晶闸管的基本结构知识详解

一般地，具有PNPN四层三结结构的器件是晶闸管。严格来说，根据国际电工委员会（IEC）的标准定义，具有3个或者3个以上PN结，其伏安特性至少在一个象限内具有导通和阻断两个稳定状态，并可以在两个状态之间进行切换的电力半导体器件为晶闸管。晶闸管可以分为很多类型，比如内部存在反并联二极管的逆导型晶闸管（RC-Thyristor），电流可双向控制导通的双向晶闸管（TRI-AC），门极关断晶闸管（GTO）和门极换流晶闸管（GCT）等。在实际应用，一般将普通的具有双向阻断能力、只能控制正向导通的半控型晶闸管，直接称为晶闸管，或者SCR（硅控整流器），而其他类型晶闸管根据它们的功能和特性命名。

晶闸管在通态时可以承受非常大的浪涌电流，而在阻态能承受非常高的电压，这两点的极限值在目前的所有器件中都是最高的，如果没有无法自关断这个严重的缺陷，那么晶闸管就是完美的电力半导体器件。这跟晶闸管的结构有密切关系。

晶闸管也是一个三端器件，按照现有的应用习惯，其三个端子定义为阳极（A，anode）、阴极（K，cathode）和门极（G，gate）。晶闸管的符号以及对应三个端子的定义如图1所示。

实际上一个典型的晶闸管的结构如图2所示，一般从阳极到阴极的杂质半导体的性质为PNPN，因此存在3个PN结，从阳极到阴极依次为J1、J2和J3。此时，这3个结不再像晶体管那样有具体的名称。这3个PN结可以通过合金—扩散法或全扩散法形成，阳极、阴极和门极电极分别通过金属连接与对应的半导体层相连接。

为了分析方便，这里把如图2所示的晶体管简化成如图3所示的简化结构图，并认为各杂质半导体的掺杂浓度是均匀的，按照晶闸管在实际电路中的使用情况，图中还给出了用于晶闸管运行原理分析的外围电路，则流入晶闸管阳极的电流为IA，流出晶闸管阴极的电流为IK，流入晶闸管门极的电流为IG，晶闸管阳极到阴极之间的电压为UAK。

晶闸管各部分的掺杂浓度如图4所示。其中与阳极和阴极相连的分别为重掺杂的P+和N+层，与门极相连的重掺杂P+层，此三层的厚度（在图中体现为宽度）都较小，剩下的一层为相对轻掺杂的层N-层，其厚度较大，而厚度较大的轻掺杂对器件的耐压和通态特性都有显著的影响。