轉眼2024年的第一個周末了,也許只有到了隆冬,我們才會知道,我們身上有著一個不可戰(zhàn)勝的夏天。之前在聊到特斯拉減少75% SiC用量的話題時,我們聊了Hybrid(Si IGBT+SiC MOS),其中涉及到一個知識點IGBT的膝電壓(Knee Voltage),今天我們就來聊聊什么是IGBT的膝電壓?
01、Knee電壓
PN結作為半導體器件最基礎的單元,可以說是隨處可見,在詳細分解每個類型半導體器件時都從它開始。我們平常很多時候都從整體來看待一個器件,比如IGBT的傳輸特性曲線,
可以看到在IGBT的導通壓降上有一個零點幾伏的電壓(如紅色部分),這個電壓被稱為膝電壓。
下面我們就來從IGBT導通模型來了解下膝電壓的形成,下圖是IGBT的截面示意圖,
IGBT器件的開啟狀態(tài)特性可以描述為一個MOSFET在其線性區(qū)域內與P-i-N整流串聯(lián)工作,這兩個部分的電壓表達式如下,
p是細胞間距,IC和JC集電極電流及其密度,LCH是反轉通道長度,μni是電子遷移率,COX氧化電容,VGE是柵極電壓,VTH是閾值電壓,n是非理想因子,VT是熱電壓,k是玻爾茲曼常數(shù),T是絕對溫度,q是電子電荷,IS是反向飽和電流。
IGBT芯片都是被封成各種封裝來被使用,芯片的互連技術帶來了引線電阻,從而產(chǎn)生相應的電壓,所以在IGBT器件中導通電壓還需要考慮引線帶來的壓降,所以在很對規(guī)格書中導通電阻那一項會備注是否包含引線電阻帶來的壓降。所以IGBT的導通壓降由三個部分組成,即通過MOSFET、PiN整流器和引線的電壓降之和。
我們可以看到,很小的電流下,通過MOS和引線的電壓降幾乎為0,因此由于低反向飽和電流Is(通常為10^-8至-14A大小)通過PiN部分的電壓降在導通特性中形成了一個“膝蓋”(是不是蠻形象的),所以此電壓被稱為"knee電壓"。
這個膝電壓是IGBT器件的一個固有參數(shù),與傳導電流無關。此外,反向飽和電流IS和熱電壓VT均與溫度呈正相關,所以根據(jù)上述式子,膝電壓與溫度成負相關。
02、小結
今天主要聊了什么是IGBT的膝電壓,同時也可以說明另一個小問題,“為什么IGBT的傳輸特性曲線不是從0V開始,而MOSFET的是從0V開始”。
膝電壓這個概念很陌生,但我們工作中卻看到了它無數(shù)次(傳輸特性曲線),今天的內容希望你們能夠喜歡!