Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
помощью времени включения, как это показано на рис. 14,а. Благодаря
регенеративной природе процесса в р-п-р-п приборе время переключения
приближенно равно среднему геометрическому времени пролета в п- и p-
областях или
ton = (28)
_ W2n
где ti = ; t2 = - , а Wn и Wv -
толщины п- и р-слоев
соответственно; Dn и Dv - коэффициенты диффузии для электронов и дырок.
Этот результат мог бы быть получен методом заряда с использованием
двухтриодной аналогии, показанной на рис. 4,6. Предположим, что заряды,
накопленные в р-п-р и п-р-п транзисторах, равны соответственно Qi и Qi-
Согласно зарядному методу коллекторные токи транзисторов могут быть
представлены в следующем виде:
Для идеализированных условий, когда
мы можем составить следующее уравнение:
rf2Q, Q,
dts
(28a)
Очевидно, что это уравнение имеет .решение в .виде ехр (-ifton). где
постоянная времени определя-, ется формулой (28). Для того чтобы
уменьшить время включения, необходимо создать четырехслойное устройство с
узкими слоями nl и р2. Эта рекомендация, однако, противоречит условиям
получения высоких напряжений пробоя. Это является причиной того, что
мощные высоковольтные тиристоры имеют значительные времена переключения.
Когда р-п-р-п прибор находится в открытом состоянии, все три его перехода
смещены в прямом направлении. Поэтому в приборе накапливается избыточное
количество носителей заряда. Для того чтобы осуществилось переключение
прибора в запертое состояние, необходимо, чтобы избыточные носители были
удалены полем или погибли в результате рекомбинации 1[Л. 17, 18]. На рис.
14,6 приведена типичная картина тока при выключении прибора. Если
предположить, что задержка выключения в основном связана с временем
рекомбинации носителей в слое иД то дырочный
h-
Uf
О
и*
If
pi * vF ~ nl
"* Hf~-
и о t
-
t
'4 г ~ toff ¦ -1
б)
Рис. 14. Переходные процессы в трнодном тиристоре. а - переходный Процесс
включения триодного тиристора при подаче ступеньки тока Ig\ б -
переходный процесс выключения при резком изменении полярности напряжения
ГЛ. 5U
ток через структуру пропорционален избыточному заряду, накопленному в
слое nl, и может быть записан следующим образом:
/=/f.exp ("4'/ (29)
¦где 1=1F яри t=0 и ТР - время жизни для неосновных носителей
заряда. Для того чтобы прибор выключился, необходимо, чтобы
ток I спал ниже значения тока выключения /л. Тогда время выключения
равно:
toff = Ъ In (29а)
* h
Для того чтобы получить малое время выключения, необходимо создать
структуру с малым временем жизни в слое я/. Это может быть достигнуто
путем введения центров рекомбинации (подобных золоту) при проведении
диффузии.
3. Полевые транзисторы с затвором
в виде р-п перехода и ограничители тока
* 1. Основные характеристики. На рис. 15 приведено схематиче-
ское изображение полевого транзистора с затвором в виде р-п перехода
'(JFET). Транзистор состоит из проводящего канала с двумя омическими
контактами. При подключении напряжения между эти-
Рис. 15. Структура р-канального полевого транзистора с затвором в виде р-
перехода . (JFET). При нормальной работе напряжение на затворе имеет
полярность, противоположную полярности напряжения на стоке [Л. 2].
ми контактами один из них играет роль катода (истока), а другой- анода
(стока). Третьим электродом (или электродами)
является затвор, образованный выпрямляющим по отношению к каналу р-п
переходом. Таким образом, канальный транзистор представляет собой
управляемое напряжением переменное сопротивление, величина которого
изменяется благодаря изменению ширины обедненного слоя р-п перехода.
Поскольку проводимость канала обусловливается носителями заряда только
одного типа (дырками или электронами), канальный транзистор часто
называют "униполярным", для того чтобы подчеркнуть его отличие от
"биполярного" транзистора, в котором оба типа носителей заряда участвуют
в процессе проводимости.
Основные параметры структуры, приведенной на рнс. 15, обозначают: L -
длина канала; У-ширина канала; а - полутолщина канала при отсутствии
смещений; h - толщина обедненного слоя. Полярность напряжений на рис. 15
и 16 соответствует /J-канальному полевому транзистору. Для транзистора с
n-каналом полярность напряжений обратная. Элек-
трод истока обычно заземлен, и напряжения на электродах стока затвора
измеряют относительно истока. Когда UG = UD=0, прибор находится в
состоянии равновесия и ток равен нулю. Если при постоянном напряжении на
затворе UG (нулевом или положительном) приложить напряжение к стоку
(отрицательное по отношеншо к истоку), то возникает ток через канал от
истока к стоку. При достаточно большом напряжении на стоке UD обедненные
слои р-п переходов глубоко проникают в р-область и смыкаются вблизи
контакта стока. Смыкание обедненных слоев является условием отсечки
канала. Соответствующее напряжение на стоке Un-UDsai-При этом напряжении
толщина канала на расстоянии L от истока уменьшается до нуля, проводящая
