“基于碰撞电离率模型的平行平面结和晶闸管的研究”和“基于碰撞电离率模型的Miller公式S参数拟合”对平行平面结的雪崩击穿电压、碰撞电离率积分等进行了讨论,但作为IGBT器件的基本构成结构,PNPN四层结构的碰撞电离与耐压原理更为复杂。
本节就主要对PNPN四层结构的晶闸管正向阻断过程的机理进行深入探讨,尝试解释雪崩击穿条件,并给出在MEDICI中对各个重要参数(如γ1β 1 ^*^ 、M p 、α 1 )的较为准确的提取方法,以及验证提取方法的正确性。
过去晶闸管被叫做硅控整流器(Silicon-controlled Rectifier)。单纯的PNPN结构无法控制,晶闸管加入了栅极因此它具有阳极、阴极和栅极。晶闸管导通电流大,正反都可耐高压。
因此此次研究对象为单纯的PNPN四层Shockley二极管结构,其等效电路如下图1所示:

图1 晶闸管及其等效电路
晶闸管内部载流子的分布模型
表1 / 各电流成分的符号和定义


当阳极加上一定的电压时,如图2所示,J1结与J3结基本上处于零偏状态,外加电压几乎全部加在了J2结上,此时随着外加电压的增大,J2结耗尽区逐步扩大,其内部的载流子运动如图所示:

图2 Shockley二极管PNPN结构在正向阻断时的内部各种电流成分的传输过程





图3 空穴流补充电子流的简化图



图4 各种条件下的电流所占的成分



图5 稳定条件与雪崩条件
如图5中的虚线所示,虚线下方的其他区域(黄色区域)为建立稳定电流的条件。

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