La cel mai simplu nivel, un tranzistor bipolar cu poartă izolată (IGBT) este un comutator folosit pentru a permite fluxul de energie atunci când este pornit și pentru a opri fluxul de putere atunci când este oprit. Un IGBT este un dispozitiv cu stare solidă, ceea ce înseamnă că nu are părți mobile. În loc să deschidă și să închidă o conexiune fizică, aceasta este operată prin aplicarea tensiunii unei componente semiconductoare, numită bază, care își schimbă proprietățile pentru a crea sau bloca o cale electrică.
Cel mai evident avantaj al acestei tehnologii este că nu există părți mobile care să se uzeze. Cu toate acestea, tehnologia solid-state nu este perfectă. Există încă probleme cu rezistența electrică, cerințele de putere și chiar și timpul necesar pentru ca comutatorul să funcționeze.
Un tranzistor bipolar cu poartă izolată este un tip îmbunătățit de tranzistor conceput pentru a minimiza unele dintre dezavantajele unui tranzistor convențional cu stare solidă. Oferă rezistența scăzută și viteza rapidă la pornire găsite într-un tranzistor cu efect de câmp de putere metal-oxid-semiconductor (MOSFET), deși este puțin mai lent la oprire. De asemenea, nu necesită o sursă constantă de tensiune, așa cum fac alte tipuri de tranzistoare.
Când un IGBT este pornit, se aplică tensiune pe poartă. Acesta formează canalul pentru curentul electric. Curentul de bază este apoi furnizat și curge prin canal. Acesta este în esență identic cu modul în care funcționează un MOSFET. Excepția de la aceasta este aceea că construcția tranzistorului bipolar cu poartă izolată afectează modul în care circuitul se oprește.
Un tranzistor bipolar cu poartă izolată are un substrat diferit sau un material de bază diferit de un MOSFET. Substratul oferă calea către împământarea electrică. Un MOSFET are un substrat N+, în timp ce substratul unui IGBT este P+ cu un tampon N+ deasupra.
Acest design afectează modul în care comutatorul se oprește într-un IGBT, permițându-i să apară în două etape. În primul rând, curentul scade foarte repede. În al doilea rând, are loc un efect numit recombinare, în timpul căruia tamponul N+ de pe partea de sus a substratului elimină sarcina electrică stocată. Cu comutatorul de oprire care are loc în doi pași, durează puțin mai mult decât cu un MOSFET.
Proprietățile lor permit fabricarea IGBT-urilor mai mici decât MOSFET-urile convenționale. Un tranzistor bipolar standard necesită o suprafață puțin mai mare a semiconductoarelor decât IGBT; un MOSFET necesită mai mult de două ori mai mult. Acest lucru reduce semnificativ costul de producere a IGBT-urilor și permite integrarea mai multor dintre ele într-un singur cip. Cerința de putere pentru operarea unui tranzistor bipolar cu poartă izolată este, de asemenea, mai mică decât în cazul altor aplicații.