在稳态部分的分析中,我们详细地推演了电子电流、空穴电流、总电流以及各电压构成部分与多余载流子浓度分布之间的关系,即一维空间的物理关系。
接下来,我们引入时间变量,进入瞬态部分的分析。
当外部栅极控制电压降低到阈值电压以下时,mos部分的沟道立即闸断,相应的电子电流变为0,借鉴《电流与电荷分布的初步分析1》中的插图,即图中瞬间衰减为0,那么总电流就只剩下如图2、3、4三个部分。
假设这个变化的时间为,变化前后的总电流记为和,描绘总电流在时刻发生突变。
显然, ,下一节我们会具体地讨论和的关系。
推演电流和电压随时间的变化关系的大致逻辑是:电流是器件内部电荷总量在时间维度为微分,电荷总量是载流子的积分,可以通过连续方程求解得出,其边界条件为非耗尽区两端的电荷浓度,即和,求解方法参考前面稳态部分。
与稳态部分不同的是,随时间变化,记为,其中是base区宽度, 是耗尽区宽度;是固定值,随外加电压变化,根据泊松方程,
由此,根据稳态部分的边界条件,我们就可以准确地推演出关断瞬态过程中和的关系。下面,我们根据上述逻辑,逐步展开分析,首先看电荷总量随时间的变化。
假设时刻为0时刻,先求解的初始值,这可以通过对稳态下的积分得到,即对(6-10)进行积分,
其中,a为芯片面积。分子利用,分母利用关系,(6-35)可以进一步简化为,
接下来,我们建立与电流初始条件之间的关系,根据(6-36),即要建立与之间关系。
在稳态分析中,我们分别基于pin模型和bjt模型建立了和电流密度之间的关系( ),这里应该使用哪一个模型的结论呢?如稳态部分所分析,这取决于还是,而这又取决于电子的载流子寿命,及其对应的扩散长度。
当扩散长度大于bjt的基区宽度时,那么电子可以扩散到bjt的发射极,那么显然,应采用bjt模型的结论;反之,电子无法扩散到bjt的发射极,那么,应采用pin模型的结论。
为简化后面的运算,这里我们采用基于pin模型的结论(采用bjt模型也可以,但是和电流密度之间的关系就需要通过求解(6-21)来得到,相对复杂,但逻辑相同),即(6-11)所描述的和电流密度之间的关系,再乘以芯片面积:
将(6-37)带入(6-36),即可得到与电流初始条件之间的关系,并化简,
根据(6-38),我们看看初始电荷总量随稳态电流以及载流子寿命之间的变化关系。显然,在稳态电流值确定的情况下,初始电荷总量随载流子寿命增加而趋向饱和。
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