увеличение отрии,атель~ ного заряда.

Рис. 2.16. Стеклопассивация канавки, включая п +-диффузионный слой.на одной ее стороне, предотвращающий чрезмерное распространение пространственного заряда (а) влияние плотности заряда в стекле на максимальное значение

электрического поля (б): К - катод; / - стекло; 2 - расширение слоя пространственного заряда прн отрицательном заряде; 3 - слой пространственного заряда; А - анод; I - поле в точке А. И - поле

в точке В

жать поле на поверхности методом травления, создавая таким образом на ней различные контуры.

2.2.4.3.Контуры, изготавливаемые травлением. Простой контур, изготовленный методом травления, показан на рис. 2.15. Вытравленная канавка напоминает отрицательную фаску, но обеспечивает более высокую напряженность поля на поверхности, составляющую от 60 до 80% объемного напряжения пробоя. Улучшение условий на поверхности может достигаться путем использования пассивации диэлектриком, который обладает контролируемым фиксированным зарядом [Sakurada, Ikeda, 1981].

На рис. 2.16 изображена простая канавка с п+-диффузион-ным слоем на одной стороне в целях предотвращения чрезмерного распространения слоя пространственного заряда. Добавление отрицательного заряда в диэлектрик вызывают распространение слоя пространственного заряда из м-базы поперек канавки и обуславливают снижение максимального значения напряженности электрического поля в окрестности р-.п-перехода. Однако, когда слой объемного заряда распространится до /г -области, на другой стороне канавки напряженность поля на п-м -переходе возрастет. Таким образом, путем соответствующего подбора плотности заряда стекла максимальную плотность электрического поля можно снизить.

Альтернативой увеличения поверхностного заряда на кремнии является, например, ионная имплантация. В [Temple, 1983а, 1983в] рассмотрен метод применительно к структуре, изображенной на рис. 2.17. Показано, что, подбирая соответствующий уровень имплантируемого заряда, можно получить напряжение пробоя, равное 95% расчетного значения.

Рис. 2.17. Использование ионно имплантированного р-сло.я для изменения слоя пространственного заряда на поверхности кремния с меза-переходом, полученным методом травления: / - область диффузии; 2 - нонно-имплантированная область, полученная травлением; 3 - слой пространственного заряда

Другой контур, полученный методом травления, показан на рис. 2.18 [Temple, Adler, 1976]. За счет травления слоя пространственного заряда в диффузионной р-области происходит расширение границы области пространственного заряда в сильнолегированной р-области.\в результате поле на поверхности уменьшается. Напряженность поля достигает 95% идеальной напряженности, но это возможно только после тщательного контроля глубины травления z [Temple, 1983а] (например, ±2 мкм при 35 мкм удаленных травлением).

Во всех вышеописанных контурах как с фаской, так и с канавкой напряженность электрического поля на поверхности и вблизи нее, обусловленную формой контуров и поверхностным зарядом, можно смоделировать и рассчитать на ЭВМ при довольно простых допущениях.

2.2.5. Механизмы повреждения

Ниже обсуждаются причины повреждения приборов при выключении. Дефекты кремния или примеси вводятся в тиристор на стадии изготовления, несмотря на то что процедура производства прибора проектируется таким образом, чтобы свести к минимуму такие дефекты (см. гл. 5). Иначе говоря, полностью избежать образования небольшой плотности точечных дефектов не удается. При наличии этих дефектов плотность тока при обратном смещении р-п-перехода может быть выше, чем в области бездефектного кремния. Малые области повышенной плотности тока называются микроплазмами.

Рис. 2.18. Контуры, полученные травлением, уменьшающие максимальное значение поля на поверхности за счет травления слоя пространственного заряда с

контролируемой величиной: а - плоский переход; б - планарный переход; t - слой пространственного заряда

Когда напряжение смещения увеличивается в точках, где происходит умножение локального заряда, происходит пробой. Внутри этих микроплазм имеется состояние равновесия, при котором умножение носителей точно сбалансировано выводом носителей в окружающий кремний.

Однако если плотность тока микроплазмы становится чрезмерно большой, то локальная температура может стать достаточной для того, чтобы концентрация собственных носителей превысила уровень легирования основного материала. При этом микроплазма становится нестабильной и образуется так называемое горячее пятно, или мезоплазма. Плотность тока увеличивается, а температура еще более повышается, что обусловливается генерацией носителей.

В результате этой положительной обратной связи возникает быстрое повышение температуры в горячем пятне, которое может в конце концов привести к разрушению прибора. Расплавление кремния или металлических контактов происходит при возникновении высокого температурного градиента, что, в свою очередь, вызывает растрескивание самого кристалла. Температура нестабильности микроплазмы зависит главным образом от той температуры, при которой собственная проводимость преобладает над примесной [Sze, 1981]. Эта температура уменьшается, когда снижается уровень легирования.

Таким образом, мы познакомились с потенциальной моделью разрушения тиристоров, подвергающихся воздействию обратного лавинного пробоя, особенно в условиях повышенной температуры перехода. Следует заметить, что рассмотренные условия являются следствием, в частности, высокой плотности тока, поэтому мезоплазма может образоваться от повторного приложения высокого напряжения следующего импульса, когда прибор нагрет в локальной области.

Горячее пятно появляется в результате случайного включения тиристора по аноду или чрезмерно большого значения dv/dt. В этих случаях области с высокой плотностью тока не способны достаточно быстро распространиться, чтобы предотвратить увеличение плотности тока, и тиристор пробивается. Аналогично происходит пробой и от воздействия di/dt.

2.3. Характеристики включения

Тиристоры переключаются из закрытого в открытое состояние, когда сумма их малосигнальных коэффициентов передачи превышает единицу (d p + dp p 1). Такое условие достигается благодаря увеличению плотности тока в приборе тремя возможными методами: с(и/с(/-запуском; Кдо-запуском и запуском с помощью управляющего электрода. Последний метод наиболее 40