(5, ID

ID--f

Температура, С Рис. 3.3. Коэффициенты диффузии для

1т 1300 ПОР ПРО то SSO часто встречающихся примесей в кремнии

W 2,0

z=y./z\M

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

Температура. 1DDD/T,K

0,85 .Рис. 3.4. Дополнительная функция ошибок и функция Гаусса

Здесь N{x, t) - концентрация примеси в некоторой точке х для времени диффузии t; Nq - поверхностная концентрация примеси; D - коэффициент диффузии; Л - концентрация примеси в исходном материале. Способы получения таких диффузионных слоев рассматриваются в § 5.3. ,

Значения коэффициентов диффузии .примесей, используемых в про1}аводстве высоковольтных силовых тиристоров, приведены на рис. 3.3. С их учетом рассчитываются распределения примесей при диффузионных процессах. Применяются также и компьютерные методы расчета. На рис. 3.4 показаны функция Гаусса и функция ошибок.

Одним из наиболее критичных параметров при проектировании тиристора является поперечное сопротивление р-базы. Оно влияет как на ток управления, так и на стойкость тиристора к эффекту dv/dt.

Поперечное сопротивление р-базы

усредненное удельное сопротивление р-базы

ширина р-базы

(3.U)

Усредненное удельное сопротивление р-базы лучше всего рассчитывать используя численное интегрирование удельного со-

противления между переходами J3 и J2. Как альтернативу можно использовать кривые Ирвина [Irvin, 1962], которые дают приближенное значение поперечного сопротивления.

Концентрация легирующей примеси в р-базе и ширина р-базы определяют эффективность инжекции п э.миттера (см. п. 3.3.3). Поскольку высокий коэффициент инжекции иметь предпочтительнее, для того, чтобы добиться минимального напряжения в тиристоре в открытом состоянии, любые поиски оптимального решения заключаются в обеспечении минимума концентрации легирующей примеси в р-базе.

Ограничение накладывается также на ширину р-базы, от значения которой зависит напряжение пробоя тиристора. В закрытом состоянии слой пространственного заряда распространяется на обе стороны перехода J2. Если при расширении слой пространственного заряда в слое Р2 достигает эмиттерного перехода J3, то происходит преждевременный пробой.

На практике переход J3 имеет катодные эмиттерные шунты, ограничивающие значение коэффициента передачи а р транзистора в схеме с общей базой. В этом случае толщина слоя пространственного заряда в р-базе, при котором происходит пробой, приблизительно равна самой ширине р-базы.

Для диффузионного перехода ширина слоя пространственного заряда может быть рассчитана из численного решения одномерного уравнения Пуассона для диффузионного распределения примеси:

=-fpW. (3.12)

где V - потенциал; р(х) - концентрация заряда в слое пространственного заряда; е., - диэлектрическая проницаемость кремния.

При.меры характеристик слоя пространственного заряда для р- -перехода, полученного в результате диффузии одной примеси, даны в [Beadle, Tsai, Plummer, 1985], а для диффУз;}(Ьух примесей с концентрационными профилями, описываемыми функ-цией ошибок,- в [Bakowski, Lundstrom, 1973]. Результаты этих публикаций воспроизведены на рис. 3.5 и 3.6. Для типичных силовых тиристоров, изготовленных по диффузионной техноло-,гии, слой пространственного заряда в р-базе может составлять 10-20% общей ширины слоя пространственного заряда, а использование двойной диффузии галлия и алюминия, как описано в [Bakowski, Lundstrom, 1973], является одним из способов ограничения распространения пространственного заряда в р-базе (рис. 3.7).

В результате такой двойной диффузии получается диффузионный профиль алюминия с низкой концентрацией и большой глубиной, что позволяет снизить электрическое поле перехода и, следовательно, повысить напряжение пробоя, тогда как более мел-

Рис. 3.5. Зависимости отношения ширины р-слоя объемного заряда к общей ширине области объемного заряда от обшего напряжения, отнесенного к концентрации примеси в п-базе (а) и суммарной ширины области объемного заряда и емкости от V/И (б). Кривые показаны для различной глубины х/ гауссовско-го диффузионного перехода при 300 К для NjNa в промежутке от 3-10 до 3-10

кий концентрационный профиль галлия препятствует распространению слоя пространственного заряда к переходу 13.

В настоящее время невозможно сформулировать точное уравнение распределения примеси в р-базе. С учетом факторов,