Полупроводниковый прибор “дефензор

(594 Н 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 7 Р. Е. Смолянс ельство СССР29/70, 1975.ьство СССР29/УО, 1979.Й ПРИБОР нДЕПолупроводниковый приборколлектор, в котором раси по крайней мере одна прико область с повышенной концен легирующей примеси, базой, иальным эмиттером с областя ппенной концентрации легирую одерло тактн а й эпик повь(46) 07.0.87. Бюл. Р (72) В.А.Смолянский и (53) 621.382 (088.8). (56) Авторское свидет У 537571, кл. Н 01 ЬАвторское свидетел У У 36807, кл. Н 01 Ь (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЬ ФЕНЗОР" примеси, вокруг которых расположены области противоположного типа проводимости, часть которых, снабжена электродным, выводом, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью обеспечения автоматического самоотключения при токовой перегрузке независимо от полярности приложенного напряжения ,между эмиттером и коллектором, в коллекторе и эмиттере сформированы дополнительные транзисторные структуры, расположенные вокруг приконтактных областей, эмиттеры дополнительных транзисторов частично зашунтированы металлизацией с их базами и объедий иены металлизацией в групповой элект-Е род управления со стороны коллектора и групповой электрод управления со стороны эмиттера. С:80 8650Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, к конструкциям полупроводниковых приборов, предназначенных для коммутации в це 3) пях пе реме нно го напряжения .Известны силовые полупроводниковые приборы с р-п-переходами, обладающие семейством В-образных вольтамперных характеристик, которые мо гут автоматически выключаться при токовой перегрузке, уровень которой задается при помощи дополнительного управляющего электрода. Однако эти приборы не могут использоваться в це пях переменного напряжения, а встречно-параллельное или встречное включение их для решения указанной задачи невозможно без дополнительного включения в их силовые цепи диодов, 20 что значительно ухудшает технико-экономические показатели коммутационных устройств.Наиболее близким к предлагаемому является прибор с коллектором, в ко тором расположена приконтактная область с повышенной концентрацией легирующей примеси, базой, эпитаксиальным эмиттером с областями повышенной концентрации легирующей примеси, вокруг которых расположены области противоположного типа проводимости с электродными выводами, Этот прибор может быть использован для коммутации в цепях переменного напряжения, одна 35 ко он не обладает двумя устойчивыми .состояниями, подобно симмисторам, и не может управляться импульсными командами.Цель изобретения - обеспечение ав 40 томатического самоотключения при токовой перегрузке независимо от полярности приложенного к коллекторной и эмиттерной областям напряжения.Указанная цель достигается благоФдаря тому, что в полупроводниковом . приборе с коллектором, в котором расположена по крайней мере одна приконтактная область с повышенной концентрацией легирующей примеси, базой, эпитаксиальным эмиттером с областями повышенной концентрации легирующей примеси, вокруг которых расположены области противоположного типа проводимости, часть которых снабжена элект 55 родным выводом, в коллекторе и эмиттере сформированы дополнительные транзисторные структуры, расположенные вокруг приконтактных областей,эмиттеры дополнительных транзисторов частично зашунтированы металлизацией с их базами и объединены металлизацией в групповой электрод управления со стороны коллекторной области и групповой электрод управления его стороны эмиттерной области.Благодаря этому между управляющими (первым и вторым ) электродами, независимо от полярности приложенного напряжения, возможно пропустить ток управления после команды, подаваемой на отдельный (третий)управляющий электрод. При этом ток через первый и второй электроды управления будет поддерживаться (при отсутствиИ токовой перегрузки в цепи коллектор - эмиттер) самостоятельно, как в симметричном тиристоре (независимо от полярности приложенного напряжения). В закрытом же состоянии прибора даже при закорачивании первого управляющего электрода со вторым ток в их цепи невозможен, так как соответствующие управляющие р-и-переходы включены встречно. Так как падение напряжения между гервым и вторым управляющим электродами сравнительно мало (1-2 В), то при возникновении токовой перегрузки по цепи коллектор - эмиттер при условии, что ЗДС источника управляющего напряжения значительно менее величины напряжения силового источника, увеличится падение напряжения на толще коллекторного или эмиттерного слоев, что приведет к выключению многослойной управляющей структуры и разрыву тока управляющих электродов, что вызывает и спад силового тока через цепь коллектор - эмиттер.Структура прибора показана на фиг. 1, вольтамперная характеристика прибора (анодная или коллекторная) при различных токах управляющих электродов - на фиг. 2.1Прибор содержит высокоомную коллекторную область 1, базу 2, эпитаксиальный эмиттер 3, приконтактные области коллектора с повышенной концентрацией легирующей примеси 4 (рф или пф ), приконтактные области эмиттера с повышенной концентрацией легирующей примеси 5, области противоположного типа проводимости ( по отношению к коллекторной или эмиттерной 6, 7) с эмиттерными областями 8, 9 (частично зашунтированными с об3 865080 4 ластями 6, 7) отдельные области 1 О . пусковой электрод 15. При этом инжекпротивоположного к эмиттеру типа про- тируемые областью 1 О дырки достигают водимости, коллекторный электрод 11, базы 2, включая симметричный транзисэмиттерный электродный вывод 12, пер- . тор 4-1-2-3-5 и вызывая кратковременвый управляющий электрод 13, второй 5 ное снижение потенциала между электуправляющий электрод 4, электрод родами 11 и 12, а также включение(пусковой электрод) 15, составных транзисторов 3-7-8, 1-6-9Прибор может быть изготовлен на вследствие пролета неосновных носитеоснове кремниевой монокристалличес- лей к близлежащим управляющим струккой подложки п-типа, на которой в О турам. При положительном потенциале эпитаксиальном реакторе выращиваются на электроде 13 включается многослойобласти базы 2-р-типа и эмиттера 3- ная р-и-р-п-р-и-структура 6-1-2-3- и-типа; после этого поверхность ис-7, а при положительном напряженииходного коллектора может быть подши- на электроде 14 структуры 7-3-2-1 фована для получения симметричной 5 6-9, которые ведут себя аналогичноп-р-п-структуры, Области 4-10 могут четырехслойной обычной структуре тибыть получены методами планарно диф- ристора, т.е. обеспечивают два устойфузионной технологии. Металлические чивьгх состояния: открытое. и закрыконтакты могут быть образованы широ- тое. При включенном состоянии одной ко известными методами осаждения подиз этих многослойных структур инжекходящих металлов и фотографировкой. ция неосновных носителей из обласШунтировка эмиттерных областей 8, 9 тей 6, 7 обеспечивает питание дыроч-должна быть частичной для того, чтобы ным током базы 2. указанные эмиттеры были способны ин"жектировать основные носители при 2 При возрастании тока в цепи между приложении к электродам 13, 14 напря- электродами 11-12 и ограниченном точения соответствующей полярности ке в цели управления между электро- (после пуска прибора. Наиболее це- дами 13-14 количество неосновных но" лесообразным являются выполнение сителей, питающих базу 2, становится.эмиттеров внутри каждой области 6 30 недостаточным для поддержания трех(или 7) в виде множества прямоуголь-. слойной 1-2-3 структуры в состоянии ников, а в качестве шунта использо- насыщения, что приводит к увеличению вать участки области 6 ( 7), располо- разности потенциалов между электроженные между некоторыми из указанныхдами 11-12 и повышению падения напряпрямоугольников. Такая конструкция 35 жения на толще области 1 или 3 в запозволит осуществить равномерную ин- висимости от полярности напряженияжекцию неосновных носителей от об- на электродах 11, 12. Это явление ласти 6 (7) к базе 2 при приложении приводит к уменьшению тока неосновныхк области 6 (7) положительного уп- носителей, инжектируемых областью 6равляющего напряжения (после пучка 40 или областью 7, что в свою очередьвызывает повышение напряжения междуНагрузка и силовой источник пере- электродами 1112,В этом случае, когда менного напряжения подсоединяются к напряжение источникапитающего электро-. электродным выводам 11, 12, которые ды 13. 14, ограничено и значительно можно называть анодным и катодным вы 45 менее, чем напряжение источника, пи- водамиили коллекторным и эмиттер- тающего силовые электроды 11, 2, ным); независимым. источник перемен- писанный процесс, автоматически проного напряжения через балластное со- должаясь приводит к полному выключепротивление соединяется с управляющи- нию тока через прибор и заблокировами электродами 13, 14. Фазировка уканию высоким напряжением одного из занных источников выбирается таким Р-и-пеРеходов 6-1 или 7-3, т.е. выобразом, .чтобы положительное напря- зывает переключение прибора в устой- жение одновременно присутствовало на чивое закрытое состояние, По этой электродах 11, 13 или на 12, 14. же причине принудительного отключения прибора можно достичь при любойДля пуска прибора,.независимо от фазе тока через силовые электроды 11,полярности напряжения на электроде 11, 12, прерывая ток в цепи управляющихподают импульс напряжения положитель- электродов 13-14 или закорачивая ихного (относительно электрода 12 ) на. между собой, Таким образом, в прибо865080 оставитель О.Федюкинехред Л. Олейник Корректор И.Иуск Редактор И.Шубин Подписно Тираж 697ВРИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д аказ 484 Проектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород,ре достигается возможность импульсного пуска, импульсного принудительного выключения и возможность автоматического самоотключения при токовой перегрузке, уровень которой определяется током в управляющей цепи и коэффициентом усиления силовой трехслойной структуры 1-2-3.Для получения мощной структуры и конструкции прибора, позволяющей коммутировать значительные токи и напряжения, металлизация первого управляющего электрода 13 должна быть защищена диэлектрическим слоем 1 лиролитически образованная двуокись кремния, стекло и т.д.), сквозь соответствующие окна в которой образованы контакты к областям 4, объединенные металлизацией в участок контактной поверхности, которая служит для присоединения теплоотводящего кристаллодержателя, одновременно являющегося анодным электродом; контактная площадка электрода 13 размещается на краю кристалла; кристаллодержатель должен иметь площадь меньшую, чемплощадь кристалла для возможностиподсоединения к контактной площадкеэлектрода 13,Применение предложенного изобретения позволит обеспечить автоматическую защиту цепей при аварийных то ках, осуществлять практически мгновенное выключение электроэнергии поимпульсной команде, не дожидаясь спада напряжения в питающей сети, использовать питающие сети с повышенной частотой синусоидального илипрямоугольного напряжения и одновременно структурно упростить коммутационную аппаратуру, так как применение приборов не требует использова ния громоздких конденсаторных коммутационных устройств и дополнительныхмощных отключающих вентилей 1 обычных или симметричных тиристоров).Применение приборов позволит также 2 б существенно уменьшить активные и ком"мутационные потери энергии.