CS198057B1

CS198057B1 - Symetrický tyristor

Info

Publication number: CS198057B1
Application number: CS659978A
Authority: CS
Inventors: Jurij A Jevsejev; Anatolij N Dumanevic
Original assignee: Jurij A Jevsejev; Anatolij N Dumanevic
Priority date: 1978-10-11
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1980-05-30

Description

Vynález ae týká polovodičových součástek, zejména vSak symetrických tyristorů, vytvořených na bázi vícevrstvých, například pětivrstvých struktur n-p-n-p-n typu vodivosti ee zkratovanými vnějéími emitorovými p-n přechody a určenými pro použití v elektronických obvodech, pracujících při vyšších kmitočtech.

Jsou známé symetrické tyristory, obsahující pětivrstvou křemíkovou strukturu se střídajícími se vrstvami opačného typu vodivosti, s emitorovými vrstvami n-typu vodivosti, vystupujícími na protilehlých povrchových plochách struktury, a které zaujímají úseky těchto povrchových ploch, nalézající se na jejich protilehlých koncích. Takové tyristory mají jeden přídavný úsek n-typu vodivosti, vystupující na povrch struktury, řídicí elektrodu, která překrývá úseky různého typu vodivosti ze strany povrchové plochy, na níž vystupuje přídavný úsek, a hlavní proudové kontakty (viz například US patent č. 3 681 667).

Tyto symetrické tyristory se vyznačuji nižším provozním napětím a delším vypínacím časem než tomu je u běžných tyristorů, zhotovených na bézi čtyřvrstvé struktury. Souvisí to s tím, Že řízení symetrického tyristorů v závěrném směru se provádí přes širokou oblast báze n-typu vodivosti, čímž vznikají další nároky na zesilovací činitel podmíněné triody s širokou bází, kterýžto zesilovací činitel je třeba udržovat na vysoké úrovni. Na druhé straně vysoké hodnoty zesilovacího činitele zhoršují frekvenční vlastnosti součástky.

198 057

Vynález ei klade za úkol vytvořit symetrický tyrietor s vícevrstvou strukturou, kte rý by byl řiditelný malými řídicími proudy a vyznačoval by se krátkými vypínacími časy.

Tento úkol se řečí tak, že v symetrickém tyristoru, vytvořeném na bázi vícevrstvé struktury se střídajícími se vrstvami opačného typu vodivosti, s emitořovými vrstvami n-typu vodivosti, vystupujícími na protilehlých povrchových plochách struktury, a které zaujímají úseky tčchto povrchových ploch, nalézající se na jejich protilehlých koncích a majících alespoň jednu přídavnou oblast n-typu vodivosti vystupující na povrch struktury, řídicí elektrodu překrývající oblasti různého typu vodivosti ze strany povrchové plochy, na níž vystupuje přídavná oblast, a hlavní proudové kontakty, podle vynálezu, v podstatě obsahuje struktura v bázových vrstvách úseky podle počtu emitorových přechodů, které vystupují na povrch struktury e řídicí elektrodou a jsou prosty hlavních proudových kontaktů, v nichž životnost minoritních nosičů náboje převyšuje životnost minoritních nosičů náboje v ostatní čáeti struktury, a která jsou uspořádány tak, že průměty hranic těchto úseků na povrchovou plochu struktury s řídicí elektrodou zasahují do oblasti prosté hlavního proudového kontaktu a nalézají se v hranicích emitorových přechodů ve vzdálenosti ne menší, než je tloušťka úzké báze.

Za účelem optimalizace parametrů symetrických tyrietorů je účelné izolovat úseky povrchové plochy vícevrstvé struktury, které jsou protilehlé povrchové ploše s řídicí elektrodou a ohraničené průměty úeeků v bázových vrstvách na tuto povrchovou plochu, od hlavních proudových kontaktů.

Symetrický tyrietor vytvořený podle vynálezu vykazuje nízké hodnoty spínacích časů a lze jej řídit malými proudy.

Vynález bude dále popeán v souvislosti e připojenými výkresy konkrétních příkladů provedení, na nichž představuje obr. 1 strukturu symetrického tyristoru s úseky v bázových vrstvách, kde životnost minoritních nosičů náboje je větší než v ostatních částech struktury, v příčném řezu, obr. 2 variantu struktury symetrického tyristoru ee čtyřmi úseky v bázových vrstvách, odizolovanými od hlavního proudového kontaktu, v příčném řezu.

Symetrický tyrietor podle vynálezu je vytvořen na bázi vícevrstvé struktury se střídajícími ee vrstvami 1 (obr. 1), 2, £, £, £ opačného typu vodivosti. Vrstva 1 představuje výchozí materiál n-typu vodivosti a nízkou koncentrací příměsi. K vrstvě 1 přiléhají bázo vé vrstvy 2 a £ p-typu vodivosti, v nichž jsou vytvořeny emitorové vrstvy £ a £ n-typu vo divosti, které vystupuji na protilehlé povrchové plochy 6, případně £ struktury a zaujímá jící úseky těchto povrchových ploch, které ee nacházejí na jejich protilehlých koncích. Ve vrstvě 2. se nalézá přídavná oblast 8 n-typu vodivosti, která rovněž.vystupuje na povrchovou plochu 6 struktury. Na povrchové ploše 6 struktury je mimo to nanesena řídicí elektroda £, překrývající zčásti přídavnou oblaet 8 n-typu vodivosti a vrstvu 2 p-typu vodivosti. Vrstvy 1, 2, £, £, £ a oblast 8 jsou od eebe navzájem odděleny p-n přechody 10

198 OS ϋ» 12» il ^a li· ^Na vrchní a spodní povrchovou plochu 6, případně 2 struktury je nanesena kovové vrstva představující kontakty, a sice hlavní proudové kontakty 15 a 16. V bázových vrstvách 1, 2, J obsahuje struktura úseky 17 a 18. v nichž životnost minoritních nosičů náboje převySuje životnost v ostatních částech struktury. Množství těchto úseků 17. 18 je určeno množstvím emitorových p-n přechodů 12, 13. vystupujících na povrchovou plochu 6 struktury a prostých kontaktu 15 a řídicí elektrody χ.

Z hlediska optimalizace parametrů symetrického tyristoru je třeba zajistit zvýěenou životnost minoritních nosičů náboje v úsecích 17 a 18 ve srovnání se zbývající částí struktury alespoň 1,5 krát. Průměty hranic úseků 17 a 18 na povrchovou plochu struktury zasahují do oblasti prosté kontaktu 15 a nalézají se uvnitř hranic emitorových přechodů 12 a 13 ve vzdálenosti ne menší, než je tloušlka úzké báze (bázových vrstev 2, χ).

Na obr. 2 je znázorněna dalěí varianta symetrického tyristoru podle vynálezu. Na rozdíl od varianty na obr. 1 obsahuje varianta symetrického tyristoru na obr. 2 ve vrstvě 2 tři přídavné oblasti 8, 19. 20 n-typu vodivosti, vystupující na povrchovou plochu 6 struktury, a v bázových vrstvách 1, 2, χ čtyři úseky ΐχ, 18, 21. 22 se zvýěenou životností nosičů náboje. Hranice průmětů úseků 17. 18, 21 a 22 na povrchovou plochu 6 struktury se nacházejí v hranicích emitorových p-n přechodů 12. 13. 23. 24. vystupujících na povrchovou plochu 6 a nechráněných kontaktem 15. elektrodou nebo kovovou vrstvou 25 vůči oblastem 19 a 20. V tomto příkladě vytvoření vynálezu jsou oblasti povrchové plochy 7 struktury, ohraničené průměty úseků 17, 18, 21, 22 na tuto povrchovou plochu 2, odizolovány od hlavního proudového kontaktu 16 vrstvami 26, 27, 28, případně 29.

Jako izolační vrstvy 26, 27. 28 a 29 může být použito dielektrika nebo vzduchových mezer (štěrbin). Tyto poslední mohou být realizovány zahloubeními v hlavním proudovém kontaktu 16.

Konstrukce symetrického tyristoru podle vynálezu může být realizována místní difúzí příměsi ve vícevrstvé struktuře, vytvářející centra rekombinace s hluboko ležícími úrovněmi, jakož i s využitím getrovacích vlastností skel, například fosforsilikátových.

Symetrický tyristor pracuje takto:

Při zapojení v propustném směru (- na elektrodě 27 /obr. 1/, na elektrodě 28 a s kladným předpětím na řídicí elektrodě χ) vzniká zapnutí na úseku 17 a dále se rozšíří na levou (obr. 1) část struktury; při zapojení v závěrném směru (+ na elektrodě 27, na elektrodě 28 a se záporným předpětím na řídicí elektrodě χ) nastává zapnutí na úseku 18, a potom přechází na pravou část struktury. V souvislosti s tím, že pro zapojení v propustném směru i v závěrném směru se oblast počínajícího zapnutí nalézá na úseku 17, případně 18, v němž životnost minoritních nosičů náboje je delší než životnost ve zbývající části struktury, jsou přitom řídicí proudy minimální. Tato podmínka se nejúčelněji splní (vytvoření úseků se zvýšenou životností) pro úsek 18 struktury, odpovědný za zapnutí součástky v závěrném směru, protože při tom nastane vyrovnáni řídicích proudů v propustném i závěrném směru.

198 0S7

Avšak i neveliká oblast se zvýšenou životností vede k tomu, že vypínací Sas, určený tímto úsekem, prudce vzrůstá. Tento efekt se částečně odstraňuje v provedení znázorněném na obr. 1 tím, že hlavní proudový kontakt 15 je vzdálen od úseků 17 a 18. Aby se tento efekt odstranil úplně, je nutné vyloučit možnost průtoku vypínacího proudu úseky 17 a 18 se zvýšenou životností. Průtok tohoto proudu je možné prakticky odstranit tím, že se na spodní povrchové ploše £ struktury, a sice v místech počínajícího zapnutí, která jsou roz místěna v úsecích 17 a 18 mezi strukturou a hlavním proudovým kontaktem 16 vytvoří izolační vrstvy 26 (obr. 2), 2£, g,8 a 22· Jak bylo shora uvedeno, vrstvy 2g až 2g mohou být vytvořeny z dielektrika nebo jako vzduchové mezery. Vrstvy 26 až 29 mohou být také z mate riélu, který má opačný typ vodivosti než přilehlá vretva, to znamená, že vrstvy 26, 27 mají n-typ vodivosti a vrstvy 28, 22 p-typ vodivosti.

Tato varianta symetrického tyristoru je charakterizována regenerativním mechanismem zapnutí v propustném a závěrném směru.

V dotyčné konstrukci vzniká oblast počínajícího zapnutí nejprve na úsecích 21 a 18, a potom přechází na úseky 17. případně 22 v každém směru, což zajišťuje zvýšenou odolnost součástky k efektu Vypínací časy se určují životností v hlavní části struktury.

OT

Navrhované konstrukční řešení pro lokální zvýšení životnosti v různé míře může být rozšířeno na symetrické i nesymetrické tyristory s jasně vyjádřenou oblastí počínajícího zapnutí, jakož i na součástky s regenerativním řízením.

Realizace navrhované konstrukce dovoluje zhotovit symetrický tyristor, jehož optimalizované parametry co do spínacího napětí a vypínacího času odpovídají obdobným parametrům běžných nesymetrických tyristorů.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Symetrický tyristor, vytvořený na bázi vícevrstvé struktury se střídajícími se vrstvami opačného typu vodivosti, s emitorovými vrstvami n-typu vodivosti, vystupujícími na protilehlých povrchových plochách struktury, a které zaujímají úseky těchto povrchových ploch, nalézající se na jejich protilehlých koncích a majících alespoň jednu přídavnou oblast n-typu vodivosti, vystupující na povrch struktury, řídicí elektrodu překrývající oblasti různého typu vodivosti ze strany povrchové plochy, na níž vystupuje přídavná oblast a hlavní proudové kontakty, vyznačené tím, že struktura obsahuje v bá zových vrstvách (1, 2, 3) úseky (17, 18, 21, 22) podle počtu emitorovýeh přechodů (6) struktury, které vystupují na povrchovou plochu (6) struktury s řídicí elektrodou (9) a jsou prosty kontaktů (15, 9, 25), v nichž životnost minoritních nosičů náboje převyšuje životnost minoritních nosičů náboje v ostatní části struktury, přičemž průmět hra nic těchto úseků (17, 18, 21, 22) na povrchovou plochu (6) struktury s řídicí elektrodou (9) zasahují do oblasti prosté hlavního proudového kontaktu (15) a nalézají se

198 057 v hranicích emitorových přechodů (12, 13, 23, 24) ve vzdálenosti ne menší, než je tloušíka úzké báze (vrstva 2, 3)·
2. Symetrický tyristor podle bodu 1, vyznačený tím, že oblasti povrchové plochy (7) struktury, které jsou protilehlé povrchové ploše (6) s řídicí elektrodou (9) a ohraničené průměty úseků (17, 18, 21, 22) na tuto povrchovou plochu (7), jsou odizolovány od hlavního proudového kontaktu (16) (vrstvami 26, 27, 28, 29).