(700,160)

[100,по)

(100,120)

(100,т)

(100,100) (100,80) (100, БО)

(wo,m)

(100,110) (100,100) (100,80) (100,60)

Рис. 3.6. Отношение толщины слоя объемного заряда на р-стороне для двойного диффузионного перехода к суммарной ширине слоя объемного заряда (а) и суммарная ширина области пространственного заряда как функция отношения напряжения к Л/д (б) для х=100 мкм и различных комбинаций (х , х/г). Кривые показаны для Л/о, = 10 cм- N = 6-10 см , N,k = 2- 10 см и Nm=\0 см

рассмотренных выше, а именно: поперечного сопротивления р-базы, ограниченных возможностей выбора диффузанта и ширины смыкания р-базы, тем не менее существует большое количество Возможных BJapnaHTOB. В предыдущей главе было показано, что ширина р-базы I. 71

Рис. 3.7. р-база, изготовленная методом двойной диффузии: Хр - протяженность заряда в р-базе в прямом блокирующем режиме; / - фосфор, диффузионный эмиттер; - высокая концентрация, мелкая диффузия; / - низкая концентрация, глубокая диффузия

Xj2 Глубина

должна быть как можно меньше, чтобы оптимизировать, например, время включения, скорость распространения включенного состояния и напряжение в открытом состоянии.

3.3.2. п-база

Выбор правильного соотношения между удельным сопротивлением и толщиной п-базы для тиристора основывается на требуемых напряжениях пробоя его прямого и обратного переходов. Главное ограничение максимальных размеров толщины базы задается исходя из напряжения прибора в открытом состоянии, которое, как было показано в § 2.4, пропорционально корню квадратному из толщины п-базы.

С целью обеспечения низких потерь в тиристоре толщина п-базы поддерживается минимально необходимой, для того чтобы получить вполне определенное напряжение пробоя. Основное уравнение, которое дает простое аналитическое приближение для решения этой проблемы, уже приводилось в § 2.2, где показано, что обратное напряжение пробоя тиристора определяется из (2.7).

Если для аппроксимации коэффициента переноса воспользоваться уравнением (2.8) и считать коэффициент инжекции перехода Л равным единице, то максимальное обратное напряжение тиристора

V.= l4l-sech(Ha)J

(ЗЛЗ)

Это выражение можно упростить, если принять, что Uwi -XnLp, тогда

(3.14)

Диффузионная длина носителей заряда Lp=-\jDpXp, где т

Рис. 3.8. Зависимости напряжения пробоя глубоких диффузионных р - п-переходов в радиационно-легиро-ванном кремнии от удельного сопротивления п-базы;

/- [Platzoder. Loch, 1976]; 2- [Hill, van Iseghcm, Zimmerman, 1976]

W Ю0

Удельное сопротиВленов /7-йазы, ом-см

время жизни неосновных носителей заряда при условиях низкого уровня инжекции. Однако чтобы получить решение, необходимо знать точную зависимость между удельным сопротивлением л-базы и напряжением лавинного пробоя l/g диффузионного перехода.

Для переходов с диффузией одной примеси расчетные значения приведены в [Hill, van Iseghem, Zimmerman, 1976], [Kokosa, Davies, 1966], [Shenai, Lin, 1983], a для переходов, образованных диффузией двух примесей, в [Bakowski and Lundstrom, 1979].

Зависимости напряжения пробоя от удельного сопротивления п-базы показаны на рис. 3.8. К сожалению, хотя значение удельного сопротивления с некоторой точностью может быть определено по графику на рис. 3.8, на практике имеем дело с теми допусками, с которыми контролируется удельное сопротивление при производстве кремния. Это накладывает ограничения на проектирование тиристора, которое должно ориентироваться на наихудшую ситуацию, когда удельное сопротивление находится в нижнем конце допуска.

Влияние этого ограничения проверено в [Platzoder,. .Loch, 1976], где показано, что при допустимом отклонении удельного сопротивления, равном ±Ар, результируюшее допустимое откло-.нение напряжений пробоя тиристора при комнатной температуре

А1в=±0,751/,(Др/р),

? при максимальной температуре перехода

Д1/в=-0,751/д{Ар/р).

Приведенные уравнения дают необходимую информацию о олшине и удельном сопротивлении п-базы для требуемого обратного напряжения пробоя. По рассчитанной толшине п-базы иристора толшина кремниевой пластины может быть определена чень просто путем сложения всех толшин диффузионных слоев -типа.