IGBT中都有哪些PN结？PN结的组合会给IGBT带来哪些特性？
如下图所示为目前国际上最为主流的igbt芯片俯视图和截面示意图，其中黄色区域代表型半导体，绿色区域代表型半导体。
在平面，igbt可以划分为元胞区和终端区（后面会详细介绍其作用）；z方向又可以划分为芯片正面和芯片背面。
平面内可能存在四种类型的pn结，
：处于元胞区，与电极(发射极)相连；
：处于元胞区，与电极不相连；
：处于元胞区与终端区的过渡区；
：处于终端区，与电极不相连。
z方向的背面还有一个pn结，
：处于芯片背面，与电极(集电极)相连。
在理解igbt内部的若干pn结如何协作之前，我们先看单个pn结是如何工作的。第二章中，我们阐述了热平衡状态下的pn结存在一个内部势垒，阻碍pn结两侧的多子（p型中的空穴和n型中的电子）向对方扩散。
显然，若要促进多子能够进一步扩散，就必须克服这个势垒，所采用的办法就是在p区施加一个正向电压，以形成一个与内建电场相反方向的电场；反之，若要进一步阻碍多子扩散，也可以通过在n区施加一个正向电压，从而增加pn结的内部势垒。这两个状态分别对应pn结的导通状态和阻断状态。
如下图所示的一个pn结，假设p区掺杂浓度为，n区掺杂浓度为。p区因为部分空穴扩散到n区而有部分区域带负电，其宽度用表示；反之n区因为部分电子扩散到p区而有部分区域带正电，其宽度用表示。
原本都处于电中性的p区和n区，因为多子扩散，在相交的pn结区域分别有部分空间带电了，这个空间被称为“空间电荷区”，又被称为“耗尽区”，其宽度为： (为depletion的缩写）。
定义p型半导体所连接电极为阳极，对应的n型半导体所连接电极为阴极。假设阳极施加的外界电压为负，那么感生的电场方向由n型指向p型，显然会增强pn结的内建电场，使得耗尽区边界处的多子在电场作用下漂移至对面，留下更大的空间电荷区；同时增大的内建电场会进一步阻碍多子扩散。这个过程可以用静电学的高斯定律和泊松方程进行描述，
其中，表示空间电荷密度，表示介电常数，表示电势差。两个方程的物理意义是：有电荷存在的地方，就会存在电场，其方向为正电荷指向负电荷；而电场在空间的积分就是电势。所以，空间电荷区会存在n区（正电）指向p区（负电）的电场。因此当外加电压为正，感生与原来向反方向的电场，那么空间电荷区变窄，内建电场减弱，pn结导通；反之，当外加电压为负，感生与原来相同方向的电场那么空间电荷区变宽，内建电场增强，pn结就可以承受更高的电势，直到电场峰值材料的临界击穿电场。这就是igbt能承受高电压的原因。
进一步地，根据高斯定律和泊松方程，电势的梯度正比于电场强度，而电场的梯度正比于空间电荷区的浓度。显然当外加电压为负，空间电荷区浓度越低，那么电场衰减越慢，相应所对应的耗尽区就越宽，达到临界电场强度所对应的绝对值就越高，也就是可承受电压越高。这就是为何电压等级越高的igbt，其衬底浓度需要越低的缘故。
下面简要推导pn结阻断状态下的峰值电场强度、耗尽区宽度与掺杂浓度以及外加电压之间的关系。
引用高斯定理的积分形式：
即电场沿闭合空间的积分正比于其内部电荷之和。
如下图所示，将闭合四边形的四边分别标记为，
显然，1.,因此电场在和方向的积分相互抵消；
；;因此，
所以，
的表达式中利用了平衡态下的电中性原理，即，
当半导体为均匀掺杂时（绝大多数都是这种情况，但也有例外，如经扩散而形成的高斯分布掺杂，后面讲到工艺时会进一步分析），随空间线性变化，其在耗尽区内的积分即为pn结两侧的电势差，即
其中， ，内建电势
综上可以推算出p区和n区内耗尽区的宽度分别为：
当半导体为非均匀掺杂时，推算过程相同，但稍微繁杂一些。
举例：以si为例，假设p型掺杂浓度为，n型掺杂浓度为,，，，计算的耗尽区宽度变化趋势。 相对的绝对值是个小量，计算过程中可以忽略掉，或者以0.7v替换。
计算结果如下图所示。
可以看出，承受1200v的电压，大约需要140的厚度。
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平面内可能存在四种类型的pn结，
：处于元胞区，与电极(发射极)相连；
：处于元胞区，与电极不相连；
：处于元胞区与终端区的过渡区；
：处于终端区，与电极不相连。
z方向的背面还有一个pn结，
：处于芯片背面，与电极(集电极)相连。
在理解igbt内部的若干pn结如何协作之前，我们先看单个pn结是如何工作的。第二章中，我们阐述了热平衡状态下的pn结存在一个内部势垒，阻碍pn结两侧的多子（p型中的空穴和n型中的电子）向对方扩散。
显然，若要促进多子能够进一步扩散，就必须克服这个势垒，所采用的办法就是在p区施加一个正向电压，以形成一个与内建电场相反方向的电场；反之，若要进一步阻碍多子扩散，也可以通过在n区施加一个正向电压，从而增加pn结的内部势垒。这两个状态分别对应pn结的导通状态和阻断状态。
如下图所示的一个pn结，假设p区掺杂浓度为，n区掺杂浓度为。p区因为部分空穴扩散到n区而有部分区域带负电，其宽度用表示；反之n区因为部分电子扩散到p区而有部分区域带正电，其宽度用表示。
原本都处于电中性的p区和n区，因为多子扩散，在相交的pn结区域分别有部分空间带电了，这个空间被称为“空间电荷区”，又被称为“耗尽区”，其宽度为： (为depletion的缩写）。
定义p型半导体所连接电极为阳极，对应的n型半导体所连接电极为阴极。假设阳极施加的外界电压为负，那么感生的电场方向由n型指向p型，显然会增强pn结的内建电场，使得耗尽区边界处的多子在电场作用下漂移至对面，留下更大的空间电荷区；同时增大的内建电场会进一步阻碍多子扩散。这个过程可以用静电学的高斯定律和泊松方程进行描述，
其中，表示空间电荷密度，表示介电常数，表示电势差。两个方程的物理意义是：有电荷存在的地方，就会存在电场，其方向为正电荷指向负电荷；而电场在空间的积分就是电势。所以，空间电荷区会存在n区（正电）指向p区（负电）的电场。因此当外加电压为正，感生与原来向反方向的电场，那么空间电荷区变窄，内建电场减弱，pn结导通；反之，当外加电压为负，感生与原来相同方向的电场那么空间电荷区变宽，内建电场增强，pn结就可以承受更高的电势，直到电场峰值材料的临界击穿电场。这就是igbt能承受高电压的原因。
进一步地，根据高斯定律和泊松方程，电势的梯度正比于电场强度，而电场的梯度正比于空间电荷区的浓度。显然当外加电压为负，空间电荷区浓度越低，那么电场衰减越慢，相应所对应的耗尽区就越宽，达到临界电场强度所对应的绝对值就越高，也就是可承受电压越高。这就是为何电压等级越高的igbt，其衬底浓度需要越低的缘故。
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即电场沿闭合空间的积分正比于其内部电荷之和。
如下图所示，将闭合四边形的四边分别标记为，
显然，1.,因此电场在和方向的积分相互抵消；
；;因此，
所以，
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