晶閘管的基本結(jié)構(gòu)知識詳解

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個或者3個以上PN結(jié)，其伏安特性至少在一個象限內(nèi)具有導(dǎo)通和阻斷兩個穩(wěn)定狀態(tài)，并可以在兩個狀態(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。

晶閘管也是一個三端器件，按照現(xiàn)有的應(yīng)用習(xí)慣，其三個端子定義為陽極（A，anode）、陰極（K，cathode）和門極（G，gate）。晶閘管的符號以及對應(yīng)三個端子的定義如圖1所示。

實際上一個典型的晶閘管的結(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PN結(jié)，從陽極到陰極依次為J1、J2和J3。此時，這3個結(jié)不再像晶體管那樣有具體的名稱。這3個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，按照晶閘管在實際電路中的使用情況，圖中還給出了用于晶閘管運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。