电力半导体器件在阻态时，承受反向电压，如果反向电压超过了反向偏置转折电压时，则引起穿通和击穿。穿通和击穿是器件阻态时的特殊问题。击穿和穿通的物理机制在前面章节中已经分析过，两者的物理机制存在较大的区别，但它们都表现为器件承受电压超过一定限度时发生的反向电流急剧上升的现象。

一般电力半导体器件的基区足够宽，以保证器件的耐压值。但较厚的基区会增加器件通态时的压降。为了减小器件通态时的压降，缩短基区宽度，有时在器件内部结构中允许穿通过程。此时可以做一个P-N-N+结构，使基区减薄（压降减小），耐压不变。器件耐压可以从下式中得到，图5-19即为改进后的PN结构，在保持阻态耐压不变前提下减小通态压降。

图5-19 改进前后的PN结及其耐压示意图

这里必须注意一种较特殊的击穿行为，即二次击穿。前面讲的击穿为一次击穿，发生一次击穿时反向电流急剧增加。如果有外接电阻限制电流的增长时，一般不会引起器件的特性变坏；但是如果不加限制，就会导致破坏性地二次击穿。二次击穿就是指器件发生一次击穿后，集电极电流继续增加，在某电压下，电流产生向低阻抗区高速移动的负阻现象。

如前所述，双极结型器件具有负电阻温度系数，由于材料和器件的不均匀性，造成器件（硅片）上局部点出现电流集束现象，它是二次击穿产生的直接原因。局部温度高于其他点，该点处的硅片过度膨胀，同其他部位的材料之间产生因膨胀不同产生的热应力。在开关过程中，该点温度起落，形成材料的疲劳，导致硅片中的机械损伤，该点耐压下降，造成二次击穿。

二次击穿是导致器件损坏的主要原因之一，是影响电力电子变换器可靠性的一个重要因素。在双极晶体管中，在I_B>0时，当集电结上的电压U_CE逐渐增大到某一值，集电极电流I_C急剧增大，这就是通常的雪崩击穿，即一次击穿现象。当U_CE再增大时，I_C上升到某一临界点（U_SB，I_SB）时，U_CE突然下降，I_C继续增长，出现了负阻效应（U_CE减少，I_C增大），这种现象称为二次击穿现象。如图5-20所示。二次击穿的电压和电流（U_SB，I_SB）称为二次击穿的临界电压和临界电流，其乘积P_SB=U_SB·I_SB称为二次击穿的临界功率。把不同I_B下发生二次击穿的临界点连接起来就形成二次击穿临界线，如图5-21所示。

双极晶体管的二次击穿可以发生在其工作的各个不同阶段，发射结正偏压、零偏压和负偏压时都可能发生二次击穿，分别称为正偏压二次击穿、零偏压二次击穿和负偏压二次击穿。这些二次击穿具有下述特点：

（1）在二次击穿临界点停留的时间τ称为二次击穿延迟时间。对于不同类型的二次击穿这一时间长短相差很大，长的可达100多ms，短的几乎是瞬间发生。器件进入二次击穿需满足以下条件：

式中 E_SB——二次击穿耐量。(www.daowen.com)

也就是说，发生二次击穿必须同时具备高电压、大电流和持续时间。

图5-20 二次击穿示意图

图5-21 二次击穿临界线

（2）负阻特性阶段的过渡过程是瞬间完成的，这一阶段是非稳定状态，且不可逆。

图5-22 考虑了二次击穿的器件 安全工作区

（3）不管二次击穿的临界电压和电流如何，一旦进入二次击穿，器件的集电极-发射极电压U_CE都在10～15V左右。

由于电力半导体器件在运行中受到电压、电流、功率损耗以及二次击穿等定额的限制。器件厂家一般把它们画在双对数坐标上，以安全工作区（SOA）的综合概念提供给用户。如图5-22所示，由双对数直角坐标系中ABCDE折线所包围的面积。AB段表示最大集电极电流I_CM的限制，BC段表示最大允许功耗P_CM的限制，CD段表示正向偏置下二次击穿触发功率P_SB的限制，DE段则为最大耐压U_CEO的限制。图中标有DC字样的折线是在直流条件下的安全工作区。