靜電感應(yīng)晶體管(sit)和靜電感應(yīng)晶閘管(sith)是兩種結(jié)構(gòu)與原理有許多相似之處的新型高頻大功率電力電子器件,是利用靜電感應(yīng)原理控制工作電流的功率開(kāi)關(guān)器件。sit和sith具有功耗低,開(kāi)關(guān)速度高,輸入阻抗高,可用柵壓控制開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn),在感應(yīng)加熱、超聲波加工、廣播發(fā)射等高頻大功率裝置以及逆變電源、開(kāi)關(guān)電源、放電設(shè)備電源等新型電源的應(yīng)用中具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
1.靜電感應(yīng)晶體管(sit)
圖1a)為sit的結(jié)構(gòu)原理圖,圖1b)和圖1c)分別為sit和sith的符號(hào)。
a) b) c)
圖1 sit的結(jié)構(gòu)和符號(hào)
靜電感應(yīng)晶體管(sit)是一種結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管,于1970年已開(kāi)始研制。sit的結(jié)構(gòu)如圖1a)所示。在一塊摻雜濃度很高的n型半導(dǎo)體兩側(cè)有p型半導(dǎo)體薄層,分別引出漏極d、源極s和柵極g。當(dāng)g、s之間電壓ugs=0時(shí),電源us可以經(jīng)很寬的n區(qū)(有多數(shù)載流子電子可導(dǎo)電)流過(guò)電流,n區(qū)通道的等效電阻不大,sit處于通態(tài)。如果在g、s兩端外加負(fù)電壓,即ugs<0,即圖中半導(dǎo)體n接正電壓,半導(dǎo)體p接負(fù)電壓,p1n與p2n這兩個(gè)pn結(jié)都加了反向電壓,則會(huì)形成兩個(gè)耗盡層a1和a2(耗盡層中無(wú)載流子,不導(dǎo)電),使原來(lái)可以導(dǎo)電的n區(qū)變窄,等效電阻加大。當(dāng)g、s之間的反偏電壓大到一定的臨界值以后,兩側(cè)的耗盡層變寬到連在一起時(shí),可使導(dǎo)電的n區(qū)消失,則漏極d和源極s之間的等效電阻變?yōu)闊o(wú)限大而使sit轉(zhuǎn)為斷態(tài)。由于耗盡層是由外加反偏電壓形成外靜電場(chǎng)而產(chǎn)生的,通過(guò)外加電壓形成靜電場(chǎng)作用控制管子的通、斷狀態(tài),故稱(chēng)之為靜電感應(yīng)晶體管sit。sit在電路中的開(kāi)關(guān)作用類(lèi)似于一個(gè)繼電器的常閉觸點(diǎn),g、s兩端無(wú)外加電壓ugs=0時(shí)sit處于通態(tài)(閉合)接通電路,有外加電壓ugs作用后sit由通態(tài)(閉合)轉(zhuǎn)為斷態(tài)(斷開(kāi))。
2.靜電感應(yīng)晶閘管(sith)
靜電感應(yīng)晶閘管(sith)又稱(chēng)為場(chǎng)控晶閘管fct(field controlled thyristor),其通—斷控制機(jī)理與sit類(lèi)似。結(jié)構(gòu)上的差別僅在于sith是在sit結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)pn結(jié),而在內(nèi)部多形成了一個(gè)三極管,兩個(gè)三極管構(gòu)成一個(gè)晶閘管而成為靜電感應(yīng)晶閘管。
柵極不加電壓時(shí),sith與sit一樣也處于通態(tài),外加?xùn)艠O負(fù)電壓時(shí)由通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。由于sith比sit多了一個(gè)具有少子注入功能的pn結(jié),所以sith屬于兩種載流子導(dǎo)電的雙極型功率器件。實(shí)際使用時(shí),為了使器件可靠地導(dǎo)通,常取5~6v的正柵壓而不是零柵壓以降低器件通態(tài)壓降。一般關(guān)斷sit和sith需要幾十伏的負(fù)柵壓。