深入探讨对PNPN四层结构的晶闸管正向阻断过程的机理

“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

阻断态下晶闸管内部载流子的解析分析

图3 空穴流补充电子流的简化图

正向阻断时的雪崩击穿条件的确定

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。