Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
IgA - 0 и / *= 1А получим
1а = 1 - Mocj - Ма3 (1КЦА) ' <49)
Управляющий электрод,
Катод
"
"шунт
Управляющий электрод о
-Металличести катодный контакт -nZ
Закороченный катод
КО
1 Га' П1
\
Инод
Днод
1е1~лсг
Рис. 20. Тиристор с закороченным катодом.
в - часть тока протекает через катодную закоротку; б - двухтранэнсторная
модель тиристора с закороченным катодом.
Тиристоры
229
Если катод не закорочен, то 1К = 1А, поэтому
1А = ! _ Маг Ма2' (50)
Из выражения (33) следует, что напряжение включения VBF определяется
условием М = 1/(06! + а2). При закороченном катоде, когда 1К < U,
уравнение (49) принимает вид
п?жг- (51)
В этих условиях напряжение включения становится равным напряжению
обратного пробоя, определяемому выражением (4).
В динамическом режиме закрытый тиристор может быть включен при
напряжениях, намного более низких, чем напряжение включения. Уменьшение
напряжения включения при этом зависит от амплитуды импульса анодного
напряжения и скорости его нарастания. Это явление называется эффектом
dV/dt. Его можно использовать для включения тиристора (^/^-переключение).
Эффект dV/dt обусловлен тем, что быстро изменяющееся анодное напряжение
приводит к увеличению тока смещения d (CV)/dt, где С - емкость перехода
J2. Емкостный ток в свою очередь может вызвать возрастание суммарного
коэффициента усиления ("1 + а2) до единицы, и в результате произойдет
включение тит ристора. В мощных тиристорах, которые должны обладать
высокими значениями VBF, необходимо ослабить влияние эффекта dV/dt. С
этой целью можно сместить цепь управляющий электрод- катод в обратном
направлении, чтобы ток смещения протекал через управляющий вывод и не
вызывал увеличения коэффициента усиления. Можно также снизить время жизни
неосновных носителей в областях п\ и р2, что приведет к уменьшению
коэффициентов усиления, но в режиме прямой проводимости а остается
высоким.
Эффективным способом ослабления эффекта dVIdt является использование
закороченного катода [30]. Как показано на рис. 20, а, ток смещения
протекает через шунт и не влияет на коэффициент усиления а2 п-р-я-
транзистора. Закороченный катод может обеспечить существенно большую
устойчивость к эффекту dV/dt. Обычно тиристоры с незакороченным катодом
допускают нарастание анодного напряжения 20 В/мкс. В приборах с
закороченным катодом устойчивость к эффекту dVIdt может увеличиваться в
Ю-100 раз и более.
4.3.4. Ограничение dlldt [7]
В начале процесса включения тиристора начинает проводить только небольшая
область катода вблизи управляющего контакта.; Эта область высокой
проводимости поставляет запускающий ток,
230
Глава 4
необходимый для включения других близко расположенных областей, пока
процесс не распространится на всю площадь катода. Этот процесс
характеризуется скоростью распространения vsp. Рассмотрим концентрическую
структуру (рис. 20, а) с управляющим электродом радиусом f0,
расположенным в центре, и предположим, что анодный ток и напряжение между
анодом и катодом линейно изменяются со временем. Таким образом, на этапе
включения
'л vAK=VAK(i -•?), (52), (53)
г = г0 + vspt, (54)
где УАЯ-стационарное напряжение между анодом и катодом, t0 - время
включения, iA, vAK, г - изменяющиеся во времени ток, напряжение и радиус
проводящей области соответственно.
Мгновенная рассеиваемая мощность и проводящая площадь составляют
iA"AK=VAK^-{l--L)t, (55)
Площадь = п [(re -j- vspif - r%\. (56)
Отсюда находим плотность рассеиваемой мощности
п '• А^АК ___ ^ АК (dlл/di) (1 t/tp) t
Площадь л [(/•" -f- vspt)*-rg] ' '
и повышение темпер'атуры в наиболее горячей точке
оо
АТ e Jc 1Р dt ~ (dljdt), (58)
- о
где р и С - плотность и удельная теплоемкость кремния соответственно. Из
формулы (58) следует, что при постоянной величине VAK повышение
температуры пропорционально dlJdt. Для предотвращения перегрева и
постепенного разрушения прибора важное значение приобретает такой
параметр, как допустимая скорость нарастания тока. Для ее увеличения
можно расширить площадь области начальной проводимости или уменьшить
отношение WIL в области п 1, повышая скорость распространения области
проводящего состояния.
Предложено несколько гребенчатых конструкций, в которых расстояние от
любой части катода до управляющего электрода не превышает максимально
допустимой величины. Изящный пример использования с этой целью эвольвенты
показан на рис. 21. Уравнение эвольвенты ЛВС в полярных координатах имеет
вид
л = го(1 + 02)1/2, (59)
Тирштшры
234
а
Рис. 21. Структура с электродами в форме эвольвенты [31]. а эвольвенты
DEF
г = г0[1 + (е-6)2]1/2. (60)
Эти две эвольвенты везде эквидистантны и отстоят друг от друга на
расстоянии г06. На рис. 21, б показана геометрия катодов и управляющих
электродов прибора. Катодные контакты, обозначенные цифрой 1, имеют
мезоструктуру. Металлический слой на управляющих электродах (цифра 2)
присоединен к управляющему контакту 3.
Другой способ расширения области начального включения состоит в
