Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Для кремния, легирозанного обычным способом, неоднородность удельного сопротивления составляла -~15 %, а при нейтронном легировании -~1 %. Структуры с фаской. Чтобы получить тиристор с максимальным напряжением пробоя, обычно стараются изготовить сплзвлением или диффузией плоские р — п-переходы, так как напряжения пробоя цилиндрических и сферических переходов ниже (гл. 2). Но даже и в плоскостных переходах наблюдается преждевременный пробой по поверхности, который приводит к увеличению тока на краю прибора и снижению динамических токовых характеристик тиристора.
В струкгурах с фаской поверхностные электрические поля существенно ниже по сравнению с полями в объеме материала. В результате пробой однородно распределен по объему. Схемы структуры с фаской приведены на рис. 6. Положительная фаска означает уменьшение площади поперечного сечения в направлении от сильнолегиоованной области к слаболегированной области (рис. 6, а), Отрицательная фаска, наоборот, означает увеличение площади в том же направлении (рис. 6, б), Две тиристорные структуры с фаской показаны на рип. 6, в и г, Прибор на рис. 6, в имеет отрицательные фаски для переходов Яр и )3 и положительную фаску для переходя Я1.
Структура ца рис. 6, г имеет положительные фаски для всех 1рех переходов 112 ), В переходах с положительной фаской поле на поверхности снижено в з(пО раз (в первом приближении). На рио. 7 приведены значения электрического поля на поверхности, полученные путем решения двумерного уравнения Пуассонч для р' — и-перехода при обратном смещении 600 В ИЗ ), и значения внутреннего электрического поля в объеме, Отметим, что максимум поля на поверхности всегда меньше, чем в обьеме; с уменьшением угла 2оч Тиристпоры .
Лаламсиятальяая рсска Отрит~аательная араскс Рис. 6. Схемы тиристоров с фиской, а — положительная фаска, б = отрицательная фаска; в — тиристор с отрицательной и положительной фасками; г — тиристор с двумя положительными фасками. фаски снижается пик электрического поля и его положение сдвигается в глубь слаболегированной области. Напряжение пробоя для перехода с положительной фаской такое же, какдля плоскостного перехода. Чтобы в переходе с отрицательной фаской пробой происходил внутри объема, сам переход должен быть сильноасимметричен, а угол фаски — мал по величине. Численные расчеты показывают, что для отрицательных фасок с малымй угЛаьр максимум поверхностного поля меньше, чем в объеме, и расположен в робластн 1копцентрация в слое р1 выше, чем в слое п1).
Йнутрепний пробой наступает при напряжениях, более низких, чем в плоском переходе. На рис. 8 приведена зависимость нормализованного на- 2Ю Глава 4 Рис. 7. Зависимость поверхностного и внутреннего полей в приборе с поло- жительной фаской (показанного на вставке) от угла фиски 1131. пряжения объемного пробоя (отнесенного к напряжени1о пробоя плоского перехода) от аффективного угла фаски о„, — ~о,о41о Я )', (1Д ~ пю Ъ 77 Р2 1 б д/Р 21~/Ф Ю~Р Зукрвкгпи3пыйугал главки б' ..., Рис.
8. Нормализованное напряжение пробоя в зависимости от угла отрицательной фаски струк-' туры, показанной на вставке 1141. гп а- 1а Ь ~~ 1и Ъ Х Р Ю т 1Ы Яа ЛП т Рассгпопиие пп подерхпасгпи 4 лгкм Тиристоры 211 где Я7 и д — соответствующие значения глубин обедненных слоев перехода,, показанного на вставке [141. Чтобы приблизиться к напряжению пробоя плоского перехода, необходимо использо. вать фаски о малыми углами, 4.2.2. Режим прямого запирания Влияние коэффициентов. При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещен только переход Л2. Переходы 31 и ДЗ смещены в прямом на. правлении, Большая часть приложенного напряжения падает на переходе 32. Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запнранип используем двухтранзисторную модель [2 ]. Из рис. 1 следует, что тиристор можно рассматривать как соединение р — л —.р-транзистора с и — р — а-транзистором, причем коллекчор каждого из них соединен с базой другого, как показано на рис.
9, а и б для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом Л1, и элек1ронов, инжектируемых переходом ) 3. Взаимосвязь между токами эмиттера 1и, коллектора 1с и базы 1н и статическим коэффициентом усиления по току са, р — и — р-транзистора при- Л'ал7пй Улдадлл л гелп)о ЯраЫч ,мела ~е ~гИ' ~с% ~са д Рис.
9. Двухтранзисторная модель триодного тиристора (а), соединение транвисторов (б) и соотношение токов в р — и — р-транзисторе (а) 121. .2(2 Глава 4 велена на рис. 9, в, где 1со — обратный ток насыщения перехода коллектор — база. Аналогичные соогношения можно получить для п — р — п-транзистора при изменении направления токов на противоположное.
Из рис. 9, б следует, что коллекторный ток и — р — гг-транзистора является одновременно базовым 1оком р — л — р-транзистора, Аналогично коллекторный ток р †и †ртранзистора и управляющий гок 1в втекают в базу и — р — а- транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регене. ративный процесс. Ток базы р — и — р-транзистора равен 1и = (1 аг)1л 1со1 (8) Э|от ток протекает также через коллектор п — р — гг-транзистора. Ток коллектора и — р — и-транзистора с коэффициентом усиления а, равен (9) 1св а21к + 1со2' Приравняв 1в, и 1с„ получим (1 — а,) 1л — 1со1 = а;1к + 1сов Так как 1к — — 1„+1,, то из формулы (9) следует л»Гв+ гсо1+ гсо2 (10) 1 — (а +а2) Ниже показано, что а, и а, зависят от 1л, и обычно растут с увеличением тока.
Уравнение (10) описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как о — 1 — и-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения (10) малы, следовательно, пока член (а, + а,) ( 1, ток 1,1 мал. Если а, + -(- а, =- 1, знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы Л1 и 3 3 будут смещены в обратном направлении, а Я2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.
Ширина обедненных слоев и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 1О. В равновесии обедненная область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход 32 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы Л 1 и ЛЗ вЂ” в прямом. Падение Тиристорвг Рис, 10. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения. а — состояние равновесия; б— закрытое состояние, когда большая часть приложенного напряжения падает на центральном переходе; в — открытое состояние, когда все трп перехода смещены пряно, Ек напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: 1 АК 1' 1+ )гв Г 1'га' (1 1) По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и, следовательно, увеличиваются а, и аа.
Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдет в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки; в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход д2 смещен в прямом направлении (рис. 10, в), и падение напряжения 1'"ак = ($'т — ~1'т~ +. ~'а) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном транзисторе.
Глава 4 214 Переключение тиристора происходит при д~„„/Н„= О. Обычно это условие достигается раньше, чем (а, + а,) = 1. Можно показать, что переключение начинается, когда сумма малосигнальных коэффициентов усиления достигает 1 [15). Рассмотрим ситуацию, возникающую при приращении управляющего тока 7в на величину Л7в. Вследствие такого приращения анодный ток получит приращение Л1„, а приращение катодного тока со- ставит ~~ к ~1~7А + ~7ю' (12) По определению малосигнальные коэффициенты усиления равны а,= — — = 1пп Лс Ис (13а) д~л лу -~0 а~А А д~с . Л!с а,= — = 11ш д~к, а~К Дырочный ток через переход 32 равен а,Л1„, а электронный ток равен а.Л!к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
