上一章我們對IGBT穩(wěn)態(tài)的分析中,在IGBT的大注入條件下,電子和空穴的運(yùn)動(dòng)相互影響,這個(gè)影響關(guān)系需要用雙極性擴(kuò)散系數(shù)來描述。
電子電流和空穴電流的關(guān)斷瞬態(tài)過程不同,因?yàn)镮GBT關(guān)斷過程首先是將其MOS部分關(guān)斷,電子電流被掐斷,之后流經(jīng)BJT部分的空穴電流才逐漸關(guān)斷。
因此為了后續(xù)加深對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程物理意義的理解,這里有必要在求解(6-2)之前,對雙極性擴(kuò)散系數(shù)
再作理解,分別將電子電流
和空穴電流
與
建立起關(guān)系。
在《IGBT中的若干PN結(jié)》的“PIN結(jié)構(gòu)”中,我們描述了電子和空穴的相互影響,并給出了
表達(dá)式(6-3) ,當(dāng)時(shí)沒有對其作推導(dǎo),這里有必要做一個(gè)補(bǔ)充。

在《微觀電流》一章中,我們講解了電子電流與空穴電流均可表達(dá)為漂移電流和擴(kuò)散電流之和,且總電流為電子電流與空穴電流之和,即

將(6-4)電場
提取出來,并分別代入電子電流和空穴電流表達(dá)式,可以得到
、
與
的關(guān)系式,如下:

(6-5)右邊第二項(xiàng)即為雙極性擴(kuò)散系數(shù)
表達(dá)式,說明電子電流或者空穴電流的變化會(huì)引起總電流的變化,反之總電流的變化也會(huì)引起電子電流和空穴電流的變化,即電子和空穴的運(yùn)動(dòng)相互影響。
令
, 即電子和空穴的遷移率之比,并根據(jù)電中性原則,令
, (6-5)可以簡化如下:

由此,我們就建立了電子電流
和空穴電流
與空穴空間分布
之間的關(guān)系,當(dāng)?shù)弥嘤噍d流子濃度分布
之后,就可以根據(jù)(6-6)分別求出不同位置的電子及空穴電流。
這里以《IGBT的物理結(jié)構(gòu)模型》中“PIN&MOS模型”的PIN1和PIN2為例,其在base區(qū)域的載流子濃度分布不同,如下左圖所示,相應(yīng)的電子電流和空穴電流在不同位置的大小也不相同,如下右圖所示。
可以看出來,越靠近BJT集電極的位置(
),電子電流占比越大。
后續(xù)關(guān)斷瞬態(tài)分析中,可以進(jìn)一步看出這個(gè)差異以及關(guān)斷過程中總電流變化所引起的電子電流
和空穴電流
變化。

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