什么原因?qū)е铝遂o態(tài)雪崩擊穿？

IGBT關(guān)斷時(shí)，如果關(guān)斷過(guò)快，di/dt過(guò)大會(huì)導(dǎo)致Vce電壓過(guò)大超過(guò)斷態(tài)電壓Uces時(shí)就有可能導(dǎo)致靜態(tài)雪崩擊穿。

在pin二極管反向恢復(fù)過(guò)程中存在這樣一種臨界情況：通過(guò)耗盡層的空穴使電場(chǎng)強(qiáng)度加強(qiáng)到pn結(jié)發(fā)生雪崩擊穿。這種效應(yīng)被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)雪崩擊穿。與靜態(tài)雪崩擊穿不同的是，動(dòng)態(tài)雪崩是由于產(chǎn)生瞬態(tài)電流而引起的，因此這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)雪崩”。

首先分析動(dòng)態(tài)雪崩所發(fā)生的條件。我們知道硅pn結(jié)雪崩擊穿電壓可表示為：

該式說(shuō)明突變pn結(jié)雪崩擊穿電壓是n-區(qū)摻雜濃度的函數(shù)。如果將ND替換為移動(dòng)載流子與電離摻雜原子的和，該式更具有普遍意義。在pin二極管關(guān)斷過(guò)程中，空間電荷濃度由下式?jīng)Q定：

擊穿電壓可表示如下：

臨界電壓Vcrit是反向電流密度j的函數(shù)：

臨界電流密度jcrit與電壓之間的關(guān)系：

例：具有4500V的靜態(tài)阻斷能力的pin二極管n-區(qū)的摻雜濃度為ND=2×10^13cm^-3。如果工作電壓VDC是2300V，當(dāng)反向電流密度超過(guò)jrr=73A/cm^2時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)雪崩。

在反向恢復(fù)期間，n-基區(qū)的空穴和電子分別向陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)抽取。在陽(yáng)極側(cè)，空間電荷區(qū)首先形成，電場(chǎng)峰值E0 在 p+n-結(jié)建立。建立了簡(jiǎn)化的二極管關(guān)斷過(guò)程示意圖?？昭ê碗婋x施主 ND 都帶正電，因此導(dǎo)致靠近 p+n-結(jié)的有效摻雜 Neff 增加。

根據(jù)泊松方程，基區(qū)的電場(chǎng)梯度可表示為：

由上式可知，由于 p 疊加到襯底摻雜濃度上，導(dǎo)致 d E/dy 增加，電場(chǎng)梯度變得陡峭，E0增大。此時(shí)施加在二極管兩端的電壓還遠(yuǎn)小于靜態(tài)雪崩擊穿的電壓，而 E0 已經(jīng)達(dá)到臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度 Ec，于是動(dòng)態(tài)雪崩發(fā)生。這個(gè)過(guò)程受控于自由載流子的抽取。類(lèi)似的，在功率雙極晶體管、IGBT、GTO、GCT 等雙極型器件的關(guān)斷中，也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)雪崩。
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