?可控硅器件及相關功率器件
信息來源：本站 日期：2017-05-24
可控硅器件是一種非常重要的功率器件，可用來作高電壓和高電流的控制．可控硅器件主要用在開關方面，使器件從關閉或是阻斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟或是導通的狀態(tài)，反之亦然．我們已經(jīng)討論過雙極型晶體管的開關特性，利用基極電流驅(qū)動晶體管和MOS管，從截止模式轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡湍Ｊ降拈_啟狀態(tài)，或是從飽和模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂鼓Ｊ降年P閉狀態(tài)，可控硅器件的工作與雙極型晶體管有密切的關系，二者的傳導過程皆牽涉到電子和空穴，但可控硅器件的開關機制和雙極型晶體管是不同的，且因為器件結(jié)構(gòu)不同，可控硅器件有較寬廣范圍的電流、電壓控制能力，現(xiàn)今的可控硅器件的額定電流可由幾毫安(mA)到超過5 000A;而額定電壓更超過10000V.我們先討論基本可控硅器件的工作原理，然后討論一些高功率和高頻率的可控硅器件.
基本特性
圖5. 22(a)是一可控硅器件的橫截面示意圖，是一個四層p-n-p-n器件，其中有三個串接的p-n結(jié)：J1、J2、J3與接觸電極相連的最外一層p層稱為陽極，另一邊的n層稱為陰極.這個沒有額外電極的結(jié)構(gòu)是個兩端點的器件，被稱為p-n-p-n二極管．若另一稱為柵極的電極被連到內(nèi)層的p層(p2)，所構(gòu)成的三端點器件‘被稱為半導體控制整流器或可控硅器件
圖5. 22(b)是一典型的可控硅器件摻雜濃度分布圖，首先選一高阻值的n型硅片起始材料（n層），再以一擴散步驟同時形成p1和p2層，最后用合金或擴散，在的一邊形成n2層，圖5.22(c)是可控硅器件在熱平衡狀態(tài)下的能帶圖，其中每一個結(jié)都盡層，其內(nèi)建電勢由摻雜濃度決定，
圖5. 23表示基本的p-n-p-n二極管電流—電壓特性，其展現(xiàn)出五個不同的區(qū)域：
(o)—(1)：器件處于正向阻斷或是關閉狀態(tài)，具有很高的阻抗；正轉(zhuǎn)折（或開關）發(fā)牛于dV/dl=o；在點l定義正向轉(zhuǎn)折電壓VBF和開關電流Is．
(1)—(2)：器件處于負電阻區(qū)域，也就是電流隨電壓急驟降低而增加．
(2)—(3)：器件處于正向?qū)ɑ蜷_啟狀態(tài)，具有低阻抗，在點2處dV/dI=O，定義保持電流Ih和保持電壓(holding voltage) Vh.
(o)—(4)：器件處于反向附斷狀態(tài)。
(4)—(5)：器件處于反向擊穿狀態(tài)，
因此，p-n-p-n二極管在正向區(qū)域是個雙穩(wěn)態(tài)器件，以由高阻抗低電流的關閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到低阻抗高電流的開啟狀態(tài)，反之亦然，
要想了解正向阻斷特性，我們應先將此器件視為以特殊方式連接在一起的一個p- n-p晶體管和n-p-n晶體管，如圖5.24所示，它們的基區(qū)各自連接到對方的集電區(qū)，由式(3)和式(10)所表示射、集、基極的電流關系和直流共基電流增益，p-n-p晶體管（晶體管I，電流增益a1）的摹極電流為
其中I1是晶體管1的漏電流ICBO，此基極電流是由n-p-n晶體管（晶體管2，電流增益a2）的集電極所供應．n-p-n晶體管的集電極電流可寫為
其中I2是晶體管2的漏電流ICBO，由于IB1等于Ic2，可得出
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