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续接上篇学习Mosfet和IGBT： Mosfet工作原理： 如之前内容介绍，mos管是通过在栅极施加电压，使栅极和漏极形成电流的沟道，以此来控制器件的开关动作，由于此构造，构成其输入阻抗很高特性。   如下图，以N沟道Mos为例，VGS<VT时，没有反型层的形成，漏极到衬底的PN结反偏。VGS>VT时，已经创建了一个反型层，以便当施加一个小的漏极电压时，反型层中的电子将从源流到正漏极端。电流从漏极流入，源极离开。   书中也给出了双极性晶体管和mos管的开关频率与开关损耗的关系，功率型mos管可以做到更高的开关频率。   书中给出一个V型沟槽的功率mos管结构，此结构有助于提高mos管耐压不及双极性晶体管的劣势。   IGBT         双极性晶体管的功率等级及mos管的开关频率特性二者能否兼得？书中巧妙的以各种器件的功率及频率关系图引出IGBT。           下图为纵向IGBT，也就是在VDMOSFET基础上加一个双极型晶体管。N型硅晶圆向下是一个N-N+P-的三层结构，如果将包裹住发射极的P型区算上，并把N-N+看作一个N层，那么整体形成一个纵向的P-N-P结构的双极型晶体管。   IGBT的构造不光有纵向结构，也有横向结构。首先，由于器件需要很好的耐压性能，栅极是覆盖在很厚的绝缘层上的。然后电流的沟道所经过的N型区域(N上角是减号“-”，代表掺杂浓度较低；相反，正号“+”表示掺杂浓度很高)也需要高耐压性，所以发射极和集电极之间隔开了很长的距离，并且为了允许大电流通过，N型区域的深度很深。   导通阻抗及耐压 书中形象的以PN结举例，用一张图来描述功率半导体的导通阻抗及耐压。正向导通时，电流越大，伴随着这个过程，导通电阻更大，转换时的损失也就更大。反向截至也是在一定的条件下，如果反向电压足够高，也会使PN结被击穿。          为降低导通阻抗，第一，可以用(100)面一硅片作为衬底材料。因为在硅晶体中，顺着(100)平面方向电子的迁移率业大，有利于降低导通电阻。第二，用外延生长法得到的硅晶也可以降低导通电阻，这种外延层的掺杂浓度和厚度，都会对导通电阻以及后面即将说到的耐压性起到关键作用。        耐压性与导通电阻是无法兼得的。因为，要降低PN结对电流的阻抗，就要将半导体的材料厚度减薄。而材料减薄，意味着允许施加的反向电压也只能降低(太大会使PN结击穿)，也就是耐压性下降。必须注意的是，这个耐压性指的是器件中的PN结对反向偏压的耐压性，就是PN结在承受反向偏压时，保持不被击穿的情况下，所能承受的最大电压。      4. 总结：       本书很详细的使用各种图片介绍半导体内部构造及工作原理，一步一步从PN结引向IGBT，生动形象，图解佳作，再次感谢论坛。    

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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。

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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。

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         “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：            

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