IGBT/三極管/MOS管的區別

C:集電極

B:基極

E:發射極

D:漏極

G:柵極

S:源極

?三極管的基極通過電流，就能控制燈泡點亮;基極不通過則熄滅?;

?MOS管則是給柵極施加高低電平也能控制導通點亮;

?IGBT和MOS管相似，也是一樣給柵極施加高低電平控制導通點亮。

★這三種元器件之間有什么區別？

?三極管工作原理

三極管的結構是給一塊純硅進行三層摻雜，其中較窄區域高濃度N型摻雜，含有大量自由電子，中間極窄區域普通濃度P型摻雜，含有少數空穴，上邊較寬區域普通濃度N型摻雜，含有正常數量的電子，中間會形成兩道耗盡層給CE通電。

?上邊的正極會吸引電子離開，中間的耗盡層會增寬，由于P區非常薄，再加上上邊是普通濃度摻雜，所以寬度增加有限，但是現在新的電子還無法通過，再給BE通電，新的電子同性相斥，會突破第一層耗盡層實現導通，其中導通過程是每離開一個電子形成空穴，就會擴散涌入大量電子搶占空穴，其中一顆進入空穴，由于第二層耗盡層寬度有限，剩余β倍的電子向上的力會大于第二層耗盡層的電場力，那么就會漂移擴散進入集電極，再被正極吸引。

電流的方向和電子相反，?也就是流入基極的電流。集電極等于基極電流的β倍，最終匯總發射極等于基極+集電極。其中集電極到發射機之間的導通電阻很小，假設通過一個非常大的電流100A，那么CE之間的功耗會比較小，但是設定β是100，也就是需要1A的電流通過BE，BE之間有0.4～0.7V左右的壓降，在實際應用中一直保持1A的電流輸出，發熱功耗會非常嚴重，所以三極管總功耗反而會很大。

?所以能不能用低電流低功耗的方法實現控制高電流呢？

?MOS管工作原理

以NPN型為例，兩邊是高濃度N型摻雜，底部P型摻雜除了正電空穴，還會帶有少數負電的自由電子，中間會有耗盡層上面黃色是絕緣層，藍色是金屬基板，底部藍色區域也有一塊金屬襯底和P區貼在一起。

當給柵極G施加電壓，兩塊基板之間形成電場，會吸引自由電子向上。當電壓達到一定值時，中間形成的自由電子鋪滿形成溝道，此時溝道與N區相連。

當給S和D通電，電子就能通過實現導通。

正極吸引電子離開，負極填充空穴，會使右邊耗盡層增大，隨著電流越大耗盡層會影響導通，所以導通的電阻值較大。假設還是用100A的電流，DS之間導通功耗也不小，所以MOS管的優點是柵極控制功耗很低。?

那有沒有把兩者的優勢結合到一起呢？?

?IGBT工作原理

IGBT是將高濃度N型摻雜放在中間，再包圍P型摻雜（其中含有少數自由電子），底部是多層摻雜，頂部基板是源極S，底部基板是漏極D，加上電源，現在PN結增大無法直接導通，下一步在兩側P區和N區的交匯處，加上絕緣層和金屬基板，這就是柵極。

當施加電壓形成電場會吸引電子移動形成溝道，此時中心N區和外部N區相連，那么源極電子可以進入，溝道最終導通通過。其中控制功耗很低，同時導通大電流時功耗也很低。?

總結:三極管的優點是導通電阻小功耗低，缺點是電流控制功耗大;MOS管導通電阻比較高功耗大，但優點是電壓控制功耗低;而IGBT則是兩者優點的結合，導通電阻小，電壓控制功耗低。

?擴展補充1:

也許你會好奇，隨便打開一MOS管資料，查看原理圖，總能在它旁邊有一個二極管的存在，這其實是MOS管的生產工藝造成的，并不是在MOS管內部加了一個二極管。

MOS管的內部可以看成是兩個背靠背的二極管，而在設計的時候，通常將源極S和襯底內部相連，這樣就與漏極之間形成了一個二極管。

NMOS:

PMOS:

我們把這種由生產工藝而形成的二極管稱之為體二極管，也就是寄生二極管。

寄生二極管的作用:?

?區分源極S和漏極D;

?保護作用，當電路中出現很大的瞬間反向電流時可以通過這個二極管排出，而不會對二極管造成傷害;

?將MOS管的源極和漏極反接，因為體二極管的存在，MOS管就會失去開關的作用。

?擴展補充2（二極管的工作原理）:

?二極管的工作原理主要基于p型半導體和n型半導體組成的p-n結（pn結）

當沒有外加電壓時，p-n結兩側由于載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等，從而處于電平衡狀態。當二極管兩端加上正向電壓（陽極接正極，陰極接負極）時，p-n結附近的p型半導體中的空穴和n型半導體中的電子會向對方擴散，形成電流，此時二極管呈現低電阻狀態，允許電流通過。

相反，當二極管兩端加上反向電壓（陽極接負極，陰極接正極）時，p-n結附近的p型半導體和n型半導體的載流子無法有效擴散，導致幾乎沒有電流通過，此時二極管呈現高電阻狀態。



審核編輯：劉清