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摘 要：晶闸管可靠工作温度在-45℃～125℃，但是这个温度并不是晶闸管的极限运行温度，晶闸管在低温状态下电压下降不明显，但是当工作温度较高时易发生电压击穿现象，本文就分析了晶闸管在高温运行下转折电压下降的情况，并提出在晶闸管制造工艺方面要强加扩散工业的清洁度和减少放大系数的办法等措施，以提高器件高温时候的耐压性，延长晶闸管的使用寿命。
关键词：晶闸管;高温;特性变化;原因;结温
晶闸管在通过电流时，电流会产生一定的功率消耗，器件自身温度就会升高，特别时对于高压器件，本身芯片和硅片教厚在产生高温后不易散发导致结温升高，随之而来的就是引起硅的特性的变化和晶闸管特性的变化，转折电压也会出现下降的现象。
一、转折电压下降的分析
室温状态下，灵敏触发的方片晶闸管可以不用在门极和阴极之间并联1[kΩ]电阻就可以测量出正向转折电压，固然这个电压低于正向转折电压，但是在接近结温时，我们不并联1[ kΩ]电阻则测量的正向转向电压为0，这个现象说明了阴极面没有短路点的器件，正向阻断能力会随着温度的升高而发生变化。这个变化可以用以下表达式表示：[VBF=VB（1-a1-a2）1/n]，[VBF=VB（1-a1）1/n]。在这里n在工作温度范围内基本不会随着温度而变化，因此晶闸管的正反向转折电压在高温变化和[VB]与系数[a]变化相关。
[VB]是晶闸管器件的[J1]结或者[J3]结单独存在时的雪崩击穿电压，一般来说当一次扩散时对称性扩散且共用一个长基区，因此在通常情况下[J1]结和[J2]结的雪崩击穿电压[VB]时相同的，[VB]的大小和長基区电阻率相关，但是由于在工艺方面，PN结的击穿特性分为了硬特性和软特性，两种特性在温度变化下反应是不同的。
在制造工艺较高时，漏电比较小，伏安特性在击穿时有明显的拐弯，这种情况我们称之为雪崩型硬击穿特性，在随着温度的升高，晶体内原子核震动加速，致使载流子在运动中的自由程变小，在电场下加速到雪崩电离几率更小，当雪崩电离的电场强度升高，击穿电压也随着提高，因此在[VB]150℃内随着温度的升高而升高。软特性指的是在室温状态下，在漏电流的影响下，击穿电压比雪崩电压要低很多，但是随着温度的升高漏电流也增加，这个时候击穿电压下降厉害，因此软特性指的是晶闸管本身高温特性就不高的情况。软特性与晶闸管在高温处理时有杂质进入体内有关，所以在去除软特性就需要在加工时做好扩散前的清洁处理，加强扩散系统本身的清洁，对用具和工艺的清洁度要求提高，尽量减少硅片在空气中暴露的时间，避免加工化学试剂沾染，如果条件允许可以用硼或者磷把金属中的杂质从体内吸收做到清洁，在加工过程中还需要注意斜边造型和保护，在方片玻璃钝化中还要注意玻璃片的清洁，玻璃层含电荷量要适中。
二、减小放大系数随温度变化分析
[a1]与[a2]都是温度和漏电流的函数，我们可以从公式[a1=a1[T，IcoT]]和[a2=a2[T，IcoT]]中获取[Ico]是反向漏电流。假如具有雪崩型硬击穿特性的元件，在不考虑[UB]对温度T的依赖性，我们可以得出[UBO=UB[1-（a1+a2）]1/h]，然后对温度T进行微分得知：在温度升高的情况下[a1]与[a2]将导致[UBO]下降，[a2]的影响力度更大，这是因为[a2]本社设计时本身就比较大的缘故。
发射区电阻率和基区的宽度也会对电流放大系统产生影响，随着[a]电阻率、基区宽度的增加而增加。[a]属于结反向漏电流[Ico]的函数，[Ico]又是温度T的函数，所以我们可以得知[Ico]和温度的变化相关，随着温度的升高[Ico]也会增加。[Ico]可以分为扩散漏电流[Is]、势垒区产生的漏电流[IG]与表面漏电流[IK]。[Is]随着基区宽度的增加和材料电阻率的降低而减小，当参数允许时，可以增加基区宽度和降低电阻率来降低扩散电流[Is]。表面电流是一个不定的量，其影响因素与表明造型、清洗程度、保护层有关。如果在材料表面有杂质就会导致高温下漏电流的增加，但是室温时不会产生较大的影响。
三、总结
要提高晶闸管元件的高温特性有以下几个方面的措施，首先要使得元件的电压转折为雪崩型的硬特性，过程是减小漏电流，让长基区的宽度进行适当的调整以减少[a]值。其次在电压允许时，选取低电阻率的材料，另外还可以减少漏电流，提高基区少子寿命，以减小漏电流随温度的增加而增加。再次可以调整[P2]区的扩散浓度，在短基区一定的情况下宽度有效放大，使得电压转折时[a2]变低。最后采用短路发射极，放置放大系数随着漏电流的增加使得元件转折电压降低，在结构上增加阴极短路环和增加阴极短路点的密度，以短路掉体内及斜边漏电流。
参考文献
[1]胡永银，李兴源，李宽，杨光源.云广特高压直流输电工程换流阀过负荷能力分析与计算[J].电力系统保护与控制，2014（23）.
[2]胡永银，李兴源，李宽.晶闸管结温计算方法综述[J].华东电力，2013（09）.
[3]杨俊，汤广福，曹均正，查鲲鹏，魏晓光，高冲.HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型[J].中国电机工程学报，2013（15）.
[4]张春雨，李成榕，韩筱慧，查鲲鹏，汤广福.基于晶闸管钼层实测温度计算结温的方法[J].中国电机工程学报，2012（22）.
[5]赵波，文玲锋，乔尔敏，邓占锋.基于PSpice的晶闸管电热模型研究[J].电力电子技术，2009（12）.
关键词：晶闸管;高温;特性变化;原因;结温
晶闸管在通过电流时，电流会产生一定的功率消耗，器件自身温度就会升高，特别时对于高压器件，本身芯片和硅片教厚在产生高温后不易散发导致结温升高，随之而来的就是引起硅的特性的变化和晶闸管特性的变化，转折电压也会出现下降的现象。
一、转折电压下降的分析
室温状态下，灵敏触发的方片晶闸管可以不用在门极和阴极之间并联1[kΩ]电阻就可以测量出正向转折电压，固然这个电压低于正向转折电压，但是在接近结温时，我们不并联1[ kΩ]电阻则测量的正向转向电压为0，这个现象说明了阴极面没有短路点的器件，正向阻断能力会随着温度的升高而发生变化。这个变化可以用以下表达式表示：[VBF=VB（1-a1-a2）1/n]，[VBF=VB（1-a1）1/n]。在这里n在工作温度范围内基本不会随着温度而变化，因此晶闸管的正反向转折电压在高温变化和[VB]与系数[a]变化相关。
[VB]是晶闸管器件的[J1]结或者[J3]结单独存在时的雪崩击穿电压，一般来说当一次扩散时对称性扩散且共用一个长基区，因此在通常情况下[J1]结和[J2]结的雪崩击穿电压[VB]时相同的，[VB]的大小和長基区电阻率相关，但是由于在工艺方面，PN结的击穿特性分为了硬特性和软特性，两种特性在温度变化下反应是不同的。
在制造工艺较高时，漏电比较小，伏安特性在击穿时有明显的拐弯，这种情况我们称之为雪崩型硬击穿特性，在随着温度的升高，晶体内原子核震动加速，致使载流子在运动中的自由程变小，在电场下加速到雪崩电离几率更小，当雪崩电离的电场强度升高，击穿电压也随着提高，因此在[VB]150℃内随着温度的升高而升高。软特性指的是在室温状态下，在漏电流的影响下，击穿电压比雪崩电压要低很多，但是随着温度的升高漏电流也增加，这个时候击穿电压下降厉害，因此软特性指的是晶闸管本身高温特性就不高的情况。软特性与晶闸管在高温处理时有杂质进入体内有关，所以在去除软特性就需要在加工时做好扩散前的清洁处理，加强扩散系统本身的清洁，对用具和工艺的清洁度要求提高，尽量减少硅片在空气中暴露的时间，避免加工化学试剂沾染，如果条件允许可以用硼或者磷把金属中的杂质从体内吸收做到清洁，在加工过程中还需要注意斜边造型和保护，在方片玻璃钝化中还要注意玻璃片的清洁，玻璃层含电荷量要适中。
二、减小放大系数随温度变化分析
[a1]与[a2]都是温度和漏电流的函数，我们可以从公式[a1=a1[T，IcoT]]和[a2=a2[T，IcoT]]中获取[Ico]是反向漏电流。假如具有雪崩型硬击穿特性的元件，在不考虑[UB]对温度T的依赖性，我们可以得出[UBO=UB[1-（a1+a2）]1/h]，然后对温度T进行微分得知：在温度升高的情况下[a1]与[a2]将导致[UBO]下降，[a2]的影响力度更大，这是因为[a2]本社设计时本身就比较大的缘故。
发射区电阻率和基区的宽度也会对电流放大系统产生影响，随着[a]电阻率、基区宽度的增加而增加。[a]属于结反向漏电流[Ico]的函数，[Ico]又是温度T的函数，所以我们可以得知[Ico]和温度的变化相关，随着温度的升高[Ico]也会增加。[Ico]可以分为扩散漏电流[Is]、势垒区产生的漏电流[IG]与表面漏电流[IK]。[Is]随着基区宽度的增加和材料电阻率的降低而减小，当参数允许时，可以增加基区宽度和降低电阻率来降低扩散电流[Is]。表面电流是一个不定的量，其影响因素与表明造型、清洗程度、保护层有关。如果在材料表面有杂质就会导致高温下漏电流的增加，但是室温时不会产生较大的影响。
三、总结
要提高晶闸管元件的高温特性有以下几个方面的措施，首先要使得元件的电压转折为雪崩型的硬特性，过程是减小漏电流，让长基区的宽度进行适当的调整以减少[a]值。其次在电压允许时，选取低电阻率的材料，另外还可以减少漏电流，提高基区少子寿命，以减小漏电流随温度的增加而增加。再次可以调整[P2]区的扩散浓度，在短基区一定的情况下宽度有效放大，使得电压转折时[a2]变低。最后采用短路发射极，放置放大系数随着漏电流的增加使得元件转折电压降低，在结构上增加阴极短路环和增加阴极短路点的密度，以短路掉体内及斜边漏电流。
参考文献
[1]胡永银，李兴源，李宽，杨光源.云广特高压直流输电工程换流阀过负荷能力分析与计算[J].电力系统保护与控制，2014（23）.
[2]胡永银，李兴源，李宽.晶闸管结温计算方法综述[J].华东电力，2013（09）.
[3]杨俊，汤广福，曹均正，查鲲鹏，魏晓光，高冲.HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型[J].中国电机工程学报，2013（15）.
[4]张春雨，李成榕，韩筱慧，查鲲鹏，汤广福.基于晶闸管钼层实测温度计算结温的方法[J].中国电机工程学报，2012（22）.
[5]赵波，文玲锋，乔尔敏，邓占锋.基于PSpice的晶闸管电热模型研究[J].电力电子技术，2009（12）.