IGBT的物理结构模型—BJT&MOS模型（1）

在前面关于PIN&MOS模型分析中，特别强调了这个模型所存在的一个短板，即所有电流都通过MOS沟道，实际上只有电子电流通过MOS沟道，而空穴电流则通过p-base。

以MOS驱动的PNP晶体管（BJT）模型则可以对这个问题进行修正，更准确地分析IGBT工作机理。

如图所示，回顾前面章节中关于PNP和MOS结构的讨论，想象将IGBT切分成MOS和PNP晶体管，那么MOS的源极与PNP的集电极相连接，MOS的漏极与PNP的基极相连。

与独立的MOS和PNP结构不同之处在于，MOS的漏极与PNP的基极没有独立的外接电极接口，正如图中虚线所示。

电子电流通过MOS沟道，形成PNP的基极电流，使得PNP晶体管导通。需要注意的是，IGBT的集电极和发射极与PNP的命名方式相反。

下面我们来分析一下基于BJT&MOS模型的IV特性。回顾本章第一小节基于PIN&MOS模型所推导出的IV特性表达式，如下：

表达式中的第一项为PIN压降，第二项为MOS沟道压降。因为，且电子电流和空穴电流经过PIN的部分，两种模型并无差别，所以第一项不用调整。第二项则需要将替换为电子电流。

回顾“IGBT中的若干PN结”一章中对于PNP增益的分析，定义为共发射极的电流增益，共基极电流增益为，那么

所以，电子电流与总电流关系为，

将上面表达式中MOS沟道电流替换成，即得到基于BJT&MOS模型的IV特性。

因为MOS沟道压降多了系数，显然结果应小于PIN&MOS模型。

举例：基于PIN+MOS模型，假设IGBT芯片厚度100μm，沟槽宽度1.5μm，沟道深度3μm，栅氧厚度120nm，载流子寿命5微秒，阈值电压为5V，栅极施加电压为15V，电流增益=0.5，我们比较一下基于PIN&MOS模型和基于BJT&MOS模型的IGBT的IV特性曲线，计算结果如下图所示：

其中蓝色曲线是基于PIN&MOS模型得出的IV特性，而红色曲线则是基于BJT&MOS模型得出的IV曲线，显然后者的压降更低。同时黄线为PIN部分的导通压降，随着PNP增益的增大，MOS部分的电压降低，IGBT的IV特性逐渐向PIN特性趋近。所以，增大PNP的电流增益可以有效降低IGBT的导通压降，但同时会牺牲掉一些其他特性，如饱和电流会随增大而快速上升，导致其短路耐受能力大幅下降。

因为MOS沟道电流存在一个饱和电流值，所以IGBT也自然存在一个饱和电流值，它们之间的比例也应该是的关系，即