Тиристор
Формула | Описание | Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Формула
Тиристор на основе кремниевой многослойной p-n-p-n+ структуры, снабженной распределенными по площади структуры шунтами в виде цилиндров с проводимостью р-типа в эмиттерном слое n+-типа проводимости, причем шунты расположены так, что в поперечном сечении линии, проведенные через их центры, образуют равносторонние треугольники, отличающийся тем, что, с целью повышения dU/dt-стойкости, уменьшения времени выключения, времени включения и прямого падения напряжения путем оптимизации шунтировки, расстояния между шунтами D и диаметры шунтов Dш выбраны удовлетворяющими условиям:
D = (A1 п+A2)
K
Dш 0,01 oC 0,03 (см)
для низкочастотных тиристоров,
где К (0,9 1,1) безразмерный коэффициент;
А1 3,67 10-4 Ом-1;
А2 0,18 см;п удельное сопротивление исходной кремниевой пластины, и
D = (B1 2п-B2
и+B3)
K;
D/Dш 5 7
для быстродействующих тиристоров,
где К (0,9 1,1) безразмерный коэффициент;
В1 2,06 10-6 Ом-2
см-1;
В2 0,43 10-3 Ом-1;
В3 0,077 см.
Описание
Известен тиристор на основе полупроводниковой структуры с четырьмя слоями чередующегося типа проводимости, у которого один из внешних слоев служит эмиттером, а соседний внутренний слой базой, с шунтированным эмиттером и, по крайней мере, с одним управляющим электродом. При этом несколько шунтов расположены на каждом из нескольких лучей, исходящих из управляющего электрода. Шунты в таком тиристоре расположены в точках пересечения этих лучей с окружностями, центр которых лежит на поверхности управляющего электрода. Если расстояние между соседними лучами становится больше, чем заданное минимальное расстояние то шунты располагают на лучах, лежащих посередине между названными выше лучами. Расстояние между шунтами на одном и том же луче равны. Однако в данном решении не говорится, каким образом, следует выбирать минимальное расстояние а и как величина а связана с электрическими параметрами структуры, например, с удельным сопротивлением n-базы





Известен тиристор на основе многослойной p-n-p-n+-структуры, снабженный распределенными по площади структуры шунтами в виде цилиндров с проводимостью р-типа в эмиттерном слое n+-типа проводимости, причем шунты расположены так, что в поперечном сечении линии, проведенные через их центры, образуют равносторонние треугольники.
Однако не указаны зависимости, как выбрать расстояние между шунтами D и диаметром шунтов Dш, которые обеспечивают оптимальное сочетание таких параметров как время включения, время выключения тиристора, dU/dt-стойкость, и прямое падение напряжения.
Целью изобретения является повышение dU/dt-стойкости, уменьшение времен включения для низкочастотных тиристоров, уменьшение времени выключения, времени включения и снижение прямого падения напряжения для быстродействующих тиристоров.
Поставленная цель достигается тем, что в тиристоре на основе многослойной p-n-p-n+-структуры, снабженной распределенными по площади структуры шунтами в виде цилиндров с проводимостью p-типа в эмиттерном слое n+-типа проводимости, причем шунты расположены так, что в поперечном сечении линии, проведенные через их центры, образуют равносторонние треугольники, расстояние между шунтами D и диаметры шунтов Dш выбраны в зависимости от удельного сопротивления исходной кремниевой пластины

D=(A1


при этом
Dш 0,01-0,03 (см) (2)
для низкочастотных тиристоров
D=(B1



при этом

для быстродействующих тиристоров,
где А1 3,67

A2 0,18 см;
B1 2,06


B2 0,43

B30,077 см;
D расстояние между шунтами;
Dш диаметр шунта;

К 0,9-1,1- безразмерный коэффициент, выбираемый, исходя из разброса параметров исходного кремния и технологических параметров.
На фиг.1 изображена часть тиристорной структуры, не примыкающей к областям управляющего электрода и фаски; на фиг.2 изображена часть эмиттера с шунтами; на фиг.3 график расчета оптимальной шунтировки.
Тиристор представляет собой полупроводниковую структуру, которая состоит из областей n+-эмиттера 1, р-базы 2, n-базы 3, р+-эмиттера 4. Со стороны n-эмиттера 1 расположен катодный электрод 5,со стороны р-эмиттера - анодный электрод 6. Катодный электрод 5 электрически соединен с областью а-эмиттера 1, и через шунты 7 с областью р-базы 2.
Шунты 7 (фиг.2) цилиндрической формы представляют собой выход р-базы 2 сквозь n+-эмиттерный слой 1 к катодному электроду 5 и расположены в вершинах равностороннего треугольника в катодном эмиттерном переходе. Расстояние между шунтами D зависит от удельного сопротивления кремниевой пластины, из которой изготовлена структура и увеличивается с ростом

При приложении возрастающего анодного напряжения, благодаря наличию емкости центрального p-n-перехода, через тиристор протекает ток смещения в направлении области n+-эмиттера 1. Часть этого тока течет к n+-р-эмиттерному переходу, вызывая инжекцию электронов, а другая часть тока протекает к контактному электроду 5 через шунты 7. Таким образом, наличие шунтов приводит к уменьшению доли электронов, инжектированных из n-эмиттера в р-базу 2 и, следовательно, возрастанию dU/dt-стойкости тиристора. Наличие шунтировки приводит также к уменьшению времени выключения. С другой стороны, снижение доли тока инжекции приводит к затягиванию процесса включения, а увеличение плотности шунтировки к росту прямого падения напряжения.
Оптимальное расстояние между шунтами в приведенных ниже примерах рассчитано на ЭВМ. Результаты расчетов представлены на фиг.3 в виде кривых и аппроксимированы математическими выражениями (1) и (2). Расчеты проводились для тиристоров с типичными значениями глубины центрального перехода Xj 80-100 мкм, ширины р-базы Wp 60-80 мкм и листового сопротивления р-базы


Для низкочастотных тиристоров время выключения не является критическим параметром. Однако к тиристорам большого диаметра (50-100 мм) предъявляются определенные требования по времени включения. Кроме того, низкочастотные тиристоры должны обладать высокой dU/dt-стойкостью.
Как известно, скорость распространения включенного состояния уменьшается с ростом плотности шунтировки. С другой стороны dU/dt-стойкость растет с увеличением плотности шунтировки. Таким образом, для низкочастотных высоковольтных тиристоров имеется некоторая оптимальная плотность шунтировки.
Как отмечалось выше, с ростом


Диаметр шунтов Dш лежит в интервале 100-300 мкм. Анализ влияния Dш на величину критического заряда включения Qкр показывает, что в указанном диапазоне параметров размер шунтов оказывает слабое влияние на Qкр. Поэтому выбор Dш в указанном выше диапазоне слабо влияет на характеристики низкочастотного тиристора.
Для быстродействующих тиристоров время выключения является важным параметром. Время выключения можно существенно уменьшить, если увеличить плотность шунтировки. Однако, при этом растет плотность тока удержания Iуд. При времени выключения





Кривая 9 рассчитана для быстродействующих тиристоров, для которых выполняется соотношение



Увеличение расстояния между шунтами приведет к росту времени выключения.
Проведенный анализ влияния диаметра шунта Dш на Iуд и Qкр показал, что D/Dш должно удовлетворять соотношению D/Dш

В тех случаях, когда не является необходимым получение минимального

Примеры исполнения.
Рассмотрим типичный силовой низкочастотный тиристор, у которого Uповт 4 Вт, толщины слоев активных областей составляют соответственно 20 мкм, 80 мкм, 490 мкм, 100 мкм. Поверхностная концентрация примеси алюминия равна 1016 см-3, примеси бора 5

Концентрация в слое 3 (n-база) составляла 2,2



Для быстродействующего тиристора, изготовленного на кремнии с


Для сравнения рассмотрим высоковольтные быстродействующие тиристоры Т453-800 и Т453-630. У этих приборов n-база имеет удельное сопротивление


С учетом разброса параметров кремния и структуры тиристора, оптимальное расстояние между шунтами определяются с точностью до

Использование: силовые полупроводниковые приборы, а именно конструкции тиристора. Сущность изобретения: тиристоры на основе p-n-p-n-структуры снабжены распределенной шунтировкой в виде цилиндров в эмиттерном слое, расположенных в вершинах равносторонних треугольников. Расстояние между шунтами выбраны в зависимости от удельного сопротивления исходной кремниевой пластины и подчиняются определенным условиям. Диаметры шунтов также удовлетворяют определенным условиям. 3 ил.
Рисунки
Заявка
4845652/25, 02.07.1990
Всесоюзный электротехнический институт им. В. И. Ленина
Думаневич А. Н, Кузьмин В. А, Тандоев А. Г, Юрков С. Н
МПК / Метки
МПК: H01L 29/74
Метки: тиристор
Опубликовано: 20.11.1996
Код ссылки
<a href="https://patents.su/1-1766221-tiristor.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Тиристор</a>
Предыдущий патент: Способ получения пировиноградной кислоты
Следующий патент: Способ ионной томографии объектов
Случайный патент: Способ получения низших алкилбензолмонокарбоновых кислот