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详解晶闸管的基本结构知识


品慧电子讯一般地,具有PNPN四层三结结构的器件是晶闸管。严格来说,根据国际电工委员会(IEC)的标准定义,具有3个或者3个以上PN结,其伏安特性至少在一个象限内具有导通和阻断两个稳定状态,并可以在两个状态之间进行切换的电力半导体器件为晶闸管。晶闸管可以分为很多类型,比如内部存在反并联二极管的逆导型晶闸管(RC-Thyristor),电流可双向控制导通的双向晶闸管(TRI-AC),门极关断晶闸管(GTO)和门极换流晶闸管(GCT)等。


在实际应用,一般将普通的具有双向阻断能力、只能控制正向导通的半控型晶闸管,直接称为晶闸管,或者SCR(硅控整流器),而其他类型晶闸管根据它们的功能和特性命名。

晶闸管在通态时可以承受非常大的浪涌电流,而在阻态能承受非常高的电压,这两点的极限值在目前的所有器件中都是最高的,如果没有无法自关断这个严重的缺陷,那么晶闸管就是完美的电力半导体器件。这跟晶闸管的结构有密切关系。

晶闸管也是一个三端器件,按照现有的应用习惯,其三个端子定义为阳极(A,anode)、阴极(K,cathode)和门极(G,gate)。晶闸管的符号以及对应三个端子的定义如图1所示。

实际上一个典型的晶闸管的结构如图2所示,一般从阳极到阴极的杂质半导体的性质为PNPN,因此存在3个PN结,从阳极到阴极依次为J1、J2和J3。此时,这3个结不再像晶体管那样有具体的名称。这3个PN结可以通过合金—扩散法或全扩散法形成,阳极、阴极和门极电极分别通过金属连接与对应的半导体层相连接。

为了分析方便,这里把如图2所示的晶体管简化成如图3所示的简化结构图,并认为各杂质半导体的掺杂浓度是均匀的,按照晶闸管在实际电路中的使用情况,图中还给出了用于晶闸管运行原理分析的外围电路,则流入晶闸管阳极的电流为IA,流出晶闸管阴极的电流为IK,流入晶闸管门极的电流为IG,晶闸管阳极到阴极之间的电压为UAK。

晶闸管各部分的掺杂浓度如图4所示。其中与阳极和阴极相连的分别为重掺杂的P+和N+层,与门极相连的重掺杂P+层,此三层的厚度(在图中体现为宽度)都较小,剩下的一层为相对轻掺杂的层N-层,其厚度较大,而厚度较大的轻掺杂对器件的耐压和通态特性都有显著的影响。



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