- 2025-02-11
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《图解入门——功率半导体基础与工艺精讲》 02 功率半导体工作原理-二极管及双极型...
Jacktang 发表于 2025-2-11 07:34
本书没有列出参数可以查询具体器件规格书,更方便大家理解。
是列出还是没有列出规格书呢
不好意思,应该这样:本书没有列出的参数,可以查询具体器件规格书,更方便大家理解。
- 2025-02-10
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加入了学习《直播回放: ROHM 重点解析双极型晶体管的实用选型方法和使用方法》,观看 ROHM - 双极晶体管的选型和使用方法
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《图解入门——功率半导体基础与工艺精讲》 02 功率半导体工作原理-二极管及双极型...
本帖最后由 baymaxs 于 2025-2-11 08:49 编辑
1. 概述:
回顾下第一章和第二章遗漏了一些内容:
本书第一章讲的是功率电子概念性内容,从功率(Power)这个词语展开叙述,再者将功率半导体比作人体的血管及神经,为这些装置供应电力或进行控制,然后举例说明身边的半导体,进而引入半导体分类,最后对普通MOS管和功率MOS管做对比。
把功率半导体类比到人体
电子元器件分类
第二章介绍半导体器件,二极管、三极管、MOS管及IGBT结构与原理,第三章则重点强调是功率半导体原理,其中有不少重叠。
2. 功率二极管
本书对二极管在功率半导体中的应用,主要为其具有单向导通性,所以可以进行整流,将交流信号转变为直流信号。
书中也以图片形式给出其实现原理:
但是内部的电子运动没用详细的介绍,形象比喻成正偏时坡变缓,反偏时坡变陡。
引用其他书籍的相关介绍(复杂的计算公式感兴趣可以了解下):
可以看出,正向施加合适的电压及反向施加一定范围的电压,在其内部会形成相对应方向的电场,不难看出正向施加电压时,其PN结耗尽层变薄,如图像爬坡一样,电子更容易穿过势垒层。施加反向电压时同理,电子爬坡难度变大,不容易穿过。
二极管V-I曲线
从二极管V-I曲线,可以得到二极管的许多关键信息,根据其不同的参数特性,应用在不同场合。本章节描述利用二极管单向导通性时,未说明其注意事项,希望后面能有所描述。二极管在开关电源中的其他应用也未提及。
3. 大电流双极性晶体管
相较于普通的双极性晶体管,功率半导体中应用的为大电流双极型晶体管。
书中以直流变交流为引,与二极管整流相反,双极性晶体管作为开关时,实现产生脉冲,需要使用其高速开关的作用。
双极型晶体管工作原理之前已有介绍,依然和之前一样的图,此处不再赘述。
其V-I工作特性曲线极为重要。
本书只是图解基础,没有对其详细参数进行具体介绍,只有图,没有相关的公式。功率半导体当作开关使用时,也只是在A点及B点不停的切换,也就是在截至区和饱和区不停的切换。IB为0时,IC也会相应消失,此时位于截止区。为使其作为开关使用,不能处于线性放大区,需要IB非常大。
以最简单的应用的图希望大家记得其计算。
4 . 小结:
需要根据实际应用场景选择合适的二极管和三极管,选型(参数,体积,散热,降额,价格等)尤为重要,本书没有列出的参数,可以查询具体器件规格书,更方便大家理解。
- 2025-01-20
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《图解入门——功率半导体基础与工艺精讲》 01 是Au贵还是Si贵
“我俯身把那耀眼的东西捡起来,仔细看了看,心脏简直要跳出来,因为我肯定那是金子,足足有半颗豌豆大小……”——詹姆斯·马歇尔
缘起
18世纪美国掀起了疯狂的西部淘金热,然而仅隔了一个多世纪,淘汰的沙子又被人们淘了起来。一颗颗不起眼,遍地都是的沙子为啥被人们重视起来?这不得不提半导体的由来。
1956年,诺贝尔物理奖分别颁发给了美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿,以奖励他们对半导体及晶体管效应的研究。巴丁、布拉顿主要发明半导体三极管,而肖克利则是发明了PN二极管。
我们首要介绍的是半导体中最基础的器件-PN二极管。
PN二极管
为什么选择硅?首先,硅是地壳中含量中排名第二的元素,平均有27%出现在地壳中。其次,硅的导电性能介于导体和绝缘体之间,具有良好的导电性。所以随着硅的提取技术越来越成熟,且其相对于锗等元素的成本优势,使其在半导体领域获得广泛的应用。
我们首先介绍什么是非本征半导体。
如这张图所示,纯的硅是没有导电性的,没有自由的电子或者空穴。如果要变成导体,必须掺杂其他元素,改变其内部结构,才能在外力作用下有电流流动。大家发现,给它掺杂其他元素,情况就大不一样。我们可以先观察元素周期表,如果我们给他掺杂磷或者硼,是不是就不一样了?
掺杂磷后,会有自由的电子产生,这就是n型半导体:
掺杂硼后,会有空穴产生,这就是p型半导体:
如果将p型半导体和n型半导体在不损伤晶体情况下结合起来,就形成PN结。
二极管符号如下:
三极管
二极管因其pn结,正常情况下,在外力作用下,电流方向从p到n。
那么两个pn结背靠背紧紧结合在一起,是否像开关一样?左边的PN结在外力作用下导通,来自发射极的多数载流子(空穴)很容易被送到基极区域,即基区,基区一般非常短,大部分空穴毫无阻碍的从基区通过,来到集电区,从集电极流出晶体管。因为从发射极流向基区的空穴在基区时是少数载流子,因为集电极的低电压吸引,反而加速流向集电极。
NPN及PNP三极管符号如下:
MOSFET
三极管是电流控制型器件,而MOSFET是通过电压来控制开关状态。
施加在金属栅极上的电压,通过绝缘薄膜(左图为绝缘薄膜形成方式,绝缘材料将两块平行板分开,形成薄膜电容),引起下层半导体中电荷分布的变化。半导体中的电荷分布改变,就在栅极下方形成了一个沟道来作为载流子的通道,也叫作反型层。这时就相当于水闸打开,留出缝隙允许水流通过。当把栅极电压取消,反型层就会消失,闸口关闭。利用这个原理,就可以通过控制栅极的电压(简称“栅压”)来控制 MOS 晶体管的开关状态了。
NMOS的寄生参数:一般MOSFET的技术规格中与这些寄生电容相关的参数为表中的Ciss、Coss、Crss三项。在按静态特性与动态特性分别记述的技术规格中,是被分到动态特性中的。这些是影响开关特性的重要参数。
NMOS及PMOS符号如下:
IGBT
双极型晶体管是电流控制型器件,MOSFET是电压控制型器件,双极型晶体管相比能够耐高电压,但开关速度难以提高。而MOSFET具有一定的高速化的潜力,但是在器件构造还有耐压性上都存在困难。随着功率半导体应用范围的持续拓展,对耐压和高速开关的性能需求也日益紧迫。是否可以将两者优势集合一起,满足市场应用需求,所以IGBT闪亮登场。
IGBT的设计结合了双极型晶体管和功率型MOSFET双方的优点。其中,MOSFET部分贡献了高速的开关性能,双极型部分贡献了大电流和耐压性能。IGBTs在超大功率应用中占有一席之地,例如电动汽车,其中模块由多个IGBT并联构建,以实现高压环境下数百安培的开关功率。
IGBT内部结构及等效图:
N沟道IGBT符号如下:
- 2025-01-16
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个人信息无误,确认可以完成评测计划。
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感谢楼主分享,好书好人
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看看,感谢分享
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感谢分享,很棒。