2.4.1  4层结构pnpn器件的特征

导通时晶体管的动作如图2.9b所示，电力晶体管是npn结构，集电极n层的耗尽层基本依靠来自于基极层的电子进行导电，导电率低是一个难点。从尝试大幅增加导电率角度出发，在电力晶体管n层的外侧再加了p层，导通时向n层注入空穴，于是发明出pnpn结构的开关器件。图2.12a所示正是这样的器件，称为晶闸管。晶闸管的3个电极分别称为阳极（Anode，A）、阴极（cathode，K）和门极（Gate，G）。这是参照以往的气体放电管，即闸流管各部分的名称而得名的。各层添加的杂质浓度分布例子如图2.12b所示，阳极侧的n层杂质浓度低，若联想到pin二极管的i层半导体的作用，则意味着晶闸管适合高耐压器件，即单体耐压8000V以上是可能的。(https://www.daowen.com)

当晶闸管导通时，由于中间的n和p两层半导体接受两侧注入的大量空穴和电子，所以载流子数比原来的多数载流子数呈数量级增长，导电性变得非常好。同时，作为4层器件，它的正向压降却等同于一个pn结压降。也就是说，这个器件有3个pn结，各个pn结的正向压降只是一个结的接触电位差，而其中两个正向、一个反向，经抵消后总体的正向压降为一个pn结的正向压降（偏置电压）。从结果来说，高耐压和低正向压降是晶闸管的最大优点，但是，中间两层耗尽层中被注入过剩的载流子，关断时受少数载流子存储效应影响，关断时间可达几十μs以上，因此这变成了晶闸管的缺点。如此看来，晶闸管作为双极型器件，其优点和缺点共存。

图2.12 晶闸管构造与载流子流动情况以及添加杂质的浓度分布例子