正向擊穿影響因素

正向擊穿溫度

隨著器件工作溫度的上升，擊穿電壓逐漸升高。溫度由300K上升到350K時(shí)，器件的臨界擊穿電壓K增加了將近200V；溫度升高到450K時(shí)，器件的臨界擊穿電壓圪增加了將近400V。對(duì)這種增加關(guān)系所做的一種簡(jiǎn)單的微觀解釋為：強(qiáng)場(chǎng)下通過(guò)耗盡層的熱載流子在走過(guò)每個(gè)電子．聲子平均自由程入后，有部分能量損失給了光學(xué)聲子。入值隨溫度的增加而減少，因此，在恒定電場(chǎng)下沿給定距離行進(jìn)的載流子有更多的能量損失給晶格，從而載流子在能夠獲得足夠的能量產(chǎn)生一個(gè)電子、空穴對(duì)之前，必須通過(guò)較大的電勢(shì)差。較大的電勢(shì)差，說(shuō)明需要較高的電壓，因此擊穿電壓會(huì)隨溫度升高而增加。

正向擊穿平面工藝

平面工藝是制造各種半導(dǎo)體器件與集成電路的基本工藝技術(shù)。彎曲的部分使得形成了柱面結(jié)和球面結(jié)結(jié)構(gòu)，而這兩種結(jié)結(jié)構(gòu)的曲率半徑都很小(特別是淺結(jié)結(jié)構(gòu)時(shí))，對(duì)于高壓大功率器件，加上偏壓時(shí)，該處的電場(chǎng)集中嚴(yán)重，使得該區(qū)域的擊穿電壓低于器件體內(nèi)擊穿電壓。在結(jié)終端彎曲處的電場(chǎng)線密集，電場(chǎng)強(qiáng)度比其它區(qū)域要高出很多。場(chǎng)強(qiáng)越高，碰撞電離就越容易發(fā)生，擊穿也就越容易發(fā)生。

正向擊穿界面電荷

界面態(tài)指的是半導(dǎo)體和氧化物界面上的表面態(tài)。界面電荷能夠引起耗盡區(qū)收縮，加劇了主結(jié)邊緣區(qū)域的電場(chǎng)集中。 2100433B

電介質(zhì)有絕緣和存儲(chǔ)電荷的特性，在一定的電壓范圍內(nèi)，即在相對(duì)弱電場(chǎng)范圍內(nèi)，介質(zhì)保持介電狀態(tài)。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做介質(zhì)的擊穿。介質(zhì)的擊穿決定了電介質(zhì)保持絕緣性質(zhì)的極限，并且在許多情況下己成為決定電氣、電子設(shè)備的最終壽命的重要因素，因此，研究電介質(zhì)的擊穿現(xiàn)象及其規(guī)律，具有很重要的實(shí)際意義。

—般的介質(zhì)擊穿分為電擊穿和熱擊穿兩種。由陶瓷內(nèi)部氣孔引起的內(nèi)電離，由電化學(xué)效應(yīng)引起的介質(zhì)老化，以及由強(qiáng)電場(chǎng)作用下的應(yīng)力和電致應(yīng)變、壓電效應(yīng)和電致相交等引起的變形和開(kāi)裂，最終導(dǎo)致電擊穿或熱擊穿。

正向擊穿電擊穿

電擊穿是指在電場(chǎng)直接作用下，介質(zhì)中載流子迅速增殖造成的擊穿。這個(gè)過(guò)程約在10一7s完成，往往擊穿突然發(fā)生，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較高。一般認(rèn)為，電擊穿的發(fā)生是因?yàn)榫w能帶在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生變化，電子直接由滿帶躍遷到空帶發(fā)生電離所致。

正向擊穿熱擊穿

熱擊穿是指陶瓷介質(zhì)在電場(chǎng)作用下發(fā)生熱不穩(wěn)定，因溫度升高而導(dǎo)致的破壞。熱不穩(wěn)定是指在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)的電導(dǎo)和非位移極化等原因造成的介質(zhì)損耗隨溫度的升高而增大，又導(dǎo)致陶瓷介質(zhì)的溫度的再升高，產(chǎn)生的熱量大于散失的熱量導(dǎo)致陶瓷介質(zhì)發(fā)生熱擊穿。由于熱擊穿有—個(gè)熱量積累過(guò)程，所以不像電擊穿那樣迅速，往往使陶瓷介質(zhì)的溫度急劇升高，但擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較低。瓷料的擊穿電壓與試樣的厚度；電極的大小、形狀、結(jié)構(gòu)；試驗(yàn)時(shí)的溫度、濕度；電壓的種類、加壓時(shí)間；試樣周圍的環(huán)境等許多因素有關(guān)。

當(dāng)柵極-發(fā)射極并接零點(diǎn)位、集電極接正電位時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)。由于結(jié)兩邊的摻雜在外延層一邊是均勻的，而在p阱的一邊為離子注入形成的高斯分布，而且摻雜濃度比外延層高，所以，據(jù)PN結(jié)理論，隨著集電極-發(fā)射極電壓的增大，結(jié)耗盡區(qū)（空間電荷區(qū)）主要向外延層一邊擴(kuò)展。結(jié)空間電荷區(qū)擴(kuò)展的結(jié)果將是相鄰p阱的空間電荷區(qū)相連，這時(shí)，承受了幾乎全部的集電極-發(fā)射極電壓。

反之，如果，集電極接零電位，柵極-發(fā)射極短路接高電位，器件是不導(dǎo)通的，此狀態(tài)稱為反向截止?fàn)顟B(tài)，一般，在直流或電壓源逆變器應(yīng)用中，并不需要反向阻斷特性，這使得人們?cè)趯?shí)際中著重對(duì)器件正向擊穿電壓的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

工作于放大狀態(tài)的三極管，其發(fā)射結(jié)是正向偏置的，集電結(jié)是反向偏置的，管子有電流放大作用。當(dāng)輸人信號(hào)過(guò)大或偏置過(guò)大，使得流過(guò)發(fā)射結(jié)的正向電流過(guò)大，結(jié)上功率損耗過(guò)多面將發(fā)射結(jié)燒壞。輸人信號(hào)偏大或偏置偏高，雖尚未造成發(fā)射結(jié)燒壞，但經(jīng)管子的電流放大作用，使得流過(guò)集電結(jié)的集電極電流過(guò)大，集電結(jié)功率損耗過(guò)多面將集電結(jié)燒壞。

一般情況下，正向電壓1V左右就可以“擊穿”二極管，此時(shí)稱為正向擊穿，不過(guò)我們稱之為不導(dǎo)通。工作于正向偏置的PN結(jié)，當(dāng)通過(guò)的電流過(guò)大時(shí)，將會(huì)使它的功率損耗過(guò)大而燒壞，但由于正向偏置的PN結(jié)兩端電壓很低(鍺PN結(jié)約為0.2V左右，硅PN結(jié)約為0.7V左右)，故當(dāng)加在PN結(jié)兩端的正向電壓過(guò)大時(shí)會(huì)使PN結(jié)發(fā)生擊穿，稱為正向擊穿。而工作于反向偏置的PN結(jié)，當(dāng)反偏電壓過(guò)高時(shí)，將會(huì)使PN結(jié)擊穿，如擊穿后又未限制流過(guò)它的反向擊穿電流，將會(huì)使擊穿成為永久性的、不可逆的擊穿，從而造成其徹底損壞。

二極管有正向和反向之分，所以它的兩根引腳之間的電阻分為正向電阻和反向電阻兩種。

如圖1、圖2所示分別為二極管的正向電阻和反向電阻的等效電路。正向電阻是二極管正向?qū)ê笳?、?fù)極之間的電阻，也就是PN結(jié)的正向電阻，這個(gè)電阻很小。

反向電阻是二極管處于反向偏置而未擊穿時(shí)的電阻，也就是PN結(jié)的反向電阻，這一電阻很大。正、反電阻的大小是相對(duì)而言的，反向電阻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正向電阻。

二極管正向電阻的大小還和正向電流的大小相關(guān)，當(dāng)二極管的正向電流在變化時(shí)，二極管的正向電阻將隨之微小變化，正向電流越大，正向電阻越小，反之則越大。

利用二極管的正向電阻和反向電阻相差很大的這一特性，可以將二極管作為電子開(kāi)關(guān)器件使用。

正向平均電流IF(AV)