ФОТОСИМИСТОР Российский патент 1995 года по МПК H01L29/74 

Изобретение относится к дискретным полупроводниковым приборам, в частности к фотосимисторам, и может быть использовано в качестве переключателя переменного тока, управляемого светом.

Известна конструкция фототиристора, представляющая собой полупроводниковую подложку, выполненную преимущественно из кремния и состоящую из четырех слоев с чередующимся типом проводимости, светоприемную область, выполненную на лицевой стороне поверхности подложки, анод и катод, расположенные на верхней и нижней поверхностях подложки [1] Недостатком этой конструкции следует признать низкую скорость нарастания нагрузочного тока, что вызвано сравнительно небольшой областью включения фототиристора.

Известна также конструкция фототиристора, представляющая четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости, катодом и анодом, расположенными на главных поверхностях структуры, фотоокном, расположенным на верхней поверхности, причем n-эмиттерный переход зашунтирован [2] Недостатком данной конструкции следует признать низкую чувствительность управления.

Наиболее близким аналогом для настоящего изобретения следует принять конструкцию фототиристора, представляющую собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости, причем участки n-эмиттера расположены в р-базе, анод, катод и управляющий электрод расположены на главных поверхностях структуры, а фотоокно расположено на одной из поверхностей структуры. Область n-эмиттера окружает область фотоокна [3] Недостатком данной конструкции следует признать относительно низкую допустимую скорость нарастания нагрузочного тока вследствие относительно небольшой области включения.

Изобретение позволяет увеличить стойкость фотосимистора к высоким скоростям нарастания тока нагрузки.

Фотосимистор представляет собой пятислойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости, причем n-эмиттер расположен в р-базе, анод и катод расположены на главных поверхностях структуры, область фотоокна расположена на верхней поверхности структуры и окружена областью n-типа проводимости, при этом в фотоокне расположена область n-типа проводимости, представляющая собой область с выступом, выступающим на плоскость симметрии фотоокна, управляющий электрод выполнен круговым, а на нижней поверхности под областью фотоокна выполнена область р-типа проводимости в виде замкнутой фигуры. Замкнутая фигура может быть выполнена в виде круга, овала, части кольца, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью симметрии управляющего электрода. Выступ на области n-типа проводимости, расположенный в области фотоокна на верхней плоскости структуры, может иметь выемку, плоскость симметрии которой совпадает с плоскостью симметрии фотоокна, причем наиболее удаленная точка выемки расположена между осью симметрии фотоокна и границей фотоокна. Между введенной областью р-типа проводимости и р-базовой областью может быть выполнен канал р-типа проводимости. В выступе области n-типа проводимости, расположенного в области фотоокна, может быть выполнена круговая область р-типа проводимости и охватывающая ее кольцевая область р-типа проводимости, оси симметрии которых совпадают с осью симметрии фотоокна.

На фиг.1-3 представлен основной вариант конструкции фототиристора.

Он содержит область 1 n-типа проводимости, области 2 и 3 р-типа проводимости, области 4, 5 и 6 n-типа проводимости, р-n-переходы 7, 8, 9 и 10, области 11, 12, 13 и 14 металлизации, область 15 n-типа проводимости, канал 16 р-типа проводимости, выемку 17, круговую область 18 р-типа проводимости в выступе области 6, кольцевую область 14 р-типа проводимости в выступе области 6.

Особенность работы данного фототиристора заключается в том, что в местах, где происходит первоначальное включение, создают условия, обеспечивающие распространение включенного состояния по области или по каналу, в которых отсутствует обратно-смещенный эмиттерный n⁺-Р⁺переход. Для этого в случае прямого напряжения в области, где происходит начальное включение в прямом направлении, на нижней поверхности структуры созданы участки р-типа проводимости, которые могут иметь форму круга (если включение проводят относительно маломощным сигналом) или протяженной фигуры, ось симметрии которой совпадает с осью симметрии управляющего электрода. На этапе включения от области первоначального включения до области металлизации регенеративного кольца или области металлизации основного контакта (в случае нерегенеративной структуры) включение происходит скачкообразно аналогично р-n-p-n-структуре с электрическим полем в эмиттере. Этот механизм можно совместить с механизмом включенного состояния посредством соединения участка р-типа проводимости на нижней поверхности структуры с р-базой каналом р-типа проводимости. При обратном включении успешная работа фототиристора обеспечивается условием наложения области первоначального включения на область р-типа проводимости, находящейся в области фотоокна. Для компенсации необходимости усиления сигнала управления введена выемка на выступе области n-типа проводимости, расположенной в области фотоокна, причем ширина выемки меньше ширины выступа. Размеры участка р-типа проводимости на нижней поверхности структуры выбирают исходя из условия обеспечения эффективности распространения включенного состояния.

Перечисленные особенности конструкции позволяют снизить температуру области включения, что приводит к повышению скорости нарастания тока в режиме коммутации, снижению тока утечки и повышению срока службы фототиристора.

Использование: в качестве переключателя переменного тока, управляемого светом. Сущность изобретения: фотосимистор содержит области n-эмиттера, p-базы, n-базы и p-эмиттера. Область n-эмиттера выполнена в области p-базы. На областях n-эмиттера и p-базы выполнен анод, на области p-эмиттера катод. Он содержит фотоокно, в котором расположен управляющий электрод. В области p-эмиттера под областью фотоокна выполнена область n-типа проводимости. В области n-эмиттера под областью фотоокна выполнена область p-типа проводимости. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ФОТОСИМИСТОР, содержащий структуру, выполненную из областей p-эмиттера, n-базы, p-базы и n-эмиттера, причем область n-эмиттера выполнена в области p-базы, на областях n-эмиттера и p-базы расположен анод, на области p-эмиттера расположен катод, в котором выполнено фотоокно с расположенным в нем управляющим электродом, при этом область n-эмиттера расположена в зоне проекции фотоокна на главную поверхность структуры, отличающийся тем, что дополнительно в области p-эмиттера под областью фотоокна расположена область n-типа проводимости, имеющая в плане выступ, пересекающий плоскость симметрии фотоокна, в области n-эмиттера выполнена область p-типа проводимости, расположенная в области проекции фотоокна, при этом эмиттерные переходы зашунтированы, а управляющий электрод выполнен круговым. 2. Фотосимистор по п.1, отличающийся тем, что область p-типа проводимости имеет в плане форму круга, овала, части кольца, причем плоскость симметрии ее совпадает с плоскостью симметрии управляющего электрода. 3. Фотосимистор по п.1, отличающийся тем, что выступ в области n-типа проводимости содержит выемку, плоскость симметрии которой совпадает с плоскостью симметрии фотоокна, причем наиболее удаленная точка выемки лежит за осью симметрии фотоокна относительно наиболее удаленной точки выступа. 4. Фотосимистор по п. 2, отличающийся тем, что между областью n-типа проводимости и областью p-базы выполнен канал p-типа проводимости. 5. Фотосимистор по п.1, отличающийся тем, что в выступе области n-типа проводимости выполнены круговая и охватывающая ее кольцевые области p-типа проводимости, оси симметрии которых совпадают с осью симметрии фотоокна.