功率雙極晶體(ti) 管由於(yu) 其低廉的成本， 在開關(guan) 電源中作為(wei) 功率開關(guan) 管得到了廣泛的應用。應用電子輻照技術可以減小少子壽命， 降低功率雙極晶體(ti) 管的儲(chu) 存時間、下降時間， 提高開關(guan) 速度， 且一致性、重複性好， 成品率高， 這是高反壓功率開關(guan) 晶體(ti) 管傳(chuan) 統製造工藝無法比擬的。為(wei) 了降低功率雙極晶體(ti) 管的損耗， 本文采用了10 MeV 電子輻照來減小其關(guan) 斷延遲時間， 提高開關(guan) 電源轉換效率。

　　通過在功率雙極晶體(ti) 管中加入鉗位電路使得晶體(ti) 管不能達到深飽和也能降低關(guan) 斷延時和關(guan) 斷損耗，本文也對電子輻照雙極晶體(ti) 管和鉗位型雙極晶體(ti) 管進行了比較。

　　本文實驗中采用的開關(guan) 電源為(wei) BCD 半導體(ti) 公司研發的3765序列充電器， 采用的功率雙極晶體(ti) 管是BCD半導體(ti) 公司提供的APT13003E, 它被廣泛應用於(yu) 電子鎮流器、電池充電器及電源適配器等功率開關(guan) 電路中。

　　1 開關(guan) 電源中開關(guan) 晶體(ti) 管的損耗

　　圖1所示為(wei) 一個(ge) 典型的反激式開關(guan) 電源示意圖。在示意圖中， 開關(guan) 晶體(ti) 管Q1 的集電極連接變壓器T1.當控製器驅動為(wei) 高電平時， Q1 導通， 能量存儲(chu) 到變壓器T1 中。當控製器驅動為(wei) 低電平時， Q1關(guan) 斷， 能量通過變壓器T1 釋放到後端。圖2所示為(wei) 開關(guan) 晶體(ti) 管開關(guan) 過程中集電極電壓和電流的波形示意圖。

　　關(guan) 晶體(ti) 管在工作過程中的損耗分為(wei) 開關(guan) 損耗和穩態損耗， 其中開關(guan) 損耗包括導通損耗和關(guan) 斷損耗， 穩態損耗包括通態損耗和截止損耗， 其中截止損耗占總的損耗的比率很小， 可以忽略不計。我們(men) 把Vce由90% Vindc降到110% Vcesat所用的時間定義(yi) 為(wei) 導通延時， 即圖2中的t1 - t0, 把IC 由90% Icmax下降到0所用的時間定義(yi) 為(wei) 關(guan) 斷延時， 即t3 - t2。

　　在開關(guan) 晶體(ti) 管開通時， 集電極電壓在控製器驅動電壓為(wei) 高時， 基極電流變大， 集電極電壓由Vindc下降為(wei) 0, 此時由於(yu) 變壓器與(yu) 原邊並聯的寄生電容兩(liang) 端的電壓差也從(cong) 0變為(wei) Vindc, 寄生電容充電， 因此在開關(guan) 晶體(ti) 管集電極產(chan) 生一個(ge) 尖峰電流， 另一方麵， 如果副邊整流二極管的反向恢複電流沒有降到0, 也會(hui) 進一步加大這個(ge) 尖峰電流。開關(guan) 晶體(ti) 管出現集電極電壓和電流交替現象， 產(chan) 生導通損耗， 直到集電極電壓降到Vcesat.導通損耗可以表示為(wei) ：

　　在晶體(ti) 管導通後， 集電極電流從(cong) 0逐漸變大， 而Vcesat不為(wei) 0, 因此產(chan) 生通態損耗。通態損耗可以表示為(wei) ：

　　在開關(guan) 晶體(ti) 管關(guan) 斷時， 集電極電流不能馬上降為(wei) 0, 而集電極電壓已經從(cong) Vcesat開始上升， 在開關(guan) 晶體(ti) 管上產(chan) 生電壓電流交替現象， 從(cong) 而產(chan) 生關(guan) 斷損耗。

　　由於(yu) 變壓器是電感元件， 當開關(guan) 突然關(guan) 斷時， 變壓器電感元件電流不能突變， 會(hui) 產(chan) 生較大的反激電壓， 阻礙電流變化， 通過電路加在開關(guan) 管上， 產(chan) 生比較大的損耗。關(guan) 斷損耗可以表示為(wei) ：

　　開關(guan) 管總的損耗可以表示為(wei) ：

　　一般情況下， 關(guan) 斷損耗在開關(guan) 損耗中占的比率最大， 而關(guan) 斷損耗跟開關(guan) 晶體(ti) 管的關(guan) 斷延遲時間有關(guan) ， 減小關(guan) 斷延遲時間( t3 - t2 )， 加快集電極電流下降速度， 可以降低開關(guan) 晶體(ti) 管的總損耗。

2 電子輻照實驗

　　電子輻照能在矽中引入多種深能級， 這些能級將根據其在禁帶中的位置， 對電子空穴俘獲截麵的大小以及能級密度的大小等均對非平衡載流子的複合起貢獻， 從(cong) 而引起少子壽命、載流子濃度的降低，因此影響了與(yu) 少子壽命有關(guan) 的一些參數， 如晶體(ti) 管的開關(guan) 時間、電流放大係數( hFE )等。

　　實驗中我們(men) 把未經封裝的功率雙極晶體(ti) 管APT13003E 圓片分為(wei) 四組， 其中第一組作為(wei) 對照組， 不做輻照處理， 其餘(yu) 三組經過10M eV 的電子輻照， 輻照劑量分別為(wei) 5 kGy、10 kGy、15 kGy, 輻照完成後， 經過200℃2 h的高溫退火處理， 然後四組圓片經過封裝後成為(wei) 成品。表1是四組晶體(ti) 管的FT測試結果。

　　表1 四組APT13003E 的FT測試結果

　　從(cong) 表1中我們(men) 可以看到， 經過輻照後， 儲(chu) 存時間ts 隨著輻照劑量的增大有很大幅度的減小， 下降時間tf 有所減小， 上升時間tr 有所增加; 電流放大係數隨著輻照劑量的增加而下降; 飽和壓降和擊穿電壓HBVceo隨輻照劑量的增大而增大。