O que distingue um tiristor comum de um tiristor GTO?

Um tiristor, eu sei, é uma estrutura PNPN de quatro camadas, com um ânodo na primeira seção P, um portão na segunda seção P e um cátodo na segunda seção N. Essa estrutura simples sugere que qualquer tiristor deve ser possível desligar, direcionando toda a corrente do ânodo para fora do portão, fazendo com que a corrente do cátodo fique em zero, destravando o tiristor.

Em um simulador, um modelo de dois transistores de um tiristor, como mostrado abaixo, de fato desliga quando é fornecido um caminho de resistência ao solo suficientemente baixo.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

E pode-se comprar tiristores projetados especificamente para serem usados ​​assim, chamados tiristores GTO (gate shut-off).

Então, minha pergunta é a seguinte: O que torna um tiristor GTO especial? É apenas um tiristor comum, mas com características especificadas para este modo de operação? Ou existe alguma estrutura de silício diferente dentro dela que a faz funcionar fundamentalmente de maneira diferente?

Pergunta interessante!

Vamos começar como normalmente usamos um tiristor. O cátodo normalmente será conectado ao terra e ao ânodo para fornecer através da carga:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Então os elétrons entram no cátodo e viajam para o ânodo.

Nos desenhos abaixo, o cátodo está no topo! Portanto, os elétrons fluem de cima para baixo (somente nos perfis de doping, não no esquema acima)!

Após algumas pesquisas, encontrei esses dois desenhos dos perfis de doping de ambos os dispositivos.

Este é o perfil de dopagem de um tiristor "normal", deste site .

E aqui está o perfil de doping de um GTO (mesma fonte acima, pressione Avançar algumas vezes).

A principal diferença que vejo é que o GTO tem uma região P + adicional (região P altamente dopada) para o contato do Portão. Uma região altamente dopada é usada para fazer um contato "melhor" e com baixa ôhmica com a região dopante.

De acordo com a Wikipedia:

O desligamento é realizado por um pulso de "tensão negativa" entre o portão e os terminais do cátodo. Parte da corrente direta (cerca de um terço a um quinto) é "roubada" e usada para induzir uma tensão de porta catódica que, por sua vez, faz com que a corrente direta caia e o GTO se desligue (passando para o "bloqueio" Estado.)

Para mim, isso poderia explicar por que o GTO pode ser desligado, enquanto o Tiristor normal não pode. Em um tiristor normal, a porta não tem um contato tão bom com a região P superior, o que impede que ela desvie o suficiente de elétrons para fazer com que o tiristor se desligue.

Em um GTO, o contato com a região P é muito melhor, de modo que muitos outros elétrons podem ser removidos (via Gate) dessa região P. Além disso, a tensão dessa região P pode ser controlada muito melhor através do contato ôhmico baixo. Isso também permite que o Gate diminua a tensão dessa região P em relação ao cátodo, o que polarizará a junção cátodo (N +) ao portão (P) ao contrário e bloqueará a corrente do cátodo.