TDDB), इलेक्ट्रोमाइग्रेशन (ECM), सोल्डर थकान, सामग्री पुनर्निर्माण, संक्षारण (करोसिऑन) शामिल हैं। ओवरस्ट्रेस विफलता में मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ECD), धारा सीमा, हिमस्खलन, सेकेंडरी ब्रेकडाउन, वायर-बॉन्ड लिफ्टऑफ और बर्नआउट शामिल हैं।

IGBT मॉड्यूल







यह भी देखें

  • द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर
  • बूटस्ट्रैपिंग
  • वर्तमान इंजेक्शन तकनीक
  • फ्लोटिंग-गेट मॉसफेट (MOSFET)
  • मॉसफेट (MOSFET)
  • बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स
  • पावर मॉसफेट (MOSFET)
  • पावर अर्धचालक उपकरण
  • सौर (सोलर) इन्वर्टर

संदर्भ

  1. Basic Electronics Tutorials.
  2. Majumdar, Gourab; Takata, Ikunori (2018). Power Devices for Efficient Energy Conversion. CRC Press. pp. 144, 284, 318. ISBN 9781351262316.
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