IGBT穩(wěn)態(tài)分析—電流與電荷分布的初步分析（2）

上一章我們對IGBT穩(wěn)態(tài)的分析中，在IGBT的大注入條件下，電子和空穴的運(yùn)動相互影響，這個影響關(guān)系需要用雙極性擴(kuò)散系數(shù)來描述。

電子電流和空穴電流的關(guān)斷瞬態(tài)過程不同，因?yàn)镮GBT關(guān)斷過程首先是將其MOS部分關(guān)斷，電子電流被掐斷，之后流經(jīng)BJT部分的空穴電流才逐漸關(guān)斷。

因此為了后續(xù)加深對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程物理意義的理解，這里有必要在求解（6-2）之前，對雙極性擴(kuò)散系數(shù)再作理解，分別將電子電流和空穴電流與建立起關(guān)系。

在《IGBT中的若干PN結(jié)》的“PIN結(jié)構(gòu)”中，我們描述了電子和空穴的相互影響，并給出了表達(dá)式（6-3） ，當(dāng)時沒有對其作推導(dǎo)，這里有必要做一個補(bǔ)充。

在《微觀電流》一章中，我們講解了電子電流與空穴電流均可表達(dá)為漂移電流和擴(kuò)散電流之和，且總電流為電子電流與空穴電流之和，即

將（6-4）電場提取出來，并分別代入電子電流和空穴電流表達(dá)式，可以得到、與的關(guān)系式，如下：

（6-5）右邊第二項(xiàng)即為雙極性擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式，說明電子電流或者空穴電流的變化會引起總電流的變化，反之總電流的變化也會引起電子電流和空穴電流的變化，即電子和空穴的運(yùn)動相互影響。

令， 即電子和空穴的遷移率之比，并根據(jù)電中性原則，令， （6-5）可以簡化如下：

由此，我們就建立了電子電流和空穴電流與空穴空間分布之間的關(guān)系，當(dāng)?shù)弥嘤噍d流子濃度分布之后，就可以根據(jù)（6-6）分別求出不同位置的電子及空穴電流。

這里以《IGBT的物理結(jié)構(gòu)模型》中“PIN&MOS模型”的PIN1和PIN2為例，其在base區(qū)域的載流子濃度分布不同，如下左圖所示，相應(yīng)的電子電流和空穴電流在不同位置的大小也不相同，如下右圖所示。

可以看出來，越靠近BJT集電極的位置（），電子電流占比越大。

后續(xù)關(guān)斷瞬態(tài)分析中，可以進(jìn)一步看出這個差異以及關(guān)斷過程中總電流變化所引起的電子電流和空穴電流變化。