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IGBT中的MOS結構—輸入電容(下)

冬至子 ? 來源:橘子說IGBT ? 作者:orange ? 2023-11-29 16:45 ? 次閱讀

上一章我們講到圖片的變化趨勢,至于圖片,可以按照相同的方式進行分析,即 柵極與漏極極之間的電容。開通過程中,因不存在耗盡反型過程,所以圖片就是柵氧與N_drift區域重疊的部分所形成的電容;

但是關斷過程中,因為P-base和N_drift所形成的PN結承受高壓而產生耗盡區,所以也會形成一個與圖片串聯的耗盡區電容,如圖中所示,這里不再詳述。

至此,我們是不是可以得出輸入電容就是圖片圖片之和呢?還差一步,因為MOS使用過程中還存在負載,對輸入電容是有影響的。

根據前面對MOS的IV特性分析,可以將MOS視為一個電壓控制型電流源,其共源極等效電路如下圖。

圖片

根據電路的基本原理,假設輸入電容為圖片,那么

圖片

根據等效電路,

圖片

顯然,圖片,綜合以上幾個關系式易得,

圖片

對照圖片,得到MOS結構的輸入電容為:

圖片

定義上式右邊第二項為米勒電容,圖片。顯然米勒電容是隨柵極電壓變化的。

前面講到MOS結構中電容的存在會決定器件的響應速度,即器件可工作的頻率范圍。從MOS的工作機制容易看出,開啟過程中,電子從源極傳輸到漏極的時間主要由兩個部分構成:

一是柵極電容的充電時間,至形成反型溝道,從而具備電子傳輸的通道;

二是電子從溝道中通過的時間,對于功率型MOS而言,還要包括電子通過低摻雜擴散區直到漏極的擴散時間。

對于關斷過程,則與開啟相反。這里我們把前者稱為開關時間圖片,后者稱為渡越時間圖片

對于渡越時間圖片,這里將其物理過程描述如下,感興趣的讀者可以參考作推導。渡越溝道所需時間取決于溝道內的電子飽和速度和溝道長度,圖片,即速度取決于溝道內的遷移率和沿溝道方向的電場強度,該電場強度又取決于漏極和源極之間的電勢梯度圖片;渡越低摻雜擴散區所需時間取決于擴散速度和擴散區深度圖片,即速度取決于與擴散系數和平均自由程,擴散系數同樣與擴散區的遷移率相關,而平均自由程則與濃度相關。

下面對與電容充電相關的開關時間圖片作簡要分析。隨著頻率的增加,輸入電容的容抗減小圖片,所以頻率響應一定存在一個極限值,這個極限值通常被定義為截止頻率,對應輸出電流與輸入電流的增益為1時的頻率。即:

圖片

化簡后,

圖片

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