Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
69. Cho A. Y., Dernier P. D. Single-Crystal-Aluminium Schottky-Barrier
Diodes Prepared by Molecular-Beam Epitaxy (MBE) on GaAs, J. Appl. Phys.,
49, 3328 (1978).
70. Bozler C. O,, Alley G. D., Murphy R. A., Flanders D. C., Lindley W.
Т" Fabrication and Microwave Performance of the Permeable Base
Transistor, IEEE Tech. Dig., Int, Electron Device Meet,, 1979, p. 384.
Глава 4 ТИРИСТОРЫ
4.1. ВВЕДЕНИЕ
Тиристорами называют большое семейство полупроводниковых приборов,
которые обладают бистабильными характеристиками и способны переключаться
из одного состояния в другое. В одном состоянии тиристор имеет высокое
сопротивление и малый ток (закрытое, или выключенное состояние), в другом
- низкое сопротивление и большой ток (открытое, или включенное
состояние). Принцип действия тиристора тесно связан с принципом действия
биполярного транзистора, в котором и электроны, и дырки участвуют в
механизме проводимости. Название "тиристор" произошло от слова
"тиратрон", поскольку электрические характеристики обоих приборов во
многом аналогичны.
Используя введенное в 1950 г. Шокли [1] понятие транзистора с ловушкой в
коллекторе, Эбере предложил двухтранзистор-ную модель для объяснения
характеристик простейшего тиристора - четырехслойного р-а-р-п прибора [2
]. Подробно принцип действия и первые работающие р-п-р-/г-приборы описаны
в работе [31, коюрая послужила основой для всех последующих работ по
исследованию тиристоров. Благодаря наличию двух устойчивых состояний и
низкой мощности рассеяния в эгих состояниях тиристоры обладают
уникальными полезными свойствами, позволяющими использовать их для
решения широкого диапазона задач (от регулирования мощности в домашних
бытовых электроприборах до переключения и преобразования энергии в
высоковольтных линиях электропередачи). В настоящее время созданы
тиристоры, работающие при токах от нескольких миллиампер до 5000 А и выше
и при напряжениях, превышающих 10 000 В [4]. Принцип действия и способы
применения тиристоров описаны в работах [5, 6]. Подробное описание
функционирования и технологии изготовления тиристоров можно найти в
монографии Ганди [7].
4.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основная схема тиристорной структуры показана на рис. !. Она представляет
собой четырехслойный р-п-р-л-прибор, содержащий три последовательно
соединенных р-п-перехода Jl, J2 и J 3. Контакт к внешнему /7-слою назван
анодом, а кон такт к внешнему п-слою - катодом. В общем случае р-п-р-/г-
Тиристоры
203
прибор может иметь два управляющих электрода (называемых также базами),
подсоединенных к внутренним р- и л-слоям. Прибор без управляющих
электродов (рис. 1, б) работает как двухполюсник со структурой р-п-р-п и
называется диодным тиристором (а также динистором и диодом Шокли). Прибор
с одним управляющим электродом (рис. 1, в) является трехполюсни-ком и
называется триодным тиристором или просто тиристором (также используют
термин "полупроводниковый управляемый вентиль" (ПУВ))\
Типичный профиль легирующей примеси в диффузионносплавном приборе показан
на рис. 2, а. В качестве исходного материала выбрана подложка л-типа.
Диффузией с обеих сторон подложки одновременно создают слои р\ и р2. На
заключительной стадии путем сплавления (или диффузии) с одной стороны
подложки создают слой л2. Поперечный разрез тиристора, предна значенного
для работы с умеренными токами, приведен на рис. 2, б 15]. Медное
основание в виде головки болта служит для отвода тепла.
Вольт-амнерная характеристика тиристора (с управляющими электродами или
без них), приведенная на рис. 3, имеет несколько различных участков.
Участок характеристики между точками 0 и 1 соответствует закрытому
состоянию (прямому запиранию) с очень высоким сопротивлением. Прямое
переключение (или включение) тиристора происходит при выполнении условия
dVlclI = 0 (ему соответствуют напряжение включения VBF
а
Лнод
Р1
п1
р2
Jt Т
Управляющий ff злектрод 1
Т
п2
Катод
J2 TJJ
Рис. 1. Схемы тиристора.
а - основная четырехслойная р - п - р - л.-структура; at - коэффициент
усиления по току р - п - р-транзистора, а2 - коэффициент усиления по току
л - р - л-транзистора. При нормальном смещении центральный переход
обратно смещен и служит коллектором для р - л- р-и п - р - п-
транзисторов; б - диодный тиристор; в - триодный тиристор.
Управляющий электрод 2
1^ р п п 71
р
в J1 J2 JJ
Р п р п
W
204
Глава 4
х-0 x=W а
Серебро
Медь
Вольфрам
Припой / Кремний
J п --
Припои Вольфрам
}-Кремний.
Рис. 2. Типичный профиль легирования (а). Наиболее важными параметрами
являются концентрация примеси и ширина базы п\. Разрез тиристора,
предназначенного для переключения умеренных токов (б) [5].
и ток включения Is (рис. 3)). Между точками 1 и 2 находится участок
характеристики с отрицательным сопротивлением; участок между точками 2 и
3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости). В точке 2, где
снова dVldl - 0, через прибор протекает минимальный удерживающий ток Ih,
