深入探討對PNPN四層結構的晶閘管正向阻斷過程的機理

“基于碰撞電離率模型的平行平面結和晶閘管的研究”和“基于碰撞電離率模型的Miller公式S參數擬合”對平行平面結的雪崩擊穿電壓、碰撞電離率積分等進行了討論，但作為IGBT器件的基本構成結構，PNPN四層結構的碰撞電離與耐壓原理更為復雜。

本節就主要對PNPN四層結構的晶閘管正向阻斷過程的機理進行深入探討，嘗試解釋雪崩擊穿條件，并給出在MEDICI中對各個重要參數（如γ1β 1 ^*^ 、M p 、α 1 ）的較為準確的提取方法，以及驗證提取方法的正確性。

過去晶閘管被叫做硅控整流器（Silicon-controlled Rectifier）。單純的PNPN結構無法控制，晶閘管加入了柵極因此它具有陽極、陰極和柵極。晶閘管導通電流大，正反都可耐高壓。

因此此次研究對象為單純的PNPN四層Shockley二極管結構，其等效電路如下圖1所示：

圖1 晶閘管及其等效電路

晶閘管內部載流子的分布模型

表1 / 各電流成分的符號和定義

當陽極加上一定的電壓時，如圖2所示，J1結與J3結基本上處于零偏狀態，外加電壓幾乎全部加在了J2結上，此時隨著外加電壓的增大，J2結耗盡區逐步擴大，其內部的載流子運動如圖所示：

圖2 Shockley二極管PNPN結構在正向阻斷時的內部各種電流成分的傳輸過程

阻斷態下晶閘管內部載流子的解析分析

圖3 空穴流補充電子流的簡化圖

正向阻斷時的雪崩擊穿條件的確定

圖4 各種條件下的電流所占的成分

圖5 穩定條件與雪崩條件

如圖5中的虛線所示，虛線下方的其他區域（黃色區域）為建立穩定電流的條件。