Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 62
Текст из файла (страница 62)
При использовании в мощных устройствах запираемые тирнсторы обладают преимушествами перед транзисторами, поскольку тирнсторы способны выдерживать значительно большие напряженна в закрытом состоянии, 1 $.7. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИРИСТОРОВ Исходный полупроводниковый материал для тнристоров должен иметь большую ширину запрещенной зоны. Тиристоры (как и другие полупроводниковые приборы) иа основе широкозоииого полупроводника имеют, во-первых, большее значение максимальной рабочей температуры, а следовательно, и максимально допустимой плотности тока в открытом состоянии.
Во-вторых, при прочих равных условиях пробивное напряжение выше, что дает возможность делать тирнсторы с большим значением напряжения включения и максимально допустимого обратного напряжения. В-третьих, при прочих равных условиях значительно меньший обратный ток через р-п-переходы, смещенные в обратном направлении (например,!кьо), что обусловливает меньшую мощность, рассеиваемую в тиристоре прн закрытом его состоянии н при обратном напряжении. В-четвертых, меньшее значение коэффициента передачи тока эмиттера транзисторных структур, составляющих тнристор, прн малых токах (сильнее влияет рекомбииация носителей заряда в эмиттериых переходах) обеспечивает резкую зависимость суммарного коэффициента передачи тока тирнстора и более жесткую характеристику его переключения.
296 Поэтому в массовом производстве тиристоры делают пока только из кремния. Ведутся разработки тирнсторов из арсенида галлия н других соединений, имеющих большую ширину запрещенной зоны. Основной метод формирования тиристориых структур на основе кремния — последовательная диффузия различных примесей с использованием планарной технологии. Для уменьшения вероятности поверхностного лавинного пробоя коллекториого перехода, который может уменьшить напряжение включения тиристора, по периметру кристалла с тиристорной структурой снимают фаску (см. $ 3.!9). Если при этом аысокоомная базовая область имеет толщину, достаточную для устранения эффекта смыкания переходов (см.
$5.1), то напряжение включения таких кремниевых тиристоров может достигать 2500 В. Площадь р-и-переходов рассчитывают, исходя нз максимально допустимой плотности тока в статическом режиме через открытый тнрнстор 200 А/см'. Соответственно максимально допустимые токи в открытом состоянии для различных тнристоров имеют значения от 40 мА до 1000 А. При этом напряжение в открытом состоянии обычно не превосходит 2 В. Во время процесса включения триодного тиристора с помощью тока управляющего электрода сначала в открытое состояние переходит только часть тиристорной структуры, расположенной непосредственно около управляющего электрода.
Со временем открытое состояние распространяется иа всю площадь структуры. Ясно, что при высокой скорости нарастания тока может произойти локальный разогрев структуры до температуры, превышаюшей максимально допустимую. Максимально допустимая скорость нарастания тока в открытом состоянии гирисгора И,гн/а11 .„при которой обеспечивается заданная надежность, может быть повышена в тиристорах с распределенным по всей площади управляющим электродом. Для уменьшения времени выключения тнристоров, т.
е. для ускорения рекомбинации неравновесных носителей заряда, накопленных в базовых областях, необходимо уменьшить время жизни неосновных носителей заряда в высокоомиой толстой базе. Этого можно достичь введением примесей, которые обеспечивают появление вблизи середины запрещенной зоны энергетической диаграммы полупроводника энергетических уровней рекомбииационных ловушек.
Для кремния такой примесью, в частности, является золото. Однако с уменьшением времени жизни неосновных носителей заряда в толстой высокоомной базе увеличивается падение напряжения иа ней и иа тиристоре в открытом состоянии. Уменьшение же толщины базы приводит к уменьшению напряжения включения. Поэтому при конструировании тиристоров приходится искать компромиссное решение. глава Контрольные вопросы Полевые транзисторы и приборы с зарядовой связью б б.!. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ Структура и принцип действия 30! !.
Чго такое гнрнсгор? 2. Почему коллекгориый переход гирис|ора оказывается смещенным в прямом направлении при переключении тнрисгора из закрытого сосгояиин в огкрыгое? а. Какие физические явления вызываю| увеличение козффицнеигов передачи гока змиггера гранзисгорнмх сгрукгур, составляющих гирнс|ор? 4. С какой целью и струкгуре гнрисгора осуществляют шунгнрование одного из эмиггернык переходои, а олпу из базовых облас|еа делаюг толстой по сравнению с днффузиопнои д,|пион неосновных носигелей зарнда? 5. Почему длн нзго|овлеиня |ирисгора целесообразно использова|ь полупроводниковый ма|ернл.| с большой шириной запрещенной зоны? 6. В чем иреимущссгва |риодного гирнс|ора перед диодным? 7. Кики||и .пособами можно перенести гирисгор из закрыгого сосгояиия и огкры|ое? 8. Какими способнми можно перевес ги гирисгор из вскрытого сосюяния н залрыгое? 9. Почему не всегда и ие все |риодиые |ирисгоры можно перенесен нз открытого состояния в закрытое с помощью тока управления? !О. Какова сгрукгурп и принцип дейсгвия симмегричиых |прис юров? !1о.мной грщ||исгор — з|о полунроводникоиый прибор.
усилигельиые свойсгвв ко|про| о опус.|овлены погоном осионных носнгелен, про|екающим через нроиоди|пии канал и управлиемым югекгрнческим нолем. Полевои |рлнзнс|ор с управляющим переходом — що нолевой грннзистор, !ирзилеггне но|иком основных иосн|е.|ей н ьогором происходиг с помощью иыпримлнющего элекгричесьо|о перехода, смещенного в обратном и,|правлении. В качестве выпрямляющего электрического перехода, с помощью которого производят управление потоком основных иосителей заряда в полевом транзисторе, может быть р-л-переход, гетеропереход или выпрямляющий переход Шотки.
Полевые транзисторы с управляющим гегеропереходом делают в основном методом эпитаксии соединений типа Ац'В иа кристаллы арсе- нида галлия. Выпрямляющие переходы Шотки осуществляют иаиесеиием металла иа кристаллы кремния, арсеиида галлия или иа различные гетероструктуры. Однако наиболее распространены пока полевые транзисторы с управляющим р-л-переходом в кристаллах кремния. Поэтому в дальнейшем в качестве примера рассмотрим полевые транзисторы с управляющим Р-п-переходом, так как принцип действия полевых транзисторов с Различными управляющими переходами идеитичеи.
Полевой траизистор с управляющим р-л-переходом имеет два омическнх перехода к области полупроводника, по которой проходит управляемый или регулируемый поток основных носителей заряда, и один или два управляющих р-л-перехода, смешенных в обратном направлении (рнс. 6.! ). При изменении обратного напряжения иа управляющем р-л-переходе изменяется его толщина, а следовательно, толщина области, по кото- 3102 а) б -бдн) еб,„ )О2 Рнс. б.!. Структуры полевых транзисторов с одним управляющим и-н-переходом (а), с двумя управаяющимн р-а-переходамн )б. а) н ириинипнальная схема включения с общим истовом (в) рой проходит управляемый поток основных носителей заряда. Область в полупроводнике, в которой регулируется поток основных носителей заряда, называют проводящим каналом.
Электрод полевого транзистора, через который в проводящий канал входят носители заряда, называют истоком. Электрод полевого транзистора, через который из канала выходят носители заряда, называют стоком. Электрод полевого транзистора, на который подают сигнал, называют затвором. Проводящий канал может иметь электропроводность как л-, так н р-типа. Соответственно различают полевые транзисторы с л-каналом н р-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды полевых транзисторов с л- и р-каналом, противоположны. Полевые транзисторы, имеющие проводящие каналы с разными типами электропроводности, называют комлдементирными, т. е. дополняющими друг друга по типу электропроводности проводящих каналов.
Комплементарные транзисторы оказываются удобными элементами для яостроения ряда схем. 302 Управление током стока, т. е. током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на р-л-переходе затвора (илн на двух р-л-переходах одновременно). В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой.
Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электрических сигналов как по мощности, так и по току н напряжению. Таким образом, полевой транзистор по принципу действия аналогичен вакуумному триоду. Исток в полевом тразисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор — сетке, сток— аноду. Но при этом полевой транзистор существенно отличается от вакуумного триода.
Во-первых, для работы полевого транзистора не требуется подогрева катода. Во-вторых, любую нз функций истока и стока может выполнять каждый из этих электродов. В-третьих, полевые транзисторы могут быть сделаны как с л-каналом, так и с р-каналом, что позволяет удачно сочетать эти два типа полевых транзисторов в схемах.
От биполярного транзистора и в том числе от однопереходного транзистора полевой транзистор отличается, ио-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
