?可控硅器件及相关功率器件
信息来源：本站 日期：2017-05-24
可控硅器件是一种非常重要的功率器件，可用来作高电压和高电流的控制．可控硅器件主要用在开关方面，使器件从关闭或是阻断的状态转换为开启或是导通的状态，反之亦然．我们已经讨论过双极型晶体管的开关特性，利用基极电流驱动晶体管和MOS管，从截止模式转变为饱和模式的开启状态，或是从饱和模式转变为截止模式的关闭状态，可控硅器件的工作与双极型晶体管有密切的关系，二者的传导过程皆牵涉到电子和空穴，但可控硅器件的开关机制和双极型晶体管是不同的，且因为器件结构不同，可控硅器件有较宽广范围的电流、电压控制能力，现今的可控硅器件的额定电流可由几毫安(mA)到超过5 000A;而额定电压更超过10000V.我们先讨论基本可控硅器件的工作原理，然后讨论一些高功率和高频率的可控硅器件.
基本特性
图5. 22(a)是一可控硅器件的横截面示意图，是一个四层p-n-p-n器件，其中有三个串接的p-n结：J1、J2、J3与接触电极相连的最外一层p层称为阳极，另一边的n层称为阴极.这个没有额外电极的结构是个两端点的器件，被称为p-n-p-n二极管．若另一称为栅极的电极被连到内层的p层(p2)，所构成的三端点器件‘被称为半导体控制整流器或可控硅器件
图5. 22(b)是一典型的可控硅器件掺杂浓度分布图，首先选一高阻值的n型硅片起始材料（n层），再以一扩散步骤同时形成p1和p2层，最后用合金或扩散，在的一边形成n2层，图5.22(c)是可控硅器件在热平衡状态下的能带图，其中每一个结都尽层，其内建电势由掺杂浓度决定，
图5. 23表示基本的p-n-p-n二极管电流—电压特性，其展现出五个不同的区域：
(o)—(1)：器件处于正向阻断或是关闭状态，具有很高的阻抗；正转折（或开关）发牛于dV/dl=o；在点l定义正向转折电压VBF和开关电流Is．
(1)—(2)：器件处于负电阻区域，也就是电流随电压急骤降低而增加．
(2)—(3)：器件处于正向导通或开启状态，具有低阻抗，在点2处dV/dI=O，定义保持电流Ih和保持电压(holding voltage) Vh.
(o)—(4)：器件处于反向附断状态。
(4)—(5)：器件处于反向击穿状态，
因此，p-n-p-n二极管在正向区域是个双稳态器件，以由高阻抗低电流的关闭状态转换到低阻抗高电流的开启状态，反之亦然，
要想了解正向阻断特性，我们应先将此器件视为以特殊方式连接在一起的一个p- n-p晶体管和n-p-n晶体管，如图5.24所示，它们的基区各自连接到对方的集电区，由式(3)和式(10)所表示射、集、基极的电流关系和直流共基电流增益，p-n-p晶体管（晶体管I，电流增益a1）的摹极电流为
其中I1是晶体管1的漏电流ICBO，此基极电流是由n-p-n晶体管（晶体管2，电流增益a2）的集电极所供应．n-p-n晶体管的集电极电流可写为
其中I2是晶体管2的漏电流ICBO，由于IB1等于Ic2，可得出
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