Главная страница  Напряженность электрического поля (тиристор) 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

Хехр(-

(3.3)

В этом выражении Ef - уровень Ферми; Ei=(Ec - Ev)/2 - собственный уровень; /zn = / o, где п - средняя плотность инжектированных электронов; По - равновесная плотность электронов. Собственные времена жизни соответственно дырок и электронов

Тро =

Тип -

(3.4) (3.5)

Здесь Op, On - сечения захвата дырок и электронов уровнями ловушек; -тепловая скорость носителей; /V/ - плотность ловушек. Для низкого и высокого уровней инжекции уравнение (3.3) существенно упрощается.

При условии низкого уровня инжекции в выключенном состоянии или на заключительной стадии этапа восстановления при выключении /io<C 1 и выражение для времени жизни принимает вид

Хехр

1-fexp () + &оХ

-Е, , Ei-Ej

(3.6)

где bo = Op/On - отношение сечений захвата уровней ловушек. Следует отметить, что время жизни при низком уровне инжекции в значительной степени зависит от характеристик определяющего уровня ловушки (&(), N, и Е,).

При высоком уровне инжекции Ао ! и выражение для времени жизни принимает вид

Twt = Tpo + f 0==f,;o(+ )- (3-7)

Ранее это время уже встречалось в тексте как амбиполярное 1 время жизни То при высоких уровнях инжекции. Оно является критичным при определении напряжения на тиристоре в открытом состоянии.

Кроме того, важное значение имеет время жизни и в области Пространственного заряда т.,с, поскольку оно характеризует генерацию носителей в слое пространственного заряда р - и-пере-хода и влияет на значение тока утечки в тиристоре (см. § 2.1),



Время жизни в пространственном заряде [Ghandi, 1977]

= ¥ [ехр () + о ехр ()]. (3.8)

Основной задачей при конструировании тиристора является выбор соответствующего значения времени жизни для вычисления характеристик прибора. В случае быстродействующих тиристоров требуется малое время выключения. Поэтому и время жизни в приборе обычно регулируется путем введения известных примесей или электронным облучением (см. § 5.6). Уровень ло-вущки, определяющий время жизни, хорошо известен, и время жизни можно точно вычислить, используя вышеприведенные аналитические выражения. Энергетические уровни и сечения захвата для контролируемых уровней ловушек приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Энергетические уровни и поперечные сечения захвата для контролируемых уровней ловушек

Тип дефекта

Энергетический уровень El, эВ

Сечение захвата, см

Дырки

Электроны

Золото

£ + 0,56

6,08-10-

7,21-10-

Платина

£ + 0,42

2,70-10

3,20-Ю--*

Электронное облучение

£ + 0,70

8,66-10- =

1,62-10- =

3.3. Конструирование структуры

Типичная р - п - р - -структура мощного тиристора, изображенная на рис. 3.2, изготавливается обычно путем диффузии. В исходный кремний -типа проводится диффузия акцепторных примесей, в результате которой образуется симметричная р -7 п - р-структура, а затем с одной стороны кремниевой пластины проводится диффузия -типа для формирования катодного эмиттера.

Очевидно, что описанная процедура изготовления тиристора очень проста и экономична, поскольку включает в себя только два диффузионных процесса. Однако в некоторых случаях необходимо несколько видоизменять эту процедуру для того, чтобы создать асимметричные р - - р-структуры, требующиеся, для специальных типов тиристоров, например асимметричных и запираемых (см. гл. 4).

3.3.1. р-база (р2)

Для обеспечения высокого напряжения пробоя силовых тиристоров свыше 1000 В необходимо слои Р1 и Р2, которые формируют обратный и прямой блокирующие переходы и J2 соот-



I-a:

Анод о-

PD\ PI 1

-О Кот од

Рис. 3.2. Структура мощного р-п-р-п-тиристора: УЭ - управляющий электрод

ветственно, создавать путем диффузии. Их ширина Wp = Wp2 + + Wf,2 изменяется в интервале от 30 до 140 мкм

Существуют три легирующие акцепторные примеси, которые обычно используются для создания этих слоев: галлий, алюминий и бор. Бор применяется при локальной диффузии акцепторов, например, для создания охранных колец в планарных структурах. К сожалению, бор является медленно диффундирующей примесью по сравнению с галлием и алюминием. Он также создает нарушения в кристаллической решетке кремния (см. § 5.3), в результате которых могут возникнуть большие тепловые токи утечки.

С другой стороны, как галлий, так и алюминий являются быстродиффундирующими элементами и не вносят структурных нарушений в кристаллическую решетку кремния, но в отличие от бора они не могут использоваться для создания рисунка пбфото-шаблону с применением двуокиси кремния в качестве маскирующего средства.

Распределение легирующих примесей в слоях, полученных диффузией, может быть описано следующими уравнениями. Если источник легирующей примеси является неограниченным, то распределение характеризуется функцией ошибок

Щх, /) = Л. ег1с(-)-

(3.9)

а если источник диффузии является ограниченным, то оно описывается функцией Гаусса

(3.10)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.