IGBT的物理結構模型—BJT&MOS模型（1）

在前面關于PIN&MOS模型分析中，特別強調了這個模型所存在的一個短板，即所有電流都通過MOS溝道，實際上只有電子電流通過MOS溝道，而空穴電流則通過p-base。

以MOS驅動的PNP晶體管（BJT）模型則可以對這個問題進行修正，更準確地分析IGBT工作機理。

如圖所示，回顧前面章節(jié)中關于PNP和MOS結構的討論，想象將IGBT切分成MOS和PNP晶體管，那么MOS的源極與PNP的集電極相連接，MOS的漏極與PNP的基極相連。

與獨立的MOS和PNP結構不同之處在于，MOS的漏極與PNP的基極沒有獨立的外接電極接口，正如圖中虛線所示。

電子電流通過MOS溝道，形成PNP的基極電流，使得PNP晶體管導通。需要注意的是，IGBT的集電極和發(fā)射極與PNP的命名方式相反。

下面我們來分析一下基于BJT&MOS模型的IV特性?；仡櫛菊碌谝恍」?jié)基于PIN&MOS模型所推導出的IV特性表達式，如下：

表達式中的第一項為PIN壓降，第二項為MOS溝道壓降。因為，且電子電流和空穴電流經(jīng)過PIN的部分，兩種模型并無差別，所以第一項不用調整。第二項則需要將替換為電子電流。

回顧“IGBT中的若干PN結”一章中對于PNP增益的分析，定義為共發(fā)射極的電流增益，共基極電流增益為，那么

所以，電子電流與總電流關系為，

將上面表達式中MOS溝道電流替換成，即得到基于BJT&MOS模型的IV特性。

因為MOS溝道壓降多了系數(shù)，顯然結果應小于PIN&MOS模型。

舉例：基于PIN+MOS模型，假設IGBT芯片厚度100μm，溝槽寬度1.5μm，溝道深度3μm，柵氧厚度120nm，載流子壽命5微秒，閾值電壓為5V，柵極施加電壓為15V，電流增益=0.5，我們比較一下基于PIN&MOS模型和基于BJT&MOS模型的IGBT的IV特性曲線，計算結果如下圖所示：

其中藍色曲線是基于PIN&MOS模型得出的IV特性，而紅色曲線則是基于BJT&MOS模型得出的IV曲線，顯然后者的壓降更低。同時黃線為PIN部分的導通壓降，隨著PNP增益的增大，MOS部分的電壓降低，IGBT的IV特性逐漸向PIN特性趨近。所以，增大PNP的電流增益可以有效降低IGBT的導通壓降，但同時會犧牲掉一些其他特性，如飽和電流會隨增大而快速上升，導致其短路耐受能力大幅下降。

因為MOS溝道電流存在一個飽和電流值，所以IGBT也自然存在一個飽和電流值，它們之間的比例也應該是的關系，即