從di/dt損壞機制、定量公式入手，分析了國內(nèi)外有關di/dt的著作、文章，研究了提高晶閘管器件di/dt能力的各種有效方法，給出了一個常規(guī)新設計及其研究成果。
關鍵詞：晶閘管，di/dt能力，放大門極，短路點，擴展速度，強觸發(fā)
一、研究di/dt的意義
初始導通過程中，過大的電流上升率di/dt是正常晶閘管器件損壞的主要原因，經(jīng)對損壞器件解剖分析，70%以上原因都出于此。提高器件承受di/dt的能力，趕上國際最先進晶閘管制造水平，必將成為晶閘管，特別是大容量晶閘管的設計制成乃至應用的重大研究課題。
搞清晶閘管di/dt損壞的機制是研究提高晶閘管器件di/dt能力的前提條件，國內(nèi)外公認的晶閘管di/dt損壞機制主要有兩種：
1、為熱疲勞機制，即：
門極電壓Vg加上后，由于導通總是從最靠近門極那一部分陰極開始，因此此點電流密度最高、發(fā)熱最嚴重、溫升也最高，但導通從此點經(jīng)橫向電阻(應該說是橫向電場)擴展到其他較大區(qū)域后，通過此點的電流很快降下來，溫度也迅速降低，其它導通區(qū)則溫度升高。下一半波來臨時，照此循環(huán)一次。如此多次循環(huán)造成的溫度迅變必然產(chǎn)生一定的熱應力，此應力到一定數(shù)值時，引起硅材料的晶格損傷，造成該處被燒毀。
我們將這種多次循環(huán)的溫度迅變而造成器件損壞的機制稱為熱疲勞損壞。
這種破壞機制和每次循環(huán)初始上升的最高溫度關系最大，局部瞬間溫升越高，對晶格產(chǎn)生的熱應力將越大，也最易損壞器件，其損壞點在陰極內(nèi)圈附近，且往往為一大片燒毀面積。
顯然di/dt很高時，損壞往往是熱疲勞引起的。
2、熱逸走機制
器件因耗損功率而產(chǎn)生溫升，引起熱量，如果這個熱量比耗散出去的熱量大，則結(jié)余的熱量又將造成附加溫升，從而使結(jié)溫更高，結(jié)余熱量更大，溫升更高。如此下去，超標很多的結(jié)溫致使器件損壞。這種器件損壞機制就是熱逸走，即熱量不是按正常渠道走，而是積累造成芯片局部溫度過高而導致?lián)p壞。
在較低的電流上升率(如di/dt<200A/μs)損壞，往往都是這種損壞機制。
二、di/dt估算公式
我們從最簡化的di/dt模型入手，給出晶閘管di/dt估算公式及相關說明。
1、雙矩形門極、陰極結(jié)構(gòu)，雙線性電壓、電流波形下的簡化電流上升率di/dt估算公式[1]
為使問題討論簡化起見，認為門極、陰極長度相等、且門極窄、陰極寬的雙矩形簡化結(jié)構(gòu)，其開通時的電壓波形、電流波形均為直線，如圖1所示：
2、中心門極、雙線性電壓電流波形近似的di/dt公式[1][2]
對大功率晶閘管器件，常常為中心門極，經(jīng)積分得公式(3)：
擴展速度的研究，以70年魯爾(Ruhl)橫向場理論為準。文獻[3]給出vs=(0.05~0.1)毫米/微秒，而文獻[2]指出，在有放大門極時，普通同心圓門極下的擴展速度為vs=(0.05~0.1)毫米/微秒，復雜門極對應的擴展速度則為vs=(0.1~1.0)毫米/微秒。考慮到放大門極若不起作用時，對應擴展速度為vs=0.01毫米/微秒。說明門極圖形不同，擴展速度相差竟高達100倍!
②晶閘管開通時間ton，即門極觸發(fā)開通時間tgt。對普通晶閘管tgt=8μs左右，對快速晶閘管tgt=4μs左右，對高頻晶閘管tgt=2μs以下。最長對最短在4～5倍。
③△T為導致晶閘管器件因di/dt損壞的溫差。設晶閘管額定結(jié)溫為125℃，熱疲勞損壞溫度為(360～400)℃，則不重復di/dt損壞的溫差為275℃，重復di/dt損壞的溫差則為235℃。采購晶閘管歡迎訪問武整阿里可控硅旺鋪（https://techele.1688.com/）；
