（什么是阴极短路技术？什么是阳极短路技术？在什么情况下采用这些技术？）

 作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)

阴极短路技术或者阳极短路技术，都是为了改善晶闸管之类器件的工作性能而采取的一项技术措施。其根本作用就在于减小有关器件中所包含的某个双极型晶体管（BJT）的电流放大系数。这种技术在绝缘栅双极型场效应晶体管（IGBT）中也有着重要的应用。

（1）BJT的工作状态和电流放大系数概念：　　

　　BJT由三个区域（发射区、基区和集电区）、两个p-n结（发射结和集电结）组成。它的工作状态完全决定于其两个p-n结的偏置状况。当发射结正偏、集电结反偏时，为放大状态（输出电流 输入电流成正比，比例系数即为电流放大系数）；两个p-n结都反偏时，为截止状态（高压、小电流状态）；两个p-n结都正偏时，为饱和状态（低压、大电流状态）。

　　当BJT处于放大状态时，发射结将注入载流子到基区，集电结则收集从基区扩散到达集电结边缘的载流子、并输出电流。良好的Si平面BJT，具有较大的电流放大系数；但在工作电流很小时，由于发射结势垒区中复合电流的影响，其电流放大系数将变得很小；而在工作电流很大时，电流放大系数也将变小，这主要是由于所谓Kirk效应（基区展宽效应）影响的缘故。

　　可以想见，如果降低加在发射结上的正偏电压，即可减小发射结的注入，降低工作电流，从而可以减小电流放大系数；进而，若把发射结短路（即把发射结上的电压降为0），则由于反偏集电结具有从基区抽取载流子的作用，这也将会导致发射结上产生一定的浮空电势，使得有少量的载流子注入，因此这时BJT仍然处于放大状态，只不过其电流放大系数很小而已。

    下面简单说明阴极短路技术或者阳极短路技术在几种器件中的应用。

（2）阴极短路技术在SCR中的应用：

　　在p-n-p-n转折二极管的基础上，加上一个控制栅极，就得到可控硅整流器（SCR）。对于p+-n--p-n+结构的SCR，可以等效为两个BJT的组合，这两个BJT共用两个区域（基区和集电区），栅极可接在阴极一端BJT的基区（p区）上。当构成SCR的两个BJT的电流放大系数（令为a1和a2）较大时，即可使SCR导通。实际上，当a1+a2=1时，总的阳极电流IA将变为∞，SCR即导通。

　　对于正偏的SCR，栅极电压可以驱使SCR容易进入导通状态。但是，一旦SCR导通以后，栅极就不再起作用了，即不能关断阳极电流，这就是所谓“闩锁效应”。

　　可以见到，增大阴极一端BJT的a2，将降低正向转折电压，有利于器件的导通；相反，若减小a2，则将提高正向阻断电压，不利于器件的导通。因此，在SCR中，就常常采用阴极短路技术来减小a2、以提高正向阻断电压。实际上，当a2减小到0时，正向阻断电压可以提高到接近于SCR的反向阻断电压。

　　阴极短路技术实际上也就是在SCR的芯片上，把n阴极区与p型基区通过金属电极短接起来（但不是在器件外面连接阴极与栅极），由p基区的接触电阻和体电阻而产生出一个分流电阻，这就达到了减小BJT的发射结注射效率、降低a2的目的。

（3）阳极短路技术在GTO中的应用：　　

　　SCR的栅极通常只有开通器件的功能，而不能关断器件。而栅极可关断的晶闸管（GTO）就是其栅极既具有开通、也具有关断功能的一种SCR。

　　在器件导通状态下，为了使栅极实现有效地关断功能，自然要求栅极电流很小，则就应该一个BJT的电流放大系数很大（接近1）、而在阴极一端BJT的的电流放大系数很小，即a2>>a1，这也就是GTO的关断条件。

　　在GTO中为了降低阳极一端BJT的电流放大系数，往往采用所谓“阳极短路”的技术（即把p+阳极区与n基区通过金属电极直接短接，以减小载流子注入）；但是，在此决不能采用“阴极短路”的技术，因为这里要保证n-p-n/BJT2具有尽可能高的电流放大系数（设计）。

（4）阴极短路技术在DIAC器件中的应用：　　

　　双向交流开关器件（DIAC）有多种形式，但它们在结构上往往与SCR类似，因此在许多场合也都采用了阴极短路技术。

　　① 五层双向交流开关二极管：

　　五层双向交流开关二极管可以看成是由两个p-n-p-n转折二极管反相并联而构成的，所以，它在正偏和反偏时都具有双稳态的负阻特性，即具有对称的双向开关特性。在此，对两个p-n-p-n二极管都采用了“阴极短路”技术，以提高两个方向上的正向阻断电压。

　　② 双向交流开关三极管（TRIAC）：

　　TRIAC的基本结构也就是在五层DIAC的基础之上，添加一个栅极G而构成的；因此，TRIAC也具有与五层DIAC类似的双向、双稳态的对称伏安特性。TRIAC的栅极的作用就是控制正向阻断电压的大小、以实现开关作用。为了提高正向阻断电压，在此也对其中的两个p-n-p-n二极管均采用了“阴极短路”技术。

（5）阴极短路技术在IGBT中的应用：

　　对于IGBT，在VGS>VT、而且IDS很大时，器件中包含的n+-p-n-p+晶闸管将起作用。当其中的晶闸管导通以后，整个IGBT的导通电阻虽然很低；但是这时晶闸管也就进入到锁定状态（闩锁效应），其栅极就失去了关断源-漏电流的能力。而栅极的控制作用正是IGBT优越于SCR之处。所以，为了让IGBT不容易进入闩锁状态，以提高其工作电流，可以适当地降低其中寄生n-p-n晶体管的电流放大系数，为此就可以采用阴极短路技术来达到目的。