可控硅整流器简介
正如术语所示可控硅是一种由硅半导体材料构成的可控整流器，其具有用于控制目的的第三终端。选择硅是因为它的高温和功率能力。可控硅的基本操作与普通的两层半导体二极管的不同之处在于，第三个终端称为门，决定整流器何时从开路状态切换到短路状态。仅仅使器件的阳极-阴极区域正偏是不够的。在导通状态下，可控硅的动态电阻通常为0.01到0.1欧姆，反向电阻通常为100千欧姆或更多。它被广泛地用作电源控制应用中的开关设备。它可以通过每秒数千次的开关来控制负载。它可以打开一个可变长度的时间持续，从而提供所需的数量的电力负荷。因此，它具有变阻器和开关的优点，而没有它们的缺点。可控硅的原理图和符号表示分别如图A和b所示。 As illustrated in fig-a, SCR is a three-terminal four-layer semiconductor device, the layers being alternately of P-type and N-type. The junctions are marked Jj, J2和J3.(连接Jj和J3.中间结点J，向前操作2而三个端子分别是阳极(A)、阴极(C)和门(G)，门(G)与内部的p型层相连。闸门的作用是控制可控硅的点火。在正常工作条件下，阳极相对于阴极是正的。
可控硅的构造
从图a可以清楚地看出，可控硅本质上是一个普通整流器(PN)和结型晶体管(N-P-N)组合在一个单元中形成PNPN器件。三个端子被取下:一个端子来自外部的p型材料，称为阳极，第二个端子来自外部的n型材料，称为阴极，第三个端子来自晶体管的基部，称为栅极。
用于制造可控硅的基本材料是n型硅。它的电阻约为6欧姆-毫米。硅是作为基材的自然选择，因为它有以下优点
(i)能够承受150°C左右的高结温
(ii)导热系数高;
(iii)特性随温度变化较小;和
(iv) P-N结漏电流小。
它主要由四层P和N型硅半导体材料组成。结是扩散的或合金化的。可用来扩散磷的材料是铝，可用来扩散氮的材料是磷。用铝箔与阳极接触，用金属片与阴极和栅极接触。扩散必须在适当的温度和必要的时间内进行，以提供正确的浓度，因为这决定了设备的特性。低功耗可控硅采用如图a所示的平面结构。平面结构对于从硅片上制作多个单元非常有用。在这里，所有的结点都是扩散的。另一种技术是如图b所示的台面结构。这种技术用于高功率可控硅。在这种技术中，内部结J2是通过扩散得到的，然后外层两层合金与之相结合。PNPN球团由钨或钼板适当支撑，以提供更大的机械强度，使其能够处理大电流。其中一个板是硬焊接到铜或铝螺柱，这是螺纹连接到散热器。这为将内部损失传导到周围介质提供了一个有效的热路径。当晶圆片受到温度引起的应力时，在晶圆片和后备板之间使用硬焊料可以最大限度地减少热疲劳。对于中、低功率可控硅，颗粒直接安装在铜螺柱或套管上，使用软焊料吸收温差膨胀产生的热应力，为传热提供良好的热路径。对于大功率可控硅需要的更大的冷却装置，采用压包或冰球结构，提供双面空气冷却。
特征被认为是,设计一个可控硅,是晶圆的直径和厚度、基材的组成、类型和数量的扩散到晶片的材料,形状,位置和接触面积的大门,可控硅的形状和大小,类型的散热器等。
制造技术决定了器件的各种性能。器件的额定电压可以通过对内部两层进行轻微掺杂并增加其厚度来提高。但由于电阻的增加，正向电压降增加，需要大的触发电流，造成更大的功率耗散伴随更小的额定电流。硅的散热从1.5 W/cm下降2在25°C至1.25 W/ cm2高压电源设备很少能在125°C以上使用。
通过中子辐照硅可以提高器件的载流能力和额定电压。该器件的额定电流也可以通过降低连接处的电流密度来提高，但这导致器件体积庞大，开启时间大。
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1评论
谢谢
很有帮助