静电感应晶体管(sit)和静电感应晶闸管(sith)是两种结构与原理有许多相似之处的新型高频大功率电力电子器件,是利用静电感应原理控制工作电流的功率开关器件。sit和sith具有功耗低,开关速度高,输入阻抗高,可用栅压控制开关的优点,在感应加热、超声波加工、广播发射等高频大功率装置以及逆变电源、开关电源、放电设备电源等新型电源的应用中具有很强的优势。
1.静电感应晶体管(sit)
图1a)为sit的结构原理图,图1b)和图1c)分别为sit和sith的符号。
a) b) c)
图1 sit的结构和符号
静电感应晶体管(sit)是一种结型场效应晶体管,于1970年已开始研制。sit的结构如图1a)所示。在一块掺杂浓度很高的n型半导体两侧有p型半导体薄层,分别引出漏极d、源极s和栅极g。当g、s之间电压ugs=0时,电源us可以经很宽的n区(有多数载流子电子可导电)流过电流,n区通道的等效电阻不大,sit处于通态。如果在g、s两端外加负电压,即ugs<0,即图中半导体n接正电压,半导体p接负电压,p1n与p2n这两个pn结都加了反向电压,则会形成两个耗尽层a1和a2(耗尽层中无载流子,不导电),使原来可以导电的n区变窄,等效电阻加大。当g、s之间的反偏电压大到一定的临界值以后,两侧的耗尽层变宽到连在一起时,可使导电的n区消失,则漏极d和源极s之间的等效电阻变为无限大而使sit转为断态。由于耗尽层是由外加反偏电压形成外静电场而产生的,通过外加电压形成静电场作用控制管子的通、断状态,故称之为静电感应晶体管sit。sit在电路中的开关作用类似于一个继电器的常闭触点,g、s两端无外加电压ugs=0时sit处于通态(闭合)接通电路,有外加电压ugs作用后sit由通态(闭合)转为断态(断开)。
2.静电感应晶闸管(sith)
静电感应晶闸管(sith)又称为场控晶闸管fct(field controlled thyristor),其通—断控制机理与sit类似。结构上的差别仅在于sith是在sit结构基础上增加了一个pn结,而在内部多形成了一个三极管,两个三极管构成一个晶闸管而成为静电感应晶闸管。
栅极不加电压时,sith与sit一样也处于通态,外加栅极负电压时由通态转入断态。由于sith比sit多了一个具有少子注入功能的pn结,所以sith属于两种载流子导电的双极型功率器件。实际使用时,为了使器件可靠地导通,常取5~6v的正栅压而不是零栅压以降低器件通态压降。一般关断sit和sith需要几十伏的负栅压。