고전압 레벨(Medium-voltage Level)에서 메가와트급 전력을 스위치하기 위한 반도체소자의 개발은 매우 어려운 일이다. 현재, 이 분야에서 사용되고 있는 실리콘 스위칭 테크놀러지는 GTO(Gate Turn-Off) Thyristor 와 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 있는데, 이것들의 근본적인 특색은 억지로 상품화를 위해 개발되어 비용의 증가와 전력제어 시스템을 복잡하게 만들었다는 점이다. GTO 다이리스터는 안정적인 동작을 위해 주변의 각종 회로를 복잡하게 하였을 뿐만 아니라 저주파 스위칭을 한다. IGBT는 고압에서의 안정적인 동작을 위해, 사용되는 소자의 수가 많아지기 때문에 손실이 크게 되고 또한 이들 소자의 균형(발란스)에 많은 노력이 필요하다. ABB의 새로운 IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 테크놀러지는 GTO 다이리스터와 IGBT의 이러한 단점들을 극복하였으며 고압 전력소자에 필요한 주변의 모든 회로를 내장하여 고전압 분야에 적용을 위해 신뢰성과 편리성을 한층 높였다.
GTO 다이리스터는 한 실리콘 웨이퍼(Wafer) 위에 수천개의 독립적인 스위칭 요소들이 조립된 구조로 이루어져 있다. 손실은 동작의 4가지 상태(On, Off, Switching On, Switching Off) 모두에서 발생된다. 고압에서, GTO는 매우 적은 On 손실과 적당한 Turn-off 손실을 나타낸다. 그러나 불균등(Non-homogeneous) 한 스위칭에 기인하여, 외부 스너버(Snubber) 회로가 안정적인 스위칭 동작을 위해 필요하다. 이러한 스너버 회로는 제품의 많은 부분을 차지하며 설계의 복잡성, 비용 손실을 야기 한다.
반대로, IGBT는 비교적 높은 전도(On) 손실을 갖고 있으나 스위칭이 균등(Homogeneous) 하여 스너버 회로가 필요하지 않다. 하지만, IGBT는 아직 고압분야에 직접 적용되지 못하는데 그 이유는, 이것을 극복하기 위해 저압 IGBT가 직렬로 연결되어야 하고, 이로 인해 극단적으로 시스템이 복잡해지고, 손실이 증가하며 시스템에 대한 신뢰성이 떨어지기 때문이다. 예를 들면, 4.16kV급 드라이브는 한 상당 4개의 1.8kV급 IGBT가 직렬로 연결되어야만 동작될 수가 있다.
아직은 GTO 다이리스터가 대부분의 고압 레벨 분야에서 경제적으로 적용되고 있다. 3.3kV급, 4.16kV급 IGBT가 곧 상용화될 것으로 보이지만 여전히 높은 손실이 예상된다. 이 손실과, 야기되는 열을 극복하기 위해선, IGBT는 큰 실리콘 면적이 필요하게 되고 이렇게 되면 비용이 올라 갈 것 이다.
이상적인 전력 스위치는 IGBT와 같은 스위칭을 하고 GTO 다이리스터와 같은 전도성을 가지면 된다. 이렇게 되면 낮은 조립 비용과 GTO의 장점을 갖게 되며 이것은 실제적으로 IGCT가 이미 성취한 것이다.
IGCT 테크놀러지에서, 변형된 GTO 다이리스터 내의 수천개의 독립적인 스위칭 구조물들을 빠르고 동시에 스위칭 하도록 하는 디자인 혁신의 조합이 있다. 여기에 더 다이리스터 고유의 장점인 낮은 On / Off 상태 손실을 유지한 것이다.
이 두 혁신의 첫번째는 버퍼 래이어(Buffer Layer) 디자인인데, 이것은 On 상태와 스위칭 손실을 2~2.5의 팩터(Factor)로 줄여주고 실제적으로 이상적인 다이오드 (Diode)와 GTO의 최적 도핑 프로파일(Doping Profile)을 만드는 것이다. 먼저, 다이오드와 GTO를 집적하는 것은 다이오드 성능의 심각한 저하를 가져왔다. 비록 버퍼 래이어의 아이디어는 GTO 그 자체만큼 오래된 것이지만, 이전에는 결코 사용되질 않았다. 그 이유는, 스위칭 손실을 줄이는 것과, 도전 상(Conducting Phase)에 있는 디바이스 내의 충전은 턴-오프(Turn-Off) 시 재빨리 제거되어야 하기 때문이다. 전통적으로 설계된 GTO에서 이 기능은 전자(Electron)를 배출하기위한 경로를 만들기 위해 아노드(Anode)를 단락 함으로써 이룰 수 있다. 하여간 아노드 단락과 버퍼 래이어의 조합은 극단적으로 높은 트리거(Trigger) 전류와 홀딩(Holding) 전류를 야기한다. 이 문제를 해결하기위해 아노드 단락을 배제하였다. 대신에, 아노드는 전자(Electron)가 투과(Permeable)할 수 있도록 투명(Transparent)하게 만들었다. 그 결과로 트리거 전류가 거의 버퍼가 없는 정통 GTO와 비교할 만큼의 크기 이내로 줄었다.
두 번째 디자인 혁신은 게이트 제어(Gate Control) 이다. GTO와 다이리스터는 4-래이어(Four-layer, npnp) 소자이며, 단지 2개의 안정점(Stable-point)-'On'과 'Off-를 가지고 있다. 다른 상태에서는 불안정하고 전류가 진동 (Filamentation)하게 된다. 이 고유의 불안정은 가공 시의 불안정으로 더욱 악화된다. 이것이 모두가 그렇게 알고있는 'GTO는 스너버 없이는 동작할 수 없는 소자'로서 굳혀지는 사실로 되게 만들었다.
불가결하게, GTO는 턴-오프 시간을 수 마이크로 초 내에 할 수 있도록 안정적인 pnp 소자 (즉, 트랜지스터)로 줄였다. 가공 시에 부품으로 취해지는 캐소드(Cathode, n) 정지를 위해, 캐소드 n-p 접합(Junction)의 바이어스(Bias)는 주 접합으로 되도록 이전 기동 전압으로 반전되도록 한다. 이것은 약 1 마이크로 초 내에 캐소드(n)로 부터 게이트(Gate, p)로 흐르는 전 부하전류의 정류(Commutation)라 고 불린다. 새로운 저 인덕티브 하우징(Low Inductive Housing) 디자인 덕분에, 4,000 A/㎲가 저 비용의 20V 게이트 유닛으로 실현 되었다. 전류 진동(Filament)은 완전히 제거 되었고 턴-오프 파형과 안전 동작 영역은 트랜지스터(즉, IGBT)의 것들과 동일하게 되었다. 또한 GTO는 이상 없이 즉시 스위치를 할 수 있어서 직렬연결은 더 이상 문젯거리가 아니다.