半导体物理与器件裴素华3单元双极型晶体管教程.pptVIP

3.7.5 提高晶体管开关速度的途径 1. 晶体管内部考虑 ① 掺金。尤其是对NPN管掺金更为有利。它既不影响电流增益又可有效的减小集电区少子—空穴的寿命，进而减少饱和时超量贮存电荷Qc′，同时加速Qc′的复合。 ② 采用外延结构。在保证集电结耐压的前提下，尽量减薄外延层厚度，降低外延层电阻率。这样既可以减小集电区少子寿命，限制Qc′，又可降低饱和压降UCES。 ③ 减小结面积。这可有效的缩短td、tr和tf。但结面积的最小尺寸受集电极最大电流ICM及工艺水平的限制。 ④ 尽量减小基区宽度，进而减小Qb，可使tr和tf大大降低。 2. 晶体管外部考虑 ① 加大IB，以缩短td和tr，但太大会使饱和过深，一般控制S=4来选择适当的IB。 ② 加大IB′，反向抽取快，可缩短ts和tf，但应选在RB允许的范围内。 ③ 晶体管可工作在临界饱和状态。这样就不会有超量贮存电荷Qb′和Qc′，ts=0，但此时C、E之间的压降UCE较高，接近0.7V，是否可以要视电路条件而定。 ④ 在UCC与IB一定时，选择较小的RL可使晶体管不进入太深的饱和状态，有利于缩短ts。但RL太小会使ICS增大，从而延长了tr和tf，并增加了功耗。 3.7.6 开关晶体管的正向压降与饱和压降 1. 晶体管共发射极正向压降UBES 晶体管共发射极正向压降，是指晶体管处于饱和状态时，基极和发射极之间的电压降，用UBES表示 晶体管的共发射极正向压降UBES由下面几部分组成： ① 发射结本身的压降Uje，它是由发射极电流IE的大小决定的； ② 基极电阻上的压降IBrb； ③ 发射极串联电阻res上的压降IEres，即 UBES=Uje+IBrb+IEres 晶体管正向压降与饱和压降 2. 晶体管共发射极饱和压降UCES 晶体管的共发射极饱和压降UCES是指晶体管处于饱和状态时，集电极和发射极之间的电压降。 影响UCES大小的主要因素有： ① 在饱和状态时，发射结上的Uje和集电结上的压降Ujc之差。 ② 集电极电流ICS在集电区体电阻rcs上的电压降。 res比rcs小得多，res上的压降可以忽略，因此UCES可写成上面两部分之和 UCES=(Uje－Ujc)+ICSrcs 晶体管饱和状态示意图 3.8 晶闸管3.8.1晶闸管的基本结构与基本特性 晶闸管是有PNPN四层、三个PN结J1、J2、J3串联而成，有三个引出电极：阳极（A）、阴极（K）和门极（G），其符号表示和器件剖面结构如图所示。 晶闸管典型的杂质分布如图。选择N型高阻硅片作原始衬底材料，用扩散P型杂质（如：镓、硼和铝）同时形成P1层和P2层，构成P1N1P2结构。然后在P2区的大部分区域扩散N型杂质（磷）形成阴极，同时在P2区上引出门极，在P1区形成欧姆接触作为阳极，便成为一个三端四层器件。 晶闸管的典型杂质分布 晶闸管的正向导通电路图 晶闸管最基本的伏安特性曲线 3.8.2 晶闸管的工作原理 1. PNPN器件的导通物理过程 正向偏置的PNPN四层三端器件具有通态和断态两个稳定状态，可划为断态区、雪崩区、负阻区、通态区和反向阻断区，其载流子分布如图。 晶闸管正向偏置下的载流子分布示意图 2. 晶闸管的导通机理 将晶闸管看成为两个晶体管的组合。其等效电路如图 3. 不同偏置条件下的耗尽层宽度 （a）热平衡状态 （b）正向阻断 （c）正向导通 （d）反向阻断 晶闸管器件工作在不同区域的耗尽层宽度与电压降 4. 晶闸管的简单应用 画出的是一个以平面工艺制造、具有栅极电极连接到P2区域的晶闸管器件。 平面三端点晶闸管器件示意图 平面器件的横截面示意图 （a）应用电路 （b）电压与栅极电流的波形 晶闸管器件的简单应用 3.8.3 晶闸管几种主要派生器件 1. 双向晶闸管 双向晶闸管是把两只普通晶闸管组成的反并联电路集成在同一硅单晶片上，它是一种可在正、反两个方向传导电流的器件。 （a）结构 （b）符号 （c）等效电路 双向晶闸管的结构、符号、等效电路 2. 光控晶闸管 光控晶闸管是用光信号代替电信号对器件进行触发的电力半导体器件。 光触发原理 3. 门极关断晶闸管GTO GTO具有高阻断电压、大电流、双稳态功能以及自关断的特点 a）非对称型 （b）逆阻型 （c）逆导型 GTO结构 4. 场控晶闸管 场控晶闸管（MCT）是一种由场效应晶体管（MOSFET）来控制晶闸管开关的新一代MOS/双极复合型功率器件，通常称为MOS控制晶闸管。 在线教务辅导网： 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 馋死 2. 大注入自建电场 大注入自建电场有两部分组成：其中第一项表示在大注入情况下，由基区杂质分布梯度产生的杂质分