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器件的稳定性是尤为重要的，我们试想一个庞大的系统，如一个宇宙飞船，所有电子器件都要正常运作，稍有闪失出现某些或某个器件失效，带来的后果极有可能是毁灭性的!

既然器件稳定性如此重要，我们举要对器件失效进行研究，首先我们看看器件失效分为哪几类？

（1）、致命性失效：

如过电应力损伤。

（2）、缓慢退化：

如MESFET的IDSS下降。

（3）、间歇失效：

如塑封器随温度变化间歇失效。

失效物理模型分为如下类：

（1）、应力-强度模型。

（2）、应力-时间模型。

当然了，器件的稳定性需要一个量化指标，平均寿命，下面有一个预测平均寿命的计算方法：

2.2

一个元器件失效的解决案例

说了那么多理论，有道是“说得好不如做得好！

”，我们习主席也说过：

“空谈误国,实干兴邦！

”，那么来个实际例子吧，这是一个开关电源供作温度过高导致器件失效的案例：

2.2.1解决思路

（1）从电路结构上减少损耗,如采用更优的控制方式和技术,如高频软开关技术、移相控制技术、同步整流技术等,另外就是选用低功耗的器件,减少发热器件的数目,加大加粗印制线的宽度,提高电源的效率。

（2））运用更有效的散热技术,利用传导、辐射、对流技术将热量转移,这包括采用散热器、风冷（自然对流和强迫风冷）、液冷（水、油）、热电致冷、热管等方法.在较大功率开关电源中的主要散热方式是强制风冷,因此提高强制风冷效果的技术就成了研究的重点.合理的风道设计和在散热器前端加入扰流片引入紊流可显著的提高散热效果.

（3）还有种方法，就是通过数学建模的方法，当然了，这需要相关专业软件的支持，做出仿真模型，从中我们要关注的是对模型功能其决定作用的参数，如果参数不多，我们可以简单地通过调配参数来看模拟结果是否符合要求，如果参数过多的话我们可以自己动手做些优化计算，如果不太专业的话可以使用matlab做优化计算，虽然语言简单但这也相对不太方便，毕竟不是专业做优化的，我们还是可以使用lingo软件来做优化处理，lingo可是专门用来做优化处理的，它也有自己专门的语言（来源于我数学建模课程经验）

以上就是我对器件失效的一些拙见。

2.2.1

3、热电效应

3.1什么是热电效应

那么何为热电效应呢？

所谓的热电效应，是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。

而这个效应的大小，则是用称为thermopower（Q）的参数来测量，其定义为Q=E/-dT（E为因电荷堆积产生的电场，dT则是温度梯度），其原理是这样的，将两种不同材料的到体组成一闭合回路，如果两个结点所处的温度不同，则在其回路中将产生一定的电动势，这种物理现象称为热电效应，其电动势大小与材料性质以及点温度有关1。

（安徽.六安《湖南工业职业技术学院学报》2005年第2期|张寿安 

）。

热电效应还有另外一种定义方法，在金属和半导体中存在电位差时产生电流，存在温差时产生热流。

从电子论的观点来看，在金属和道题中，无论电流还是热流都与电子的运动有关系，故电位差、温度差、电路、热流之间会存在交叉关系，这就构成了热电效应。

3.1热电效应的应用

不要小瞧这个热电效应，它在我们生活或是生产中，比如热电制冷，1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，另一个接头变冷。

这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时，两个接头处分别发生了吸放热现象。

这就是热电制冷的依据。

半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。

N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。

用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路，铜板和铜导线只起导电的作用。

此时，一个接点变热，一个接点变冷。

如果电流方向反向，那么结点处的冷热作用互易。

这就是在我们生活中热点效应的一种应用。

3.2热电效应的发现

看到热电效应用如此神奇，人们不禁会问，热电效应是如何发现的呢?

在1770年生于塔林的托马斯·

约翰·

塞贝克是热点效应的发现者，1820年代初期，塞贝克通过实验方法研究了电流与热的关系。

1821年，塞贝克将两种不同的金属导线连接在一起，构成一个电流回路。

他将两条导线首尾相连形成两个结点，他突然发现，如果把其中的一个结加热到很高的温度而另一个结保持低温的话，电路周围存在磁场。

他实在不敢相信，热量施加于两种金属构成的一个结时会有电流产生，这只能用热磁电流或热磁现象来解释他的发现。

在接下来的两年里时间（1822～1823），塞贝克将他的持续观察报告给普鲁士科学学会，把这一发现描述为“温差导致的金属磁化”。

4、二次击穿

4.1什么是“二次击穿”

下面我们来解释一下什么叫”二次击穿”，我们学习半导体的同学们都知道，最易产生二次击穿现象的是功率晶体管，功率晶体管烧毁的主要原因是二次击穿。

目前对二次击穿现象的研究主要有两方面的理论:

一个是热不稳定理论,认为晶体局部发生热点产生热崩,进入二次击穿。

这一理论解释正偏二次击穿与观察到的现象十分类似。

但不能说明零偏和反偏二次击穿现象。

另一个是电效应引起的二次击穿理论,认为当流过势垒区的载流子密度大于势垒区固定空间电荷密度时,结电场受到严重干扰,使器件进入负阻状态,而发生电流型二次击穿2。

（《半导体技术》1983年02期赵忠礼）

4.2两次击穿分别如何击穿

既然有二次击穿，那就异地on个有一次击穿了？

没错，对于集电极电压超过V（BR）CEO而引起的击穿，只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压减小到小于V（BR）CEO后，管子也就恢复到正常工作，因此这种击穿是可逆的，不是破坏性的。

这种击穿为一次击穿。

如果上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，通常将这种现象称为二次击穿。

4.3工作安全区

安全工作区SOA（SafeOperatingArea）是指GTR能安全运行的电压、电流极限范围，它主要受四个参数限制。

PSB为二次击穿功耗，此曲线由实验决定。

为了用户能正确使用GTR，生产厂家往往提供导通时的安全工作区（FBSOA）和关断时的安全工作区（RBSOA）。

应该注意随管子结温的升高，安全工作区将明显缩小。

4.4如何避免二次击穿

未解决此问题，我们要真正理解是什么导致了二次击穿，只有这样我们才能“针对病根下猛药”，产生二次击穿的原因主要是管内结面不均匀、晶格缺陷等.发生二次击穿的过程是：

结面某些薄弱点上电流密度增大,引起这些局部点的温度升高,从而使局部点上电流密度更大,温度更高……,如此反复作用,最后导致过热点的晶体熔化,相应在集射极间形成低阻通道,导致vCE下降,iC剧增,结果是功率管尚未发烫就已损坏.因此二次击穿是不可逆的,是破坏性的。

为了避免二次击穿，我们应在关内结构不均匀、及晶格缺陷等问题上下功夫，解决以上问题才能避免二次击穿。

4.5制造工艺与二次击穿关系

二次击穿功率的大小是由晶体管内温度分布“梯度”和电流集中程度决定的，基区过度不均匀容易引起电流集中，在不均匀程度相同情况下，基区宽度大的受到的影响比较小，因此Psb与基区宽度具有相关函数关系。

基区不均匀性的减小、消除晶格缺陷、增大发射极镇流电阻、增加外延层厚度、减少封装时空洞现象以减小散热的不均匀性等措施，均能增加管子的二次击穿耐受性。

4.6晶体管参数与二次击穿关系

在晶体管的参数中，VCBO、fT、hFE都会对二次击穿有着显著影响，通常情况下VCEO越大，二次击穿功率也大；

而fT越高就越容易发生二次击穿，hFE大的管子，所以基区比较薄的情况下更容易发生二次击穿。

4.7应用线路与二次击穿关系

晶体管的工作电压越高，就越容易发生二次击穿。

因此晶体管在低压大电流的情况下处在工作安全区。

在脉冲工作状态下，随着脉冲的宽度增加，会有较大的可能引起电流集中，是二次击穿延迟时间缩短，PSB降低。

同意宽度的脉冲在BE间和CE间，PSB也是不同的，加在BE间时PSB较大。

脉冲上升斜率也就越大，晶体在这种情况下较易产生二次击穿。

不仅如此，二次击穿还与负载关系紧密，晶体管处于正偏状态时，如果负载为电容性或者电感性，由于电压和电流相位移动是的负载线膨大、比如越界到二次击穿线外侧，就会发生二次击穿。

在开关电路中如果存在电感性负载，当晶体管阻断时候，负载线上出现强电流强电压就比较荣日出现翻篇二次击穿，从电感中释放的能量为1/2L*Icp2,因此反偏二次击穿还有L和Icp这两个因素影响。

4.8温度与二次击穿的关系

二次击穿因电流集中产生“过热点”的温度被认为是p-n结烧毁的真是温度，结温的表达式为：

T1=TP+TA

其中Tp为功率消耗产生的温度，TA为环境温度。

TA越高，二次击穿功率越小，因此晶体管在工作室降低TA可提高其可靠性。

5、二次击穿的检测

5．1测试方法

打开恒定电流源，把恒定电流源的输出加到被测管的基极，被测管的集电极和发射极分别接到晶体管图示仪上，然后调节恒定电流源的输出电流，图示仪屏幕上出现一条被测管基极有电压注入时候的特性曲线，发生一次击穿后，继续增加，当增加到一定程度后，图像会产生突越，曲线达到的最高点，我们去该坐标的Vsb和Isb的乘积，就是我们要的二次击穿功率Psb（上学期做过实验，我们用数格子的方式来找出V、I）。

6、结论

（1）晶体管的二次击穿是其失效的重要阴虚。

其失效机理是由与电流或电压盈利引起的电流集中，产生热斑，导致芯片局部烧穿熔断、芯片材料和工艺、芯片的组装、晶体管的实际应用电路以及环境温度均对二次击穿有直接影响。

（2）用恒定电流源驱动装置与拥而刺激穿测试仪所测的的数据比较，差异不大，根据两组数据所描绘的二次击穿曲线吻合。

（3）二次击穿线与Icm、Pcm、Vceo曲线共同组成了晶体管的安全工作区，可给电路设计人员在设计师作为参考，同时给器件生产商在做失效分析、提高产品质量方面提供帮助。