RU2693839C1 - Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction - Google Patents

Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction Download PDF

Info

Publication number
RU2693839C1
RU2693839C1 RU2018144712A RU2018144712A RU2693839C1 RU 2693839 C1 RU2693839 C1 RU 2693839C1 RU 2018144712 A RU2018144712 A RU 2018144712A RU 2018144712 A RU2018144712 A RU 2018144712A RU 2693839 C1 RU2693839 C1 RU 2693839C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical gate
photosensitive optical
thyristor
light
photosensitive
Prior art date
Application number
RU2018144712A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Алексеевна Челушкина
Александр Александрович Иванченко
Хаджимурат Магомедович Гаджиев
Елена Ивановна Павлюченко
Солтанат Магомедовна Гаджиева
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инжинирнговый центр микроспутниковых компетенций"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Инжинирнговый центр микроспутниковых компетенций" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инжинирнговый центр микроспутниковых компетенций"
Priority to RU2018144712A priority Critical patent/RU2693839C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2693839C1 publication Critical patent/RU2693839C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources

Abstract

FIELD: electronics.
SUBSTANCE: invention relates to electronic components of microcircuits. Field thyristor is made of an n-type semiconductor with one non-isolated photosensitive optical gate on a photosensitive p-type semiconductor. When photons fall on a photosensitive optical gate, electrons acquire energy and can leave the photosensitive optical gate, giving it a positive charge. This, in turn, will lead to passage of electrons from the source with negative potential to drain with positive potential, as well as towards the photosensitive optical gate through the light-emitting p-n-junction, what will cause generation of photons. Exposure of these photons to the photosensitive optical gate leads to an even larger output of electrons and an increase in the positive potential on it. As a result, the field thyristor will be completely opened and maximum allowable current will flow through it.
EFFECT: invention provides faster thyristor operation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем.The invention relates to the electronic components of the chip.

Известен светотранзистор [1] с низким уровнем тепловыделений, светотранзистор [2] с высоким быстродействием и светотиристор [3]. Во всех этих устройствах используются биполярные полупроводниковые структуры. Для повышения быстродействия целесообразно использовать униполярные полупроводниковые структуры. Known light transistor [1] with a low level of heat generation, light transistor [2] with high speed and light emitter [3]. All of these devices use bipolar semiconductor structures. To increase the speed it is advisable to use unipolar semiconductor structures.

Также известен прецизионный датчик фотонов [4], у которого внутри тиристора сформирована оптическая положительная обратная связь между p-n-переходами для лавинообразного нарастания тока при попадании фотона в фоточувствительный n-p-переход. Недостатком данного устройства является меньшее быстродействие за счет прохождения электронов через p-n-переходы.Also known is a precision photon sensor [4], in which an optical positive feedback between pn-n junctions is formed inside the thyristor for an avalanche-like current increase when a photon hits a photosensitive np-junction. The disadvantage of this device is lower speed due to the passage of electrons through pn-junctions.

Цель изобретения – повышение быстродействия тиристора.The purpose of the invention is to increase the speed of the thyristor.

Это достигается тем, что в отличие от обычного полупроводникового p-n-p-n тиристора, полевой тиристор производится только из полупроводника n-типа с одним неизолированным фоточувствительным оптическим затвором на полупроводнике p-типа изготавливаемым из фоточувствительного материала (металла с малым уровнем работы выхода электронов). При попадании фотонов на фоточувствительный оптический затвор электроны приобретают энергию и могут покинуть фоточувствительный оптический затвор, придав ему положительный заряд. Это, в свою очередь, приведет к прохождению электронов от истока с отрицательным потенциалом к стоку с положительным потенциалом, а также в сторону фоточувствительного оптического затвора через светоизлучающий p-n-переход, что вызовет генерацию фотонов. Попадание этих фотонов на фоточувствительный оптический затвор приведет к еще большему выходу электронов и увеличению на нем положительного потенциала. В результате полевой тиристор полностью будет открыт и через него будет течь максимально допустимый ток. This is achieved by the fact that, unlike conventional semiconductor p-n-p-n thyristors, the field thyristor is produced only from n-type semiconductor with one non-isolated photosensitive optical gate on p-type semiconductor made of photosensitive material (metal with a low level of electron work function). When photons hit a photosensitive optical shutter, electrons acquire energy and can leave the photosensitive optical shutter, giving it a positive charge. This, in turn, will lead to the passage of electrons from a source with a negative potential to a drain with a positive potential, as well as towards the photosensitive optical shutter through a light-emitting pn-junction, which will cause photon generation. The hitting of these photons on the photosensitive optical shutter will lead to an even greater electron yield and an increase in the positive potential on it. As a result, the field thyristor will be fully opened and the maximum allowable current will flow through it.

На фиг. 1 изображена схема полевого тиристора с неизолированным фоточувствительным оптическим затвором и светоизлучающим p-n-переходом.FIG. 1 shows a field thyristor circuit with a non-isolated photosensitive optical shutter and a light-emitting pn-junction.

Тиристор работает следующим образом: через полупроводниковый кристалл n-типа 1 со светоизлучающим p-n-переходом 6 протекает поток электронов от истока 3 с отрицательным потенциалом к стоку 4 с положительным потенциалом под действием приложенной разности потенциалов. Исток 3 с отрицательным потенциалом и сток 4 с положительным потенциалом выполнены в виде металлических электродов с зеркальными поверхностями. В зависимости от заряда на фоточувствительном оптическом затворе 2, находящимся на полупроводнике p-типа 5, величина запрещенной зоны в полупроводниковом кристалле n-типа 1 на светоизлучающем p-n-переходе 6 будет различной. В начальный момент времени на затвор 2 через резистор 8 поступает отрицательный потенциал от источника питания, который создает запирает полевой тиристор. При попадании фотона на затвор 2 электроны приобретут энергию достаточную для покидания поверхности электрода, что придаст ему положительный потенциал для открывания полевого тиристора. Чем больше положительный потенциал на фоточувствительном оптическом затворе 2, тем больший поток электронов будет проходить от истока 3 с отрицательным потенциалом к стоку 4 с положительным потенциалом. Некоторая часть электронов от истока 3 с отрицательным потенциалом будет проходить через светоизлучающий p-n-переход 6 к фоточувствительному оптическому затвору 2. Это приведет к генерации фотонов часть из которых попадет на фоточувствительный оптический затвор 2 сразу, а оставшаяся часть, после отражения от зеркальных поверхностей металлических электродов - исток 3 с отрицательным потенциалом, сток 4 с положительным потенциалом и зеркальной поверхности 7, также попадет на фоточувствительный оптический затвор 2. В результате фоточувствительный оптический затвор 2 потеряет электроны и приобретет больший положительный потенциал. Это, в свою очередь, увеличит поток электронов через полевой тиристор и еще больше усилит генерацию фотонов на светоизлучающем p-n-переходе 6. Такая положительная обратная связь в полевом тиристоре приведет к лавинообразному нарастанию величины тока и полному открываю тиристора с высоким быстродействием за счет того, что потенциалом на затворе управляют не электроны, а фотоны, имеющие максимально возможную скорость. Для возвращения полевого тиристора в исходное закрытое состояние необходимо на короткое время отключить на нем питание, как и на обычном биполярном тиристоре.The thyristor works as follows: an n-type 1 semiconductor crystal with a light-emitting pn-n junction 6 flows a stream of electrons from source 3 with a negative potential to drain 4 with a positive potential under the action of an applied potential difference. The source 3 with a negative potential and the drain 4 with a positive potential are made in the form of metal electrodes with specular surfaces. Depending on the charge on the photosensitive optical shutter 2 located on the p-type semiconductor 5, the forbidden zone in the n-type 1 semiconductor crystal at the light-emitting pn-n junction 6 will be different. At the initial time, gate 2 through the resistor 8 receives a negative potential from the power source, which creates the field thyristor inhibited. When a photon hits the gate 2, the electrons will acquire enough energy to leave the electrode surface, which will give it a positive potential for opening the field thyristor. The greater the positive potential on the photosensitive optical shutter 2, the greater the flow of electrons from the source 3 with a negative potential to the drain 4 with a positive potential. Some of the electrons from the source 3 with a negative potential will pass through the light-emitting pn-junction 6 to the photosensitive optical shutter 2. This will generate photons, some of which will fall on the photosensitive optical shutter 2 immediately, and the remaining part, after reflection from the mirror surfaces of metal electrodes - source 3 with a negative potential, drain 4 with a positive potential and a mirror surface 7, will also fall on the photosensitive optical shutter 2. As a result, the photosensitive The optical shutter 2 will lose electrons and acquire greater positive potential. This, in turn, will increase the flow of electrons through the field thyristor and further enhance the generation of photons at the light-emitting pn-junction 6. Such positive feedback in the field thyristor will lead to an avalanche-like increase in current and full opening of the thyristor with high speed due to the fact that The potential at the gate is controlled not by electrons, but by photons having the highest possible speed. To return the field thyristor to its initial closed state, it is necessary to turn off the power on it for a short time, as on a normal bipolar thyristor.

В качестве материалов для изготовления полевого тиристора с неизолированным фоточувствительным оптическим затвором и светоизлучающим p-n-переходом могут быть использованы любые материалы, традиционно используемые при изготовлении светодиодов, а именно фосфид галлия (GaP), нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC).As materials for the manufacture of a field thyristor with a non-isolated photosensitive optical shutter and a light-emitting pn-junction, any materials traditionally used in the manufacture of LEDs, namely gallium phosphide (GaP), gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), can be used.

Разработанный полевой тиристор является логическим продолжением развития светодиодных и светотранзисторных электронных компонентов и имеет широкие перспективы для применения в сверхбольших интегральных схемах. The developed field thyristor is a logical continuation of the development of LED and light transistor electronic components and has broad prospects for use in ultra-large integrated circuits.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ на изобретение №2487436. Светотранзистор / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А., опубл. 10.07.2013.1. RF patent for the invention №2487436. The light transistor / Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Gadzhiyeva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A., publ. 07/10/2013.

2. Патент РФ на изобретение № 2507632. Светотранзистор с высоким быстродействием / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д., Юсуфов Ш.А. Опубл. 20.02.2014.2. RF patent for invention No. 2507632. High-speed light transistor / Ismailov TA, Gadzhiev Kh.M., Nezhvedilov TD, Yusufov Sh.A. Publ. 02.20.2014.

3. Патент РФ № 2562744. Светотиристор / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Челушкина Т.А., Челушкин Д.А. Опубл. 10.09.2015. 3. RF Patent No. 2562744. Light Thyristor / Ismailov, T.A., Gadzhiev, Kh.M., Gadzhiyev, S.M., Chelushkina, T.A., Chelushkin, D.A. Publ. 09/10/2015.

4. Патент РФ № 2673987. Прецизионный датчик фотонов на полупроводниковом тиристоре с одним фоточувствительным n-p-переходом и двумя излучающими p-n-переходами / Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Иванченко А.А., Челушкина Т.А., Козлов В.В., Михайлов А.К. Опубл. 03.12.2018. Бюл. №34.4. RF patent № 2673987. Precision photon sensor on a semiconductor thyristor with one photosensitive np-transition and two emitting pn-junctions / Gadzhiev Kh.M., Gadzhieva SM, Ivanchenko A.A., Chelushkina TA, Kozlov V.V., Mikhailov A.K. Publ. 12/03/2018. Bul No. 34.

Claims (2)


 Полевой тиристор с неизолированным фоточувствительным оптическим затвором и светоизлучающим p-n-переходом, выполненный в виде полупроводникового прибора, отличающийся тем, что полевой тиристор производится только из полупроводника n-типа с одним неизолированным фоточувствительным оптическим затвором на полупроводнике p-типа, изготавливаемым из фоточувствительного материала. A field thyristor with an uninsulated photosensitive optical shutter and a light emitting pn-junction, made in the form of a semiconductor device, characterized in that the field thyristor is made only from an n-type semiconductor with a single non-isolated p-type semiconductor made of a photosensitive material.
RU2018144712A 2018-12-17 2018-12-17 Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction RU2693839C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144712A RU2693839C1 (en) 2018-12-17 2018-12-17 Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144712A RU2693839C1 (en) 2018-12-17 2018-12-17 Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693839C1 true RU2693839C1 (en) 2019-07-05

Family

ID=67251845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144712A RU2693839C1 (en) 2018-12-17 2018-12-17 Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2693839C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677552A (en) * 1992-04-23 1997-10-14 Nec Corporation Optical control circuit for an optical pnpn thyristor
RU2185690C1 (en) * 2001-04-26 2002-07-20 Открытое акционерное общество "Оптрон" Optical thyristor
RU2562744C2 (en) * 2014-01-14 2015-09-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный технический университет" Light thyristor
RU2673987C1 (en) * 2018-02-06 2018-12-03 Ооо "Центральный Научно-Исследовательский Институт "Апертура" Photon precision sensor on semiconductor thyristor with one photosensitive n-p-junction and two light-emitting p-n-junctions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677552A (en) * 1992-04-23 1997-10-14 Nec Corporation Optical control circuit for an optical pnpn thyristor
RU2185690C1 (en) * 2001-04-26 2002-07-20 Открытое акционерное общество "Оптрон" Optical thyristor
RU2562744C2 (en) * 2014-01-14 2015-09-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный технический университет" Light thyristor
RU2673987C1 (en) * 2018-02-06 2018-12-03 Ооо "Центральный Научно-Исследовательский Институт "Апертура" Photon precision sensor on semiconductor thyristor with one photosensitive n-p-junction and two light-emitting p-n-junctions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grekhov Pulse power generation in nano-and subnanosecond range by means of ionizing fronts in semiconductors: The state of the art and future prospects
Lazarouk et al. Stable electroluminescence from reverse biased n‐type porous silicon–aluminum Schottky junction device
US4295058A (en) Radiant energy activated semiconductor switch
JP2009542004A5 (en)
US20190123215A1 (en) Control circuit and method of operating a control circuit
US5105090A (en) Semiconductor device with a photodetector switching device
RU2693839C1 (en) Field thyristor with non-isolated photosensitive optical gate and light-emitting p-n-junction
Winkler et al. Utilization of parasitic luminescence from power semiconductor devices for current sensing
RU2673987C1 (en) Photon precision sensor on semiconductor thyristor with one photosensitive n-p-junction and two light-emitting p-n-junctions
CN109411468B (en) Silicon controlled electrostatic protector
CN106879107B (en) A kind of InGaN/GaN LED nanosecond pulse driving circuits
US8450127B2 (en) Light emitting semiconductor diode
RU2701184C1 (en) Bipolar semiconductor transistor with thyristor effect
Grekhov et al. On the possibility of creating a superfast-recovery silicon carbide diode
Li et al. Schottky-on-heterojunction optoelectronic functional devices realized on AlGaN/GaN-on-Si platform
CN107293537B (en) Electrostatic discharge protection device, memory element and electrostatic discharge protection method
Khanmohammadi et al. Monolithically integrated optical random pulse generator in high voltage CMOS technology
US3745429A (en) Controllable junction device and radiationgenerating method of utilizing it
Lazarouk et al. Efficiency of avalanche light-emitting diodes based on porous silicon
RU175209U1 (en) DEVICE FOR PHOTOELECTRIC SWITCHING OF AN AVALANCHE PULSE S-DIODE
US3711740A (en) Response time controlled light emitting devices
RU2693834C1 (en) Semiconductor device for amplification of photon flux with photosensitive and light-emitting p-n-junctions
US5686857A (en) Zero-crossing triac and method
Bykov et al. Investigation of the physical processes in BISPIN structures in pulsation mode
Wang et al. Test Structures to Investigate ESD Robustness of Integrated GaN Devices