闩锁(Lanch-up)效应，一般我们也可以称之为擎住效应，是由于IGBT超安全工作区域而导致的电流不可控现象，闩锁效应更多的是决定于IGBT芯片本身的构造。IGBT的抗闩锁电流也是衡量IGBT工作特性的一个重要参数，它会限制IGBT的工作范围，今天我们就来聊一聊什么是闩锁效应~
IGBT，一般被视为是集MOS和BJT为一体的电子元器件，一般我们认为IGBT的理想等效电路如下图所示；
上图直观地显示了IGBT的组成，是对PNP双极型晶体管和功率MOSFET进行达林顿连接后形成的单片型Bi-MOS晶体管。
故在G-E之间外加正向电压使MOS管导通时，PNP晶体管的基极-集电极之间就连上了低电阻，从而使PNP晶体管处于导通状态。此后，使G-E之间的电压为零或者负压时，首先MOS管处于断路状态，PNP晶体管的基极电流被切断，从而使IGBT关断。所以，IGBT和MOS一样，都是电压控制型器件。
但实际上，常见的IGBT分为两种：NPT-IGBT和PT-IGBT，他们可以称为对称性或非对称性IGBT，具体结构如下图所示；
由上图的结构图可知，闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈形成闩锁。故以PT-IGBT为例，等效电路模型和结构图可简化为下图模式；
从上图我们可以看出，实际等效电路是由可控硅和MOS构成的。内部存在一个寄生的可控硅，在NPN晶体管的基极和发射极之间并有一个体区扩展电阻Rs，P型体内的横向空穴电流会在Rs上产生一定的电压降，对于NPN基极来说，相当于一个正向偏置电压。在规定的集电极电流范围内，这个正偏电压不会很大，对于NPN晶体管起不了什么作用。当集电极电流增大到一定程度时，该正向电压则会大到足以使NPN晶体管开通，这个时候电子就直接从MOSFET的N+源区注入到P-base然后流到n-base区，MOSFET的栅极就失去控制作用，相当于将MOSFET短路，失去控制的IGBT电流会不断增大，从N+源区注入的载流子进一步减小了IGBT的输出电阻，此时反映出的伏安特性会变为VCE减小而电流增大出现微分负阻现象。这就是我们所说的闩锁效应，也就是擎住效应，准确的应该说是静态擎住效应。IGBT发生擎住效应后，集电极的电流增大，产生过高的功耗，从而导致器件失效。
通常情况下，静态和动态闩锁有如下主要区别：当晶闸管全部导通时，静态闩锁出现。只在关断时才会出现动态闩锁。这一特殊现象严重地限制了安全操作区。
为防止寄生NPN和PNP晶体管的有害现象，有必要采取以下措施：
♦一是防止NPN部分接通，分别改变布局和掺杂级别。
♦二是降低NPN和PNP晶体管的总电流增益。
此外，闩锁电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切；在结温和增益提高的情况下，P基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。因此，器件制造商必须注意将集电极最大电流值与闩锁电流之间保持一定的比例，通常比例为1:5。
评论