二次击穿现象与安全工作区

1．二次击穿现象

二次击穿是GTR突然损坏的主要原因之一，成为影响其安全可靠使用的一个重要因素。二次击穿现象可以用图1-22来说明。当集电极电压U_CE增大到集射极间的击穿电压U_CEO时，集电极电流i_C将急剧增大，出现击穿现象，如图1a）的AB段所示。这是首次出现正常性质的雪崩现象，称为一次击穿，一般不会损坏GTR器件。一次击穿后如继续增大外加电压U_CE，电流i_C将持续增长。当达到图示的C点时仍继续让GTR工作时，由于U_CE高，将产生相当大的能量，使集电结局部过热。当过热持续时间超过一定程度时，U_CE会急剧下降至某一低电压值，如果没有限流措施，则将进入低电压、大电流的负阻区CD段，电流增长直至元件烧毁。这种向低电压大电流状态的跃变称为二次击穿，C点为二次击穿的临界点。所以二次击穿是在极短的时间内（纳秒至微秒级），能量在半导体处局部集中，形成热斑点，导致热电击穿的过程。

a） b）

图1 GTR的二次击穿现象

二次击穿在基极正偏（I_B＞0）、反偏（I_B＜0）及基极开路的零偏状态下均成立，如图1b）所示。把不同基极偏置状态下开始发生二次击穿所对应的临界点连接起来，可形成二次击穿临界线。由于正偏时二次击穿所需功率往往小于元件的功率容量P_CM，故正偏对GTR安全造成的威胁最大。反偏工作时尽管集电极电流很小，但在电感负载下关断时将有感应电势迭加在电源电压上形成高压，也能使瞬时功率超过元件的功率容量而造成二次击穿。

为了防止发生二次击穿，重要的是保证GTR开关过程中瞬时功率不要超过允许的功率容量P_CM，这可通过规定GTR的安全工作区及采用缓冲（吸收）电路来实现。

2．安全工作区

二次击穿在基极正偏（I_B＞0）、反偏（I_B<0）及基极开路的零偏状态下均成立，把不同基极偏置状态下开始发生二次击穿所对应的临界点连接起来，可形成二次击穿临界线。因此，GTR在工作时不能超过最高工作电压U_CEM、峰值脉冲额定（集电极）电流I_CM、最大耗散功率P_CM及二次击穿临界线。这些限制条件构成了GTR的安全工作区SOA（Safe Operating Area）。

安全工作区在基极正向偏置时称为正向偏置安全工作区（FBSOA）,如图2a）所示；安全工作区在基极反向偏置时称为反向偏置安全工作区（RBSOA），如图2b）所示。

a） FBSOA b） RBSOA

图2 GTR的安全工作区