电子科技大学功率器件和功率集成电路

p
p0
sinhW x/ LA
sinhW / LA
电导关系：
p t
DA2
p
p / HL
Jp
p
J qDAp
J
n
n
J
qDAn
IGBT的特性—开关速度
两个阶段: (Fossum模型) Vg
1. 快速下降阶段 2. 缓慢下降阶段 IA
VA
time
P+ d (Anode)
s
g
P
n
P+ d (Anode)
IGBT
pnp
1
coshW
/
LA
IA
1
1 pnp
I MOS
物理模型
p t
1 q
J p
U
p
n t
1 q
J n
Un
J p p E qDpp
Jn nE qDnn
2 2 2 q
x2 y2 z 2
si
p
n
N
D
N
A
双极输运方程
p t
DA2
s
g
P
n
gate
P+ d (Anode)
IGBT
anode cathode
实际的IGBT结构
(cathode)
s
g
P+
防止器件出现闭 锁(latch up)
P n
P+ d (Anode)
IGBT
IGBT的特性
耐压 导通电阻 开关速度 热特性 安全工作区
IGBT的特性
20A IGBT Vg=10V
I MOS Vb=2mA
0A 0V
MOS Vg=10V
5V V
IGBT的特性—耐压
(cathode)
s
g
P
n
P+ d (Anode)
IGBT
IGBT的特性—正向特性
(cathode)
s
g
P
n
P+
d (Anode)
IGBT
pnp
PiN
PiN/MOSFET 模型
(cathode)
s
g
P
n
P+ d (Anode)
IGBT
J
A
J diode
2qDAni d
F
d LA
exp
qVF pin 2kT
VFpin
2kT q
ln
J Ad
2qDAni Fd
/
LA
VFMOS
J AWLch
nCox VGS Vth
VF VFpin VFMOS
Bipolar Transistor/MOS 模型
(cathode)
功率器件和功率集成电路
IGBT(绝缘栅双极性晶体管)
1.IGBT的提出
功率MOS的优点: 电容输入 电压控制 速度高 热稳定 功率MOS的缺点: 电流小
功率BJT的优点: 电流大 功率BJT的缺点: 电流控制 速度慢 正温度特性
New idea: DMOS+BJT=IGBT
IGBT结构和等效电路
p
p
/
HL
DA
2Dn Dp DnDp
HL p0 n0
PIN结构边界条件及解：
px
LA J
1 Dn
cosh
x LA
1 Dp
sinh
x
W LA
2q
sinh
W LA
BJT边界条件及解
对于BJT和IGBT中的BJT结构，其电导调制基区为固定边界条件
p(W ) 0
p(0) p0 ni expqVA / kT
s
g
P
c
b
P
n
n
N+ d
DMOS
P+
e BJT
IGBT结构和等效电路
s
g
P
c
b
P
n
n
N+ d
DMOS
P+
e BJT
(cathode)
s
g
P
n
s
g
P
n
P+ d (Anode)
IGBT
N+ d
DMOS
IGBT等效电路
(cathode)
s
g
P
Baidu Nhomakorabea
n
P+ d (Anode)
IGBT
IGBT等效电路
(cathode)
IGBT
g
快速下降阶段(Fossum模型)
基区内的总电荷不变, 耗尽区边界发生变化.
n
(cathode)
P
s
缓慢下降阶段(Fossum模型)
耗尽区边界不变, 基区中电荷总数改变
Fossum模型
I t
1
I1 exp t / b
I1J no b
AK Aq2ni2 Db
1 exp
t
/b
提高速度: 减小基区中的少数载流子寿命.