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第三節(jié)電力晶體管(GTR)電力晶體管,也稱(chēng)雙極型功率晶體管GTR:GiantTransistor由三層半導(dǎo)體(組成兩個(gè)PN結(jié))構(gòu)成一般為NPN結(jié)構(gòu),PNP結(jié)構(gòu)耐壓低GTR工作原理GTR靜態(tài)特性一般采用共發(fā)射極接法作電力開(kāi)關(guān)用時(shí),兩種穩(wěn)定工作狀態(tài):斷態(tài)、通態(tài)穩(wěn)定工作區(qū):截止區(qū)、有源區(qū)、飽和區(qū)截止區(qū)又稱(chēng)阻斷區(qū)iB=0開(kāi)關(guān)處于斷態(tài)GTR承受高電壓而僅有極小的漏電流存在集電結(jié)反偏UBC<0,發(fā)射結(jié)反偏UBE<0

;或集電結(jié)反偏UBC<0

,發(fā)射結(jié)偏壓為零UBE=0

有源區(qū)又稱(chēng)放大區(qū)或線性區(qū)iC與iB之間呈線性關(guān)系,特性曲線近似平直UBC<0,UBE>0

對(duì)于工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的GTR來(lái)說(shuō),應(yīng)當(dāng)盡量避免工作于有源區(qū),否則功耗很大,要快速通過(guò)有源區(qū),實(shí)現(xiàn)截止與飽和之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。飽和區(qū)開(kāi)關(guān)處于通態(tài)iB變化時(shí),iC不再隨之變化導(dǎo)通電壓和電流增益均很小UBC>0,UBE>0準(zhǔn)飽和區(qū)指有源區(qū)與飽和區(qū)之間的一段區(qū)域,即特性曲線明顯彎曲的部分隨iB增加,開(kāi)始出現(xiàn)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng),電流增益開(kāi)始下降iC與iB之間不再呈線性關(guān)系UBC<0,UBE>0失控區(qū)當(dāng)UCE超過(guò)一定值時(shí),iC會(huì)急劇上升,出現(xiàn)非線性,晶體管進(jìn)入失控區(qū),UCE再進(jìn)一步增加,會(huì)導(dǎo)致雪崩擊穿。UCEO、UCES、UCEX、UCBO為不同的基極、射極連接條件下的擊穿電壓。GTR特點(diǎn)電流驅(qū)動(dòng)型所需驅(qū)動(dòng)功率大通態(tài)飽和電壓低(由于電導(dǎo)調(diào)制作用)第四節(jié)功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率MOSFET)一、結(jié)構(gòu)VDMOSVVMOS一個(gè)器件由許多元胞并聯(lián)而成柵極與基片之間隔著SiO2薄層,因此它同其它兩個(gè)極之間是絕緣的,只要SiO2層不被擊穿,柵極對(duì)源極之間的阻抗是非常高的,因此驅(qū)動(dòng)電流較小。結(jié)構(gòu)圖2結(jié)構(gòu)圖3N溝道MOSFET符號(hào)二、工作原理VGS>0,并達(dá)到一定正電壓形成反型層導(dǎo)電溝道形成電子流導(dǎo)通電阻VDMOS不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),其導(dǎo)通電阻RDS(on)取決于導(dǎo)電通路上等效總電阻RDS(on)=漂移區(qū)電阻+溝道電阻+電極接觸電阻+引線電阻對(duì)于高壓器件,漂移區(qū)電阻占主要成分(當(dāng)導(dǎo)電溝道充分強(qiáng)化之后)RDS(on)=8.3×10-7BUDS2.5/AA:芯片面積;BUDS:擊穿電壓耐壓越高的器件,其導(dǎo)通電阻越大三、靜態(tài)特性歐姆電阻區(qū)(充分導(dǎo)通后):輸出電流iD隨電壓uDS線性改變。uGS<UT時(shí),截止閾值電壓UT典型值2~4VuGS足夠大,以保證器件導(dǎo)通進(jìn)入歐姆工作區(qū)功率MOSFET特點(diǎn):電壓型驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率小開(kāi)關(guān)速度快導(dǎo)通時(shí)呈阻性第五節(jié)絕緣柵雙極型復(fù)合晶體管(IGBT)雙極型功率器件:如晶閘管、GTR等通流能力很高:由于有少數(shù)載流子注入對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率的調(diào)制,即便是高壓器件,電流密度亦可達(dá)到200~300A/cm2開(kāi)關(guān)速度較低,開(kāi)關(guān)過(guò)程中功率消耗較大功率MOSFET:開(kāi)關(guān)速度較高,開(kāi)關(guān)過(guò)程中功率消耗較小由于沒(méi)有少數(shù)載流子的電導(dǎo)調(diào)制作用,使通態(tài)電阻較大,通流能力較小。一個(gè)600V功率MOSFET的最大電流密度一般只有10A/cm2左右。采用雙極-MOS復(fù)合器件技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)BiMOS技術(shù))將二者結(jié)合起來(lái),取各方之長(zhǎng)構(gòu)成一種新的器件。在其中:雙極器件的作用:輸運(yùn)主電流MOS器件的作用:作控制開(kāi)關(guān)一、結(jié)構(gòu)二、工作原理門(mén)極加正電壓時(shí),MOSFET內(nèi)形成溝道,并為PNP晶體管提供基極電流,從而使IGBT導(dǎo)通??昭◤腜+區(qū)注入到N-區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制,少子濃度越大電導(dǎo)率越高

注入增強(qiáng)電導(dǎo)率增大N-區(qū)電阻值減小使高耐壓IGBT具有低的通態(tài)壓降當(dāng)門(mén)極加負(fù)電壓時(shí),MOSFET內(nèi)的溝道消失,PNP晶體管的基極電流被切斷,IGBT即被關(guān)斷。由于注入的空穴是少子,存在少子的存儲(chǔ)現(xiàn)象,N-區(qū)的少子

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