МОП-транзистор очень похож на диффузионно-планарный тиристор с МОП-управляющим электродом, выполненным Между катодным эмиттером тиристора и п-базой.

Прибор во включенном состоянии (МОП-управляющий электрод положительный, катод отрицательный) имеет два рабочих режима. Если его ток ниже тока схватывания тиристора, то вольт-амперная характеристика прибора такая же, как у МОП-транзистора - последовательно включенного прямо смещенного диода. Если же ток превышает ток схватывания тиристора, то прибор обладает свойствами тиристора. В выключенном состоянии прибор функционирует как тиристор, блокирующий прямой и обратный ток.

Рассмотренные конструкции тиристор - МОП-транзистор выпускаются под различными названиями: TGT, GEMFET и COMFET. Однако это одни и те же приборы, отличающиеся друг от друга только своей геометрией, с одинаковым по всей площади базовым элементом.

Тиристорное подхватывание нежелательно, поскольку для высокочастотных применений более предпочтительно полное управление с помощью управляющего электрода. Для предотвращения эффекта схватывания надежно шунтируется катодный эмиттер (рис. 4.41); используется усиленное легирование в области р-базы, что приводит к значительному снижению коэффициента передачи п-р-п-транзистора.

Следующая проблема при конструировании этих приборов заключается в том, что благодаря инжекции неосновных носителей из р-анода его время выключения не превышает время выключения МОП-транзистора. Это обусловлено наличием анодного р-эмиттера, что, в свою очередь, приводит к снижению падения напряжения в открытом состоянии, поскольку как в обычном тиристоре падение напряжения в п-базе снижается благодаря модуляции проводимости за счет инжектированных .чырок.

Эта проблема решается так же, как и в случае быстродействующих тиристоров, например, за счет их облучения электронами [Baliga, 1983, в]. Без регулирования времени жизни носителей заряда время выключения находится в пределах от 10 до 50 мкс, а при облучении электронами оно снижается до 200 не. Однако при сильном облучении возрастание падения напряжения в открытом состоянии становится чрезмерным. Несмотря на увеличенное падение напряжения, тиристоры - МОП-транзисторы имеют гораздо лучшие характеристики в открытом состоянии, чем мощные МОП-транзисторы.

ПРОИЗВОДСТВО мощных ТИРИСТОРОВ

Типичная последовательность технологического процесса изготовления мощных тиристоров показана на рис. 5.1.

Исходным материалом служит высокочистый бездислокационный кремний п-типа, полученный способом зонной плавки. В нем за счет диффузии акцепторной примеси формируют основные переходы прибора, блокирующие напряжение, а затем проводят диффузию донорной примеси для создания эмиттера. На заключительной стадии изготовляют металлические контакты, снимают фаску и пассируют поверхность высоковольтных переходов. Готовый базовый элемент монтируют в соответствующем корпусе, обеспечивающем присоединение сильноточных выводов, теплоотвода и защиту элемента от действия высоких напряжений.

Существует почти столько же вариантов проведения данных базовых технологических процессов при изготовлении мощных тиристоров, сколько и типов приборов.

Не вызывает сомнений необходимость применения различных процесссГв для реализации специфичной геометрии со стороны анода асимметричных и запираемых тиристоров, симисторов, однако и обычные тиристоры можно изготовлять с использованием разнообразных технологий. Целью данной главы является рассмотрение многих процессов, нащедщих практическое применение при производстве мощных тиристоров, без знания которых нельзя не только сконструировать тиристоры, но и понять принципы их работы.

Хотя некоторые технологические процессы, применяемые при изготовлении мощных тиристоров и производстве других полупроводниковых приборов, например транзисторов, диодов и ИС, на первый взгляд похожи, имеется и несколько существенных отличий.

1. Толщина самих кремниевых пластин определяется требуемыми напряжением пробоя и потерями в проводящем состоянии, поэтому при изготовлении мощных тиристоров применяются и довольно толстые пластины. В связи с этим могут возникнуть проблемы при обработке пластин, исключающиеся, например, при производстве ИС, когда толщина пластин определяется с учетом удобств при их изготовлении и транспортировке.

2. В случае мощных тиристоров необходимы глубокие диффузионные переходы, позволяющие реализовать высокие допустимые напряжения. В сочетании с большими площадями, на которых формируются приборы, это обусловливает повышенные требования к однородности процесса диффузии.

3. Для получения приборов с приемлемыми потерями мощности требуется обеспечить большое время жизни неосновных но-

138

Пассивация /7+

Исходный кремний

Да(рсрузия акцепторной примеси

Да(рсрузия донорной примеси для создания эмиттера

Формирование эмиттерной области п-типа

Р+ Металл

\.........

Осаждение пленок металлов и срормароВание рисунка В слое металлизаи,ии

Металл

Формирование сраски и пассивация

Рис. 5.1. Типичная последовательность технологического процесса при изготовлении мощных тиристоров

сителей заряда в структуре готового прибора. Это достигается за счет глубокой диффузии и минимального загрязнения в процессе обработки, исключающего введение примесей, обусловливающих уменьшение времени жизни носителей.

4. В случае активной структуры используются обе поверхности кремниевой пластины. Условия нерабочей стороны полупроводниковой пластины с ИС обычно не критичные, поэтому допустимы незначительные дефекты, связанные, в частности, с оборудованием для транспортировки пластин. В мощных тиристорах, и в первую очередь в приборах с конструктивными эле-