二次击穿是指功率晶体管早期失效或突然损坏的重要原因，已成为影响功率晶体管安全可靠使用的重要因素。自从1957年Trornton和Simmons发现二次击穿现象以来，二次击穿一直受到十分关注。

当集电极反偏电压逐渐升高到某一数值时，集电极电流急剧增加，晶体管出现击穿现象。如图1所

示。这种现象称为一次击穿（见图1中“2”曲线），一旦反向偏压降低，器件就可复原，因而它是一种非破坏性的可逆反应。当集电极反偏电压进一步增大，集电极电流增大到某一临界值（图1中“2”曲线A点对应的临界值）时，管子反向电压突然降低，电流仍然继续增长，表现出负阻现象，这个现象称为二次击穿。简称SB（Second Breakdown）。这时，工作点将由A点以毫秒级的速度移向低电压大电流区的B点，在没有保护措施的情况下，就会造成很大的过电流，使晶体管烧毁。因此，二次击穿是一种热电击穿，它是破坏性的不可逆反应。这一点是与雪崩击穿（一次击穿）有本质差别的。

很多研究者对二次击穿进行了理论分析和实验研究。但对其机理的了解仍不甚完全和充分。一般认为二次击穿的机制分为热型和电流型两种，热型又称为热不稳定型，电流型也称为雪崩注入型，下面分别进行分析讨论。

一、热不稳定型理论

热不稳定型理论认为，二次击穿与“过热点”有关，发射结电流集中，局部热起伏是形成过热点，产生热斑的主要原因。由于发射极电流随温度增加而指数上升，因此，在发射结偏置电压一定时，如果热起伏使结局部温度升高，由此引起电流增大，耗散功率增加，如果增加的热量不能及时散发，必然进一步引起局部温度升高，电流更加集中。这样循环往复，就会在晶体管体内出现高温区，形成热斑，实验发现，热斑的直径只有cm，而电流密度却高达A/cm2。当热斑的温度升高到半导体本征温度时，呈现本征导电，pn结耗尽区消失，大量热‘激发载流子使集电结短路。晶体管进入低压大电流的二次击穿状态。若无限流措施，大电流通过截面很小的局部热斑，将产生大量热量，而单位时间能散发出的热量是有限的，由此，引起热斑温度急剧上升，直至达到半导体材料的熔点，使材料熔化，产生熔融孔，造成晶体管永久失效。因此，二次击穿是局部温升与电流集中往复循环的结果，而循环和温升都需要一定的时间，因此触发延迟时间较长。

二、雪崩注入二次击穿

实验发现，硅外延平面晶体管中存在快速二次击穿，由高压状态向低压大电流状态过渡十分迅速，延迟时间很短。这种二次击穿是由结处雪崩注入引起的，称为雪崩注入二次击穿。

基极开路时，流过晶体管的电流为穿透电流，集电结空间电荷区的宽度随着外加电压的增加而展宽，若外延层厚度较薄，在外加电压增加到处延层穿通后，空间电荷区的电场将随外加电压的增加而很快上升。当最大电场达到雪崩临界场强时，Ma→1，集电极电流急剧上升，晶体管一次雪崩击穿。在pn结附近雪崩区内，由雪崩倍增产生大量的电子-空穴对，电子向集电极漂移，大量电子通过侧空间电荷区，使有效正向空间电荷减少，雪崩区宽度增加，载流子倍增，进一步增大。当电流密度增加到时，电流再增加，通过n区的电子浓度，n区变为负空间电荷区，最大电场移至结处，雪崩倍增区移至结附近。倍增产生的电子直接由集电极收集，空穴通过n区空间电荷区漂移到基区。空穴在负空间电荷区的非雪崩区内将中和部分可动电子，使负空间电荷密度下降，电场分布变化，分布曲线包围的面积减小，晶体管上承受的电压下降，晶体管进入低压大电流二次击穿状态。

防止二次击穿，改善器件可靠性的措施包括以下几方面。

一、设计方面

在发射极和集电极条上串接镇流电阻，提高功率管二次击穿耐量。对微波功率管也可利用键合引线的电感和氧化物电容组成的网络，选择适当的匹配参数实现功率的自动调整。

二、工艺方面

发生二次击穿的部位常是存在工艺缺陷的地方，如管芯与底座间烧结层的空洞，发射极键合点压偏使镇流电阻短路，硅铝合金常使基区厚度不均匀等。这些缺陷使电流集中，热阻增大。局部发热过甚，导致PN结烧毁，所以要有针对性地加强工艺控制，确保工艺质量。

三、使用方面

使用时根据手册使其工作在安全工作区内，在此区域内不会引起二次击穿或特性的缓慢退化。