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GTO的基本結構和工作原理
GTO的基本結構
GTO是一種電流控制型的自關斷雙極器件，當門極引入正向電流時導通，引入反向電流是關斷，但不能像GTR那樣在門極信號撤除時也能自行關斷。這就是說，GTO跟普通晶閘管一樣，一旦導通即能在導通狀態下自鎖（Latch-up），是一種必須靠門極電流的極性變化來改變通斷狀態的晶閘管。
圖3-1 GTO并聯單元結構的斷面示意圖
GTO的基本結構與基本工作原理與普通晶閘管大同小異，只是為了實現門極關斷和提高門極的控制能力而擴大了P基區(門極區)對N＋發射區（陰極區）的相對面積，并將N＋發射區化整為零，分置與P區環繞之中，這些分離開的微小N＋發射區通過共用P基區，N＋基區，P發射區，形成GTO的管芯的全部晶閘管單元,每個單元晶閘管各有其獨立的陰極，通常用壓接方式把他們并聯于同一陰極壓塊上。GTO的陽極通常是燒結在公共P發射區表面的鉬片或鎢片，而門極則是淀積在P基區表面的梳狀鋁層。對于面積較大的圓形芯片，門極可做成多級同心梳狀環，梳齒與排成環狀的單元相間。其中圖3－1所示為GTO管芯的局部斷面示意圖。
GTO的陰極和門極并不在同一平面上，這有利于陰極的壓接和門極的引出。同時，每個晶閘管單元為J3結通過臺面造型也改善了結表面的電壓阻斷能力。由此可見，GTO的制造工藝比普通晶閘管的制造工藝精細的多，復雜的多。
GTO同普通晶閘管在結構上的主要區別，除了化整為零這一點外，還有兩個顯著之點。其一是GTO用門極包圍陰極，而普通晶閘管用陰極包圍門極，不管是中央門極結構還是放射狀門極結構；其二是GTO沒有陰極短路點。為了改善GTO關斷特性和高溫特性，有在陽極設短路點的所謂陽極短路型GTO，這種GTO的反向阻斷能力較差。
就每個單元而言，GTO的開通過程與普通晶閘管完全相同，也是靠門極注入正向電流來滿足導通條件：α1+α2>1，并且也是在N＋發射區鄰近門極的邊沿首先導通，然后通過等離子體擴展實現全面導通，略有不同的是，GTO的導通是同時在各個單元里發生的，等離子體在各個單元里同時從邊沿向中心擴展，而普通晶閘管作為一個完整的大單元來開通，等離子體的擴展面積要大的多。
GTO的關斷過程也是在各個單元里同時進行的，但其關斷方式和原理與普通晶閘管不同，它是靠反偏門極對P基區中空穴的抽取來實現關斷的。對于晶閘管類型的器件來說，P基區中的等離子體是維持導通的必要條件。當等離子體中的空穴隨著門極負電流流走時，J2結和J3結的正偏條件被消弱，N＋發射區通過J3結向P基區注入額外電子的注入效率相對下降，直至完全失去正偏條件，停止額外電子的注入。當然，這個過程也是在每個單元里從邊沿向中心逐漸推進的，等離子體從外向里逐漸縮小，J3結從外向里逐漸恢復阻斷作用。當等離子體收縮到一定限度時，J3結仍然保持正偏狀態的中央部分有限的注入已難以通過內部電流的再生正反饋作用維持整個單元的導通狀態，于是J3結恢復反偏狀態，GTO的每個單元都恢復了J2結的反向阻斷能力時即被關斷。
GTO（以P型門極為例）是由PNPN四層半導體材料構成，其三個電極分別為陽極A、陰極K和門極G，圖3-2是其結構及電路圖形符號。
圖3-2 GTO的結構、等效電路及圖形符號
當在晶閘管的陽極與陰極之間加反向電壓時，這時不管控制極的信號情況如何，晶閘管都不會導通。當在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓時，若在控制極與陰極之間沒有電壓或加反向電壓，晶閘管還是不會導通。只有當在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓時，在控制極與陰極之間加正向電壓，晶閘管才會導通。但晶閘管一旦導通，不管控制極有沒有電壓，只要陽極與陰極之間維持正向電壓，則晶閘管就維持導通。
電特性，即當其陽極A、陰極K兩端為正向電壓，在門極G上加正的觸發電壓時， 晶閘管將導通，導通方向A→K。 當GTO處于導通狀態，若在其門極G上加一個適當負電壓，則能使導通的晶閘管關斷（普通 晶閘管在靠門極正電壓觸發之后，撤掉觸發電壓也能維持導通，只有切斷電源使正向電流低于維持電流或加上反向電壓，才能使其關斷） | 
