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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(zhuan)变为(wei)(wei)饱和(he)模式的(de)(de)开启(qi)状态，或是从饱和(he)模式转(zhuan)变为(wei)(wei)截止模式的(de)(de)关闭状态，可(ke)(ke)控硅(gui)(gui)(gui)器件(jian)(jian)的(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)与双(shuang)极型晶体(ti)管有密切的(de)(de)关系，二者(zhe)的(de)(de)传导过程皆(jie)牵(qian)涉到电子和(he)空穴，但可(ke)(ke)控硅(gui)(gui)(gui)器件(jian)(jian)的(de)(de)开关机(ji)制(zhi)和(he)双(shuang)极型晶体(ti)管是不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)，且因为(wei)(wei)器件(jian)(jian)结构不(bu)(bu)同(tong)，可(ke)(ke)控硅(gui)(gui)(gui)器件(jian)(jian)有较宽广范(fan)围的(de)(de)电流、电压(ya)控制(zhi)能力，现今的(de)(de)可(ke)(ke)控硅(gui)(gui)(gui)器件(jian)(jian)的(de)(de)额定(ding)(ding)电流可(ke)(ke)由几毫(hao)安(mA)到超(chao)(chao)过5 000A;而(er)额定(ding)(ding)电压(ya)更超(chao)(chao)过10000V.我们(men)先讨(tao)论基(ji)本可(ke)(ke)控硅(gui)(gui)(gui)器件(jian)(jian)的(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)原理，然后讨(tao)论一些高功率和(he)高频率的(de)(de)可(ke)(ke)控硅(gui)(gui)(gui)器件(jian)(jian).

基本特性

图5. 22(a)是一(yi)可控(kong)(kong)硅器件(jian)(jian)的(de)横截面示意图，是一(yi)个四(si)层(ceng)(ceng)(ceng)p-n-p-n器件(jian)(jian)，其中有(you)三个串接的(de)p-n结：J1、J2、J3与接触电(dian)极相(xiang)连的(de)最外一(yi)层(ceng)(ceng)(ceng)p层(ceng)(ceng)(ceng)称(cheng)为阳极，另(ling)一(yi)边(bian)的(de)n层(ceng)(ceng)(ceng)称(cheng)为阴极.这个没(mei)有(you)额(e)外电(dian)极的(de)结构是个两端点的(de)器件(jian)(jian)，被称(cheng)为p-n-p-n二(er)极管．若另(ling)一(yi)称(cheng)为栅极的(de)电(dian)极被连到内层(ceng)(ceng)(ceng)的(de)p层(ceng)(ceng)(ceng)(p2)，所构成的(de)三端点器件(jian)(jian)‘被称(cheng)为半(ban)导体控(kong)(kong)制整流器或可控(kong)(kong)硅器件(jian)(jian)

图(tu)5. 22(b)是一(yi)(yi)典(dian)型的可控硅器件掺杂浓度分布图(tu)，首先选(xuan)一(yi)(yi)高(gao)阻值的n型硅片(pian)起始材料（n层），再以一(yi)(yi)扩散(san)步骤(zhou)同时形成(cheng)p1和p2层，最后(hou)用合金或(huo)扩散(san)，在的一(yi)(yi)边形成(cheng)n2层，图(tu)5.22(c)是可控硅器件在热(re)平衡状态下的能带图(tu)，其(qi)中每一(yi)(yi)个结(jie)都尽层，其(qi)内建电(dian)势由掺杂浓度决(jue)定，

图(tu)5. 23表示基本的(de)p-n-p-n二(er)极管电流—电压特(te)性，其(qi)展(zhan)现出五个不(bu)同的(de)区域：

(o)—(1)：器(qi)件处(chu)于(yu)正向(xiang)阻断或是(shi)关闭状态，具有很高的阻抗；正转折（或开关）发牛于(yu)dV/dl=o；在(zai)点(dian)l定义正向(xiang)转折电(dian)压VBF和(he)开关电(dian)流Is．

(1)—(2)：器件处于负电阻区域(yu)，也就是电流随电压急骤降(jiang)低而增(zeng)加(jia)．

(2)—(3)：器件处于正向(xiang)导通或开(kai)启状态(tai)，具(ju)有低(di)阻抗(kang)，在点(dian)2处dV/dI=O，定(ding)义(yi)保持(chi)电流Ih和保持(chi)电压(ya)(holding voltage) Vh.

(o)—(4)：器件处于反向(xiang)附(fu)断状态。

(4)—(5)：器件处(chu)于(yu)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(tai)器件(jian)，以(yi)由高阻(zu)(zu)抗(kang)低电流的(de)关闭状态(tai)转(zhuan)换(huan)到低阻(zu)(zu)抗(kang)高电流的(de)开启状态(tai)，反之(zhi)亦(yi)然，

要想了解正向阻断特性，我们(men)应先将此器件视为以(yi)特殊方式(shi)连接在一起的(de)一个p- n-p晶(jing)体管和(he)n-p-n晶(jing)体管，如图5.24所示，它们(men)的(de)基(ji)区各自连接到对方的(de)集(ji)电(dian)(dian)(dian)区，由式(shi)(3)和(he)式(shi)(10)所表示射、集(ji)、基(ji)极(ji)的(de)电(dian)(dian)(dian)流(liu)关系和(he)直流(liu)共基(ji)电(dian)(dian)(dian)流(liu)增(zeng)益，p-n-p晶(jing)体管（晶(jing)体管I，电(dian)(dian)(dian)流(liu)增(zeng)益a1）的(de)摹(mo)极(ji)电(dian)(dian)(dian)流(liu)为

 其中I1是晶体(ti)管(guan)1的漏电(dian)流(liu)ICBO，此(ci)基极(ji)电(dian)流(liu)是由n-p-n晶体(ti)管(guan)（晶体(ti)管(guan)2，电(dian)流(liu)增益a2）的集电(dian)极(ji)所供应(ying)．n-p-n晶体(ti)管(guan)的集电(dian)极(ji)电(dian)流(liu)可写为

其中I2是(shi)晶体(ti)管(guan)2的漏电流ICBO，由(you)于IB1等于Ic2，可得出

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