1. 三极管工作原理
三极管由三层半导体材料构成,形成两个PN结,其结构一般为NPN或PNP型。以NPN型为例,它由左至右依次是:发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
发射极是高浓度的N型掺杂区,富含大量自由电子;
基极是非常薄的P型掺杂区,掺杂浓度较低,含有少量空穴;
集电极是普通浓度的N型掺杂区,含有正常数量的自由电子。
在没有加偏置电压的情况下,发射结(发射极与基极之间)和集电结(基极与集电极之间)都会形成耗尽层,阻止电流通过。
当给发射结加正向偏置(即BE间加电),大量发射极中的自由电子会被推动进入基区。然而,由于基区极薄且空穴浓度低,这些电子中只有少部分与空穴复合,
大部分电子会在尚未复合前扩散到集电结处。
此时,如果在集电结上加反向偏置(即CE间加电),集电极的正电压会进一步吸引这些电子穿越集电结的耗尽层,进入集电极,从而形成主电流。
整个导通过程的关键在于:
发射结正向偏置,使电子注入基区;
基区极薄、复合率低,大部分电子得以通过;
集电结反向偏置,使电子顺利漂移进入集电极;
每注入一个电子形成的空穴,会被其他电子迅速填补,形成连续导通。
最终,从发射极注入的每个电子,大约有β倍的数量被集电极收集,形成放大效应。
优点:导通功耗低
2:Mos管工作原理
以NPN型为例,两边是高浓度N型掺杂,底部P型掺杂除了正电空穴,还会带有少数负电的自由电子,
中间会有耗尽层上面黄色是绝缘层,蓝色是金属基板,底部蓝色区域也有一块金属衬底和P区贴在一起。
当给栅极G施加电压,两块基板之间形成电场,会吸引自由电子向上。当电压达到一定值时,中间形成的自由电子铺满形成沟道,此时沟道与N区相连。当给S和D通电,电子就能通过实现导通。
优点:控制功耗低
3.IGBT工作原理
上面我们聊到了,三极管和MOS管的工作原理,也清楚了它们的优缺点,那么能否中和它们的优缺点点?把两者的优势结合到一起呢,这就是IGBT啦。
IGBT是将高浓度N型掺杂放在中间,再包围P型掺杂(其中含有少数自由电子),底部是多层掺杂,顶部基板是源极S,底部基板是漏极D,
加上电源,现在PN结增大无法直接导通,下一步在两侧P区和N区的交汇处,加上绝缘层和金属基板,这就是栅极。