фузии золота и минимальное при облучении электронами. Для платины существует явно выраженная зависимость данного соотношения от температуры и удельного электрического сопротивления.

Таким образом, золото обеспечивает наилучшее сочетание напряжения в открытом состоянии и времени выключения, а легирование платиной дает хорошие результаты при низком удельном электрическом сопротивлении и пониженной температуре. Из анализа кривых на рис. 5.9 очевидно, что диффузия платины и облучение электронами обусловливают существенно меньшие токи утечки, чем диффузия золота при том же времени жизни и высоких уровнях инжекции.

Слабые токи утечки, связанные с облучением электронами или гамма-облучением, желательны при регулировании времени жизни в тиристорных структурах. При использовании золота необходимо иметь широкую область -базы для ограничения усиления термостимулированного тока утечки. В случае облучения электронами удается воспользоваться более узкой -базой. Поэтому хотя сочетание напряжения в открытом состоянии и времени выключения настолько хорошее, как при диффузии, оно может быть существенно улучшено за счет конструирования приборов с более узкой -базой.

Типичные дозы облучения электронами составляют от 50 крад до 1,5 Мрад, причем минимальные дозы применяются для регулирования значения накопленного заряда низкочастотных тиристоров, а повышенные - для регулирования времени выключения быстродействующих тиристоров.

Использование гамма-облучения несколько ограничено из-за неблагоприятного сочетания напряжения в открытом состоянии и времени выключения. Основным преимуществом гамма-излучения является его способность пронизывать очень толстые металлические элементы при минимальной потере дозы. Это позволяет применять данный вид излучения для регулирования времени жизни в структурах готовых тиристоров [Carlson, Sun, Assalit, 1977].

Комплектные приборы могут быть изготовлены на заказ с обеспечением особенно узкого разброса таких их характеристик, как накопленный заряд. Дозы, полученные при гамма-облучении, обычно выше, чем при облучении электронами. Они изменяются в диапазоне от 1 до 100 Мрад.

Рассмотрим в заключение высокоэнергетичное протонное излучение. Преимущество использования пучка протонов заключается в возможности контроля глубины проникновения излучения. Например, для пучка протонов с энергией 3 МэВ глубина проникновения составляет 100 мкм (при облучении электронами она превышает 6 мм). Влияние протонов сходно с воздействием ионной имплантации, т. е. происходит резкое увеличение коли-

Рис. 5.11. Плотность дефектов в кремнии, созданных путем протонного облучения с энергией 4 МэВ

50 100 ISO Расстояние от noBepY.HOcma кремния , мкм

чества радиационных дефектов в той области, где заканчивается пробег протона (рис. 5.11). Поэтому при данной обработке можно располагать зону с уменьшенным временем жизни ниже поверхности кремния в узком слое с четкими границами, что в свою очередь позволяет осуществлять оптимальное регулирование любых характеристик переключения тиристора.

Теоретическое исследование, посвященное изучению отдельной зоны с уменьшенным временем жизни в центре п-базы [Temple, HcHroyd, 1983], подтвердило отличное сочетание времени выключения тиристора и напряжения в открытом состоянии. Экспериментальные результаты применения протонов для создания узких зон с небольшим временем жизни вблизи запирающих переходов тиристора и 12 представлены в [Sawko, Bartko, 1983]. Совершенно очевидны преимущества данного метода по сравнению с другими видами облучения при изготовлении тиристоров с высокими характеристиками. Его основной недостаток - необходимость проведения процесса в вакууме, что связано с дополнительными расходами. Облучение электронами можно осуществлять в воздушной среде.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что предпочтительными методами регулирования времени жизни неосновных носителей заряда являются диффузия золота или облучение электронами. Первый способ обеспечивает отличное сочетание напряжения в открытом состоянии и времени выключения. Его недостатки: большие токи утечки и существенные трудности в обеспечении хорошей однородности и воспроизводимости свойств. Гамма-облучение применяется для подгонки характеристик приборов, собранных в корпусе, а использование протонов, хотя и дорогой, но эффективный способ регулирования времени жизни в заданных областях тиристора. Легирование платиной не находит широкого применения из-за худших по сравнению с легированием золотом результатов, особенно при высоких температурах и удельном электрическом сопротивлении.

5.7. Контакты мощных тиристоров

Электрические контакты мощного тиристора предназначены для выполнения двух функций - подачи электрического тока к полупроводниковому прибору и передачи тепловой энергии, выделяемой тиристором, теплоотводу. Поэтому контакты тиристора должны быть хорошими проводниками электрического тока и тепла, иметь низкое контактное сопротивление и высокую стойкость к воздействию непрерывно изменяющихся температур.

При осаждении металла на поверхность кремния формируется контакт в виде барьера Шотки. Он является выпрямляющим контактом, если не используется сильнолегированный кремний. В последнем случае потенциальный барьер, обусловленный переходом металл - полупроводник, становится очень тонким и электроны или дырки могут изменить свое положение в результате процесса, называемого туннелированием [Sze, 1981].

Если туннелирование преобладает над проводимостью через барьер, то обусловленное переходом металл - полупроводник для кремния rt-типа сопротивление

.-ехр-, (5.4)

где Ss - диэлектрическая проницаемость кремния; т* - эффективная масса электрона; h - константа Планка; (р - высота барьера Шотки; /V,j - концентрация доноров. Соответствующее уравнение имеется и для кремния р-типа.

Очевидно, что значение контактного сопротивления Rc в значительной степени определяется высотой барьера и уровнем легирования. Поскольку фактически высота барьеров металлов ограничивается 0,4-0,9 эВ, низкое электрическое сопротивление гарантируется, при использовании высоколегированного кремния.

Контакты к полупроводникам с низким электрическим сопротивлением называются омическими.

Существуют следующие методы обеспечения омических контактов мощных тиристоров: осаждение металла на сильнолегированный слой, например катодный эмиттер тиристора; применение сплавных контактов, в частности эвтектики золота и кремния для слоев п-типа или эвтектики алюминия и кремния для слоев р-типа (см. п. 5.3.5); преднамеренное повышение поверхностной концентрации в процессе диффузии с образованием соответствующих поверхностей п + - или р -типа, которые затем металлизируются, и, наконец, использование процесса спекания.

В последнем случае слой металла нагревают до температуры ниже температуры сплавления, что обусловливает его проникновение в кремний и иногда формирование силицидов металлов, существенно снижающих высоту барьера Шотки. Перечень