二次击穿现象与安全工作区

1.二次击穿现象

二次击穿是GTR突然损坏的主要原因之一,成为影响其安全可靠使用的一个重要因素。二次击穿现象可以用图1-22来说明。当集电极电压UCE增大到集射极间的击穿电压UCEO时,集电极电流iC将急剧增大,出现击穿现象,如图1a)的AB段所示。这是首次出现正常性质的雪崩现象,称为一次击穿,一般不会损坏GTR器件。一次击穿后如继续增大外加电压UCE,电流iC将持续增长。当达到图示的C点时仍继续让GTR工作时,由于UCE高,将产生相当大的能量,使集电结局部过热。当过热持续时间超过一定程度时,UCE会急剧下降至某一低电压值,如果没有限流措施,则将进入低电压、大电流的负阻区CD段,电流增长直至元件烧毁。这种向低电压大电流状态的跃变称为二次击穿,C点为二次击穿的临界点。所以二次击穿是在极短的时间内(纳秒至微秒级),能量在半导体处局部集中,形成热斑点,导致热电击穿的过程。

          a                                                                              b

1 GTR的二次击穿现象

二次击穿在基极正偏(IB0)、反偏(IB0)及基极开路的零偏状态下均成立,如图1b)所示。把不同基极偏置状态下开始发生二次击穿所对应的临界点连接起来,可形成二次击穿临界线。由于正偏时二次击穿所需功率往往小于元件的功率容量PCM,故正偏对GTR安全造成的威胁最大。反偏工作时尽管集电极电流很小,但在电感负载下关断时将有感应电势迭加在电压上形成高压,也能使瞬时功率超过元件的功率容量而造成二次击穿。

为了防止发生二次击穿,重要的是保证GTR开关过程中瞬时功率不要超过允许的功率容量PCM,这可通过规定GTR的安全工作区及采用缓冲(吸收)电路来实现。

2.安全工作区

二次击穿在基极正偏(IB0)、反偏(IB<0)及基极开路的零偏状态下均成立,把不同基极偏置状态下开始发生二次击穿所对应的临界点连接起来,可形成二次击穿临界线。因此,GTR在工作时不能超过最高工作电压UCEM、峰值脉冲额定(集电极)电流ICM、最大耗散功率PCM及二次击穿临界线。这些限制条件构成了GTR的安全工作区SOASafe Operating Area)。

安全工作区在基极正向偏置时称为正向偏置安全工作区(FBSOA,如图2a)所示;安全工作区在基极反向偏置时称为反向偏置安全工作区(RBSOA),如图2b)所示。

a FBSOA                                  b RBSOA

2  GTR的安全工作区

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1.二次击穿现象

二次击穿是GTR突然损坏的主要原因之一,成为影响其安全可靠使用的一个重要因素。二次击穿现象可以用图1-22来说明。当集电极电压UCE增大到集射极间的击穿电压UCEO时,集电极电流iC将急剧增大,出现击穿现象,如图1a)的AB段所示。这是首次出现正常性质的雪崩现象,称为一次击穿,一般不会损坏GTR器件。一次击穿后如继续增大外加电压UCE,电流iC将持续增长。当达到图示的C点时仍继续让GTR工作时,由于UCE高,将产生相当大的能量,使集电结局部过热。当过热持续时间超过一定程度时,UCE会急剧下降至某一低电压值,如果没有限流措施,则将进入低电压、大电流的负阻区CD段,电流增长直至元件烧毁。这种向低电压大电流状态的跃变称为二次击穿,C点为二次击穿的临界点。所以二次击穿是在极短的时间内(纳秒至微秒级),能量在半导体处局部集中,形成热斑点,导致热电击穿的过程。

          a                                                                              b

1 GTR的二次击穿现象

二次击穿在基极正偏(IB0)、反偏(IB0)及基极开路的零偏状态下均成立,如图1b)所示。把不同基极偏置状态下开始发生二次击穿所对应的临界点连接起来,可形成二次击穿临界线。由于正偏时二次击穿所需功率往往小于元件的功率容量PCM,故正偏对GTR安全造成的威胁最大。反偏工作时尽管集电极电流很小,但在电感负载下关断时将有感应电势迭加在电压上形成高压,也能使瞬时功率超过元件的功率容量而造成二次击穿。

为了防止发生二次击穿,重要的是保证GTR开关过程中瞬时功率不要超过允许的功率容量PCM,这可通过规定GTR的安全工作区及采用缓冲(吸收)电路来实现。

2.安全工作区

二次击穿在基极正偏(IB0)、反偏(IB<0)及基极开路的零偏状态下均成立,把不同基极偏置状态下开始发生二次击穿所对应的临界点连接起来,可形成二次击穿临界线。因此,GTR在工作时不能超过最高工作电压UCEM、峰值脉冲额定(集电极)电流ICM、最大耗散功率PCM及二次击穿临界线。这些限制条件构成了GTR的安全工作区SOASafe Operating Area)。

安全工作区在基极正向偏置时称为正向偏置安全工作区(FBSOA,如图2a)所示;安全工作区在基极反向偏置时称为反向偏置安全工作区(RBSOA),如图2b)所示。

a FBSOA                                  b RBSOA

2  GTR的安全工作区

二次击穿现象与安全工作区

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