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詳解晶閘管的基本結(jié)構(gòu)知識
發(fā)布時(shí)間:2018-05-23 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】一般地,具有PNPN四層三結(jié)結(jié)構(gòu)的器件是晶閘管。嚴(yán)格來說,根據(jù)國際電工委員會(IEC)的標(biāo)準(zhǔn)定義,具有3個(gè)或者3個(gè)以上PN結(jié),其伏安特性至少在一個(gè)象限內(nèi)具有導(dǎo)通和阻斷兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),并可以在兩個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行切換的電力半導(dǎo)體器件為晶閘管。晶閘管可以分為很多類型,比如內(nèi)部存在反并聯(lián)二極管的逆導(dǎo)型晶閘管(RC-Thyristor),電流可雙向控制導(dǎo)通的雙向晶閘管(TRI-AC),門極關(guān)斷晶閘管(GTO)和門極換流晶閘管(GCT)等。
在實(shí)際應(yīng)用,一般將普通的具有雙向阻斷能力、只能控制正向?qū)ǖ陌肟匦途чl管,直接稱為晶閘管,或者SCR(硅控整流器),而其他類型晶閘管根據(jù)它們的功能和特性命名。
晶閘管在通態(tài)時(shí)可以承受非常大的浪涌電流,而在阻態(tài)能承受非常高的電壓,這兩點(diǎn)的極限值在目前的所有器件中都是最高的,如果沒有無法自關(guān)斷這個(gè)嚴(yán)重的缺陷,那么晶閘管就是完美的電力半導(dǎo)體器件。這跟晶閘管的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。
晶閘管也是一個(gè)三端器件,按照現(xiàn)有的應(yīng)用習(xí)慣,其三個(gè)端子定義為陽極(A,anode)、陰極(K,cathode)和門極(G,gate)。晶閘管的符號以及對應(yīng)三個(gè)端子的定義如圖1所示。
實(shí)際上一個(gè)典型的晶閘管的結(jié)構(gòu)如圖2所示,一般從陽極到陰極的雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì)為PNPN,因此存在3個(gè)PN結(jié),從陽極到陰極依次為J1、J2和J3。此時(shí),這3個(gè)結(jié)不再像晶體管那樣有具體的名稱。這3個(gè)PN結(jié)可以通過合金—擴(kuò)散法或全擴(kuò)散法形成,陽極、陰極和門極電極分別通過金屬連接與對應(yīng)的半導(dǎo)體層相連接。
為了分析方便,這里把如圖2所示的晶體管簡化成如圖3所示的簡化結(jié)構(gòu)圖,并認(rèn)為各雜質(zhì)半導(dǎo)體的摻雜濃度是均勻的,按照晶閘管在實(shí)際電路中的使用情況,圖中還給出了用于晶閘管運(yùn)行原理分析的外圍電路,則流入晶閘管陽極的電流為IA,流出晶閘管陰極的電流為IK,流入晶閘管門極的電流為IG,晶閘管陽極到陰極之間的電壓為UAK。
晶閘管各部分的摻雜濃度如圖4所示。其中與陽極和陰極相連的分別為重?fù)诫s的P+和N+層,與門極相連的重?fù)诫sP+層,此三層的厚度(在圖中體現(xiàn)為寬度)都較小,剩下的一層為相對輕摻雜的層N-層,其厚度較大,而厚度較大的輕摻雜對器件的耐壓和通態(tài)特性都有顯著的影響。
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