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IGBT電壓與電荷分布之間的關系(2)

冬至子 ? 來源:橘子說IGBT ? 作者:orange ? 2023-12-01 11:13 ? 次閱讀

因為電子從費米能級高位向低位流動,因此根據(jù)電子電流的流向很容易繪出費米能級的彎曲方向,這里將BJT發(fā)射極到集電極的導帶及價帶能帶示意圖繪制如圖所示。

圖片

費米能級彎曲的變化率(費米電勢梯度圖片)所引起的電子電流為,

圖片

其中, 圖片,因此歐姆電壓圖片就是費米電勢從圖片圖片的積分。

圖片

下面,我們通過電子圖片總電流圖片關系、多余空穴濃度分布圖片與邊界處空穴濃度圖片之間的關系,以及圖片與總電流圖片關系關系,即可準確地推演出圖片與總電流圖片的關系。

上述過程可以通過將(6-6)以及(6-10)帶入(6-27),并稍作整理得到如下表達式,

圖片

需要注意的是,(6-28)中右邊積分項分布中沒有因為大注入假設而省去圖片,否則當圖片時會出現(xiàn)分母為0的情況。下面分別對(6-28)右邊兩項積分,分別將右邊第一項和第二項定義為圖片

圖片很容求積分,如下,

圖片圖片積分過程相對繁瑣,這里就不逐步進行推演了,感興趣的讀者可以嘗試推導。

新定義圖片為有效電子濃度,其表達式如下,

圖片從而圖片可表達為,

圖片

從(6-31)可以看出 圖片的物理意義, 圖片表征了電導率,所以圖片可以理解為對電導率的修正,即電導調制效應。圖片的積分結果為(過程省略),

圖片 經過前面的推導,可以準確地將圖片表達如下:

圖片

因此,圖片由三個部分構成,(6-33)右邊第一項為結電壓,第二項為經電導調制效應的歐姆電壓 ,第三項為大注入下因電荷濃度分布而產生的擴散電壓。

圖片

舉例,還是采用前面相同的物理結構參數(shù),調整總電流濃度圖片圖片圖片,觀察上述三個電壓構成隨電流密度的變化趨勢,如圖所示。

可以看出,隨著電流密度的增加,結電壓變化幅度很小,電壓增長主要來自于圖片部分。

結電壓和擴散電壓存在明顯的飽和趨勢,而歐姆電壓則幾乎呈線性增長趨勢。讀者如果感興趣,可以嘗試改變遷移率等其他變量,觀察不同電壓構成隨電流密度的變化趨勢。

至此,我們完整地建立了穩(wěn)態(tài)下電壓、電流與電荷濃度分布之間的關系,它們將作為下面瞬態(tài)分析的初始條件。

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