分析IGBT，一般可以采用兩種模型，一種是簡(jiǎn)化的“PIN+MOS”模型，一種是更切合實(shí)際的“PNP+MOS”模型，前者邏輯分析簡(jiǎn)單，可以描述清楚IGBT工作的基本特點(diǎn)；后者分析相對(duì)更復(fù)雜一些。下面我們先從第一種模型開(kāi)始，分別論述。

如圖所示，虛線框內(nèi)描繪了電流從集電極到發(fā)射極的路徑，分別經(jīng)PIN和MOS溝道。實(shí)際的IGBT器件，與這個(gè)模型存在以下幾個(gè)不同點(diǎn)：

實(shí)際的IGBT器件電流從集電極注入是全局注入，而非局域注入；

實(shí)際的IGBT空穴電流在MOS結(jié)構(gòu)中不會(huì)通過(guò)溝道，而是從基區(qū)流出，只有電子電流從溝道流入。

下面，我們對(duì)IGBT的IV特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，在建模過(guò)程中，需要考慮以上兩個(gè)不同點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行修正（這里先忽略PIN2，假設(shè)電流全部從PIN1流走，下一節(jié)會(huì)專門(mén)討論P(yáng)IN1和PIN2的不同）。

假設(shè)PIN的橫截面寬度為（若溝槽兩側(cè)均為發(fā)射極，那么

近似為溝槽寬度），這里主要考慮了上述第1個(gè)不同點(diǎn)，即集電極注入的電流全部都通過(guò)注入PIN體內(nèi)。

回顧PIN結(jié)構(gòu)的IV表達(dá)式，如下：

其中，，和分別是雙極型擴(kuò)散系數(shù)和載流子壽命，具體定義可參閱“IGBT中的若干PN結(jié)”一章。假設(shè)IGBT的電流為，考慮到第一個(gè)不同點(diǎn)，那么上面表達(dá)式中的，其中為垂直于紙面方向延伸的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步地，考慮上述第二個(gè)不同點(diǎn)，假設(shè)所有電流都通過(guò)MOS溝道，回顧MOS溝道壓降的表達(dá)式，如下：

其中為溝道長(zhǎng)度，為柵氧單位面積電容。當(dāng)遠(yuǎn)小于時(shí)，正常工作時(shí)這個(gè)條件一般是成立的，上式可以簡(jiǎn)化為，

將PIN結(jié)和MOS的溝道壓降相加，即可得到IGBT的IV特性：

舉例：基于PIN+MOS模型，假設(shè)IGBT芯片厚度100μm，溝槽寬度1.5μm，溝道深度3μm，柵氧厚度120nm，載流子壽命5微秒，閾值電壓為5V，柵極施加電壓為15V，計(jì)算IGBT的IV特性曲線如圖所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，顯然存在一個(gè)二極管的開(kāi)啟電壓值，略高于0.6V。超過(guò)這個(gè)開(kāi)啟電壓后，IGBT的電流密度隨著電壓值的增大呈指數(shù)上升趨勢(shì)。但對(duì)于實(shí)際IGBT器件而言，隨著電流密度的增大，遷移率會(huì)相應(yīng)降低，所以增長(zhǎng)趨勢(shì)也會(huì)相應(yīng)變緩。

PIN+MOS模型可以比較直觀地分析載流子壽命（因?yàn)榘?img src="http://file1.elecfans.com/web2/M00/B3/BF/wKgZomVoTzGAN1q2AAABiS3L0G4878.jpg" alt="圖片" />）、芯片厚度（因?yàn)榘?img src="http://file1.elecfans.com/web2/M00/B3/BF/wKgZomVoTzGAQbD9AAABaPJ78Z4446.jpg" alt="圖片" />）對(duì)IGBT的IV特性的影響；同時(shí)，因?yàn)楹雎粤丝昭娏鞯膶?shí)際路徑，所以對(duì)于準(zhǔn)確理解IGBT的物理過(guò)程的精度是不夠的，但作為最簡(jiǎn)單的等效模型，還是能為實(shí)際分析提供便利。