Мощный полупроводниковый резистор-шунт и способ его изготовления
Владельцы патента RU 2388113:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) (RU)
Изобретение относится к конструированию и технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых резисторов таблеточного исполнения, в частности резисторов-шунтов, характеризующихся низким значением номинального сопротивления 0,2÷1 мОм с пониженной температурной зависимостью сопротивления в рабочем интервале температур. Техническим результатом изобретения является расширение интервала номинальных сопротивлений в область низких значений (≤5 мОм) при сохранении температурной стабильности и себестоимости изготовления и, как следствие, расширение функциональных возможностей мощных кремниевых резисторов - использование их в качестве шунтов. Сущность изобретения: в мощном полупроводниковом резисторе, состоящем из резистивного элемента, выполненного в виде кремниевого диска n-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением от 7 Ом·см до 120 Ом·см, содержащего радиационные дефекты, резистивный элемент состоит из сильнолегированной n+-подложки и тонкого высокоомного эпитаксиального n-слоя, при этом радиационные дефекты имеют концентрацию Npд [см-3] в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя ρn0 [Ом·см] от 4·1013 см-3 для ρn0=120 Ом·см до 7.5·1014 см-3 для ρn0=7 Ом·см, при этом радиационные дефекты получают путем облучения ускоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом. 2 н.п. ф-лы, 4 табл, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к конструированию и технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых резисторов таблеточного исполнения, в частности резисторов-шунтов, характеризующихся низким значением номинального сопротивления 0,2÷1 мОм с пониженной температурной зависимостью сопротивления в рабочем интервале температур.
Известен мощный полупроводниковый резистор-шунт (Асина С.С., Смирнов А.А., Карпинский В.Н., Кондрашов Е.И. «Исследование возможности применения мощных кремниевых шунтов в системе питания сверхпроводящего ускорителя». Электротехника, №9, 2006, стр.70 [1]), состоящий из резистивного элемента, выполненного в виде диска из монокристаллического кремния n-типа электропроводности диаметром 70 мм (площадь диска S [см2]=38,48 см2), толщиной h [см], равной 0,2 см, с удельным сопротивлением ρ [Ом·см], равным 0,1 Ом·см, что позволило получить значение номинального сопротивления резистора-шунта Rном [Ом], равным 0,5·10-3 Ом, согласно
Такое значение сопротивления полупроводникового резистора необходимо при использовании его как для выравнивания быстро нарастающих токов параллельно соединенных мощных быстродействующих тиристоров, так и в качестве датчиков тока для мониторинга процессов и защиты энергосистемы [1]. Однако его температурная характеристика (ТХС) в рабочем интервале температур превышает 100% и не может быть минимизирована известными методами, из-за очень низкого значения удельного сопротивления кремния, равного 0,1 Ом·см.
Известен способ изготовления мощного кремниевого резистора (Патент РФ №2169411, кл. H01L 29/30, 21/263, опубл. 20.06.2001 [2]), включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов путем облучения ускоренными электронами энергией Е [МэВ], равной 2÷5 МэВ, с последующим термическим отжигом. Дозу облучения Ф [см-2] выбирают из интервала от 3,4·1015 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=120 Ом·см до 2·1016 см-2 для кремния с ρ0=20 Ом·см. Термический отжиг проводят при температуре Тотж=200°С. Под исходным удельным сопротивлением понимается удельное сопротивление кремния до операции облучения и отжига.
Однако минимальное значение номинального сопротивления, которое может быть получено с помощью данного метода для кремния с минимальным значением ρ0=20 Ом·см и диаметром кремниевого диска 70 мм, составит не менее 16 мОм, что является неприемлемым для решения конкретной задачи [1].
Известен также мощный полупроводниковый резистор (Патент РФ №2284610, кл. H01L 21/263, опубл. 27.09.2006 (прототип) [3]), состоящий из резистивного элемента, выполненного в виде кремниевого диска n-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением от 7 Ом·см до 120 Ом·см, содержащего радиационные дефекты.
Температурная характеристика сопротивления такого резистора соответствует норме ТХС≤±10%, однако, минимальное значение номинального сопротивления, которое может быть достигнуто согласно [3], например, на кремниевом диске диаметром 70 мм, с минимальным значением исходного удельного сопротивления ρ0=7 Ом·см, будет не менее 6 мОм, что является недостаточным для резисторов-шунтов. Обусловлено это, с одной стороны, низким ρ0, с другой стороны, минимально возможной толщиной кремниевого диска (около 160 мкм) с точки зрения механической прочности.
Наиболее близким является способ изготовления мощного полупроводникового резистора [3], включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов путем облучения ускоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом.
Доза облучения (Ф) в этом способе выбиралась из интервала от 1,1·1015 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=120 Ом·см до 2,1·1016 см-2 для кремния с ρ0=7 Ом·см. Термический отжиг проводили в интервале температур Тотж=260-280°С. Данный способ позволил изготовить резисторы из кремния с ρ0=7 Ом·см, то есть расширил область низких значений Rном, при незначительном увеличении себестоимости изготовления. Однако минимальное значение Rном, которое можно получить на кремниевом диске диаметром 70 мм с ρ0=7 Ом·см при минимально возможной толщине диска около 160 мкм, составит не менее 6 мОм, что является также недостаточным.
Техническим результатом предлагаемого решения является расширение интервала номинальных сопротивлений в область низких значений (≤5 мОм) при сохранении температурной стабильности и себестоимости изготовления и, как следствие, расширение функциональных возможностей мощных кремниевых резисторов - использование их в качестве шунтов.
Для достижения технического результата в известном мощном полупроводниковом резисторе, состоящем из резистивного элемента, выполненного в виде кремниевого диска n-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением от 7 Ом·см до 120 Ом·см, содержащего радиационные дефекты, резистивный элемент состоит из сильнолегированной n+-подложки и тонкого высокоомного эпитаксиального n-слоя, при этом радиационные дефекты имеют концентрацию NРД [см-3] в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя ρn0 [Ом·см] от 4·1013 см-3 для ρn0=120 Ом·см до 7.5·1014 см-3 для ρn0=7 Ом·см.
В известном способе изготовления мощного полупроводникового резистора, включающего создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов путем облучения укоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом, проводят облучение дозой Ф [см-2] в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя ρn0 от 1,6·1015 см-2 для ρn0=120 Ом·см до 3,1·1016 см-2 для ρn0=7 Ом·см, термический отжиг проводят в интервале температур 305÷325°С.
К отличительным признакам предлагаемого технического решения относятся:
1. Резистивный элемент состоит из сильнолегированной n+-подложки и тонкого высокоомного эпитаксиального n-слоя с исходным удельным сопротивлением (ρn0) в интервале 7÷120 Ом·см;
2. Радиационные дефекты в высокоомном эпитаксиальном n-слое имеют концентрацию в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального n-слоя (ρn0) от 4·1013 см-3 для ρn0=120 Ом·см до 7.5·1014 см-3 для ρn0=7 Ом·см;
3. Радиационные дефекты вводят облучением резистивного элемента ускоренными электронами дозой Ф в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя ρn0 от 1,6·1015 см-2 для ρn0=120 Ом·см до 3,1·1016 см-2 для ρn0=7 Ом·см;
4. Термический отжиг проводят в интервале температур 305÷325°С.
Известных технических решений с такой совокупностью признаков в патентной и научной литературе не обнаружено.
Основными положительными эффектами предлагаемых технических решений являются:
- расширение интервала номинальных сопротивлений в область низких значений за счет использования тонких высокоомных эпитаксиальных кремниевых пленок n-n+-типа. Например, при использовании резистивного элемента диаметром 70 мм с толщиной высокоомного эпитаксиального n-слоя ~10 мкм и исходным удельным сопротивлением этого слоя ρn0=7 Ом·см, после его облучения ускоренными электронами дозой 3,1·1016 см-2 с последующим отжигом при температуре 310°С, можно получить резистор, имеющий значение Rном≈0,25 мОм, в 24 раза меньшим, чем при использовании прототипа [3]. При этом сохраняется высокая температурная стабильность сопротивления (ТХС≤±10%) в широком интервале рабочих температур (125÷210°С) без существенного увеличения себестоимости изготовления;
- расширение функциональных возможностей мощных полупроводниковых резисторов, например возможность использования их в качестве шунтов;
На фиг.1 приведена конструкция резистивного элемента, заявляемого мощного полупроводникового резистора-шунта. Кремниевый диск резистивного элемента состоит из толстой сильнолегированной n+-подложки 1 и тонкого высокоомного эпитаксиального n-слоя 2. Омические контакты обеспечиваются созданием приконтактных сильнолегированных n++-областей 3 и их металлизацией 4. Для минимизации температурной зависимости сопротивления в структуру вводят радиационные дефекты с помощью облучения ускоренными электронами (е-). Для устранения краевых эффектов диск имеет фаску 5, торцевая поверхность которой защищена кремнийорганическим компаундом 6.
Величина номинального сопротивления резистора-шунта Rном [Ом] после облучения и отжига оценивается по формуле
где ρn [Ом·см] - удельное сопротивление высокоомного эпитаксиального n-слоя после облучения и отжига;
hn [см] - толщина высокоомного эпитаксиального слоя;
ρn+ [Ом·см]- удельное сопротивление n+-подложки после облучения и отжига;
hn+ [см]- толщина n+-подложки;
S [см2] - площадь кремниевого диска.
Следует иметь в виду, что после облучения и отжига, требуемых для обеспечения ТХС≤±10%, исходное удельное сопротивление высокоомного эпитаксиального слоя
ρn0 увеличивается примерно в 2 раза, то есть ρn≈2·ρn0.
Обычно толщина n+-подложки больше толщины эпитаксиального n-слоя в ~30÷40 раз, тем самым обеспечивается механическая прочность резистивного элемента, ее удельное сопротивление ρn+ примерно на 3 порядка меньше удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя (ρn), то есть сопротивлением подложки можно пренебречь.
Границы предлагаемого интервала исходного удельного сопротивления эпитаксиального слоя ρn0=7÷120 Ом·см обосновываются тем, что при ρn0>120 Ом·см максимально допустимая температура резистора-шунта (Trm) становится менее 130°С, что является не допустимым согласно требованиям технических условий на высокотемпературные резисторы; при рn<7 Ом·см резко увеличивается себестоимость процесса облучения за счет увеличения времени облучения (более 5 часов).
Выбор интервалов концентраций радиационных дефектов NРД=4·1013÷7,5·1014 см-3 после облучения и термического отжига, согласованных с ними доз облучения ускоренными электронами Ф=1,6·1015÷3,1·1016 см-2 и температур отжига Тотж=305÷325°С в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального n-слоя (ρn0) обосновывается в конкретном примере исполнения на основе данных, представленных в таблицах 1-3 и фиг.2.
На фиг.2 представлены эмпирические зависимости необходимых концентраций радиационных дефектов NРД после облучения и отжига (значения по правой оси ординат), вводимых в резистивный элемент и соответствующих им доз облучения Ф (значения по левой оси ординат) ускоренными электронами (3,5 МэВ) в зависимости от исходного удельного сопротивления кремния ρ (значения по оси абсцисс) при изготовлении резистивных элементов по прототипу (1, 2) и согласно предлагаемому техническому решению (3, 4). На фиг.2:
- цифрой 1 обозначена зависимость дозы облучения ускоренными электронами от исходного удельного сопротивления резистивного элемента при изготовлении резистивного элемента по прототипу [3];
- цифрой 2 обозначена зависимость концентрации радиационных дефектов после облучения и отжига (Тотж=280°С) от исходного удельного сопротивления кремния при изготовлении резистивного элемента по прототипу [3];
- цифрой 3 обозначена зависимость дозы облучения ускоренными электронами от исходного удельного сопротивления эпитаксиального n-слоя при изготовлении резистивного элемента согласно предлагаемому техническому решению;
- цифрой 4 обозначена зависимость концентрации радиационных дефектов после облучения и отжига (Тотж=315°С) от исходного удельного сопротивления эпитаксиального n-слоя при изготовлении резистивного элемента согласно предлагаемому техническому решению.
Например, при изготовлении резистивного элемента по прототипу из кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=20 Ом·см потребуется доза облучения ускоренными электронами (зависимость 1) 6,6·1015 см-2, чтобы после отжига при Тотж=280°С в течение 1 часа концентрация радиационных дефектов составила
2·1014 см-3 (зависимость 2), что обеспечит ТХС≤±10%.
При изготовлении предлагаемого резистивного элемента при использовании эпитаксиальной n-n+-структуры с исходным удельным сопротивлением высокоомного эпитаксиального n-слоя ρn0=20 Ом·см потребуется доза облучения ускоренными электронами (зависимость 3) 1·1016 см-2, чтобы после отжига при Тотж=315°С в течение 1 часа получить концентрацию радиационных дефектов, равную 2,5·1014 см-3 (зависимость 4), что позволит обеспечить ТХС≤±10%.
Пример конкретного исполнения
При изготовлении экспериментальных образцов резистивных элементов, выполненных в виде кремниевых дисков диаметром 70 мм, состоящих из толстой hn+=380 мкм сильнолегированной сурьмой n+-подложки (КЭС) с удельным сопротивлением ρn+=0,01 Ом·см и тонкого hn=20 мкм высокоомного эпитаксиального n-слоя, легированного фосфором (КЭФ), с исходным удельным сопротивлением ρn0=7, 20 и 120 Ом·см были использованы предлагаемый и известный способы. Изготовление проводили по следующей схеме:
- вырезка резистивных элементов диаметром 72 мм из кремниевых эпитаксиальных структур 
и 
диаметром 76 мм;
вырезка необходима для удаления краевого дефектного слоя;
- создание приконтактных n++-областей путем диффузии фосфора, обеспечивающей глубину n++-слоя около 5 мкм и поверхностную концентрацию фосфора ~1020 см-3;
- создание омических контактов толщиной металлизации ~12 мкм, диаметром 70 мм путем напыления алюминия с последующим вжиганием;
- снятие фасок с торцевой поверхности дисков до границы алюминиевого контакта;
- измерение сопротивления резистивных элементов;
- облучение и отжиг резистивных элементов, изготовленных:
1) из кремния с исходным удельным сопротивлением 120 Ом·см,
Ф=1,1·1015 см-2 (Тотж=280°С) - прототип.
Ф=1,5·1015 см-2 (Тотж=300, 305, 315, 325, 330°С),
Ф=1,6·1015 см-2 (Тотж=280, 300, 305, 315, 325, 330°С),
Ф=1,7·1015 см-2 (Тотж=300, 305, 315, 325, 330°С).
2) из кремния с исходным удельным сопротивлением 20 Ом·см,
Ф=6,6·1015 см-2 (Тотж=280°С) - прототип.
Ф=0,9·1016 см-2 (Тотж=300, 305, 315, 325, 330°С),
Ф=1,0·1016 см-2 (Тотж=280, 300, 305, 315, 325, 330°С),
Ф=1,1·1016 см-2 (Тотж=300, 305, 315, 325, 330°С).
3) из кремния с исходным удельным сопротивлением 7 Ом·см,
Ф=2,1·1016 см-2 (Тотж=280°С) - прототип.
Ф=3,0·1016 см-2 (Тотж=300, 305, 315, 325, 330°С),
Ф=3,1·1016 см-2 (Тотж=280, 300, 305, 315, 325, 330°C),
Ф=3,2·1016 см-2 (Тотж=300, 305, 315, 325, 330°С).
Облучение проводили электронами с энергией 3,5 МэВ при комнатной температуре. Термический отжиг проводили в инертной среде в течение одного часа (времени, достаточного для завершения структурной перестройки радиационных дефектов);
- измерение сопротивления резистивных элементов после облучения и отжига;
- травление торцевой поверхности резистивных элементов, защита кремнийорганическим компаундом (ВГС) с последующей сушкой при температуре 180°С в течение 6 часов;
- измерение основных параметров и характеристик (номинальное сопротивление, ВАХ, температурная характеристика сопротивления и др.).
Измерение номинального сопротивления проводилось миллиомметром GW Instek GOM-802 четырехпроводным методом амперметра-вольтметра с точностью ±(0,001·Rизмеряемое+6 мкОм) в корпусе с двумя потенциальными выводами при усилии сжатия 36 кН.
Для сравнения были изготовлены так же экспериментальные образцы резисторов по прототипу [3] из кремния диаметром 70 мм, толщиной, равной суммарной толщине подложки и эпитаксиального слоя заявляемого резистивного элемента, то есть 380 мкм+20 мкм=400 мкм, с исходным удельным сопротивлением 7, 20 и 120 Ом·см. Для статистической обработки количество образцов с различным сочетанием исходного удельного сопротивления, режимов облучения и отжига было не менее 10 каждой вариации.
Усредненные значения номинального сопротивления (Rном) и ТХС резистивных элементов, изготовленных по прототипу [3] и предлагаемому техническому решению, приведены в таблицах 1-3.
Сравнительный анализ параметров и характеристик резистивных элементов показывают, что использование тонкого эпитаксиального n-слоя с исходным удельным сопротивлением ρn0 от 7 до 120 Ом·см с введением радиационных дефектов с концентрацией NРД от 4·1013 см-3 для ρn0=120 Ом·см до 7,5·1014 см-3 для ρn0=7 Ом·см путем облучения резистивных элементов ускоренными электронами (3,5 МэВ) дозой Ф от 1,6·1015 см-2 для ρn0=120 Ом·см до 3,1·1016 см-2 для ρn0=7 Ом·см (см. фиг.2) позволяет значительно уменьшить номинальное сопротивление мощного кремниевого резистора-шунта в сравнении с прототипом
| для ρn0=120 Ом·см | Rном уменьшается с 310 мОм | до 9,4 мОм, |
| для ρn0=20 Ом·см | Rном уменьшается с 51,6 мОм | до 1,58 мОм, |
| для ρn0=7 Ом·см | Rном уменьшается с 18 мОм | до 0,54 мОм |
при сохранении максимально допустимой рабочей температуры резистивных элементов и низкой себестоимости их изготовления. Такие резисторы могут быть использованы в качестве шунтов.
| Таблица 1 | ||||
| Исходное удельное сопротивление* 120 Ом·см | ||||
| Максимально допустимая температура резистивных элементов (Trm) 130÷135°С | ||||
| Техническое решение | Доза облучения Ф, см-2 | Температура отжига, °С | Сопротивление, Rном, мОм | ТХС, % |
| Прототип | 1,1·1015 | 280 | 310 | ±8 |
| Предлагаемое техническое решение | 1,5·1015 |
300 | 8,8 | +18 |
| 305 | 8,9 | +16 | ||
| 315 | 9,0 | +13 | ||
| 325 | 9,0 | +17 | ||
| 330 | 8,9 | +20 | ||
| 280 | 8,6 | +17 | ||
| 300 | 8,9 | +13 | ||
| 1,6·1015 | 305 | 9,2 | +9 | |
| 315 | 9,4 | ±2 | ||
| 325 | 9,5 | -8 | ||
| 330 | 9,7 | -14 | ||
| 1,7·1015 | 300 | 10,3 | -19 | |
| 305 | 10,2 | -16 | ||
| 315 | 10,0 | -14 | ||
| 325 | 10,3 | -17 | ||
| 330 | 10,5 | -20 |
| Таблица 2 | ||||
| Исходное удельное сопротивление* 20 Ом·см | ||||
| Максимально допустимая температура резистивных элементов (Trm)=180÷185°С | ||||
| Техническое решение | Доза облучения Ф, см-2 | Температура отжига, °С | Сопротивление Rном, мОм | ТХС, % |
| Прототип | 6,6·1015 | 280 | 51,6 | ±4 |
| Предлагаемое техническое решение | 0,9·1016 | 300 | 1,45 | +19 |
| 305 | 1,5 | +17 | ||
| 315 | 1,55 | +14 | ||
| 325 | 1,53 | +16 | ||
| 330 | 1,51 | +18 | ||
| 1·1016 | 280 | 1,48 | +18 | |
| 300 | 1,5 | +14 | ||
| 305 | 1,54 | +8 | ||
| 315 | 1,56 | ±6 | ||
| 325 | 1,58 | -9 | ||
| 330 | 1,61 | -13 | ||
| 1,1·1016 | 300 | 1,7 | -18 | |
| 305 | 1,68 | -16 | ||
| 315 | 1,66 | -13 | ||
| 325 | 1,7 | -15 | ||
| 330 | 1,74 | -19 |
| Таблица 3 | ||||
| Исходное удельное сопротивление* 7 Ом·см | ||||
| Максимально допустимая температура резистивных элементов (Trm) 200÷210°С | ||||
| Техническое решение | Доза облучения Ф, см-2 | Температура отжига, °С | Сопротивление Rном, мОм | ТХС, % |
| Прототип | 2,1·1016 | 280 | 18,0 | ±6 |
| Предлагаемое техническое решение | 3·1016 | 280 | 18,0 | ±6 |
| 300 | 0,5 | +18 | ||
| 305 | 0,51 | +15 | ||
| 315 | 0,52 | +12 | ||
| 325 | 0,52 | +17 | ||
| 330 | 0,51 | +19 | ||
| 3,1·1016 | 280 | 0,48 | +18 | |
| 300 | 0,5 | +12 | ||
| 305 | 0,52 | +5 | ||
| 315 | 0,54 | ±8 | ||
| 325 | 0,55 | -9 | ||
| 330 | 0,56 | -15 | ||
| 3,2·1016 | 300 | 0,59 | -20 | |
| 305 | 0.57 | -15 | ||
| 315 | 0,57 | -13 | ||
| 325 | 0,59 | -16 | ||
| 330 | 0,6 | -18 | ||
| * Примечание: для прототипа - исходное удельное сопротивление кремния до облучения и отжига (ρ0), для предлагаемого технического решения - исходное удельное сопротивление высокоомного эпитаксиального слоя (ρn0). |
Отклонение дозы облучения и связанной с ней концентрации дефектов на ±10% или температуры на ±10°С от указанной в предлагаемом техническом решении приводит к недопустимому ухудшению ТХС (норма для ТХС≤±10%). Так же показано, что использовать дозу облучения по предлагаемому способу, а отжиг по прототипу (Тотж=280°С) недопустимо, так как ТХС таких элементов превышает норму. Таким образом, подтверждается необходимость и достаточность отличительных признаков предлагаемого технического решения.
Отличие режимов облучения и отжига от указанных в прототипе [3], по-видимому, обусловлено образованием другой совокупности радиационных дефектов в эпитаксиальном n-слое после, так называемого, «отрицательного» отжига.
К преимуществам предлагаемой конструкции и способа изготовления мощного полупроводникового резистора-шунта относятся:
- возможность расширения границ номинального сопротивления резисторов в область низких значений при сохранении температурной стабильности и себестоимости изготовления;
- расширение функциональных возможностей мощных полупроводниковых резисторов - использование их в качестве шунтов.
Например, в системе эвакуации энергии в аварийных режимах эксплуатации сверхпроводящего ускорителя «Нуклотрон» используется ключ, состоящий из четырех параллельно соединенных мощных быстродействующих тиристоров ТБ373-2000-20 [1].
Для выравнивания быстро нарастающих токов использовались мощные резисторы-шунты с номиналом Rном=0,5 мОм, сопоставимым с динамическим сопротивлением тиристора (rT). Однако из-за того, что ТХС таких резисторов-шунтов превышала +100%, их применимость в качестве датчиков для мониторинга распределения тока ограничена максимально допустимым перегревом резистивного элемента, не превышающим 30°С.
Предлагаемое техническое решение позволяет изготовить резисторы с Rном=0,5 мОм, ТХС≤±10% и допустимым перегревом не менее 100°С и, как следствие, увеличить выделяемую мощность примерно в три раза. Работа предлагаемых резисторов-шунтов в устройстве [1] заключается в следующем: при параллельном включении тиристоров сопротивление резисторов-шунтов является добавочным (балластным) и способствует выравниванию токов в параллельных цепях. Кроме того, поскольку собственная индуктивность таблеточных резисторов ничтожна мала, они могу быть использованы как датчики тока, для этого в корпусе должны быть потенциальные выводы. То есть при протекании силового тока через токовые контакты резистора с потенциальных контактов снимается потенциал (падение напряжения) и подается на регистрирующий прибор с целью мониторинга и т.п.
В таблице 4 показана возможность расширения нижней границы номинальных сопротивлений уже имеющихся типов высокотемпературных резисторов (ТУ 16-93.ЕАИГ.434129.001ТУ).
| Таблица 4 | |||
| Тип резистора | Rном, мОм | ||
| Согласно ТУ 16-93. ЕАИГ.434129.001 ТУ | Прототип [3] | Предлагаемое решение | |
| РК223 | 1000 | 74 | 3,6 |
| РК233 | 560 | 40 | 2,5 |
| РК243 | 390 | 21 | 1,5 |
| РК253 | 270 | 11 | 0,9 |
| РК273 | 150 | 6 | 0,25 |
Источники информации
1. Асина С.С., Смирнов А.А., Карпинский В.Н., Кондрашов Е.И. «Исследование возможности применения мощных кремниевых шунтов в системе питания сверхпроводящего ускорителя». Электротехника, №9, 2006, стр.70 (аналог конструкции).
2. Патент РФ №2169411, кл. H01L 29/30, 21/263, опубл. 20.06.2001 (аналог способа).
3. Патент РФ №2284610, кл. H01L 21/263, опубл. 27.09.2006 (прототип).
1. Мощный полупроводниковый резистор-шунт, состоящий из резистивного элемента, выполненного в виде кремниевого диска n-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением от 7 до 120 Ом·см, содержащего радиационные дефекты, отличающийся тем, что резистивный элемент состоит из сильнолегированной n+-подложки и тонкого высокоомного эпитаксиального n-слоя, при этом радиационные дефекты имеют концентрацию Nрд [см-3] в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя ρn0 [Ом·см] от 4·1013 см-3 для ρn0=120 Ом·см до 7.5·1014 см-3 для ρn0=Ом·см.
2. Способ изготовления мощного полупроводникового резистора-шунта, включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов путем облучения ускоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом, отличающийся тем, что облучение проводят дозой Ф [см-2] в зависимости от исходного удельного сопротивления высокоомного эпитаксиального слоя ρn0 [Ом·см] от 1,6·1015 см-2 для ρn0=120 Ом·см до 3,1·1016 см-2 для ρn0=7 Ом·см, термический отжиг проводят в интервале температур 305÷325°С.
