Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
через него должен вырасти до достаточно высокого уровня, чтобы
удовлетворялось условие ах + а2 = 1. Существует несколько способов
переключения тиристоров. Единственным способом включения диодного
тиристора является переключение анодным напряжением. Переключение
напряжением можно осуществить двумя путями: медленным повышением анодного
напряжения вплоть до напряжения включения и импульсом анодного
напряжения. Последний вариант, называемый dV/dt-nepe-ключение, рассмотрен
в разд. 4.3.3.
Наиболее важным способом включения триодного тиристора является запуск
управляющим током. При подаче запускающего тока (управляющего тока в
базу) анодный ток тиристора реагирует на него с запаздыванием. Процесс
изменения анодного тока можно характеризовать временем включения ton
(рис. 18, а). Поскольку процесс переключения тиристора имеет
регенеративную природу, время включения приближенно равно среднему
геометрическому времени диффузии в п\- и р2-областях, или
где ti = Wni/2DP, h = WP2/2Dn, Wni и Wp2 - толщины слоев nl и p2
соответственно, Dn и Dp - коэффициенты диффузии элементов и дырок
соответственно.
Приведенный выше результат вытекает из рис. 9, если воспользоваться
методом заряда. Положим, что в р-п-р- и п-р-п-транзисторах накоплены
заряды и Q2. Коллекторные токи транзисторов /с2 саг Qjtx и 1Л ^ QJt2. В
идеальных условиях при dCfa/dt - /с2 и dQ2/dt= Ig + /с1 справедливо
следующее уравнение;
(45)
d2Qj Qj ____________ Ig
(46)
dt2 ttt2 /,
226
Глша 4
Рис. 18. Переходные процессы в триодном тиристоре [5].
а - включение при подаче запускающего тока; б - выключение при быстром
изменении полярности напряжения.
Его решением является функция exp (-t/i0п) с постоянной времени t0n,
определяемой формулой (45). Для уменьшения времени включения необходимо
создавать приборы с узкими слоями п 1 и р2. Однако такое требование
противоречит условию высокого пробивного напряжения. Поэтому мощные
высоковольтные тиристоры обладают большим временем включения.
Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три его перехода
смещены в прямом направлении. Следовательно, в приборе накапливаются
избыточные неосновные и основные носители заряда, а их избыток п
пропорционален прямому току. Для перевода прибора в закрытое состояние
избыточные носители
Тиристоры
227
Рис. 19. Типичная взаимосвязь между qq прямым падением напряжения и
временем выключения мощного тиристора [271.
| 20
о
Of 2 3 4 5
Напряжете , В
либо должны быть удалены электрически полем, либо должны рекомбинировать
[22, 23]. Типичная форма тока при выключении прибора показана на рис. 18,
б. Основной вклад во время задержки дает время рекомбинации в слое п\.
Поскольку дырочный ток через структуру пропорционален избыточному заряду
в слое n 1, то можно написать
где I = IF в момент t = 0, х}) - время жизни неосновных носителей. Для
перевода прибора в закрытое состояние ток через него должен быть меньше
тока удержания Ih. Отсюда время выключения равно
Чтобы добиться малого времени выключения, необходимо снизить время жизни
неосновных носителей в слое til. Этого достигают введением центров
рекомбинации во время диффузионного процесса (в кремнии такие центры дают
золото и платина) или путем электронного и гамма-облучения [24-26 ].
Золото образует в кремнии акцепторный уровень вблизи середины запрещенной
зоны и служит эффективным генерационно-рекомбинационным центром.
Однакосповышением концентрации золота возрастают токи утечки. В
результате при легировании золотом снижается напряжение включения.
Легирование платиной или облучение электронами не вызывает снижения
напряжения. Уменьшение времени жизни
(47)
(48)
228 Глава 4
одновременно увеличивает прямое падение напряжения во включенном
состоянии (выражение (42)). Типичная взаимосвязь прямого падения
напряжения и времени выключения мощного тиристора приведена на рис. 19
[27]. Приемлемое время выключения составляет 10 мкс, и прямое падение
напряжения равно 2 В.
. Для сокращения времени выключения обычно во время фазы запирания подают
обратное смещение между управляющим электродом и катодом. Такой способ
называется управляемым выключением [28, 29]. Улучшение запирания связано
с тем, что обрат-носмещенный управляющий электрод поглощает большую часть
тока рассасывания, которая в противном случае протекала бы через катод,
мешая восстановлению прямого напряжения на аноде.
4.3.3. Закороченный катод и эффект dVIdt
В современных диодных и тр йодных тиристорах для улучшения характеристик
приборов используют закороченный катод [6, 7]. Упрощенная конструкция
тиристора с закороченным катодом показана на рис. 20, а. Эквивалентная
двухтранзисторная схема приведена на рис. 20, б, где полный ток катода,
обозначенный через /*', равен сумме тока I к. и шунтирующего тока /шунт.
Если сопротивление Rmyнт настолько мало, что большая часть анодного тока
течет через закороченную часть катода, то 1К 1А. Из уравнения (30) при
