基本介紹
- 中文名：陰極短路技術
- 別名：陽極短路技術
技術套用,其他信息,
技術套用
BJT的工作狀態和電流放大係數
BJT由三個區域（發射區、基區和集電區）、兩個p-n結（發射結和集電結）組成。它的工作狀態完全決定於其兩個p-n結的偏置狀況。當發射結正偏、集電結反偏時，為放大狀態（輸出電流 輸入電流成正比，比例係數即為電流放大係數）；兩個p-n結都反偏時，為截止狀態（高壓、小電流狀態）；兩個p-n結都正偏時，為飽和狀態（低壓、大電流狀態）。
其他信息
當BJT處於放大狀態時，發射結將注入載流子到基區，集電結則收集從基區擴散到達集電結邊緣的載流子、並輸出電流。良好的Si平面BJT，具有較大的電流放大係數；但在工作電流很小時，由於發射結勢壘區中複合電流的影響，其電流放大係數將變得很小；而在工作電流很大時，電流放大係數也將變小，這主要是由於所謂Kirk效應（基區展寬效應）影響的緣故。
可以想見，如果降低加在發射結上的正偏電壓，即可減小發射結的注入，降低工作電流，從而可以減小電流放大係數；進而，若把發射結短路（即把發射結上的電壓降為0），則由於反偏集電結具有從基區抽取載流子的作用，這也將會導致發射結上產生一定的浮空電勢，使得有少量的載流子注入，因此這時BJT仍然處於放大狀態，只不過其電流放大係數很小而已。
陰極短路技術在SCR中的套用
在p-n-p-n轉折二極體的基礎上，加上一個控制柵極，就得到可控矽整流器（SCR）。對於p+-n--p-n+結構的SCR，可以等效為兩個BJT的組合，這兩個BJT共用兩個區域（基區和集電區），柵極可接在陰極一端BJT的基區（p區）上。當構成SCR的兩個BJT的電流放大係數（令為a1和a2）較大時，即可使SCR導通。實際上，當a1+a2=1時，總的陽極電流IA將變為∞，SCR即導通。
對於正偏的SCR，柵極電壓可以驅使SCR容易進入導通狀態。但是，一旦SCR導通以後，柵極就不再起作用了，即不能關斷陽極電流，這就是所謂“閂鎖效應”。
可以見到，增大陰極一端BJT的a2，將降低正向轉折電壓，有利於器件的導通；相反，若減小a2，則將提高正向阻斷電壓，不利於器件的導通。因此，在SCR中，就常常採用陰極短路技術來減小a2、以提高正向阻斷電壓。實際上，當a2減小到0時，正向阻斷電壓可以提高到接近於SCR的反向阻斷電壓。
陰極短路技術實際上也就是在SCR的晶片上，把n陰極區與p型基區通過金屬電極短接起來（但不是在器件外面連線陰極與柵極），由p基區的接觸電阻和體電阻而產生出一個分流電阻，這就達到了減小BJT的發射結注射效率、降低a2的目的。
這種技術套用在VDMOS中是通過短接P-body區和N+source來實現的，目的是為了減小寄生三極體效應。套用在IGBT中是通過短接P-ring和N+emitter來實現的，被稱為發射極短路結構，目的是為了減小NPN電晶體的電流放大倍數，從而抑制閂鎖效應。
陽極短路技術在GTO中的套用
SCR的柵極通常只有開通器件的功能，而不能關斷器件。而柵極可關斷的晶閘管（GTO）就是其柵極既具有開通、也具有關斷功能的一種SCR。
在器件導通狀態下，為了使柵極實現有效地關斷功能，自然要求柵極電流很小，則就應該一個BJT的電流放大係數很大（接近1）、而在陰極一端BJT的的電流放大係數很小，即a2>>a1，這也就是GTO的關斷條件。
在GTO中為了降低陽極一端BJT的電流放大係數，往往採用所謂“陽極短路”的技術（即把p+陽極區與n基區通過金屬電極直接短接，以減小載流子注入）；但是，在此決不能採用“陰極短路”的技術，因為這裡要保證n-p-n/BJT2具有儘可能高的電流放大係數（設計）。
陰極短路技術在DIAC器件中的套用
雙向交流開關器件（DIAC）有多種形式，但它們在結構上往往與SCR類似，因此在許多場合也都採用了陰極短路技術。
① 五層雙向交流開關二極體：
五層雙向交流開關二極體可以看成是由兩個p-n-p-n轉折二極體反相併聯而構成的，所以，它在正偏和反偏時都具有雙穩態的負阻特性，即具有對稱的雙向開關特性。在此，對兩個p-n-p-n二極體都採用了“陰極短路”技術，以提高兩個方向上的正向阻斷電壓。
② 雙向交流開關三極體（TRIAC）：
TRIAC的基本結構也就是在五層DIAC的基礎之上，添加一個柵極G而構成的；因此，TRIAC也具有與五層DIAC類似的雙向、雙穩態的對稱伏安特性。TRIAC的柵極的作用就是控制正向阻斷電壓的大小、以實現開關作用。為了提高正向阻斷電壓，在此也對其中的兩個p-n-p-n二極體均採用了“陰極短路”技術。
陰極短路技術在IGBT中的套用
對於IGBT，在Vgs>Vt、而且Ids很大時，器件中包含的n+-p-n-p+晶閘管將起作用。當其中的晶閘管導通以後，整個IGBT的導通電阻雖然很低；但是這時晶閘管也就進入到鎖定狀態（閂鎖效應），其柵極就失去了關斷源-漏電流的能力。而柵極的控制作用正是IGBT優越於SCR之處。所以，為了讓IGBT不容易進入閂鎖狀態，以提高其工作電流，可以適當地降低其中寄生n-p-n電晶體的電流放大係數，為此就可以採用陰極短路技術來達到目的。
