Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 59
Текст из файла (страница 59)
е. большая часть носителей заряда, инжектнрованных из эмиттерных областей, доходит до коллекторного перехода. Для открытого состояния при установившемся токе через диодный тнристор также должен сохраниться баланс токов. Поэтому необходимо предположить инжекцию дырок через коллекторный переход из р-базы в и-базу н инжекцию электронов в другом направлении (рис. 5.2, б).
Это предположение, соответствующее смешению коллекторного перехода в прямом направлении, позволяет понять существование равенства полных потоков носителей заряда разных знаков во всех сечениях тиристорной структуры при установившемся режиме в открытом состоянии. гв5 На рис.
5.2, б показана полярность напряжений иа всех трех р-л-переходах тиристора в открытом состоянии. Коллекторный переход смещен в прямом направлении из-за избыточных зарядов основных носителей в базовых областях, накопленных там в процессе переключения тиристора. Падение напряжения иа диодиом тиристоре в открытом состоянии представляет собой сумму напряжений иа всех р-и-переходах (с учетом инверсии полярности напряжения иа коллекториом переходе), иа объемном сопротивлении различных областей (в основном слаболегированиой базы) н иа омических переходах. Обратное напряжение иа диодиом тиристоре Рпс.
5.3. Ззвнсвввгтв пробив. ного ввпряшевкя прп лвввпввм пробое кремниевого весвмметрввпого рвзквго р-л-переходз (шгрвховвв лпння) в прп эффекте смыквяня переходов твРкстврв (гплвшвые линни) от концентрации доноров в слаболвгврпввввой л-бвзв для разных тплшвв этой базы Прн обратном напряжении иа тиристоре, т. е, при отрицательном потенциале иа аноде, эмиттериые переходы смещены в обратном направлении, а коллекториый переход — в прямом. В этом случае иет условий для переключения тиристора, а обратное напряжение может быть ограничено либо лавинным пробоем эмиттерных переходов, либо эффектом смыкания переходов в результате рас- (Р.,В ширеиия одного из эмиттерных йг~ переходов, смещенных в обратном направлении, на всю толщину сла' ъе болегированиой базы. На рис.
5.3 показаны расчетные й)~ значения пробивного напряжения при лавинном пробое н прн эффекте й) а смыкания в зависимости от концеитЮгз й) Ю лу,ГП рации доноров в слаболегнроваииой -3 и-базе для разных толшин этой базы. Для каждой толщины базы обратное напряжение иа тиристоре ограничено лавинным пробоем при больших концентрациях примеси в базе, так как в этом случае будет мала толщина эмиттериого перехода (см. $ 3.11 и, в частности, рис. 3.!7, а). В тонком переходе напряженность электрического поля, необходимая для ударной иоиизации, возникнет при меньших напряжениях.
При малых концентрациях примеси в базе обратное напряжение иа тиристоре будет ограничено эффектом смыкания переходов, так как толщина р-и-перехода тем больше, чем меньше концентрация примеси в базе (см. соотношение (2.27) в $2.6]. Отметим, что рассмотренные физические явления ограничивают не только обратные напряжения, ио и напряжения включения тиристоров. Только при прямом напряжении иа тиристоре ударная ионизация может происходить в коллекторном переходе, который смещен в обратном направлении при закрытом состоянии тиристора, а эффект смыкания может происходить из-за расширения коллекториого перехода.
4 эць диОдиый тюистОР с здшэитиэовдииым эмиттеаиым ПЕРЕХОДОМ Переключение тиристора из закрытого состояния в открытое в соответствии с (5.5) происходит при возрастании суммарного дифференциального коэффициента передачи тока до единицы. В то же время в каждой из транзисторных структур, составляющих тиристор, коэффициенты передачи тока эмиттера могут быть близки к единице уже при малых напряжениях и токах.
Для уменьшения начального значения коэффициента передачи одну из базовых областей всех тнристоров делают относительно толстой (до 200 мкм). Для уменьшения коэффициента передачи тока эмиттера другого транзистора его эмиттерный переход шуитируют объемным сопротивлением прилегающей базовой области (рис. 5.4). Такое шунтирование осуществляют путем наиесе- — и р и в + ння одного нз основных электродов (например, катода) ие только на эмиттерную область, ио н частично на поверхность прилегающей базовой Рвг 54 Структура дввдввгв области.
Шунтирование обеспечи- тпрнгтора с звшукткрвввккыв пает малЫе значения коэффициента эывттвркыы пврвхпдвц передачи тока прн малых напряжениях на тирнсторе, так как почти весь ток при этом проходит по шунтирующему сопротивлению базы, минуя левый (рнс. 5.4) эмнттерный переход в связи с его относительно большим сопротивлением при малых напряжениях. При больших напряжениях иа тнристоре сопротивление левого змиттерного перехода становится меньше шуитнрующего сопротивления базы.
Это значит, что теперь почти весь ток будет проходить через эмнттерный переход и будет вызван инжекцией неосновных носителей заряда в прилегающую базовую область. Шунтирование, во-первых, дает возможность создавать тиристоры с большими значениями напряжения включения. Во-вторых, при шуитироваиии эмиттерного перехода получается более резкая зависимость коэффициента передачи тока от напряжения и от тока.
Поэтому тиристор с зашуитироваиным эмиттериым переходом будет иметь так называемую жесткую характеристику переключения, т. е. будет переходить из закрытого в открытое состояние каждый раз при одном и том же напряжении включения. Наоборот, при слабой зависимости коэффициента передачи тока от напряжения н от тока переключение тиристора нз закрытого состояния в открытое может происходить при различных 287 $5.3.
трнодньгв твгристОры ),= а1(!»+ Iт) + аг!. + )кно (5.б) л и„„и, значениях напряжения включения, т. е. тирнстор в этом случае будет иметь так называемую мягкую характеристику переключе- ния. триодный тнристор (трннистор) — это тнристор, имеющий двп основнык н с»днн упрпвляющнй вывод. Для переключения триодного тиристора из закрытого состояния в открытое также необходимо накопление неравновесных носителей заряда в базовых областях. В днодном тиристоре при увеличении напряжения на нем до напряжения включения это накопление неравновесных носителей заряда происходит обычно либо из-за увеличения уровня инжекции через эмиттерные переходы, либо из-за ударной ионизации в коллекторном переходе.
В триодном тиристоре, имеющем управляющий вывод от Рнс. б.б. Схемэтнческое изобрэженне структур триодных тиристоров с омнческим переходом между управляющим электродом н базой (а), с дополнительным р-л-переходом под управляющим электродом (б) н вАХ триодного тирнсторэ при рэзлнчных токах ()'„')б)!,) через упрэвляющнй электрод (в) одной из базовых областей с омическим переходом между управляющим электродом и базой (рис. 5.5, а), уровень инжекции через прилегающий к этой базе эмиттерный переход можно увеличить путем подачи положительного по отношению к катоду напряжения на управляющий электрод.
Поэтому триодный тиристор можно переключить из закрытого состояния в открытое в необходимый момент времени даже при небольшом анодном напряжении (рис. 5.5, в). Переключение триодного тиристора с помощью подачи прямого напряжения на управляющий электрод или тока через этот электрод можно представить с другой точки зрения как перевод транзисторной л-р-л-структуры в режим насыщения при большом токе базы.
При этом коллекторный переход транзисторной структуры (он же и коллекторный переход тиристора) смещается в прямом направлении. гза Баланс токов в трнодном тиристоре можно записать по аналогии с (5.1), но с учетом того, что через левый эмиттериый переход (рис. 5.5, а) проходит сумма токов основного и управляющего: нли !» ( ! — а| — аг) =! кно + а~!т, (5.7) Таким образом, уравнение ВАХ триодного тнристора в закрытом состоянии: (5.8) ) — о~ — и» ) — п~ — о» где а~ + аг(1, а анодный ток !» зависит от управляющего тока )т (рис.
5.5, в). Условие переключения триодного тиристора нз закрытого состояния в открытое можно получить аналогично условию переключения диодного тиристора (см. $5.!), т. е. после дифференцирования и преобразований получим да~ а~ + аз+ )т — = !. д), (5.9) В условии переключения триодного тнристора (5.9) дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера одномерной теоретической модели первой транзисторной структуры а~ зависит от напряжения на коллекторном переходе, а также от основного и управляющего токов.
Аналогичный коэффициент второй транзисторной структуры аг зависит только от напряжения на коллекторе и от основного тока. Из формулы (5.9) видно, что напряжение включения триод- ного тиристора зависит от управляющего тока. Формула может быть справедлива при меныпих напряжениях на аноде тирнстора, если через управляющий электрод будут проходить большие значения управляющего тока в прямом направлении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
