晶閘管高溫轉折電壓下降原因分析

李宮懷　劉繼紅

晶閘管可靠工作溫度范圍在-45℃～125℃，晶閘管在低溫時電壓下降不明顯，但在高工作溫度時，很容易出現電壓擊穿的現象，本文針對晶閘管高溫使用時轉折電壓下降的情況，分析原因，提出在晶閘管的制造工藝上，要加強擴散工藝的潔凈度、采用硼磷吸收的方法提高少子壽命和減小高溫漏電流，使結溫時轉折電壓呈現雪崩型硬擊穿特性，提高器件高溫時耐壓等級，可以使晶閘管在高溫時可靠的工作，提高晶閘管的質量一致性等級，延長晶閘管的使用壽命。

【關鍵詞】晶閘管 高溫 轉折電壓 下降

1 引言

當晶閘管通過電流時產生一定的功率損耗，器件本身的溫度就要升高。對于高電壓大電流的器件，由于芯片、硅片較厚，通過電流大，功率損耗也大。管芯中間部位的熱量不易散發，因此結的溫度升高。溫度升高引起硅的特性參數也發生變化。隨之，PN結和晶閘管的特性參數亦發生變化。比較明顯的是在高溫工作時晶閘管的轉折電壓出現下降現象。

2 原因分析

當靈敏觸發的方片晶閘管，在室溫下可以不用在門極與陰極之間并聯1kΩ電阻可以測出它的正向轉折電壓，雖然它的值明顯低于正向轉折電壓。可是在接近結溫時，如不并聯1kΩ電阻則正向轉折電壓幾乎為零。這個問題集中反映了陰極面沒有短路點的器件，正向阻斷能力隨溫度升高而明顯變化。為了弄清問題，首先在理論上進行分析：

VBF的表達式：

VBF=VB（1-α1-α2）1/n

VBR=VB（1-α1）1/n

其中n在工作溫度范圍內基本上不隨溫度變化而變化。所以，晶閘管正反向轉折電壓在高溫時變化主要取決于VB和放大系數α隨溫度變化的情況。

VB是晶閘管器件的J1結或J3結單獨存在時的雪崩擊穿電壓，一般來講，一次擴散是對稱性擴散，且共用一個長基區，所以普遍情況下J1結和J2結的雪崩擊穿電壓VB相等。VB的大小取決于長基區電阻率的高低，但是，由于工藝等方面原因，PN結的擊穿特性可以分成硬特性和軟特性兩類，它們隨著溫度的變化是不一樣的。

當制造工藝比較正常，漏電流比較小。伏安特性在擊穿時有明顯的拐彎，這種情況稱為雪崩型硬擊穿特性。在這種情況下，隨著溫度的升高，晶體內原子核振動加速，導致載流子在其運動中的自由程變小，使其在電場下加速到雪崩電離能更為困難，即雪崩電離的電場強度提高，從而雪崩擊穿電壓提高，所以VB在150℃以內隨著溫度的增加而升高。

由于VB的提高可以使晶閘管的正反向轉折電壓在高溫下有所提高，因此，保證J1和J2結具有雪崩型硬擊穿特性是很重要的。它可以使晶閘管獲得良好的高溫特性。

至于軟特性，即使在室溫下，由于漏電流的影響，擊穿電壓也比雪崩擊穿電壓低得多。隨著溫度的升高，漏電流迅速增加，擊穿電壓下降得厲害，所以軟特性本身的高溫特性就差。

軟特性與在高溫處理工序有害雜質進入體內有關，因而要防止軟特性的產生，就要加強擴散前的清潔處理，加強擴散系統本身的清潔度，注意用具和工藝的衛生，減少硅片在空氣中暴露的時間，避免不合格的水和化學試劑的沾污，以避免有害雜質擴散到硅片中去。如果可能的話，采用硼磷吸收的辦法，把金屬雜質從體內吸收出來。同時還要注意斜邊造型和保護，在方片的玻璃鈍化中，必須注意玻璃層不得污染，含電荷量合適。

3 高溫使用后晶閘管的測試方法

在實際使用過程中，用戶可以依據生產廠家的產品合格證來判定晶閘管的電壓、觸發等，也可以增加入廠檢驗來判定產品的技術參數。在裝機使用后，尤其在高溫使用后，可以簡單的使用萬用表來判別晶閘管是否可以繼續正常使用，還是已經在高溫時損壞，需要更換器件。

3.1 單向晶閘管的檢測

萬用表選用電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻，直至找出讀數為數十歐姆的一對引腳，此時黑筆接的引腳為控制極G，紅筆接的引腳為陰極K，另一空腳為陽極A。此時將黑表筆接已判斷了的陽極A，紅表筆仍接陰極K。此時萬用表指針應不動。用短接線瞬間短接陽極A和控制極G，此時萬用表指針應向右偏轉，阻值讀數為10歐姆左右。如陽極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時，萬用表指針發生偏轉，說明該單向晶閘管已擊穿損壞。

3.2 雙向晶閘管的檢測

用萬用表電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測任意兩引腳正反向電阻，結果其中兩組讀數為無窮大。若一組為數十歐姆時，該組紅黑表筆所接的兩引腳為第一陽極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽極A2。確定A、G極后，再仔細測量A1、G極間正反向電阻，讀數相對較小的那次測量的黑表筆所接的引腳為第一陽極A1，紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定了的第二陽極A2，紅表筆接第一陽極A1，此時萬用表指針應不發生偏轉，阻值為無窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接，給G極加上正向觸發電壓，A2、A1間阻值約為10歐姆左右。隨后斷開A2、G極短接線，萬用表讀數應保持10歐姆左右。互換紅黑表筆接線，紅表筆接第二陽極A2，黑表筆接第一陽極A1。同樣萬用表指針應不發生偏轉，阻值為無窮大。用短接線將A2、G極間再次瞬間短接，給G極加上負向的觸發電壓，A1、A2間阻值也是10歐姆左右。隨后斷開A2、G極間短接線，萬用表讀數應不變，保持10歐姆左右。符合以上規律，說明被測雙向晶閘管未損壞且三個引腳極性判斷正確。

4 結束語

通過擴散工藝前的清潔處理、加強擴散系統的清潔度、減少硅片在空氣中暴露的時間、使用合格的水和化學試劑及使用硼磷吸收的方法，可以使PN結呈現雪崩型硬擊穿特性，可以有效解決晶閘管高溫轉折電壓下降的問題，通過簡單的萬用表的操作，可以判定高溫使用后晶閘管是否被擊穿，可以調整散熱條件和線路，保證晶閘管器件能夠正常的工作。

參考文獻

[1]尹育新，戎宏娜.淺談一種全新的網絡技術—物聯網[J].信息系統工程，2010（2）：105-106.

[2]胡清，詹宜巨，黃小虎.基于RFID企業物聯網及中間件技術研究[J].微計算機信息，2009（25）：158-160.

作者單位

阜新市天琪電子有限責任公司 遼寧省阜新市 123000endprint