л свет

Рис. 4.23. Структура с управляющим Рис. 4.24. Структура с управляющим

электродом типа замочная скважинах

электродом типа полумесяц

НОСТЬ структуры на рис. 4.22, б. Следовательно, первая структу-, ра имеет лучшее соотношение между уровнем переключающей мощности и стойкостью dV/dt.

Улучшение коэффициента квантовой эффективности достигается путем уменьшения толщины п-эмиттерного слоя в [Konishi, Mori and Naito, 1980]. Например, показано, что оптимальная толщина п-эмиттера составляет от 5 до 9 мкм, а оптимальный уровень легирования равен (2-4) 10 см~ [Konishi, Mori, Naito, 1986].

. 4.5.2. Специальные конструкции управляющих электродов

I Конструкции управляющих электродов типа замочная сква- жина и полумесяц показаны на рис. 4.23 и 4.24 [Mitlehner, ,1985]. Все эти конструкции характеризуются каналированием носителей зарядов, индуцированных оптическим сигналом управления, между глубоко протравленными выемками и под длинной . и тонкой частями катодного эмиттера (рис. 4.23). Из [Mitlehner, . 1985] минимальная световая мощность переключения для управ-I ляющего электрода типа замочная скважина

2ji(ftv/g)(l- ,p)V£ ri<.p.,(i+2L/a)

(4.18)

--. (4.19)

С рУ [\+2L/a + {L/2rf]

В [Mitlehner, 1985] сравнивается конструкция замочная скважина с конструкцией простого кругового управляющего электрода (рис. 4.22) и делается заключение о том, что управляющие электроды типа замочная скважина и полумесяц

СВвт

сеет

Рис. 4.25. Управляющий электрод с пла-нарным переходом

Рис. 4.26. Управляющий электрод с эмиттерной канавкой

имеют оптимальные соотношения между чувствительностью переключения и dv/dt.

Главный недостаток заключается в том, что их нельзя использовать в тиристорах большой мощности, непосредственно управляемых светом, так как необходимо изготавливать глубокие выелки, чтобы каналировать заряды под эмиттером. Тонкий процесс глубинного травления необходим для этих выемок, и их лучше применять во вспомогательных, управляемых светом приборах малой площади.

Другой подход, подходящий для вспомогательного, управляемого светом прибора,- это создание планарного управляющего электрода, представленного на рис. 4.25 [De Bruyne, Sitting, 1976]. Основной особенностью этого электрода является выход на поверхность структуры главного запирающего в прямом направлении перехода 12 посредством использования пла-нарной диффузии.

В результате маскирования при диффузии акцепторов п-база достигает поверхности кремния и образует на ней окна . Такая конструкция имеет очень высокий коэффициент квантовой эффективности, поскольку слой пространственного заряда располагается на большой площади, близкой к поверхности.

Ширина окон п-базы выполнена таким образом, что они смыкаются полностью при напряжении прямого смещения 100 В, причем напряженность поля, существующая на поверхности при более высоких напряжениях, остается низкой. Таким образом, окна мало влияют на напряжение пробоя тиристора. Однако наличие искривленного перехода в области окон вызывает значительное уменьшение предельной блокирующей (запирающей) способности тиристора (§2.2). Следовательно, рассмотренный электрод неприемлем для применения в высоковольтных приборах.

Управляющий электрод, использующийся в приборах большой

мощности, показан на рис. 4.26 (Ohashi. 1981). Эта конструкция Представляет собой один из вариантов выполнения простого уп-,равляющего электрода (рис. 4.22).

Ширина р-базы прибора несколько уменьшена, чтобы улучшить квантовую эффективность электрода и, следовательно, увеличить его оптическую чувствительность. Для еще большего увеличения квантовой эффективности и применяется просветляющее покрытие, в данном случае слой Si02. Решена также и проблема улучшения стойкости di/di в связи с наличием в -эмиттере небольшого ртверстия радиусом гс за счет которого уве-личивается размер первоначально включающейся площади прибора.

Эта плоигадь определяется длиной окружности отверстия, в то время как при его отсутствии вероятны случаи включения очень ограниченной площади в центре управляющего электрода.

Если отношение г /Г изменяется в пределах от 0,5 до 0,6, то стойкость di/dt улучшается в 1,5-1,6 раза практически без снижения световой чувствительности. Для этого управляющего , электрода

. ,4 20)

т].(>--\in-d)/ri\ + 2r]..\(,s, In (га/м) + р,.1п (г./г )

= (4.21)

dt С [p,s 1 ( /-5 - лп) + Ps-2 (П - Г5) I

где (м и р.,2 - поперечные сопротивления р-базы соответственно в узком и широком слоях.

Весьма похожий по форме управляющий электрод описан в [Konishi, Mori and Тапака, 1983], но в его конструкции улучшение квантовой эффективности и стойкости di/dt достигается путем вытравливания дг-эмиттерной области только в тонком слое в центре оптического электрода.

В качестве альтернативы для получения удовлетворительного компромисса между чувствительностью переключения и стойкостью du/dt были предложены различные .методы и системы компенсации. За счет встраивания в тиристор такой системы обеспечивается компенсация потенциала включения управляющего электрода потенциалом аварийного переключения (от dv/dt). [Siber,. Fnllmann, Winter, 1976]

В процессе воздействия dv/dt значительный ток течет в р-базу тиристора и собирающий электрод (рис. 4.27), который отделяется от катодного эмиттера сопротивлением Ток р-базы благодаря распределенному емкостному току при приложении dv/dt протекает через это сопротивление и создает потенциал между собирающим электродом и катодным эмиттером. При присоединении этого электрода к катодному эмиттеру свето-