轉眼2024年的第一個周末了，也許只有到了隆冬，我們才會知道，我們身上有著一個不可戰勝的夏天。之前在聊到特斯拉減少75% SiC用量的話題時，我們聊了Hybrid(Si IGBT+SiC MOS)，其中涉及到一個知識點IGBT的膝電壓(Knee Voltage)，今天我們就來聊聊什么是IGBT的膝電壓？

01 Knee電壓

PN結作為半導體器件最基礎的單元，可以說是隨處可見，在詳細分解每個類型半導體器件時都從它開始。我們平常很多時候都從整體來看待一個器件，比如IGBT的傳輸特性曲線，

可以看到在IGBT的導通壓降上有一個零點幾伏的電壓(如紅色部分)，這個電壓被稱為膝電壓。

下面我們就來從IGBT導通模型來了解下膝電壓的形成，下圖是IGBT的截面示意圖，

IGBT器件的開啟狀態特性可以描述為一個MOSFET在其線性區域內與P-i-N整流串聯工作，這兩個部分的電壓表達式如下，

p是細胞間距，IC和JC集電極電流及其密度，LCH是反轉通道長度，μni是電子遷移率，COX氧化電容，VGE是柵極電壓，VTH是閾值電壓，n是非理想因子，VT是熱電壓，k是玻爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是電子電荷，IS是反向飽和電流。

IGBT芯片都是被封成各種封裝來被使用，芯片的互連技術帶來了引線電阻，從而產生相應的電壓，所以在IGBT器件中導通電壓還需要考慮引線帶來的壓降，所以在很對規格書中導通電阻那一項會備注是否包含引線電阻帶來的壓降。所以IGBT的導通壓降由三個部分組成，即通過MOSFET、PiN整流器和引線的電壓降之和。

我們可以看到，很小的電流下，通過MOS和引線的電壓降幾乎為0，因此由于低反向飽和電流Is(通常為10^-8至-14A大小)通過PiN部分的電壓降在導通特性中形成了一個“膝蓋”(是不是蠻形象的），所以此電壓被稱為"knee電壓"。

這個膝電壓是IGBT器件的一個固有參數，與傳導電流無關。此外，反向飽和電流IS和熱電壓VT均與溫度呈正相關，所以根據上述式子，膝電壓與溫度成負相關。

02 小結

今天主要聊了什么是IGBT的膝電壓，同時也可以說明另一個小問題，“為什么IGBT的傳輸特性曲線不是從0V開始，而MOSFET的是從0V開始”。

膝電壓這個概念很陌生，但我們工作中卻看到了它無數次（傳輸特性曲線），今天的內容希望你們能夠喜歡！