Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 37
Текст из файла (страница 37)
27). Видно, что при температурах выше 125'С $'в„тиристора с закороченным катодом быстро падает, в то время как Гвр тиристора с обратной проводимостью продолжает возрастать и при температурах, превышающих 150 'С. Тиристоры с обратной проводимостью обладают быстрым восстановлением, так как в закрытом состоянии их характеристики не зависят от работы транзисторов. Следовательно, эти тиристоры допускают более высокий уровень легирования золотом или платиной, чем обычные тиристоры. Тиристоры г~РР ~ гРРР ф 1бРР „ЫР ~ РРР Ф~ ~й ~РР Р Л Ра ТГ 1РР Ы 1Ы аК ДР Темпе~агпура пеаеходц С Рис, 27. Температурные зависимости напряжения включения тиристора с обратной проводимостью и тиристора с закороченным катодом 1341.
4.4.2. Фототиристор Фототиристор (или переключатель, управляемый излучением) представляет собой четырехслойный (несимметричный) тиристор с тремя выводами, который может включаться под действием светового излучения, превышающего некоторый порог, Фототиристор способен обеспечивать совершенную электрическую изоляцию между мощной схемой и схемой возбуждения за счет передачи энергии запускающего импульса по волоконно-оптической линии. Фототиристоры применяются в системах фотоэлектрического контроля и управления, оптической связи и оптоэлектронных переключательных схемах. Упрощенная структура фототиристора и его условное обозначение приведены на рис.
28 (35). Для ослабления эффекта 011/а1 и повышения температурной стабильности напряжения включения прибор имеет закороченный катод. Катодная площадка равномерно облучается источником света через оптическое волокно радиусом г„в результате чего в пределах облучаемой области возникают однородно распределенные электронно-дырочные пары, Внутренняя область катода закорочена по окружности радиусом г = г,. Наиболее существенный вклад во внешний ток дают электронно-дырочные пары, генерируемые внутри области пространственного заряда обратносмещенного перехода 12. Они разделяются электрическим полем за время порядка 1 нс, т. е.
практически мгновенно по сравнению с временем включения обычного тиРистора ( 1 мкс). Дырки переносятся в область р2, а электроны— Рис. 28. Конструкция и условное обозначение фототнристора с закороченным катодом (351, в область п1. Обе области получают одинаковые количества основных носителей без задержки на их генерацию, Поэтому в момент включения под действием света анодный ток резко возрастает (рис. 29). Фототок затем усиливается двухтранзисторной р †п †р †и- структурой, работающей в регенеративном режиме. Анодный ток после некоторой задержки, связанной с временем движения инжектированных неосновных носителей в базе, продолжает возрастать.
Если сумма коэффициентов усиления остается меньше 1 (1 „, достигает (л,), то ток асимптотически стремится к стацио- 1/Р бремя Рис. 29. Характеристики вклю- чения фототиристора при раз- личных фототокак [351, Ти)аианоры парной величине и достигает ее за время 1, равное среднему времени жизни носителем в областях п1 и р2.Пусть Ц вЂ” стационарный ток, при котором сумма коэффициентов усиления равна 1, и пусть 7 „а — фототок, при котором соответствующий анодный ток 1лз стремится к стационарной величине, превышающей 1л. Тогда вскоре после превышения анодным током значения )'4 вступит в действие регенеративная положительная обратная связь по току, что приведет к быстрому нарастанию анодного тока. В результате тиристор переключится в открытое состояние (рис. 29).
При увеличении фототока процесс включения сдвигается в сторону уменьшения времени задержки; следовательно, время включения уменьшается с увеличением интенсивности света. Экспериментальные характеристики включения высоковольтного тирнстора приведены на рис. 30. Штриховой линией представлено включение с помощью управляющего электрода. Кривая а характеризует включение при низкой световой энергии а кривая б — при более сильном световом возбуждении. При повышении возбуждения время задержки сильно уменьшается. Величина фототока, включающего тиристор, зависит от длины волны излучения Х. Для кремния максимум спектральной чувствительности лежит в диапазоне Х = 0,85 — 1,0 мкм. Эффективными источниками света в этом диапазоне являются лазеры с двойной гетероструктурой СтаАз — СзаА1Аз, лазеры на СтаАз и светодиоды из баАз (гл.
12). Мощные тнристоры могут включаться под действием очень малой интенсивности света (-0,2 мВт для тиристора с рабочим напряжением 3 кВ), так как излучение допускает фокусировку на очень небольшой площади. Например, при диаметре стекловолокна 100 мкм площадь поверхности начального включения не превышает 10 ' мм'. Следовательно, плотность мощности на площадке начального включения будет очень высокой. Для фототи4а Ы ~Ъ Рис, 30. Экспериментальные характеристики включения мощного фототиристора излучением .ниолимового лазера.
Энергия лазерного импульса 2,5 )0 Ф Вт. с (а) и 5 10 4 Вт с (б) [351, 240 Глава 4 а Ю Рис. 31. Выключаемый тиристор (36). а схема включения; б — переходный проиесс выключення. ристора с закороченным катодом (рис. 28) минимальная световая мощность, необходимая для запуска, изменяется приблизительно обратно пропорционально гв/г,. Поэтому при больших значениях гни, требуется небольшая мощность света. Однако даже при г,~г, = 5 для запуска необходима световая мощность около 5 мВт, что на порядок выше, чем для фототиристора с незакороченным катодом.
Следовательно, необходимо искать компромисс между световой чувствительностью и устойчивостью к эффекту ОИРУ. Как только световое излучение возбудит область начального включения, регенеративный процесс приводит к расширению включенной площади, и в конце концов включается весь катод прибора. После переключения в проводящее состояние, в котором анодный ток превышает фототок, световое излучение можно отключить, не изменяя анодный ток. 4.4.3, Выключаемый тиристор Выключаемый тиристор (или тиристор с выключением по управляющему электроду) представляет собой четырехслойную структуру„которая допускает включение положительным управляющим напряжением и выключение отрицательным управляющим напряжением.
Обычно тиристор выключают путем снижения анодного тока ниже тока удержания или путем включения анод- ного тока противоположного на правления. Вы ключ аемые тир исторы используются в качестве инверторов, импульсных генераторов, прерывателей и в схемах переключателей постоянного тока и часто предпочитают применять их вместо транзисторов в высокоскоростных мощных устройствах, поскольку они способны выдерживать высокое напряжение в закрытом состоянии. Принципиальная схема включения тиристора (361 приведена на рис.
81, а. При одномерном представлении процесса выключения следует рассмотреть поведение этого тиристора под действием 241 Тирисиоры отрицательного управляющего тока с амплитудой 7~. Если пренебречь всеми токами утечки, то для поддержания и — р — а-транзистора во включенном состоянии необходим базовый ток, равный (1 — а,) 7к. В действительности базовый ток составляет (а,7,— — 1а). Следовательно, условие включения записывается следующим образом: 1 ~ я ~(1 сиз) ~х' (63) Поскольку 1,т = Ук+ Уа, то для выполнения неравенства (63) необходимо, чтобы ~,+и~ — 1 (64) Введем коэффициент усиления выключения ~1,п в виде отнощения Р„/1и: (65) Для увеличения ~,гг необходимо, чтобы сеа для а — р — и-транзистора был как можно ближе к 1 и в то же время чтобы а, для р — а — р-транзистора был малым.
В реальных транзисторах процесс выключения носит двумерный характер. До подачи отрицательного тока1,,оба транзистора включены и находятся в состоянии сильного насыщения. Важным этапом процесса выключения является удаление избыточного заряда накопленных носителей. Из-за падения напряжения в области р2 за счет протекания продольного тока величина смещения перехода IЗ в положительном направлении падает от центра к управляющему контакту (рис. 32). Очевидно, что часть перехода Л Рис.
32. Коицеитрации плазмы в базе выключаемого тиристора [361. 13, наиболее близкая к контакту, нод действием выключающего тока окажется смещенной в обратном направлении. С этого момента прямой ток будет отклоняться к той части перехода ХЗ, которая еще остается прямосмещенной и будет последовательно вытесняться во все уменьшающуюся область, пока последняя не сократится до некоторого критического размера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
