微电子器件应用

1、微电子器件应用微电子器件应用晶闸管晶闸管 ？0pppnxn0nnnpxpponnopnxpxxP区区N区区 ？kTqVnxnpoppexpkTqVpxpnonnexpponnopnxpxxP区区N区区 双极型晶体管的结构示意图和电路符号：双极型晶体管的结构示意图和电路符号：NNNPPPEEEEBBBBCCCCPNP 管：管：NPN管：管： 根据两个结上电压的正负，晶体管可有根据两个结上电压的正负，晶体管可有 4 种工作状态：种工作状态：E 结结 工作状态工作状态 状态，工作在（状态，工作在（ ）电路）电路 状态，工作在（状态，工作在（ ）电路）电路 状态，工作在（状态，工作在（ ）电路）电路倒

2、向放大状态倒向放大状态C 结结 CBBCEBBEVVVVVV,BCCBBEEBVVVVVV, 晶体管在晶体管在 4 种工作状态下的少子分布图：种工作状态下的少子分布图：（ ）状态）状态（ ） 状态状态（ ） 状态状态（ ） 状态状态 NPN 晶体管在晶体管在 4 种工作状态下的能带图：种工作状态下的能带图：（ ）状态）状态（ ）状态）状态（ ）状态）状态（ ）状态）状态 1. 常用开关器件及分类(1)(1)器件及分类器件及分类 (2)(2)型号命名法型号命名法 (3)(3)器件额定值器件额定值2. pnpn器件导通物理过程 (1)(1)晶闸管结构及等效电路晶闸管结构及等效电路 (2)(2)导通

3、物理过程导通物理过程 (3)(3)导通机制导通机制内内 容容 提提 要要1. 常用开关器件及分类常用开关器件及分类按照器件被控程度，分为以下三类：按照器件被控程度，分为以下三类：l 不可控器件不可控器件( Power Diode ) 不需用控制信号来控制其通断。l 半控型器件半控型器件( 相控相控Thyristor等等 ) 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。l 全控型器件全控型器件( IGBT,MOSFET 等等) 通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。器件及分类器件及分类 按照驱动电路信号的性质，分为两类：按照驱动电路信号的性质，分为两类：l 电流驱动型电流驱动

4、型( 双极型器件双极型器件 ) 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的器件。l 电压驱动型电压驱动型( MOS栅器件栅器件 ) 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的器件。常用开关器件及分类常用开关器件及分类按照器件关断方式可分为：按照器件关断方式可分为：l 换流关断型换流关断型( Thyristor ) 利用施加反向电压使电流反向而实现器件关断。l 自关断型自关断型( 功率晶体管、功率晶体管、GTO、电压型器件、电压型器件 ) 仅通过在控制端和公共端之间施加一正的电压信号实现导通，施加一负的电压信号实现关断的器件。常用开关器件及分类常用开关器件及分类按

5、照器件触发方式可分为：按照器件触发方式可分为：l 电触发型电触发型( (Thyristor、MOS器件器件) ) 门极用电信号来触发使其开通的器件。l 光触发型光触发型( (LTT) ) 用光直接来触发使其开通的器件。l 热触发型热触发型( (温控晶闸管温控晶闸管) ) 当温度达到某一值，热激发使之开通的器件。常用开关器件及分类常用开关器件及分类常用的主要功率器件常用的主要功率器件二极管二极管( (整流整流/ /雪崩雪崩/ /快恢复快恢复/ /软恢复软恢复/ /浪涌保护浪涌保护/ /肖特基肖特基) )晶闸管晶闸管 相控晶闸管相控晶闸管 Phase Controlled Thyristor 双向

6、晶闸管双向晶闸管 Bidirectional Triode Thyristor ( (Triode AC SwitchTRIAC) 逆变晶闸管逆变晶闸管 Inverse Thyristor 逆导晶闸管逆导晶闸管 Reverse Conducting Thyristor 光控晶闸管光控晶闸管 Light Triggered Thyristor GTO GTO Gate-Turn-Off Thyristor IGBTIGBT (MOSFET类类) Insulated Gate Bipolar Transistor IGCT IGCT Integrated Gate-Commutated Thyri

7、stor IEGT Injection Enhanced Gate Transistor 组合器件组合器件( (IPM)Intelligent Power Module (SOP/SOC/MCM/IPEM)常用开关器件及分类常用开关器件及分类型号命名法型号命名法( (国产器件国产器件) )拼音拼音符号符号额定电流额定电流ZK1% 1% 峰值电压峰值电压P普通、普通、K快速、快速、S双向、双向、N逆导、逆导、Q汽车、汽车、B雪崩、雪崩、L光触发光触发.例例:ZK1000-8 表示额定平均正向电流1000A，反向阻断电压800V KS200-12 表示额定电流（有效值）200A，断态阻断电压120

8、0V注意：注意：电流电流平均值（平均值（KS除外）除外） 电压电压峰值峰值2. pnpn2. pnpn器件导通物理过程器件导通物理过程晶闸管结构及等效电路晶闸管结构及等效电路基本结构基本结构 四层：四层：PNPN 三端三端: A、K、G 三结：三结：J1、J2、J3 (1)(1)晶闸管结构及等效电路晶闸管结构及等效电路基本结构基本结构掺杂浓度分布掺杂浓度分布pnpn pnpn 器件导通原理器件导通原理等效电路等效电路正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM伏安特性伏安特性2. pnpn2. pnpn器件导通物理过程器件导通物理过程晶

9、闸管晶闸管导通导通需具备需具备两个条件两个条件：u 正向偏置；正向偏置；uA A、K K间有间有“”的信号。的信号。晶闸管晶闸管关断关断亦需具备亦需具备两个条件两个条件：u阳极电压反向或过零；阳极电压反向或过零；u流过流过A A、K K间的电流小于间的电流小于I IH H 以下。以下。2. pnpn2. pnpn器件导通物理过程器件导通物理过程螺栓型晶闸管平板型平板型晶闸管外形晶闸管外形2. pnpn2. pnpn器件导通物理过程器件导通物理过程先讨论四层两端器件先讨论四层两端器件l 正向偏置的pnpn四层两端器件具有两个特点： 具有通态和断态两个稳定状态； 有负阻现象。 在在G开路时，开路时

10、，A K间加正向电压反偏间加正向电压反偏的的PN结结J2是如何变为正偏的？是如何变为正偏的？导通物理过程导通物理过程 雪崩区雪崩区：当外加电压上升到接近当外加电压上升到接近J J2 2结的击穿电压结的击穿电压V VB B时，空间时，空间电荷区内电场变得很大，引起雪崩倍增。反向产生电流通过电荷区内电场变得很大，引起雪崩倍增。反向产生电流通过势垒区由碰撞电离而增加势垒区由碰撞电离而增加M M倍。通过倍。通过J J2 2结的电流由原来的反结的电流由原来的反向电流转变为由向电流转变为由J J1 1、J J3 3结注入的载流子经过基区后衰减而又结注入的载流子经过基区后衰减而又在势垒区倍增了的电流。在势垒

11、区倍增了的电流。 断态区断态区：当外加正向电压当外加正向电压V VJ J2 2结雪崩电压，复合与结雪崩电压，复合与补充维持电中性。只有小补充维持电中性。只有小的电流流过的电流流过J J2 2结，类似二结，类似二极管的反向特性。极管的反向特性。nBVVM11lV V较小时，较小时，M M11；当；当V VV VB B时，时，M M急剧增加；急剧增加；l 当电流放大系数与雪崩倍增因子的积等于当电流放大系数与雪崩倍增因子的积等于1 1时，时，所对应的外加电压即为转折电压所对应的外加电压即为转折电压V VB0B0。负阻区：负阻区： 当外加电压大于转折电压时，势垒区内雪当外加电压大于转折电压时，势垒区内

12、雪崩倍增产生大量的电子空穴对，这些载流子受崩倍增产生大量的电子空穴对，这些载流子受反向电场的抽取作用，电子进入反向电场的抽取作用，电子进入n n1 1区，空穴进区，空穴进入入p p2 2区。由于不能很快复合，将使区。由于不能很快复合，将使J J2 2结两侧产结两侧产生载流子积累，即生载流子积累，即p p2 2区有区有空穴积累空穴积累，n n1 1区有电区有电子积累以补偿离化的杂质，使空间电荷区变薄。子积累以补偿离化的杂质，使空间电荷区变薄。p p2 2区电位升高，区电位升高，n n1 1区电下降区电下降。降落在。降落在J J2 2结上的结上的电压减小，雪崩倍增减弱，电压减小，雪崩倍增减弱，J

13、J1 1、J J3 3结的注入增结的注入增强，从而出现电压减小、电流增强的负阻现象。强，从而出现电压减小、电流增强的负阻现象。 通态区：通态区： 由于上述积累增加，由于上述积累增加，J J2 2结电压下降直至结电压下降直至M M=1=1雪崩倍雪崩倍增停止时，仍能维持使增停止时，仍能维持使p p2 2区相对区相对n n1 1区为正，区为正，J J2 2结倒向，结倒向，三个结均处于正向，有类似二极管的正向特性。三个结均处于正向，有类似二极管的正向特性。 反向阻断区反向阻断区：反向电压由反向电压由J J1 1结承担，与单个结承担，与单个pnpn结反向结反向特性相似。特性相似。2.2.2 pnpn器件

14、导通物理过程器件导通物理过程晶闸管的触发机构晶闸管的触发机构:用各种使用各种使 增大的方法来实现器件开通增大的方法来实现器件开通: 门极电流触发门极电流触发 ;热触发热触发 ;阳极电压触发阳极电压触发 ; 触发触发; 光触发光触发 .dtdv晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。晶闸管一旦导通，门极就失去

15、控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下近于零的某一数值以下 。本节要点:半导体功率器件的分类方法；半导体功率器件的分类方法；国内产品型号命名及额定值；国内产品型号命名及额定值；晶闸管的晶闸管的J2 结在正偏下是如何倒向的？结在正偏下是如何倒向的？晶闸管的开通条件是什么？晶闸管的开通条件是什么？ 复习重点复习重点题型是：题型是：1、填空题（每空、填空题（每空1分，共分，共25分）分） 2、问答题（、问答题（2个，每个个，每个10分，共分，共20分）分） 3、分析题（、分析题（2个，每个个，每个15分，共分，共30分）分） 4、计算题（、计算题（2个，共个，共25分）分）重要知识点：重要知识点：1、填空题、填空题 重点：每一章的基本概念，定义等重点：每一章的基本概念，定义等2、问答题、问答题 涉及基本概念和应用，包含第二章，第三章，第四章涉及基本概念和应用，包含第二章，第三章，第四章3、分析题、分析题 （1）画图，并分析，第二章）画图，并分析，第二章 （2）画图，并分析，第三章）画