二极管、三极管、晶闸管、MOS管、IGBT的特征、原理及区别讲解

狼魂科技

湖南科技大学机械工程硕士

作为小白，我刚开始时对有时出现晶闸管、MOS管、IGBT等等类似二级管的元器件搞得一头雾水，下面本文将从各个元器件的特征、原理及区别进行归纳总结，同时将同种元器件的不同昵称进行罗列分析，方便将所有类二级管的元器件搞懂、搞明白。

1.二级管

二极管特征：给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通，加上反向电压时，二极管截止。二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。

二极管原理：利用PN结的单向导电性，在PN结上加上引线和封装就成了一个二极管。

当有正向电压时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。

当外加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

2.三极管

三极管，也称双极型晶体管，目前使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管。

三级管特征：以NPN管为例，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector)。

三极管原理：在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电子流。

3.晶闸管

晶闸管，也称可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR。

晶闸管特征：由四层半导体材料组成的，即三个PN结，有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。

晶闸管特点：“一触即发”。但如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值（称为维持电流）。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

4.MOS管

MOS，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。

MOS特征：在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达10^15Ω）。它也分N沟道管和P沟道管。通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。

MOS原理：以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。电位方向是从外向里，表示从P型材料（衬底）指身N型沟道。当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时，沟道电流（即漏极电流）ID=0。随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID。

5. IGBT

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管

IGBT特征：由双极型三极管和绝缘栅型场效应管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

IGBT原理：下图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N区称为源区，附于其上的电极称为发射极E（图示为S）。N-与N+称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极G。沟道在紧靠栅区边界形成。在集电极C（图示为D）、发射极E（图示为S）两极之间的P型区（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区下的电极称为集电极C（图示为D）。