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IGBT的物理結(jié)構(gòu)模型—PIN&MOS模型(3)

冬至子 ? 來源:橘子說IGBT ? 作者:orange ? 2023-12-01 10:08 ? 次閱讀

上一節(jié)講到了根據(jù)PIN1的邊界條件求解系數(shù)圖片圖片,下面根據(jù)PIN2的邊界條件求解系數(shù)圖片圖片

首先,陽極側(cè)圖片的邊界條件與PIN1相同,即陽極電子電流為0,即圖片

其次,陰極側(cè)圖片的邊界條件與PIN1不同,陰極側(cè)因PN結(jié)反偏,空穴濃度為0,即圖片

(這里需要注意的是,載流子電流為零并不意味著載流子濃度為零,反之亦然。對于PIN1結(jié)構(gòu),因為陽極和陰極的多子濃度遠大于少子濃度,所以可以忽略少子電流;對于PIN2結(jié)構(gòu),因為陰極PN結(jié)反偏的緣故,載流子被耗盡,所以濃度為零,但因電場和濃度差的存在,電流卻不為零。)

將上述兩個邊界條件帶入圖片的通解表達式,即可得到系數(shù)圖片圖片電流密度圖片之間的關(guān)系如下:

圖片

圖片圖片帶入圖片的通解表達式,整理后便得到PIN2的濃度分布:

圖片

同理,假設(shè)載流子壽命為1圖片,芯片厚度為100圖片,電流密度為圖片時,載流子濃度如圖所示。顯然,陽極(集電極)區(qū)域載流子濃度最高,在N-drift區(qū)域逐漸降低,直至到0。

圖片

對應(yīng)IGBT結(jié)構(gòu)(如圖虛線區(qū)域順時針旋轉(zhuǎn)90°),陰極區(qū)域?qū)?yīng)p-base基區(qū),即載流子到達基區(qū)底部時,其濃度會降低至0,所以基區(qū)底部是沒有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的。

在實際設(shè)計中,設(shè)計人員也會通過一些技術(shù)手段來增強這個區(qū)域載流子的濃度。當然,這也會對其他參數(shù)造成影響,如擊穿電壓等,設(shè)計中需要綜合考慮。

把PIN1和PIN2的載流子濃度分布繪到一起如圖所示,可以清晰地看出IGBT紅色陰影部分的載流子濃度是很低的。

圖片

同時,從濃度分布曲線上還可以發(fā)現(xiàn)其他一些現(xiàn)象:

集電極的載流子濃度并非均勻分布,PIN1區(qū)域的濃度要略高于PIN2區(qū)域。考慮到實際加工過程中,集電極的濃度是相同的,又因為集電極側(cè)的電子電流為0,這就意味著PIN1區(qū)域的空穴注入效率要高于PIN2區(qū)域;

因為橫向載流子濃度的不同,所以在IGBT內(nèi)部一定會形成橫向的擴散電流,在靠近集電極一側(cè),橫向擴散自PIN1區(qū)域向PIN2方向,在靠近p-base基區(qū)一側(cè),橫向擴散自PIN2區(qū)域向PIN1區(qū)域。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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