1、多子与少子器件

传统的功率器件根据主要导电载流子一般分为多子和少子器件,少子器件主要包括二极管,BJT,晶闸管,GTO等,这些器件导通的时候电流至少经过一个PN节,并且电子和空穴同时导电,其都是进入对应的PN区的少数载流子,最终形成电流。

 

多子器件主要有MOSFET,肖特基二极管等,这些器件都是半导体中的多数载流子导电,且一般只有一种载流子导电。

 

两者的区别如下 :

1)多子器件主要靠多数载流子导电,而少子器件主要是靠电子和空穴同时导电。

 

2)多子器件相对少子器件开关速度要快,因为少子器件的PN节存在载流子的积累和清除过程,相当于不仅要对势垒电容充放电还需要跟扩散电容充放电。

 

3)少子器件其管压降是负温度系数,温度越高其漏电流也越大;而多子导通压降为正温度系数,温度升高使得N型(或者P型)半导体中的粒子运动频率加快,从而阻力加大,压降升高。所以少子器件不利于并联,而多子器件更适合并联,原因如下:

 

 

2、绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管就是我们常说的IGBT,可以说它是MOSFET的高压改进版本,MOSFET在低压情况下性能能表现得非常得优秀,但高压下导通压降太高,损耗也就会太大。

 

为什么压降太大呢?

 

 

上面标注的PN节压降区由于需要承受较大的电压,所以其右侧的N区需要做得较大,且掺杂浓度也更高,压降就越大。因此高压MOSFET通过的电流一般都不能太大。

 

为了解决MOSFET高压情况下电流不能太大的问题,就有了IGBT。

 

 

IGBT仅仅只是在MOSFET的右侧增加了一个P区,刚好右侧PN形成了一个正向PN节,所以一旦出现沟道其可以直接导通。

 

但是新增的PN节怎么就降低MOSFET压降了呢?

 

 

根据电导调制效应,右侧PN节正偏会导致P中大量空穴向N中移动,使得右侧N中的空穴浓度大大提高,导通压降也会降低,电阻降低,这样就获得耐压高,压降低的性能特点。

 

 

导通和关闭过程都是由等效MOSFET部分来控制,而等效PNP三极管只是通过电导调制效应来降低电阻率。

 

但是这样的结构在关断的过程中还是存在PN节的释放扩散区载流子的过程,所以会带来电流的拖尾现象,当然损耗相对MOSFET也会升高。

 

说到底IGBT是一种MOSFET与BJT的复合器件,都通过牺牲一部分各自的优势来进行互补,从而得到了一种更性能综合的器件。

 

3、小节 

最后MOSFET一般工作频率在50KHz以上,而IGBT一般只能在20KHz以下,所以IGBT的PN节限制了其速度,同时也降低了压降,能够在高压下通过更大的电流。

 

IGBT也是压控器件,不过1KW一下一般还是选MOSFET,2MW一下首选IGBT,更高的话就选择IGCT和IECT等。