劉思江 張?zhí)烀? 王旭梅

摘? 要：晶閘管可靠工作溫度在-45℃～125℃，但是這個(gè)溫度并不是晶閘管的極限運(yùn)行溫度，晶閘管在低溫狀態(tài)下電壓下降不明顯，但是當(dāng)工作溫度較高時(shí)易發(fā)生電壓擊穿現(xiàn)象，本文就分析了晶閘管在高溫運(yùn)行下轉(zhuǎn)折電壓下降的情況，并提出在晶閘管制造工藝方面要強(qiáng)加擴(kuò)散工業(yè)的清潔度和減少放大系數(shù)的辦法等措施，以提高器件高溫時(shí)候的耐壓性，延長晶閘管的使用壽命。

關(guān)鍵詞：晶閘管;高溫;特性變化;原因;結(jié)溫

晶閘管在通過電流時(shí)，電流會產(chǎn)生一定的功率消耗，器件自身溫度就會升高，特別時(shí)對于高壓器件，本身芯片和硅片教厚在產(chǎn)生高溫后不易散發(fā)導(dǎo)致結(jié)溫升高，隨之而來的就是引起硅的特性的變化和晶閘管特性的變化，轉(zhuǎn)折電壓也會出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。

一、轉(zhuǎn)折電壓下降的分析

室溫狀態(tài)下，靈敏觸發(fā)的方片晶閘管可以不用在門極和陰極之間并聯(lián)1[kΩ]電阻就可以測量出正向轉(zhuǎn)折電壓，固然這個(gè)電壓低于正向轉(zhuǎn)折電壓，但是在接近結(jié)溫時(shí)，我們不并聯(lián)1[ kΩ]電阻則測量的正向轉(zhuǎn)向電壓為0，這個(gè)現(xiàn)象說明了陰極面沒有短路點(diǎn)的器件，正向阻斷能力會隨著溫度的升高而發(fā)生變化。這個(gè)變化可以用以下表達(dá)式表示：[VBF=VB（1-a1-a2）1/n]，[VBF=VB（1-a1）1/n]。在這里n在工作溫度范圍內(nèi)基本不會隨著溫度而變化，因此晶閘管的正反向轉(zhuǎn)折電壓在高溫變化和[VB]與系數(shù)[a]變化相關(guān)。

[VB]是晶閘管器件的[J1]結(jié)或者[J3]結(jié)單獨(dú)存在時(shí)的雪崩擊穿電壓，一般來說當(dāng)一次擴(kuò)散時(shí)對稱性擴(kuò)散且共用一個(gè)長基區(qū)，因此在通常情況下[J1]結(jié)和[J2]結(jié)的雪崩擊穿電壓[VB]時(shí)相同的，[VB]的大小和長基區(qū)電阻率相關(guān)，但是由于在工藝方面，PN結(jié)的擊穿特性分為了硬特性和軟特性，兩種特性在溫度變化下反應(yīng)是不同的。

在制造工藝較高時(shí)，漏電比較小，伏安特性在擊穿時(shí)有明顯的拐彎，這種情況我們稱之為雪崩型硬擊穿特性，在隨著溫度的升高，晶體內(nèi)原子核震動加速，致使載流子在運(yùn)動中的自由程變小，在電場下加速到雪崩電離幾率更小，當(dāng)雪崩電離的電場強(qiáng)度升高，擊穿電壓也隨著提高，因此在[VB]150℃內(nèi)隨著溫度的升高而升高。軟特性指的是在室溫狀態(tài)下，在漏電流的影響下，擊穿電壓比雪崩電壓要低很多，但是隨著溫度的升高漏電流也增加，這個(gè)時(shí)候擊穿電壓下降厲害，因此軟特性指的是晶閘管本身高溫特性就不高的情況。軟特性與晶閘管在高溫處理時(shí)有雜質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)有關(guān)，所以在去除軟特性就需要在加工時(shí)做好擴(kuò)散前的清潔處理，加強(qiáng)擴(kuò)散系統(tǒng)本身的清潔，對用具和工藝的清潔度要求提高，盡量減少硅片在空氣中暴露的時(shí)間，避免加工化學(xué)試劑沾染，如果條件允許可以用硼或者磷把金屬中的雜質(zhì)從體內(nèi)吸收做到清潔，在加工過程中還需要注意斜邊造型和保護(hù)，在方片玻璃鈍化中還要注意玻璃片的清潔，玻璃層含電荷量要適中。

二、減小放大系數(shù)隨溫度變化分析

[a1]與[a2]都是溫度和漏電流的函數(shù)，我們可以從公式[a1=a1[T，IcoT]]和[a2=a2[T，IcoT]]中獲取[Ico]是反向漏電流。假如具有雪崩型硬擊穿特性的元件，在不考慮[UB]對溫度T的依賴性，我們可以得出[UBO=UB[1-（a1+a2）]1/h]，然后對溫度T進(jìn)行微分得知：在溫度升高的情況下[a1]與[a2]將導(dǎo)致[UBO]下降，[a2]的影響力度更大，這是因?yàn)閇a2]本社設(shè)計(jì)時(shí)本身就比較大的緣故。

發(fā)射區(qū)電阻率和基區(qū)的寬度也會對電流放大系統(tǒng)產(chǎn)生影響，隨著[a]電阻率、基區(qū)寬度的增加而增加。[a]屬于結(jié)反向漏電流[Ico]的函數(shù)，[Ico]又是溫度T的函數(shù)，所以我們可以得知[Ico]和溫度的變化相關(guān)，隨著溫度的升高[Ico]也會增加。[Ico]可以分為擴(kuò)散漏電流[Is]、勢壘區(qū)產(chǎn)生的漏電流[IG]與表面漏電流[IK]。[Is]隨著基區(qū)寬度的增加和材料電阻率的降低而減小，當(dāng)參數(shù)允許時(shí)，可以增加基區(qū)寬度和降低電阻率來降低擴(kuò)散電流[Is]。表面電流是一個(gè)不定的量，其影響因素與表明造型、清洗程度、保護(hù)層有關(guān)。如果在材料表面有雜質(zhì)就會導(dǎo)致高溫下漏電流的增加，但是室溫時(shí)不會產(chǎn)生較大的影響。

三、總結(jié)

要提高晶閘管元件的高溫特性有以下幾個(gè)方面的措施，首先要使得元件的電壓轉(zhuǎn)折為雪崩型的硬特性，過程是減小漏電流，讓長基區(qū)的寬度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以減少[a]值。其次在電壓允許時(shí)，選取低電阻率的材料，另外還可以減少漏電流，提高基區(qū)少子壽命，以減小漏電流隨溫度的增加而增加。再次可以調(diào)整[P2]區(qū)的擴(kuò)散濃度，在短基區(qū)一定的情況下寬度有效放大，使得電壓轉(zhuǎn)折時(shí)[a2]變低。最后采用短路發(fā)射極，放置放大系數(shù)隨著漏電流的增加使得元件轉(zhuǎn)折電壓降低，在結(jié)構(gòu)上增加陰極短路環(huán)和增加陰極短路點(diǎn)的密度，以短路掉體內(nèi)及斜邊漏電流。

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