может быть самым разнообразным, например линейчатым, как на рнс. 1.6. За рубежом широко известны гексагональные структуры (HEXFET), у которых по поверхности расположены шестиугольные ячейки. Получило распространение н множество других структур (SIPMOS, DMOS, TMOS н т. д.

Наличие в структуре (рнс. 1.7, а) паразитного п-р-п транзистора н днода иллюстрирует рнс. 1.7. Транзистор нормально закрыт, поскольку его база под-

* 3 Si V AI

п-канал т Т -

Рис. 1.7. Структура мощного МДП-транзистора с выделенными паразитным диодом н п-р-р транзистором (а) н его эквивалентная

схема (б)

ключена к эмиттеру через довольно низкоомное сопротивление базовой области Rt- Тем не менее наличие транзистора увеличивает ток /свыкл н обусловливает возникновение эффекта duddt. Суть его в том, что прн быстром нарастании напряжения на стоке через емкость сток-база Сбс течет ток Сбс duc/dt, способный открыть паразитный транзистор. Это может привести к пробою прибора.

Составляющие сопротивления Ясшвки включенного МДП-транзнстора иллюстрирует рис. 1.8. Составляющие i? н Rc малы, так как обусловлены объемными сопротивлениями ннзкоомных л+- и л++-областен. Составляющие Ra, Ri н Roi более значительны. Их уменьшению способствует большая площадь п+-области, занимающая весь кристалл.

Первые отечественные мощные МДП-транзисторы КП901 н КП904 отдавали на частоте 100 МГц мощность 10 и 50 Вт соответственно, а приборы КП902 - мощность до 1,2 Вт иа частоте 0,4 ... 0,9 ГГц. Приборы КП905 и КП908 обеспечивают мощность 1 Вт на частоте 1 н 1,9 ГГц, а КП907- мощность до 5 Вт на частотах до 1 ГГц. Все этн приборы имеют горизонтальную структуру. Приборы с вертикальной структурой КП909-КП941 позволяют получить мощности 10 ... 300 Вт на частотах до 0,4 ... 1 ГГц. Коэффициент усиления по мощности достигает 4... 15 дБ, а коэффициент полезного действия в генераторных схемах 45... 60%. Рабочие напряжения i/cH обычно не превышают 70 В, а напряжение питания генераторных схем лежит

в пределах 12... 50 В. Подобными параметрами характеризуются н зарубежные приборы данного класса.

Этн данные свидетельствуют о широких возможностях применения мощных МДП-транзнсторов в технике радиопередающих устройств ВЧ- н СВЧ-Днапазона. Дополнительно следует отметить малый уровень паразитных

Защитмий дизлемтрйм 3

Рис. 1.8. Составляющие полного сопротивления включенного мощного МДП-транзнстора

гармоник УВЧ- н СВЧ-уснлнтелей мощности на этих приборах н повышенную эксплуатационную надежность. По значениям Рвых н / приборы обеспечивают полное перекрытие потребностей передающей аппаратуры переносных, перевозимых и стационарных радиостанций различного назначения.

1.3. Мощные ключевые полевые транзисторы

Как отмечалось, уже первые исследования ключевого режима мощных МДП-транзисторов с горизонтальной структурой, проведенные в СССР в конце 70-х годов [11, 13, 14], показали их уникальные импульсные свойства. К ним относятся: малые (до долей наносекунд) времена переключения, простота запуска, отсутствие эффекта накопления избыточных зарядов в структуре н медленного их рассасывания, нулевое остаточное напряжение прн f/CH=0, большие переключаемые токн, малые динамические потерн прн переключении и др. В дальнейшем эти свойства были обнаружены н у генераторных приборов с вертикальной структурой [9, 10]. Из этих исследований был сделан вывод о перспективности ключевого режима мощных ПТ н необходимости создания нового класса таких приборов - высоковольтных н сильноточных мощных ключевых ПТ. В последующие годы этот прогноз полностью подтвердился.

К сожалению, требования к приборам для импульсных и ключевых схем обычно сильно отличаются от требований к генераторным приборам. Например, для большинства передатчиков напряжение питания редко превышает 50... 60 В (так, бортовая сеть имеет типовые напряжения 12... 28 В). В то же время многие применения ключевых приборов, например преобразователи бестрансформаторных источников электропитания от сети переменного тока 220 ... 380 В, требуют разработки приборов с t/си до сотен вольт. Для ключевых приборов весьма желательны как можно меньшие значения

СИ вкл.

В таких условиях далеко не всегда удается подобрать генераторные приборы для импульсных применений. В связи с этим был разработан ряд типов специальных ключевых мощных МДП-транзнсторов. В табл. 1.1 приведены данные об отечественных ключевых мощных МДП-транзнсторах с вертикальной структурой. Следует отметить, что за рубежом выпускаются

Таблица 1.1. Параметры мощных отечественных ключевых МД П-траизисторов

многие сотни типов таких приборов и они являются быстроразвиваю1инмся и перспективным классом мощных полупроводниковых приборов [3-6].

Структура и типы корпусов ключевых приборов обычно не имеют су щественных отличий от генераторных приборов. Просто структура импульсных (ключевых) приборов оптимизируется под их основные параметры ((СИиакс, /с макс, Сц ИЛИ Сзи н i?cH вкл). Прн ЭТОМ представляет интерес связь между ОСНОВНЫМИ параметрами. Такая связь дается на рис I 9 для указанных выше параметров (вместо t/сииакс указаны пробивные напряжения t/проб). Из рнс. 1.9 ЯСНО, что нельзя произвольно выбирать параметры приборов. Например, повышение УсПмакс или t/npoe неизбежно ведет к увеличению си вил, уменьшение /?св вкл н увеличение /с иакс приводятк увеличению Си

(т. е. к увеличению времен переключении и т. д ). Тем не менее по улучшению всех параметров мощных МДП-транзисторов достигнуты значительные

Рис. 1.9. Соотношения между предельными значениями основных параметров мощных МДП-транзисторов; ) проб В; 2) tnnnfi =500 В; 3) и к =100 В

проб

проб

результаты. Большинство приборов этого типа являются п-канальными, однако в настоящее время ведется интенсивная разработка н р-канальных приборов, а число их типов непрерывно растет.

1.4. Мощные полевые транзисторы со статической индукцией

Еще в начале 50-х годов Шокли я Нишидзава предложили ПТ с управляющим переходом, имеющие семейства ВАХ, подобные тем, которые имеют ламповые триоды. В дальнейшем онн получили название транзисторов со

9 93

SiOi

©О©©©

Рис. 1 10. Структура транзисторов со статической индукцией (СИТ)

Рнс. 1 11 Структура СИТ японской фирмы Sony

статической индукцией (СИТ), что подчеркивало общность физических процессов управления током стока с током анода у ламп.

В первых образцах мощных СИТ (рис. 1.10 [29]) р+-сетка выполняет роль затвора, управляющего током, текущим через п+-п-п+ структуру. Область п~ с малой концентрацией примесей позволяет увеличить рабочие напряжения на стоке и отдалить сток от сетки, что уменьшает проходную емкость. Однако входная емкость у таких приборов значительна.

Транзисторы со статической индукцией японской фирмы Sony (рис. 1.11) имеют множество (несколько тысяч) ячеек с вертикальной структурой, изолированных слоем окисла толщиной около 2 мкм. Это позволяет увеличить мощность приборов и рабочие токн. На рис. 1.12, а показано семейство вы-

Таблнца 1.3. Параметры мощных СИТ фирмы Tokin

20 W SO U,B Щ,В-8 О

а) d)

Рнс. 1.12. Семейство выходных ВАХ СИТ (а) н его передаточные характеристики (б)

ходных ВАХ одного из таких приборов, а иа рис. 1.12, б -его передаточные характернстнкн. Они имеют довольно протяженный линейный участок. Это в сочетании с малым внутренним сопротивлением Ri делает такие приборы перспективными для высококачественных (класса HiFi) усилителей мощности звуковых частот. Наклон зависимости /с {Um, f/зи) прн Узи=0 определяет параметр Rc вкл - сопротивление СИТ во включенном состоянии. Данные отечественных СИТ приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Параметры отечественных СИТ

параметрах СИТ фирмы Tokin. Самый мощный из указанных приборов имеет №имакс=1,5 кВ прн максимальном токе стока /смакс=180 А. Времена переключения приборов 200... 500 не, т. е. значительны, мощность переключения 270 кВт, причем онн могут рассеивать мощность до 3 кВт. Стоп-мость приборов лежит в пределах 38... 544 дол. США прн поставке 100 шт. в партии.

Несмотря на такие высокие показатели СИТ намного уступают мощным МДП-транзнсторам по числу выпускаемых типов н быстродействию. Малые Леи вкл У приборов этого класса могут быть достигнуты при прямой полярности напряжения на затворе. Прн этом физика работы СИТ (биполярный режим) напоминает работу обычного биполярного транзистора. Скорость переключения приборов в таком режиме падает, н появляется явление насыщения и медленного рассасывания избыточных зарядов. В этом случае уменьшение Ren вкл (порою более чем на порядок) окупается слишком высокой ценой.

1.5. Новые типы мощных полевых транзисторов и модули на их основе

Несмотря на большие успехи в развитии мощных ПТ по предельным энергетическим параметрам (рабочим напряжениям, токам и рассеиваемым мощностям) они уступают биполярным приборам. Еще в 1978 г. авторами было предложено сочетание структур биполярного н полевого транзисторов. Мощный МДП-транзистор включался между базой н коллектором еще более мощного биполярного транзистора. Это вело к увеличению /с н крутизны S в (/i2i+l) раз, где Aji - коэффициент передачи тока базы. Было также показано, что у такого комбинированного прибора биполярный транзистор не на!сыщается, а управление требует ничтожной мощности. К сожалению, прибор, названный побнстором (от слов полевой н биполярный транзисторы), был реализован только в дискретном исполненнн. В качестве управляющего

------- МДП-транзнстора использовалась УМДП-структура.

Значительно позднее были описаны подобные приборы, у которых в ка-В производстве силовых СИТ для энергетических установок лидерств честве управляющего использовался HEXFET МДП-транзнстор. Прн принадлежит японской фирме Tokin [31]. В табл. 1.3 приведены данные г Сдикс = 20 А и №и мзкс = 500 В прибор имел Лс11вкл<0,3 Ом. И лишь недавно

* Значение режим работы).

указано при открытом управляющем переходе (биполярны