CS199500B1 - Symetrický tyristor - Google Patents

Description

Vynález se týká polovodičových součástek, zejména symetrických tyristorů, vytvořených na bázi vícevrstvých struktur, na příklad n-p-n-p-n typu s přemostěnými vnějšími emitorovými p-n přechody.

Je znám symetrický tyristor, vytvořený na bázi pětivrstvé struktury-typu 'n-p-n-p-n s vnějšími emitorovými přechody typu p-n, přemostěnými hlavním proudovým kontaktem. Tyristor má řídicí elektrodu, pod níž jsou uspořádány úseky n-typu a p-typu vodivosti a mezi hlavním proudovým kontaktem a řídicí elektrodou jsou uspořádány pomocné oblasti n- a p-typu vodivosti, jež jsou navzájem spojeny přídavným kovovým kontaktem. Úseky n- a p-typu vodivosti pod řídicí elektrodu jsou vytvořeny tak, že proti nim leží úseky opačného typu vodivosti pod hlavním proudovým kontaktem, kdežto přídavným kovovým kontaktem jsou spojeny pomocné oblasti n- a p-typu vodivosti tak, aby přemostěná p-n přechodu bylo provedeno ve směru hlavního proudového kontaktu, pro část struktury ze strany přiléhající k úseku p-typu vodivosti pod řídicí elektrodou a ve směru řídicí elektrody, pro část struktury ze strany přiléhající k úseku n-typu vodivosti pod řídicí elektrodou. Průmět pomocných oblastí na protilehlou povrchovou plochu struktury spadá do oblasti téhož typu vodivosti jako vodivost pomocné oblasti.

U známých konstrukcí symetrických tyristorů je efektivnost využití polovodičové destičky, zejména u součástek s malým výkonem, velmi malá. Kromě toho

-. 2 neni ve všech kvadrantech známých konstrukcí symetrických tyristorů s regenerativním spínáním zajištěna maximální plocha pro počáteční spínání., což vede ke snížení kritických hodnot rychlosti nárůstu anodového proudu ) ·

Vynález si klade za úkol vytvořit symetrický tyristor, který bv byl schopen snést vysoké kritické hodnoty rychlosti nárůstu anodového proudu při zmenšených rozměréch oblasti řízení a zabezpečovat přitom maximální spínací plochu.

Tento úkol je vyřešen tak, že v symetrickém tyristorů, vytvořeném na bázi vícevrstvé struktury, se střídajícími se vrstvami opačného typu vodivosti, v

s vnějšími emitorovými p-n přechody přemostěnými hlavním proudovým kontaktem, s řídicí elektrodou, pod níž jsou uspořádány úseky n- a p-typu vodivosti a s pomocnými oblastmi p- a n-typu vodivosti, uspořádanými mezi hlavním proudovým kontaktem a řídicí elektrodou a spojenými navzájem přídavným kovovým kontaktem, podle vynálezu, leží v podstatě úseky n- a p-typu vodivosti pod řídicí elektrodou proti úsekům stejné vodivosti, uspořádaným pod hlavním proudovým kontaktem a pomocná oblast, uspořádaná mezi každou dvojicí protilehlých úseků, vykazuje opačný typ vodivosti než úseky a její průmět na protilehlou povrchovou plochu struktury spadá alespoň zčásti do oblasti opačného typu vodivosti, vystupující na tuto povrchovou plochu.

Za účelem zvýšení kritické rychlosti nárůstu anodového proudu při libovolné polaritě v řídicím obvodu a též k zajištění minimálních řídicích proudů ve čtvrtém kvadrantu (zpětné spínání kladným signálem) je účelné vytvořit oblast n-typu vodivosti v pomocné oblasti p-typu vodivosti, proti úseku p-typu vodivosti, pod řídicí elektrodou.

Symetrický tyristor podle vynálezu lze snadno zhotovit a může být uskutečněn při využití technologie fotolitografie.

V této konstrukci je zajištěn regenerativní mechanismus spínání symetrického tyristorů při minimálních řídicích proudech, přičemž se dosáhne dostateč* dl ne vysokých hodnot veličiny ďt ·

V dalším budou popsána konkrétní provedení vynálezu, znázorněná na připojených výkresech, na nichž obr. 1 představuje pohled shora na strukturu symetrického tyristorů, řízeného ve třech kvadrantech, při využiti regenerativního mechanismu spínání, obr. 2 pohled zdola na strukturu z obr. 1, obr. 3 pohled shora na strukturu symetrického tyristorů, řízeného ve štyřech kvadrantech, při využití regenerativního mechanismu spínání, obr. 4 pohled zdola na strukturu z obr . 3, obr. 5 řez rovinou V-V-V-V struktury symetrického tyristoru z obr. 3, obr. 6 řez rovinou VI-VI-V-V struktury symetrického tyristorů z obr. 3, obr. 7 řez rovinou VII-V-V-VII struktury symetrického tyristorů z obr. 3, obr. 8 řez rovinou VIII-VIII-V-VII struktury symetrického tyristorů z obr. 3.

Symetrický tyristor podle vynálezu obsahuje hlavní proudový kontakt 1 (obr. 1), kterým je přemostěn vnější emitorový přeohod 2. Řídicí elektroda 2 je připojena k úsekům £ a £ η-, případně p-typu vodivosti, přičemž úseky £

- 3 a £ jaou uspořádány tak, aby proti každému z nich ležel úsek 6. nebo £ stejného typu vodivosti pod hlavním proudovým kontaktem 1. Mezi řídicí elektrodou £ a hlavním proudovým kontaktem·1 jsou uspořádány pomocné ohla3ti 8 a £ n~, případně p-typu vodivosti, a to tak, aby každá pomocná oblast 8a £ ležela proti úseku 6, £, případně £, £ opačného typu vodivosti pod hlavním proudovým kontaktem 1 a řídicí elektrodou £.

Pomocné oblasti 8 a.£ jsou navzájem elektricky spojeny pomocí přídavného kovového kontaktu ,10.. Hlavní proudový kontakt 1, řídicí elektroda £ a kovový kontakt 10.jsou znázorněny na obr. 1 jako šrafované úseky, ohraničené částí kružnice a čárkovaně.

✓

Na protilehlou, to je spodní povrchovou plochu symetrického tyristoru vystupují, podle vynálezu, vrstvy 11, obr. 2 , 12, 13 n-typu vodivosti a vrstva 14 p-typu vodivosti. Hlavní proudový kontakt není na obr. 2 znázorněn. Průměty pomocných oblasti 8 (obr. 1), £ na spodní povrchovou plocht; tyristoru jsou znázorněny čárkovaně. Z toho je vidět, že každá z těchto oblastí částečně spadá do oblasti opačného typu vodivosti.

Konstrukce symetrického tyristoru znázorněného na obr. 1 a 2 dovoluje uskutečnit jeho řízení ve třech kvadrantech, při použití regenerativního mechanismu spínání.

K uskutečnění řízení symetrického tyristoru ve čtyřech kvadrantech, při využití regenerativního mechanismu spínání, je určena konstrukce struktury, znázorněná na obr. 3 a 4. V tomto případě, na rozdíl od prvního provedení·, je v pomocné oblasti £ p-typu vodivosti dostatečně uspořádána oblast 15 n-typu vodivosti, proti úseku £^z p-typu vodivosti pod řídicí elektrodou £. Kromě toho jsou v pomocné oblasti 8. vytvořeny oddělovací můstky 16.

Obr. 5» 6, 7 a 8 jsou uvedeny za účelem objasnění činnosti symetrického tyristoru ve všech čtyřech kvadrantech a znázorňuji složité řezy vícevrstvou strukturou tyristoru. Na těchto obrázcích je jako příklad zobrazen tyristor, vytvořený ná bázi vícevrstvé struktury n-p-n-p-n typu se střídajícími se vrstvami n- a p-typu vodivosti.

Vrstva 17 představuje výchozí materiál n-typu vodivosti s malou koncentrací příměsi.

S vrstvou 17 sousedí z jedné strany vrstva 14 a z druhé strany vrstva.6, p-typu vodivosti. Ve vrstvách 14 a 6 jsou vytvořeny vrstvy 11 a 13. úseky a £ a pomocné oblasti 8. n-typu vodivosti. Na spodní: povrchové ploše struktury je nanesen hlavní proudový kontakt 18.

Symetrický tyristor podle vynálezu pracuje takto:

Činnost symetrického tyristoru v prvním kvadrantu je zřejmá z obr. 5· Nejprve spíná pomocný tyristor s katodovou oblastí 8, to je pomocná oblast a pak' je přídavným, kontaktem 10 přiveden signál do obvodu řízení hlavního tyristoru s katodovou oblastí £, to je pomocná oblast. Činnost symetrického tyristoru v druhém kvadrantu je zřejmá z obr. 6.

- 4 V daném případe probíhé mechanismus spínání ve třech etapách. Spočátku spíná tyristor s katodovou oblastí, to je Ú3ek £ (.řídicí obvod), pak tyristor s katodovou oblastí 8a nakonec hlavní tyristor s katodovou oblastí 2·

Z obr. 7 je zřejmá činnost symetrického tyristorů ve třetím kvadrantu. Injekcí elektronů z úseku se zajišťuje spínání tyristorů s katodovou oblasti i 13 vrstva , pak začíná injektovat oblast 8, v důsledku čehož spíná hlavní tyristor s katodovou oblastí 11 (vrstva ll). V daném případě je zajištěn optimální režim činnosti tyristorů pod podmínkou, že průměty oblastí 8 a 2 na spodní povrchovou plochu struktury alespoň zčásti spadají do oblasti 14. případně 13. .

Z obr, 8 je zřejmá Činnost symetrického tyristorů ve čtvrtém kvadrantu. Oblast 15 v pomocné oblasti 2 p-typú vodivosti slouží ke zmenšení řídicích proudů. Oblast počátečního spínání při polaritě napětí na hlavních proudových kontaktech 1, 18 a na řídicí elektrodě J, jak znázorněno na výkrese, vzniká v tyristorů s katodovou oblastí 13 dík injekci z oblasti 15. Pak je mechanismus spínání obdobný mechanismu spínání popsanému v souvislosti s obr. 7.

V tom případě, kdy není požadováno zajištění regenerativního mechanismu epínání symetrického tyristorů ve všech čtyřech kvadrantech, může být konstrukce tyristorů podstatně zjednodušena ve shodě s obr. 1 a 2.

Takové zjednodušení konstrukce je užitečné z hlediska zlepšení spínací schopností tyristorů, neboť v. tomto případě se odstraní řada překrývajících ae průmětů oblastí s vodivostí stejnou jako vodivost vrstvy 17.

Ke zlepšení tepelné stability parametrů symetrického tyristorů a též ke zvýšení odolnosti tyristorů vůči vysokým rychlostem nárůstu napětí, je účelné vytvořit oddělovací můstky v n-emitorových oblastech, jež jsou obdobné můstkům 16 (obr. 3) v pomocné oblasti 8.

Claims (1)

1. Predmet vynálezu

   1. Symetrický tyristor, vytvořen na bázi vícevrstvé struktury se střídajícími se vrstvami opačného typu vodivosti, s vnějšími emitorovými p-n přechody přemostěnými hlavním proudovým kontaktem, s řídicí elektrodou, pod níž jsou uspořádány úseky n- a p-typu vodivosti a s pomocnými oblastmi p- a n-typu vodivosti, uspořádanými mezi hlavním proudovým kontaktem a řídicí elektrodou a spojenými navzájem přídavným kovovým kontaktem, vyznačený tím, že úseky (4,5) n- a p-typu pod řídicí elektrodou (3) leží proti úsekům (6,7) stejné vodivosti, uspořádaným pod hlavním proudovým kontaktem (1) a pomocná oblast (8,9), uspořádaná mezi každou dvojicí protilehlých úseků, vykazujeopačný typ vodivosti než úseky. (6,5 a 4,7) a její průmět na protilehlou povrchovou plochu struktury spadá alespoň zčásti do oblasti (vrstva 14,13) opačného typu vodivosti, vystupující na tuto povrchovou plochou.

   . Symetrický· tyristor podle bodu 1, vyznačený tím, že v pomocné oblasti (9) p-typu vodivosti, proti úseku (5) p-tvnu vodivosti pod řídicí elektrodou. (3)» vytvořena přídavná oblast (1>) n-typu vodivosti.