Трехэлектронный полупроводниковый переключатель

 

Союз Советскии

Социалистические

Республик

ОП И .ДНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (ii! 526243

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 04. 10.74 (21)2065110/25 (5l )M. Кк.

Н 01 J 28/74 с присоединением заявки №

Гасударственный комитет (23) Приоритет по делам изобретений н открытий

Опубликовано 07.10.80 Бюллетень №З7

Дата опубликования описания 17 ° 10 80 (53) УДК 621. . 382 (088.8) (72) А вторы изобретения

Н. А. Тетерьвова, Ю. A. Евсеев, А. H. Думаневич и Л. Я. Рачинский (71) Заявитель (54) ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к области конструирования трехэлектродных полупроводниковых переключающих приборов на основе многослойных структур с р — n-nepexo дами, в частности симисторов.

Известны трехэлектродные переключа5 тели, в которых используется регенеративный механизм включения прибора (1).

Наиболее близким техническим реше10 кием является симистор, предназначенный для работы при высоких скоростях нарастания анодного тока, использующий регенеративный принцип управления. Конструкция выпрямительного элемента та15 кого прибора выполнена на основе пятислойной p — р — n — р — h -с:труктурьт с зашунтированными внешними эмиттерными переходами. Управляющий электрод присоединен к области электронного и дырочного типа проводимости. Между управляю1цим электродом и основным токосъе- яом расположены зашунтированные мегаллическим контактом. вспомогательные области электронного и дырочного типа проводимости (2).

Однако в известных конструкциях эффективность использования,,полупроводниковой пластины, особенно в случае маломощных приборов, становится крайне низкой. Кроме того, не во всех квадрантах у известных конструкций симисторов с регенеративным включением обеспечивается максимальная площадь первсначального включения, что приводит к снижению критических значений скорости нарастания анодного тока Й3/с(„т, .

Цель изобретения — создание конструкции симистора, которая обеспечивала бы высокие скорости нарастания тока нагрузки при любой полярности на главных элек» тродах, а также у-меньшение размера области управления и обеспечение при этом максимального периметра включения.

Зто достигается тем, что между контактом основного токосъема и управляющим электродом выполнены вспомогательные области так, что они разделяют

50

3 5262 участки одноименной проводимости основного токосъема и управляющего электрода областью противоположного типа проводимости. Проекции вспомогательных областей на нижнюю плоскость структуры попадают хотя бы частично в область с противоположным типом проводимости.

Для получения регенеративного управления при любой полярности в главной и управляющей цепи минимальными токами управления вспомогательная область дырочного типа проводимости имеет дополнительную область электронного типа проводимости, которая граничит с участком управления дырочного типа. В предлагаемой конструкции на плоскости структуры с управляющим электродом дырочные и электронные области скомпонованы так, что каждой главной области под контактом основного токосъема противостоят два разноименных участка управления.

На фиг. 1 и 2 изображены виды сверху и снизу структур симисторов, которые управляются в трех и четырех квадрачтах соответственно с использованием регенеративного механизма включения. Штри ховыми линиями изображено металлическое покрытие, пунктирными — гран>ща металлизации. На фиг. 3-6 даны осевые разрезы пятислойной структуры, зо где 1 — область исходного материала у -типа, 2,4 — диффузионные области р-типа, 3, 5 — 10 — диффузионные области

-типа.

Особенностью конструкции является наличие электрической связи между вспомогательными областями e — и р-типа проводимости в продольном направлении.

Это позволяет реализовать регенератив- 40 ный принцип управления минимальным числом вспомогательных областей между управляющим и силовым электродом и обеспечить максимальный периметр области первоначального включения. 45

Каждой главной области под контактом основного токосъема противостоит вспомогательная область противоположного типа проводимости и одноименная область под контактом управляющего электрода.

Области с электронной и дырочпой проводимостью на нижней плоскости структуры расположены так, что каждый участок электронного и дырочного типа проводимости в управляющей и вспомогательной области хотя бы частично проектируется на участки разноименного типа проводимости. Работу семистора в первом квадранте поясняет фиг. 3, откуда сле43

4 дует, что первоначально включается вспомогательный тиристор с катодной областью 5, а затем по металлу сигнал передается в цепь управления главного тиристора с катодной областью 3. Фиг. 4 поясняет работу симистора во втором квадранте. В этом случае механизм включения имеет три этапа: первоначально включается тиристор.с катодной областью

7 (цепь управления), затем тиристор с областью 5 и, наконец, главный тиристор с областью 3. Фиг. 5 поясняет работу симистора в третьем квадранте Инжекцией электронов с области 9 обеспечивается первоначально включение тиристора с катодной областью 6, затем начинает и икектировать область 5 и включается главный тиристор с катодной областью 8.

В данном случае оптимальный режим работы устройства обеспечивается при условии, когд"- проекции области 9 и 6, а также 5 и 8 хотя бы частично перекрываются.

Фиг. 6 поясняет работу симистора в четвертом квадранте. Область 10 во вспомагательной дырочпой области служит для уменьшения токов управления. Область первоначвльного включения в данном случае возникает в тиристоре с областью 6 благодаря инжекции области 10 из-под металлического контакта. Затем механизм включения протекает аналогично, как и на фиг. 5. Б том случае, когда не требуется обеспечения регенеративного механизма включения симистора во всех четырех квадраптах, конструкция устройства может быть значительно упрощена.

Такое упрощение конструкции полезно с точки зрения повышения коммутирующих свойств прибора, так как в этом случае устраняется ряд перекрывающихся проекций областей с проводпмостью, одноименной широкой базовой области.

Для улучшения температурной стабильности параметров приборов, а также для повышения стойкости прибора к высоким скоростям нарастания напряжения целесообразно использовать распределитель- ную шунтировку п-эмиттера, Формула изобретения

1. Трехэлектродный полупроводниковый переключатель, выполненный ца основе пятислойной g> — p — - Ю вЂ” р - ь -структуры с зашуцтированными внешними эмиттерными переходами, с управляющим электродом, под которым расположены участки алектронного и дырочного типа, и с зашунтиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3586932, 15 кл. 317-235, опублик. 20.06.71.5 52624 рованными металлическим контактом вспомогательными областями электронного и дырочного типа проводимости, расположенными между контактом основноготокосъема и управляющим электродом, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью увеличения скорости нарастания тока нагрузки при любой полярности в главной цепи, вспомогательные области выполнены так

t что разделяют участки одноименной про- (О водимости основного токосъема и управляющего электрода областью противоположного типа проводимости, при этом их проекции на нижнюю плоскость структуры попадают хотя бы частично в область с противоположным типом проводимости.

2, Переключатель по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уве3 6 личения скорости нарастания тока при любой полярности в цепи управления, а также, с целью обеспечения минимальных токов управления в четвертом квадранте (обратное включение положительным сигналом), вспомогательная область дырочного типа проводимости имеет дополнительно встроенную область электронного типа проводимости, граничащую с участком управления дырочного типа.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 326917, кл. Н 01 L 29/73, 20.03.70 (прототип). дсд сАад

526243

Фиг. 4

Е ОСД

А 8 ОСА

Составитель О. Федюкина

Редактор Т. Колодцева Техред М. Петко

Корректор С. Шомак

Подписное

Филиал ИПП Патент, F, Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8644/71 Тираж 844

В1MH(IH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5