工作原理
可控矽是P1N1P2N2四層三端結構元件,共有三個PN結,分析原理時,可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成,其等效圖解如圖所示。
當陽極A加上正向電壓時,BG1和BG2管均處于放大狀态。此時,如果從控制極G輸入一個正向觸發信号,BG2便有基流ib2流過,經BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。
因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic2。此時,電流ic2再經BG1放大,于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極,表成正反饋,使ib2不斷增大,如此正向饋循環的結果,兩個管子的電流劇增,可控矽使飽和導通。由于BG1和BG2所構成的正反饋作用,所以一旦可控矽導通後,即使控制極G的電流消失了,可控矽仍然能夠維持導通狀态,由于觸發信号隻起觸發作用,沒有關斷功能,所以這種可控矽是不可關斷的。
發展
雙向晶閘管的發展現狀在我國精管行業發展很快。國内分立器件廠商的主要産品以矽基二極管、三極管和晶閘管為主,國際功率半導體器件的主流主品功率MOS器件隻是近年來才有所涉及,且主要為平面栅結構的VDMOS器件,IGBT還處于研發階段。寬禁帶半導體器件主要是以微波功率器件(SiCMESFET和GaNHEMT)為主,尚未有針對市場應用的寬禁帶半導體産品器件的産品研發。
産品分類
一、普通二極管、三極管國内的自給率已經很高,但是在高檔的功率二極管,大部分還依賴進口,國内的産品性能還有不小的差距。
二、ABB晶閘管類器件産業成熟,種類齊全,普通晶閘管、快速晶閘管、超大功率晶閘管、光控晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、高頻晶閘管都能生産。中國南車集團當前可以生産6英寸、4000A、8500V超大功率晶閘管,居世界領先水平,已經在我國的機車上大量使用,為我國的鐵路現代化建設做出了貢獻。
三、在功率管領域,逐步有國内的企業技術水平上升到MOS工藝,MOSFET的産業有一定規模,進入21世紀後,這類器件的産品已批量進入市場,幾十安培、200V的器件在民用産品上獲得了廣泛應用,進口替代已然開始。
四、IGBT、FRD(快恢複二極管)已經有所突破,FRD初見規模。IGBT從封裝起步向芯片設計制造發展,從PT結構向NPT發展,溝槽工藝正在開發中。IGBT産品進入中試階段,
産業鍊
一、設計:國内IGBT還處于研制階段,還沒有商品化的IGBT投入市場,我國IGBT芯片的産業化道路比較漫長。目前國内的民營和海歸人士設立的公司已經研發出了低端的IGBT産品,如常州宏微、嘉興斯達。南車集團就不說了。
二、制造:IGBT對于技術要求較高,國内企業還沒有從事IGBT生産。考慮到IP保護以及技術因素的限制,外資IDM廠商也沒有在國内進行IGBT晶圓制造和封裝的代工。華虹NEC和成芯的8寸線、華潤上華和深圳方正的6寸線均可提供功率器件的代工服務。
三、封裝:我國隻有少數企業從事中小功率IGBT的封裝,而且尚未形成規模化生産,在IGBT芯片的産業化以及大功率IGBT封裝領域的技術更是一片空白。
變化
一、BCD工藝已從無到有,從低壓向高壓發展,從矽基向SOI基發展。
二、從封裝起步向芯片設計制造發展,從PT結構向NPT發展,溝槽工藝正在開發中。
分類
電流
200到800A
電壓
100到2000V
尺寸
一:平闆式
二:螺栓式