CS268061B1 - Výkonový bipolární tranzistor s integrovanou ochranou proti přepětí a napětovému přetížení - Google Patents

Abstract

Řešení se týká výkonového bipolárního tranzistoru s integrovanou ochranou proti přepětí anapětovému přetížení, tvořeného alespoň jedním stupněm. Podstata řešení spočívá v tom, že pod kontaktem báze, vodivě spojeným s třetí hlavní elektrodou je vymezena lokální oblast, v níž tloušťka vrstvy, základního polovodičového materiálu je o 10 % až 60 % menší než ve zbývající části průřezu téhož stupně tranzistoru.

Description

Vynález se týká výkonového bipolárního tranzistoru s integrovanou ochranou proti přepětí a napěťovému přetížení.

Nevýhodou stávajících konstrukcí výkonových tranzistorů je nízká odolnost tranzistoru proti přepětí a napěťovému přetížení jak v oblasti kontroly napiti u výrobce, tak v provozu.

U bípolárních tranzistorů se proto používají tzv. plovoucí ochrany nebo R-C-D ochrany, což jsou vnější obvodové ochrany, které zpomalují nárůst napětí U_n_. ,

Nevýhodou těchto vnějších ochran je použití řady diskrétních součástek, což vede ke složitějším obvodům a dalším nárokům na zastavěný prostor v polovodičových aplikacích.

Řešení výkonového bipolárního tranzistoru s integrovanou ochranou pioti přepití a napěťovému přetížení podle vynálezu odstraňuje uvedené nevýhody a jeho podstata spočívá v tom, že pod kontaktem báze, vodivé spojeným s třetí hlavní elektrodou je vymezena lokální oblast, v níž tloušťka vrstvy základního polovodičového materiálu je o 10 až 60 % menší než ve zbývající části průřezu téhož stupni tranzistoru.

Příklad provedení výkonového bipolárního tranzistoru s integrovanou ochranou proti přepití a napěťovému přetížení podle vynálezu je znázorněn na výkresu, kde na obr. 1 je schéma náhradního zapojení vícestupňového bipolárního tranzistoru typu Darlington a na obr. 2 je řez strukturou jednoho stupni výkonového bipolárního tranzistoru s integrovanou ochranou proti přepití a napěťovému přetížení.

V Darlingtonově- zapojení podle obr. 1 je v náhradním schématu naznačen první a poslední tranzistorový stupin, přičemž k třetí hlavníelektrod? B prvního stupn? je zapojena anoda lavinové diody, jejíž katoda je spojena s první hlavní elektrodou K všech tranzistorových stupňů. t ,

Tranzistor obsahuje podle obr. 2 vrstvu 1 základního polovodičového materiálu, k jejíž jedné stran? přiléhá vnější vysoce dotovaná vrstva 2, která je spojena s první hlavní elektrodou K a která je stejného typu elektrické vodivosti jako vrstva 1 základního polovodičového materiálu, k jejíž druhé stran? přiléhá bázová vrstva 3 opačného typu elektrické vodivostí, která s ní tvoří p-n přechod. Bázová vrstva 3 je jednak na íásti plochy opatřena kontaktem 6 báze, vodivě spojeným s třetí hlavní elektrodou B a jednak na části průřezu emitórovou vrstvou 4, opatřenou kontaktem 5 emitoru. Kontakt 5 cmitoru je vodiví spojen s druhou hlavní elektrodou E nebo s kontaktem báze dalšího stupně tranzistoru.

Pod kontaktem 6 báze je vymezena lokální oblast 8, v níž tlouštka vrstvy 1 základního polovodičového materiálu je o 10 % menší než ve zbývající části průřezu. Funkce integrované ochrany proti přepětí a napěťovému přetížení je patrná z obr. 1, kde je schematickou značkou lavinové diody označeno místo s nejnižším průrazným napětím, které leží ve vymezené lokální oblasti 8 na obr. 2. Po překročení tohoto napětí při přiložení napětí mezi kolektorem a emitorem teče proud lavinovou diodou do báze tranzistoru, kde způsobí zapnutí tranzistoru. Po snížení přepětí pod hodnotu průrazného napětí ochranné oblasti tranzistor opět vypíná a vrací se do uzavřeného stavu.

Vymezená lokální oblast 8 má nejnižší napětí kolcktor-báze a zároveň nejnižší napětí kolektor-emitor,a vysokou proudovou zatížitelnost v závěrném směru. Při zatížení tranzistoru napětím kolektor-emitor vyšším, než je průrazné napětí vymezené lokální oblasti 8, teče proud od kolektoru K přes vysoce dotovanou vrstvu 2 a vymezenou oblastí 8 do bázové vrstvy 3 a dále přes emitorovou vrstvu 4 do kontaktu emitoru 5. Proud má stejný účinek jako bázový proud, který zapíná tranzistor. Po zapnutí tranzistoru dochází k růstu kolektorového proudu a ke snížení přepětí na tranzistoru.

. Technologicky je struktura výkonového bipolárního tranzistoru s integrovanou ochranou proti přepětí a napěťovému přetížení podle vynálezu vyrobena např. odleptáním části povrchové

- *2'

CS 268 061 Bl vrstvy tranzistoru před vytvořením koncentračního profilu p-báze nebo lokální difúzí difuzantu s vyšším difuzním koeficientem. ’ i

Oblastí využití vynálezu jsou zejména výkonové tranzistory pro vysoké napětí, určené pro provoz ve spínacím režimu s indukční zátěží.

Claims (1)

1. I -------—— -PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Výkonový bipolární tranzistor s integrovanou ochranou proti přepětí a napěťovému pře- í tížení, tvořený alespoň jedním tranzistorovým stupněm, obsahujícím vrstvu'základního polo- ' vodičového materiálu, který přiléhá z jedné strany k vnější vysoce dotované vrstvě, vodivě spojené s první hlavní elektrodou a stejného typu elektrické vodivosti jako vrstva základního polovodičového materiálu, zatímco z druhé strany přiléhá k vrstvě základního polovodičového materiálu bázová vrstva opačného typu elektrické vodivosti než vrstva základního polovodičového materiálu, přičemž bázová vrstva je na vnější ploše opatřena jednak kontaktem báze, vodivě spojeným s třetí hlavní elektrodou a jednak emitorovou vrstvou, opatřenou kontaktem emitoru, který je vodivě spojen s druhou hlavní elektrodou nebo s kontaktem báze dalšího tranzistorového stupně, vyznačující se tím, že pod kontaktem /6/ báze, vodivě spojeným s třetí hlavní elektrodou /B/, je vymezena lokální oblast /8/, v níž tloušťka vrstvy * /1/ základního polovodičového materiálu je o 10 až 60 menší než ve zbývající části pruřezu téhož stupně tranzistoru. -i