1、功率器件和功率集成电路功率器件和功率集成电路IGBT(绝缘栅双极性晶体管)1.IGBT的提出的提出功率MOS的优点:l 电容输入l 电压控制l 速度高l 热稳定功率MOS的缺点:l 电流小功率BJT的优点:l 电流大功率BJT的缺点:l 电流控制l 速度慢l 正温度特性New idea: DMOS+BJT=IGBTIGBT结构和等效电路结构和等效电路DMOSBJTnN+PgsdnP+PbecIGBT结构和等效电路结构和等效电路DMOSBJTnN+PgsdnP+PbecnP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)nN+PgsdDMOSIGBT等效电路等效电路nP+PgsdIGBT(An
2、ode)(cathode)IGBT等效电路等效电路nP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)cathodeanodegate实际的实际的IGBT结构结构nP+gsdIGBT(Anode)(cathode)P+P防止器件出现闭防止器件出现闭锁锁(latch up)IGBT的特性的特性l 耐压耐压l 导通电阻导通电阻l 开关速度开关速度l 热特性热特性l 安全工作区安全工作区IGBT的特性的特性20A0A0V5VMOS Vg=10VMOS Vb=2mAIGBT Vg=10VVIIGBT的特性的特性耐压耐压nP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)IGBT的特性的特性正向特性
3、正向特性nP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)pnpPiNPiN/MOSFET 模型模型kTqVLdFdnqDJJpinFAiAdiodeA2exp2AiAAFpinLdFnqDdJqkTV/2ln2thGSoxnchAFMOSVVCWLJVnP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)FMOSFpinFVVVBipolar Transistor/MOS 模型模型ApnpLW /cosh1nP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)MOSpnpAII11ppUJqtp1物理模型物理模型nnUJqtn1pqDEJpppnqDEJnnnADsiNNnpqzyx22
4、2222双极输运方程双极输运方程HLAppDtp/2pnpnADDDDD200npHLPIN结构边界条件及解：结构边界条件及解： AApAnALWLWxDLxDqJLxpsinhsinh1cosh12BJT边界条件及解边界条件及解0)(Wp对于BJT和IGBT中的BJT结构，其电导调制基区为固定边界条件 0(0)exp/iAppnqVkTAALWLxWpp/sinh/sinh0电导关系：电导关系：nqDJJpqDJJppDtpAnnAppHLA/2IGBT的特性的特性开关速度开关速度timeVgIAVA两个阶段两个阶段: (Fossum模型模型)1. 快速下降阶段快速下降阶段2. 缓慢下降阶段缓慢下降阶段快速下降阶段快速下降阶段(Fossum模型模型)nP+PgsdIGBT(Anode)(cathode)基区内的总电荷不变基区内的总电荷不变, 耗尽区边界发生变化耗尽区边界发生变化.缓慢下降阶段缓慢下降阶段(Fossum模型模型)耗尽区边界不变耗尽区边界不变, 基区中电荷总数改变基区中电荷总数改变Fossum模型模型 bbiAbnobtDnqAKJItItI/exp11/exp2211提高速度提高速度: 减小基区中的少数载流子寿命减小基区中的少数载流子寿命.
