Przedmiotem wynalazku jest tyrystor wysoko¬ napieciowy.Wiadomo, ze zdoilnosc zlacza p-n do blokowania napiec uzalezniona jest zarówno od wlasnosci ob¬ jetosciowych jak i powierzchniowych plytki pól¬ przewodnikowej. Przebicie powierzchniowe jest w znanych przyrzadach pólprzewodnikowych glów¬ nym czynnikiem ograniczajacym wartosc bloko- wych napiec.Jeden ze znanych tyrystorów zawiera plytke z materialu pólprzewodnikowego, na która nalozo¬ ne sa trzy elelktrody. Plytka, ma aztteryOobszary o wystepujacych na przemian typach przewod¬ nictwa: obszar katodowo^miterowy typu n, u- sytuowany przy górnej, glównej powierzchni plyt¬ ki, obszar katodowo-bazowy typu p, usytuowany podobszarem katodowo^emiitetroiwym, obszar ano- dowo-bazowy typu n, usytuowany pod obszarem katodowo-bazowym i obszar anodowo-emiiterowy usytuowany pod obsaaTrem anodowo^bazowym. Do górnej glównej powierzchni plyitki przymocowana jest elektroda katodowa tak, ze styka sie z ob¬ szarem katodowo^emiterowym. Do doflnej glównej powierzchni plytki przymocowana jest elektroda anodowa tak,. ze styka sie z obszarem anodowo- Heimiiterowym. - ' Tyrystor ma stozkowa powierzchnie boczna wy¬ tworzona w znany sposób w celu zwdetazenia wy¬ trzymalosci na przebicie powierzchniowe. Jak wia- 10 15 20 domo fachowcom, stozkowe Uksztaltowanie bocznej powierzchni plytki powódka zwiekszanie zdolnos¬ ci blokowania zlacz p-n konczacych sie na tej po¬ wierzchni.Znane jest rozwiazanie strultetoiraikie diody pól- przewodnikcwej, w której osiagnieto zmniejsze¬ nie gestosci pola elektrycznego wokól pojedyncze¬ go blokujacego zlacza p-n w sasiedztwie jego prze- ciecia z plaska glówna powierzchnia pólprzewod¬ nika. Dioda ta zawiera plytke póljróewloclnikowa czlon zonniejiszajajcy gestosc poOa, górna elektfcrode i dolna elektrode, W plytce zawarty jest obszar typu n, usytuo¬ wany przy' górnej glównej powieraohni i obszar typu p ustyuowany przy dolnej glównej powierzch¬ ni. Zlacze p*n znajduje sie na granicy obszaru typu n i obszaru typu p. Do datoej glównej po¬ wierzchni przymocowana jesfr \ elektroda tak, ze styka sie z obszarem typu p* Ofoszaar typu p roz¬ ciaga sie poza obszar typu n az: do zewnetrznego obrzeza górnej glównej powienztóhni tak, ze zlacze p-n przecina te górna glówna powierzchnie. Czlon zmniejszajacy gestosc pola jest usytuowany na górnej glównej powierzchni tak, ze pokrywa zla¬ cze p-n.Celem wynalazku jest opracowanie tyrystora wysokonapieciowego zapewniajacego zwiekszenie wartosci napiecia przebicia powierzchniowego do poziomu porównywalnego z teoretycznie okresJo- 113 044s 113 544 4 na wartoscia napiecia praebfcia objetosciowego.Cel wynailaziku osiagniety zostal przez to, ze w tyrystorze wedlug wynalazku wokól obszaru ka- todowo^bazowego, az do piierwszej glównej po¬ wierzchni plytki pólprzewodnikowej, rozciaga sie obszar ancdowo-hazowy, wokól anodowo-toazowe- go obszaru rozciaga sie, az do pierwszej glównej powierzchni obszar anodowo-emiterowy, stykaja¬ cy sie z druga glówna powierzchnia plytki, a na pierwszej glównej powierzchni usytuowany jest czlon zanniejiszajacy gestosc poda elektrycznego po¬ wstajacego w stanie blokady.Ozlon zmniejszajacy gestosc pola elektrycznego obejmuje korzystnie pierscieniowy elemenlt most¬ ku tacy obszar amodowoJbazowy dla zaipewnienia polaczenia ryzystancyjnetgo miedizy obszarem ka- todowo-bazowym i ^ obsizajrem anodowo^eniitero- wym. Czlon ten moze zawierac warstwe izolacyj¬ na naniesiona na pierwsza powierzchnie glówna, pokrywajaca obszar anodowb-bazowy i formujaca zamkjnieta petle na tej pierwszej powierzchni glównej, warstwe rezystancyjna usytuowana na warstwie izolacyjnej i majaca ten sam ksztalt, pierwszy element laczeniowy dla polaczenia elekt¬ rycznego wewnetrznej czesci warstwy rezystan- cyjhej z obszarem kattodowo-teizowym, i drugi ele¬ ment laczeniowy.dla polaczenia elektrycznego ze¬ wnetrznej czesci warstwy pezystancyjnej z ob¬ szarem anodowo-emiterowym. Warstwa izolacyj¬ na wykonana jest korzystnie z dwurfflenku krzemu, a warstwa rezystancyjna z krzemu polikrystalicz¬ nego o rezystywfliosci okolo lOHicm do okolo 10*Q cm.Obszar anodowo-emiterowy obejmuje korzystnie cala zewnetrzna krawedz plytki pólppzewodnSko- wej. ' ¦". . " Przedmiot wytnaflazfcu zilustrowany zostal przy- * kladami wykonania na rysunfou, na którym lig. 1 przedstawia tyrystor z czlonami zmniejszaja¬ cymi gestosc pola, w przekroju poprzecznym, fig. v 2 — tyrystor z czlonami zmniejszajacymi gestosc pola usytuowanymi na jednej z powierzchni glów¬ nych plytki pólprzewodnikowej, a fig. 3 — tyry¬ stor z fig. 2 w wMotou z góry.Na figurze 1 przedstawiony jest tyrystor 100 zawierajacy plytke 102 z materialu pólprzewod¬ nikowego, metalowe elektrody 104, 106 i 108 oraz czlony 110 i 112 zmniejszajace gestosc pola elekt¬ rycznego. Plytka 102 ma cztery obszary o roz¬ mieszczonych na przemian typach przewodnictwa, oddzielone od siebie zlaczami p-n. Obszar kato- dowoHemSterowy 114 o przewodnictwie typu n u- sytoiowany jest w plytce 102 przy jej górnej po¬ wierzchni glównej 115. Obszar katodowo-oazowy 116 o przewodnictwie typu p usytuowany jest w plytce 102 pod obszarem 114 i rozciaga sie poza obszar 114 do glównej powierzchni 115. Objszar anodowo-ibazowy 118 o przewodnictwie tyjpu n u- sytuowany jest w plytce 102 ponizej obszaru 116 i rozciaga sie poza ten obszar 116 az do zewnetrz¬ nej czesci glównej powierzchni 115.Obszar anodowo-emilterowy 120 o przewodnict¬ wie typu p usytuowany jest w plytce 102 pod ob¬ szarem 118 i przy dolnej powierzchni glównej 121.* Obszar bazowy 118 typu n otacza obrzeze plytki 102 od glównej powierzchni glównej 115 do dolnej powierzchni glównej 121. Elektroda katodowa 104 jest przymocowana do górnej powierzchni glów¬ nej 115 tak, ze styka sie z obszarem emiterowym tyipu n 114. Elektroda bramki 106 przymocowana jest do górnej powierzchni glównej 115 tak, ze styka sie z obszarem bazowym typu p 116.Elektroda anodowa 108 je*t przymocowana do dolnej powierzchni glównej 121 tak, ze styka sie z obszarem emiterowym typu p 120. Zlacze p-n 123, które oddziela obszary 114 i 116 przecina górna powierzchnie glówna 115 wzdluz kolowej lufo zamknietej petli. Zlacze pnn 125, które roz¬ dziela obszary 116 i 118 przecina górna glówna powierzchnie 115 wzdluz kolowej lub zamknietej petli otaczajacej pejffle wyznaczona przez zlacze p-n 128. Zlacze,, p-n 127 rozdzielajace obszary 118 i 120 przecina dolna powierzchnie glówna 121 wzdluz kolowej lob zamknietej petli. Ozlony 110 i 112 zmniejszajace gestosc pola tworza na po¬ wierzchniach 115 i 121 kolowe pierscienie pokry¬ wajace zlacza p-n odpowiednio 125 i 127.Czlon 110 zmniejszajacy gestosc poda zawiera warstwe izolujaca 180 z dwufolenlku krzemu nalo- * zona na glówna powierzchnie 115 tak, ze nakry¬ wa zlacze p-n 125, rezystancyjna warstwe 182 z polikrystalicznego krzemu naniesiona na warstwe 180, wewnetrzny styk metadowy 134 usytuowany w obszarze 116 i zachodzacy na wewnetrzna czesc warstwy 182 w sasiedztwie przeciecia zlacza p-n 125 z glówna powierzchnia 115, i zewnetrzny me¬ talowy styk 136 usytuowany w obszarze 118 i za¬ chodzacy na zewnetrzna czesc warstwy 182. Ozlon 110 zmniejszajacy gestosc pola realizuje polacze¬ nie rezystancyjne miedzy obszarem bazowym typu n 116 i obszarem bazowym typu p 116, które to polaczenie zwieksza wytrzymalosc zlacza p-n 125 na przebicie powierzchniowe w opisany wyzej zna¬ ny sposób. Podobnie czlon 112 zmniejszajacy ges¬ tosc pola zwieksza powierzchniowa zdolnosc blo¬ kowania zlacza p-n 127, przy czym odnosniki 140 i 142, 144 i 146 sa odpowiednie do odnosników 130, 182, 134 i 186.Przedstawiony na fig. 2 tyrystor 200 stanowi aktualnie najkorzystniejszy przyklad realizacji wy¬ nalazku. Tyrystor 200 zawiera pastylke lub plyt¬ ke 202 z materialu pólprzewodnikowego, metalo¬ we elektrody, 204 i 208 oraz czlon 210 zmniej¬ szajacy gestosc pola elektrycznego. Elektroda ka¬ todowa 204 nalozona jest na górna powierzchnie glówna 215 plytki 202 tak, ze styka sie z obsza¬ rem katodowo-emiterowym 214 o przewodnictwie typu n. Obszar katodewo-bazowy 216 o przewod¬ nictwie typu p usytuowany jest ponizej obszaru 214 i rozciaga sie poza obszar 214 ta, aby oddzie¬ lic czesc górnej glównej powierzchni 215, jak to zostalo pokazane. Obszar anodowo-bazowy 216 o przewodnictwie typu n usytuowany jest ponizej obszaru 216 i rozciaga sie poza obszar 216 do gór¬ nej powierzchni glównej 215. Obszar anodowo-emi¬ terowy 220 o przewodnictwie typu p usytuowany jest pod obszarem 218 przy dolnej glównej po¬ lo 15 20 ts 30 U 45 50 50 6d5 113 044 * wierzchni 221 plytki 202, gdzie styka siie z elekt¬ roda anodowa 208.Obszar anodowo^emiterowy typu p 220 otacza równiez cale obrzeze plytki 202 rozciagajac sie poza obszar 218 i konczac sie na obrzezu górnej powierzchni glównej 215. Wart jest podkreslenia fakt, ze wynatozek mozna zastosowac w tyrysto¬ rze, którego obszary 214, 216, 218 i 220 sa obsza¬ rami o przewodnictwie przeciwnego typu niz u- widoczniony na fig. 2.Cztery obszary o wystepujacych na przemian obszarach przewodzenia rozdzielone sa trzema zla¬ czami p-n, z których kazde siega górnej po¬ wierzchni glównej 125. Obszary 214 i 215 rozdzie¬ la zlacze p-n 223, obszary 216 i 216 zlacze p-n 225, a obszary 218 i 220 zlacze pnn 227, Zlacze pnn 225 pelni funkcje zlacza blokujacego przewodzenie a zlacze p-n 227 pelni funkcje zlacza wylaczajacego tyrystora 200. W przeciwienstwie do zlacz p-n 225 i 227, zlacze p-n 228 nie stanowi wysokonapiecio¬ wego zlacza blokujacego; ziacze p-n 223 pelni ra¬ czej funkcje zlacza wymuszajacego wlaczenie ty-, rystora 200. Jak to pokazano na fig. 2, czlon 216 zmniejszajacy gestosc pola zachodzi na obydwa wysokonapieciowe zlacza blokujace 225 i 227. Czlon 210 zmniejszajacy gestosc pola zawfera wamatwe izolacyjna 230 z dwutlenku krzemu naniesiona na górna glówna powierzchnie 215, warstwe rezystan- cyjna 232 z podikryistalicznego krzemu nalozona na i pokrywajaca sie z watnstwa izolacyjna 230, i me¬ talowe styiki 234 i 236 czesciowo zachodzace na warstwe rezystamcyjna 232 i sasiednie czesci po¬ wierzchni 215. Warstwa izolacyjna 230 pokrywa obszar ainodowo^bazowy 218 formujac zamknieta petle na górnej glównej powierzchni 215.Wewnetrzny styk 234 laczy elektrycznie war¬ stwe rezystancyjna 232 z obszarem 216, przy czyni styk 234 usytuowany jest ponad zlaczem p-n 225 w sasiedztwie jego przeciecia z powierzch¬ nia 215. Zewnetrzny stylk 236 laczy elektrycznie warstwe rezystancyjna 232 z obszarem 220, przy czym styfk 236 ustyuowany jest ponad zlaczem p-n 227 i sasiedztwie jego przeciecia z powierzchnia 215. Latwo zauwazyc, ze nie jest potrzebne sto¬ sowanie oddzielnej elektrody bramki, gdyz elekt¬ roda 234 moze pelnic równiez funkcje bramki.Warstwa rezyistancyjna 232 zapewnia polacze¬ nie elektryczne poprzez obszar bazowy typu n 218. Kiedy tyrystor 200 znajduje sie w stanie blo¬ kady przewodzenia, zlacze p-n 225 jest spolaryzo¬ wane zaporowo a zlacze p-n 227 jest spolaryzo¬ wane w kierunku przewodzenia. Jak wiadomo ze stanu techniki, wokól zlacza blokujacego istnieje warstwa zubozona, która rozszerza sie wotkól zla¬ cza w miare zwiekszania blokowanego napiecia.Wobec tego, kiedy przyrzad 200 znajduje sie w stanie blokady przewodzenia, zubozona warstwa wokól zlacza p-n 225 rozprzestrzenia sie w plyt¬ ce pólprzewodnikowej 202 zgodnie z odpowiada¬ jacym temu zlaczu polem elektrycznym, wzdluz glównej powierzchni 215 i w czesci tej powierzch¬ ni 215 znajdujacej si§ pod czlonem 210 zmniej¬ szajacym gestosc pola.Warstwa rezyistancyjna 232 i wewnetrzny styk metalowy 234 wymuszaja zmniejszenie gestosci pola elektrycznego w znany sposób dla zmaksy- malizowania napiecia przebicia powierzchniowe¬ go zlacza blokujacego 225. Podobnie, kiedy przy¬ rzad 200 znajduje sie w stanie wylaczenia zlacze p-n 227 spolaryzowane jest zaporowo, a zlacze p-n 225 spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia.Wobec tego, w stanie wylaczenia czlon 210 zmniej¬ szajacy gestosc pola podobnie jak poprzednio slu¬ zy maksymalizacji napiecia przebicia powierzch¬ niowego zlacza p^n 227, w którym to przypad¬ ku zewnetrzny styk metadowy 236 i warstwa re¬ zystancyjna 232 wymuszaja zmniejszenie gestosci pola elektrycznego.Tyrystor o strukturze przedstawionej na fig. 1, wyposazony w pojedynczy czlon zmniejszajacy ge¬ stosc pola, który skutecznie sluzy maksymaliza- ' cji wytrzymalosci na przebicie powierzchniowe obydwu zlaczy blokujacych zarówno w kierunku przewodzenia jak i zaporowym, Ponadto tyrystor 200 jest latwy do wytworzenia przy wykorzysta¬ niu znanych technik, poniewaz czlon zmniejsza¬ jacy gestosc pola musi zostac nalozony na jedna tylko glówna powierzchnie. W dodatku tyrystor 200 ma elektrode anodowa 206 stanowiaca element podltnzymujacy plytke pólprzewodnikowa 202 na jej kruchych obrzezach, dzieki czemu uzyskuje sie sztywny, wygodny do stosowania element.Korzystnie jest, jezeli plytka pólprzewodniko¬ wa 202 ma ksztalt •kola lub dysku i jezeli zlacza pnn przecinaja glówna powierzchnie 215 wzdluz koncentrycznych okregów. W takim przypadku czlon 210 zmniejszajacy gestosc pola ma postac kolowego pierscienia. Mozna jednak wyobrazic so¬ bie wiele róznych ksztaltów, równie odpowiednich dla realizacji wynalazku. Np. na fig. 3 przedsta¬ wiony jest w widoku z góry przyrzad 200, w któ¬ rym plytka pólprzewodnikowa 202 ma ksztalt czworokata. W takim przypadku czlon 210 ma prostoliniowe krawedzie i zaokraglone rogi od¬ powiadajace przecieciom blokujacych zlaczy p-n z glówna powierzchnia 215. Prostoliniowe krawe¬ dzie sa niezbedne dla zmaiksymalizowania aktyw¬ nego obszaru powderzchni dostepnej dla elektro¬ dy katodowej 204, a zaokragdone rogi sa niezbedne dla przeciwdzialania duzemu zageszczeniu poda.Odpowiedni promien krzywiony rogów powinien miec dlugosc okolo dwuOorotrrie wieksza od maksy¬ malnego' zakresu rozprzestrzenienia sie warstwy zubozonej wzgledem zlaczy bloflpujjacych. W kaz¬ dym przypadku, jakikolwiek ksztalt geometryczny wybrany zostanie dla przyrzajdu 200, niezbedne jest jedynie by czlon 210 zmniejszajacy gestosc pola formowal na powierzchni pólprzewodnika za-, mloiieta petle odpowiadajaca usytuowanym pod nia zamknietym petlom wyznaczonym przez prze¬ ciecia zlaczy blokujacych z górna glówna po¬ wierzchnia 215.. Zastrzezenia patentowe 1. Tyrystor wysokonapieciowy, zawierajacy plyt¬ ke pólprzewodnikowa, w kt6rej wzdluz pierwszej 10 19 * 25 30 35 40 55 60113 044 8 glównej powierzchni usytuowany jest obszar ka- todowo-emiterowy, a wokól obszaru katodowo- -emiterowego az do tej pierwszej powierzchni roz¬ ciaga sie obszar katodowo^bazowy, znamienny tym, ze wokól obszaru katodowo-ibazowago (216), az do pierwszej glównej powienzohni (215) plytki pól¬ przewodnikowej (202), rozciaga sie obszar anodo- wo-bazowy (218), wokól obszaru anodowo-Jbazowe- go (218) rozciaga sie,, az do pierwszej glównej po¬ wierzchni (215), obszar anodowo-emiterowy (220), stykajacy sie z druga glówna powierzchnia (221) plytki (202), a na pierwszej glównej powierzchni (215) usytuowany jest czlon (2110) zmniejszajacy gestosc poda elektrycznego powstajacego w stanie blokady. 2. Tyrystor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czlon (210) zmniejszajacy gestosc pola elektrycz¬ nego obejmuje pierscieniowy element mostkuja¬ cy obszar anodowo-tbazowy (218) dila zapewnienia polaczenia rezyiStancyjnego (252) miedzy obszarem katodowo^bazowym (216) i obszarem anodowo-e- miterowym (220). 3. Tyrystor wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny 10 15 tym, ze czlon (210) zmniejszajacy gestosc pola obejmuje warstwe izolacyjna (230) naniesiona na pierwsza powierzchnie glówna (215) pokrywajaca obszar anodowonbazowy (218) i formujaca zamk¬ nieta petle na tej pierwszej powierzchni glównej (215), warstwe rezystamcyjna (232) usytuowana na warstwie izolacyjnej (230) i majaca ten sam ksztalt, pierwszy element laczeniowy (234) dla polaczenia elektrycznego wewnetrznej czesci war¬ stwy rezystancyjnej (232) z obszarem katodowo- -bazowym (216) i drugi element laczeniowy (236) dda polaczenia elektrycznego zewnetrznej czesci warstwy rezystancyjnej (232) z obszarem anodo- wo-emiterowym (220). 4. Tyrystor wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze warstwa izolacyjna (230) stanowi warstwe dwu¬ tlenku krzemu, a warstwa rezystancyjna (232) sta¬ nowi warstwe krzemu polikrystalicznego o rezy- sitywnosci od okolo 108Q cm do oikolo 108Q cm. 5. Tyrystor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obszar anodowo-emiterowy (220) obejmuje cala zewnetrzna ikrawedz plytki pólprzewodnikowej (202). ' 110 106 115 106 115 114 104 123 106 134 130 136 112 116 120 121 108 144 142 140 146 Fig. i 215 216 214 204 223 234 232 230 236 210 20D U-202 213 220 221 208 225 227 Fig. 2113 044 2Ó4 200 ySOZZZZZZZZZZZZZL- ^//////////////////yJ FIC. 5 PL