晶閘管、MOS管、IGBT各元器件的特征

　　各元器件的特征晶閘管、MOS管、IGBT等等類似二級管的元器件近場把人搞得一頭霧水，今天將各元器件的特征、原理及區(qū)別進(jìn)行歸納整理，進(jìn)行分享。

　　1.二級管

　　二極管特征：給二極管兩極間加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通；加上反向電壓時，二極管截止。二極管的導(dǎo)通和截止，則相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。

　　二極管原理：利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赑N結(jié)上加上引線和封裝就成了一個二極管。

　　當(dāng)有正向電壓時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。

　　當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，PN結(jié)空間電荷層中的電場強度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

　　2.三極管

　　三極管，也稱雙極型晶體管，目前使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管。

　　三級管特征：以NPN管為例，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e（Emitter）、基極b(Base)和集電極c(Collector)。

　　三極管原理：在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電子流。

　　3.晶閘管

　　晶閘管，也稱可控硅(Silicon Controlled Rectifier)簡稱SCR。

　　晶閘管特征：由四層半導(dǎo)體材料組成的，即三個PN結(jié)，有三個電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。

　　晶閘管特點：“一觸即發(fā)”。但如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通?？刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源或使陽極電流小于維持導(dǎo)通的最小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關(guān)斷。

　　4.MOS管

　　MOS，是MOSFET的縮寫。MOSFET金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）。

　　MOS特征：在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻（最高可達(dá)10^15Ω）。它也分N溝道管和P溝道管。通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。

　　MOS原理：以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個高摻雜濃度的源擴散區(qū)N+和漏擴散區(qū)N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)部連通，二者總保持等電位。電位方向是從外向里，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極，源極接電源負(fù)極并使VGS=0時，溝道電流（即漏極電流）ID=0。隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個擴散區(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VTN（一般約為+2V）時，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID。

　　5.IGBT

　　IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管。

　　IGBT特征：由雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件。

　　IGBT原理：下圖所示為一個N溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，N區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為發(fā)射極E（圖示為S）。N-與N+稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極G。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在集電極C（圖示為D）、發(fā)射極E（圖示為S）兩極之間的P型區(qū)（溝道在該區(qū)域形成），稱為亞溝道區(qū)（Subchannel region）。而在漏區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)（Drain injector），它是IGBT特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成PNP雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)下的電極稱為集電極C（圖示為D）。

　　6.MOS管與IBGT的區(qū)別

　　這些器件可以作為放大器，開關(guān)管等使用。三極管是電流驅(qū)動，晶閘管，MOS管和IGBT都是電壓驅(qū)動，IGBT的功率較大，在大功率輸出場合應(yīng)用較廣。