BJT/SCR/JFET/MOSFET/IGBT器件分析

本文章主要讲述五种主流器件：BJT,SCR,JFET,MOSFET,IGBT的器件工作原理，为阻态，开通，通态以及关断其器件内部的原理，从而更好的了解器件工作，更好的区分各器件更加适合应用在何项目中。

一、BJT(电流型驱动器件)

1. 阻态：BE短接(或接负电压），器件处于阻断状态，由集电极阻断电压，空间电荷区主要在N-区扩展，N-区作为最主要的耐压层；
2. 开通：BE提供基极电流，基区和发射区相互实现少子注入效应，N+区大量电子进入P区，且电子扩散长度大于P区厚度，大量电子进入集电区而被集电结收走；
3. 通态：由于有大量电子进入到集电区，在集电区形成累积，从而使得集电区电位下降，集电极电位低于基区电位，器件进入饱和状态，器件集电极电流不再随集电极电位上升而上升；
4. 关断：撤掉基极电流，当集电区内部积累的载流子完全消失殆尽后，集电结再次回到反偏状态，阻断电压。

二、晶闸管(SCR)

1. 阻态：阳极相对于阴极施加正向电压，J2结阻断电压，空间电荷区在N-区扩展，N-区作为最主要的耐压层；
2. 开通：正向电压大到一定程度，J2结附近发送雪崩倍增效应，由于雪崩倍增效应产生电子和空穴，电子朝N-区移动，空穴朝P区移动，从而P区电位升高，N-区电位下降，当P区电位高到一定程度J1结正向导通，从而J1结出现少子注入效应，大量电子从N+区进入P区穿过空间电荷区到达N-区，进一步加剧N-区电子累积，N-区由于有电子累积，电位下降，J3结正偏，从而J3结附近出现少子注入效应，P+区空穴进入到N-区，穿过空间电荷区到达P区形成累计，加剧P区空穴累积，由于P区空穴累积和N-区电子累积，削弱空间电荷区宽度，雪崩倍增效应消失，空间电荷区中不再产生载流子，但J1结和J3结少子注入效应继续，P区和N-区载流子累积直至P区电位高于N-区，3个结处于正偏，器件进入导通状态；
3. 通态：由于P区和N-区累积了大量载流子且载流子数量远高于本身掺杂浓度，从而使得整个器件正向导通类似于PIN，处于通态
4. 关断：主回路电路中电流下降为0，且P区和N-区载流子消失殆尽后，器件再次回到阻断状态，由J2结阻断电压。

 三、JFET

 

1.阻态：门极相对于源极施加反偏电压，俩侧P区空间电荷区向中间靠拢直至夹逼到一起使得器件处于阻断；

2.开通：撤去门极负电压或门极相对于源极正偏电压，中间露出沟道，器件处于导通状态；

3.通态：①由于器件是单极性器件，整个导电沟道是N型，所以器件看成电阻；②随漏极电压上升，空间电荷区在漏极部分出现夹断，便进入饱和状态，漏极电流不随漏极电压上升而上升；

4.关断：GS再次反偏，空间电荷区再次夹逼到一起，器件再次回到阻断状态。

四、MOSFET

1. 阻断：栅极相对于源极短接或施加负压，器件处于阻断状态，由于J2结阻断电压，空间电荷区主要向N-区扩展，N-区作为最主要的耐压层；
2. 开通：栅极相对于源极施加15V左右正电压，在P区靠近氧化层附近出现反型层，也就是沟道，漏极有通道直接流向源极，器件进入导通状态；
3. 通态：①由于MOSFET是单极性器件，特性类似于电阻；②当漏极电流上升过程中，沟道会逐渐夹断，刚好夹断那刻器件进入饱和区，器件电流饱和，不会随着漏极电压上升而上升；
4. 关断：撤掉门极电压，沟道消失，器件回到阻断状态，由J2结阻断电压。

五、IGBT

1. 阻态：门极相对于发射结短接或施加负压，器件呈阻断状态，由于J2结阻断电压，空间电荷区主要向N-区扩展，N-作为最主要的耐压层；
2. 开通：门极相对于发射结施加15V左右电压，在P区靠近氧化层附近形成反型层，也就是沟道，器件进入导通状态；
3. 通态：①沟道形成后，电流经右侧PIN流通，大量电子从N+区进入道N-区，大量空穴从P+区进入到N-区，在N-区形成强烈的电导调制效应，从而整个器件导通压降在大电流下也较低；②由于N-区累积大量空穴，部分空穴进入P区从发射区流走，所以器件电流分俩部分，一部分为PNP，一部分为PIN；
4. 关断：撤掉门极电压，沟道消失，当N-区累积电子和空穴消失殆尽后，器件再次回到阻断状态，由J2结阻断电压。