什么原因?qū)е铝遂o態(tài)雪崩擊穿？

IGBT關(guān)斷時，如果關(guān)斷過快，di/dt過大會導致Vce電壓過大超過斷態(tài)電壓Uces時就有可能導致靜態(tài)雪崩擊穿。

在pin二極管反向恢復過程中存在這樣一種臨界情況：通過耗盡層的空穴使電場強度加強到pn結(jié)發(fā)生雪崩擊穿。這種效應被稱為動態(tài)雪崩擊穿。與靜態(tài)雪崩擊穿不同的是，動態(tài)雪崩是由于產(chǎn)生瞬態(tài)電流而引起的，因此這個過程被稱為“動態(tài)雪崩”。

首先分析動態(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，當反向電流密度超過jrr=73A/cm^2時發(fā)生動態(tài)雪崩。

在反向恢復期間，n-基區(qū)的空穴和電子分別向陽極側(cè)和陰極側(cè)抽取。在陽極側(cè)，空間電荷區(qū)首先形成，電場峰值E0 在 p+n-結(jié)建立。建立了簡化的二極管關(guān)斷過程示意圖。空穴和電離施主 ND 都帶正電，因此導致靠近 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，導致 d E/dy 增加，電場梯度變得陡峭，E0增大。此時施加在二極管兩端的電壓還遠小于靜態(tài)雪崩擊穿的電壓，而 E0 已經(jīng)達到臨界擊穿電場強度 Ec，于是動態(tài)雪崩發(fā)生。這個過程受控于自由載流子的抽取。類似的，在功率雙極晶體管、IGBT、GTO、GCT 等雙極型器件的關(guān)斷中，也會發(fā)生動態(tài)雪崩。
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