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对于一个确定的器件,存在一个 d i /d t 耐量的问题。. 晶闸管. Olson H. M. ,DC Thermal Model of Semiconductor Device Produces Current Filaments as Stable Current Distributions, IEEE Transactions on Electron Devices [ J ] , Vol. ED-24, No. 9, 1177-1184, 1977. 6 、 通态电流临界上升率. 1 )开通过程中的电流上升率 (d i /d t ).

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6 、 通态电流临界上升率

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Presentation Transcript


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对于一个确定的器件,存在一个di/dt耐量的问题。

晶闸管

Olson H. M. ,DC Thermal Model of Semiconductor Device Produces Current Filaments as Stable Current Distributions, IEEE Transactions on Electron Devices[J], Vol. ED-24, No. 9, 1177-1184, 1977.

6、 通态电流临界上升率

1)开通过程中的电流上升率(di/dt)

398℃是电导开始增加的临界温度

假定上升阶段的电流和电压都是时间的线性函数


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晶闸管

6、 通态电流临界上升率

1)开通过程中的电流上升率(di/dt)

ρs-半导体硅的密度,ρs=2.33×10-3kg/m3

c-硅材料的比热,c=0.695×103J/kg℃。

上式表明,耗散功率密度与电流上升率di/dt成比例。所以,di/dt高,则结温升高。由于硅的热容量小,导热率低,因而在电流上升阶段只有很少的热量传出去,从而导致初始导通区的温度迅速上升。随着温度升高,形成电热反馈,以此发展下去,在极短的时间内电流将集中在这个温度最高的区域,形成“热斑”使器件不能正常工作甚至烧毁。这种损坏主要是导通区和未导通区之间存在有很高的温度梯度,使硅片的局部受到应力作用,而使硅片损坏,或者与硅接触的金属层在600℃以上时,会穿透硅片使器件发生了短路。


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常见的

门极结构

晶闸管

2) 提高di/dt耐量的措施

应用——增大触发电流,但有局限性

★强触发电流法

★增大初始导通面积-设计较复杂的门极图形

器件内部——设置放大门极和再生门极

复杂的门极结构增加了门极的长度,门极电流也近似成比例地增大。采用增加门极长度和放大门极结构相结合,能使开通时间减小,扩展速度和di/dt

耐量得到提高。


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晶闸管

★放大门极(前面已经介绍了)

★横向场结构

横向场结构的特点是阴极上的金属层在最靠近门极的阴极面上不是由边上开始,而是过一段距离ab后才开始的。

晶闸管触发导通,主电路提供的电流由a处的PNPN结构沿N2层横向流向阴极电极。这个横向电流(IN)

使A点电位相对高于B点,因而在P2区中产生一个漂移电场。该电场引起一个很大的空穴电流,流向主晶闸管,使阴极大面积同时得到触发导通。


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晶闸管

★再生门极结构

如图所示,再生门极是从横向场阴极结构发展而来的。通过金属接触M1把门极附近横向场形成的电压分接出去,并通过金属接触M2接到晶闸管的另一端的P2层上。因为金属接触M2与阴极相比处于高的正电位、它使得附近得N2发射极强烈地处于正向偏置,其边界区被触发,从而提高了di/dt耐量。


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