Силовой диод

 

Союз Советски к

Социалистичвскик

Республик

»- I т @ ф »»» »I (Ц цв

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено23 06.77 (2т)2499444/18 25 (51)M Кл

Н01 L, 29/91 с прнсоедвнением заявки %в

Гасударственный юатет

СССР не делам кзабретвнкй в етквиткл (23). П риорнтет

Опубликовано25,12,79. Бюллетень М47 !

Дата опубликования описания 30,12.79, (53) УЛК 621. .382 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.- А..Сакович,.М..И. Абрамович и В. E. Пибер (7I) Заявитель (54) :ИЛОВ0й ДИОД

Предлагаемое изобретение относится к области полупроводниковой техники и касается силового полупроводникового диода с накоплением заряда.

Известен силовой диод, содержащий два силовых электрода и р-и переход Ш.

Известен также силовой полупроводниковый диод с накоплением заряда, имеющий р-и переход, образованный слабо ,легированным слоем первого типа прово.io димости и более лигированным слоем второго типа проводимосттт, к которым присоединены силовые электроды (23.

Известны диоды, для получения нужного значения обратного тока накоплен15 ного заряда, требуют пропускания прямого (зарядного) тока с большой амплитудой. Это ведет к усложнению схемы, увеличению расхода мощности, большим массам и габаритам элементов схе20 мы управления. Вместе с тем, обратный (рабочий) ток, возникающий вследствие рассасывания накопленного заряда, по

- своему временному интегральному зна2 чению, примерно, на порядок меньше прямого (зарядного) тока. Все это в значительной степени снижает эффективность, в общем весьма прогрессивных, преобразовательных систем, - использующих силовые полупроводниковые диоды с накоплением заряда.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение интегрального значения тока, протекающего при рассасывании накопленного заряда. Это достигается тем, что слой первого типа имеет участки, изолированные от силового электрода слоем диэлектрика, между этими ", участками слой второго типа проводимости утоньшен и имеет дополнительный слой пер-! вого типа с конпентрацией на один-два порядка большей, контактирующий со вторым силовым электродом, причем проекпия слоя диэлектрика перекрывает в поперечном сечении дополнительный слой первого типа проводимости на 5-20% его длины.

Сущность предложения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображено по5567 4

I

3 70 перечное сечение предложенной структуры, а на фиг. 2 — процессы в структуре прибора при протекании зарядного тока;

Монокристаллическая полупроводниковая структура 1 (фиг. 1) содержит слабо легированный базовый слой 2, имеющий и -тип проводимости; слой

3 р типа проводимости, имеющий на один-два порядка большую концентрацию легирующей примеси; 4- р-и переход, образованный указанными слоями и два силовых электрода 5 и 6. Структура 1 выполнена в виде чередующихся областей

1-го вида — 7 и областей 2-го вида — 8.

В областях 7 (1-го вида) слой, р-типа имеет уменьшенную толщину, например, эа счет углубления 9. На поверхности слоя р -типа принадлежащего областям

7, создан слой 10 с проводимостью

-типа, имеющий ко1шентрацию легируюшей примеси на один-два порядка большую, чем в слое 3. Слой 10 образует р-11 переход 11 со слоем 3 и имеет контакт с силовым электродом 5. Слой

2 и -типа проводимости в областях 7 сохранен и имеет контакт с силовым электродом 6. В областях 8 слой 3 р-типа проводимости сохранен и имеет контакт с силовым электродом 5, а слой

rl -типа проводимости, покрыт слоем

12 диэлектрика, изолирующим его от силового электрода 6.

Для повышения эффективности действия прибора, являются предпочтительными следующие геометрические размеры слоев и областей, выраженные в диффузорной длине неосновных носителей в материале структуры (3 = 1): слой

3 р-типа на сохраненных участках областей 8 (2-го вида) — 2№-4; слой 3 р-типа в углублениях областей 7 (1-го вида) — 0,1+ 0,8, слой 2 и - типа -2№-4.

Размеры областей 7 (1-го аида) и 8 (2-го вида) — в поперечном сечении—

2№-8. Диэлектрическое покрытие 12 областей 8 перекрывает в поперечном сечении на 5+ 20k длины области 7.

На фиг. 2 иллюстрируются процессы в структуре прибора при протекании зарядного тока. Внешнее напряжение приложено к прибору с полярностью - "плюс на электроде 5, "минус" на электроде 6.

Переход 4 смещен в прямом направлении. Зарядный ток поступает от электрода 5 в слой 3 в областях 8, поскольку протекание тока в областях 7 препятствует обратно смещенный переход 11, об.разованный слоями 3 и 10. Далее путь

1О

Зо

35 №о №5

50 тока лежит в областях 7, поскольку слой 2 в областях 8 изолирован от электрода 6 диэлектрическим сло м 12.

Дырки из слоя 3 поступают в слой

2, создавая накопленный заряд. Электроны из слоя 2 поступают в слой 3, где реко 1бинируют. Поскольку концентрация акцепторной примеси в слое 3 значительно больше концентрации донорной примеси в слое 2, коэффициент инжекции дырок близок к единице. Зарядный ток переносится, в основном, дырками, которые накапливаются в слое 2.

Предложенный прибор может быть использован и схемах коммутации тиристоров, в схемах для получения дозированных импульсов тока, в схемах инверторов.

Наиболее значительными преимуществами, получаемыми при использовании предложенного прибора являются повышение надежности, улучшение электрических характеристик схем, упрощение системы управления и возможность создания новых типов автономных инверторов и других преобразовательных систем.

Повышение надежности обусловлено конструктивными особенностями прибора, имеющего только два силовых электрода и один основной р-и переход, запирающий напряжение. Такая конструкция приближает показатели надежности предложенно1о прибора к соответствующим показателям. силовых полупроводниковых диодов, сообщая диоду в то же время свойства управления прот канием тока.

Известно, что показатель надежности для силовых полупроводниковых диодов на порядок выше, чем дл" управляемых приборов — тиристоров и силовых триодов.

Улучшение характеристик силовых схем обусловлено тем, что исключаются конденсаторы в силовых цепях (входящие в контуры коммутации) и прибор принципиально не может находиться в неконтролируемом отпертом состоянии.

Упрощение системы управления обусловлено тем, что нет необходимости при последовательном соединении многих приборов в высоковольтных устройствах передавать управляющий сигнал каждому прибору.

Формула изобретения

1. Силовой диод, содержащий полупроводниковую структуру с по крайней 5 7055 мере одним р-и переходом, образованным слабо легированным слоем первого типа. проводимости с одним силовым электродом и более легированным слоем второго типа проводимости, со вторым силовым эле-.тродом, отличающийся тем, что, с целью увеличения интегрального значения тока, протекающего при рассасывании накопленного заряда, слой первого типа имеет участки, изолирован- 10 ные от силового электрода слоем диэлектрика, между этими участками слой второго типа проводимости утоньшен и имеет дополнительный слой первого типа проводимости с концентрацией на один67 6 два порядка большей, контактирующей со вторым силовым электродом.

2. Силовой полупроводниковый диод поп. 1, отличающийся тем, что проекция слоя диэлектрика перекрывает .в поперечном сечении дополнительный слой первого типа проводимости на

Ъ-20% его длины.

Источники информации, принятые во вниманге при экспертизе

1. Патент Франции Ne 1447346, кл. G- 01 Р, опублик. 1966.

2. Еремин С. А. и др. Полупроводниковые диоды с накоплением заряда и, их применение, М. "Сов. радио, 1976 (прототип).

I цНИИПИ Заказ 8047/58 Траж 923 Подписно

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4