ТИРИСТОРНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01L25/00 

Изобретение относится к области полупроводниковых одно- и многофазных управляемых выпрямителей, выполненных на базе тиристоров или их модулей, и может быть использовано в радиотехнике и энергетике.

Известен модуль тиристоров [1] используемый в качестве выпрямителя переменного тока. Этот модуль содержит катодную и анодную тиристорные группы, каждая из которых расположена на металлической пластине, выполняющей функцию токосъемника. Переменный ток поступает на модуль и, в зависимости от знака полуволны, проходит либо через анодную, либо через катодную группы.

Недостатком этого решения следует признать неуправляемость модуля, а также его нетехнологичность.

Наиболее близким аналогом (прототипом) следует признать тиристорный выпрямитель [2] содержащий два тиристорных элемента, причем к p-базе первого и n-базе второго подключены управляющие электроды.

Недостатком этого решения следует признать нетехнологичность изготовления, малую чувствительность управления процессом и ограниченный диапазон используемых напряжений и тока.

Задачей, решаемой изобретением, является создание выпрямителей для высоких токов и напряжений при снижении массы и габаритов устройства.

Для решения задачи тиристорный управляемый модуль содержит катодную и анодную группы тиристорных элементов, причем анод катодной группы, контактирующий с p-эмиттером, размещен на первой контактной площадке, а катод анодной группы, контактирующий с n-эмиттером, размещен на второй контактной площадке, обе площадки смонтированы посредством изолирующего слоя на общей изолирующей плоскости, при этом анодный тиристорный элемент представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимися слоями с различным типом проводимости, p-эмиттерный слой который окружает элемент снизу и по боковой поверхности, и отделен от p-базового слоя и от n-эмиттерного слоя разделительной канавкой, а p-базовый слой тиристорного элемента электрически связан с контактной площадкой, окружает n-базовый и n-эмиттерный слой снизу и по боковой поверхности и отделен от p-эмиттерного слоя разделительной канавкой, причем управляющий электрод контактирует с контактной площадкой, расположенной на изолирующей плоскости. Катодный тиристорный элемент представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимися слоями с различным типом проводимости, p-базовый слой которой окружает элемент по периферии и снизу, n-эмиттерный слой расположен в p-базовом слое, p-эмиттерный слой электрически связан с контактной площадкой, также электрически связанной с управляющим электродом, p-эмиттерный слой отделен от p-базового слоя разделительной канавкой, окружающей контактную площадку и область металлизации. Катодная и анодная группы тиристорных элементов могут быть выполнены в одном кристалле. Изоляция катодной и анодной групп может быть выполнена посредством разделительных канавок, расположенных попарно в каждой плоскости кристалла, причем каждая канавка отделяет p-область, окружающую тиристорные элементы от остальных областей, кроме n-базовых, т. е. изоляция осуществляется посредством двух p-n переходов. Изоляция между элементами катодной и анодной групп, выполненных на одном кристалле, может быть осуществлена посредством введения между p-областями, окружающими тиристорные элементы, дополнительно введенной области n-типа проводимости, причем на обеих плоскостях кристалла выполнено по одной разделительной канавке, отделяющей p-области тиристорных элементов друг от друга.

На фиг.1 представлен тиристорный управляемый выпрямитель, содержащий по три тиристорных элемента в каждой группе; на фиг.2- электрическая схема тиристорного управляемого выпрямителя; на фиг.3- продольный разрез катодной группы тиристоров; на фиг.4- продольный разрез анодной группы тиристоров; на фиг.5 и фиг.6- варианты изоляции тиристорных элементов.

Тиристорный управляемый выпрямитель содержит (фиг.1) катодную группу 1 тиристорных элементов, анодную группу 2 тиристорных элементов. Анодная группа 2 расположена на проводящей пластине 3, являющейся анодным силовым выводом, катодная группа 1 расположена на второй проводящей пластине 4, являющейся катодным силовым выводом. Посредством изоляционного слоя 5 выводы 3 и 4 отделены от опорной пластины 6. Соединения между тиристорами осуществляются посредством проводников 7, являющихся одновременно контактами к цепи переменного тока. Катодный тиристорный элемент (фиг.3) содержит n-базовую область 8, p-базовую область 9, n-эмиттерную область 10, р-эмиттерную область 11, слой металлизации 12, разделительную канавку 13, катодный силовой вывод 4. Анодный тиристорный элемент (фиг.4) содержит n-базовую область 14, p-базовую область 15, p-эмиттерную область 16, n-эмиттерную область 17, слой металлизации 18, разделительную канавку 19 и анодный силовой вывод 3. Изоляция групп может быть выполнена канавками 20 (фиг.5) попарно расположенными на плоскостях выпрямителя, или дополнительно введенной областью n-типа проводимости 21 и канавками 22 (фиг.6).

Работа тиристорного выпрямителя основана на пропускании попеременно полуволн переменного тока через катодную и анодную группы.

Использование: область полупроводниковых одно- и многофазных управляемых модулей, выполненных на базе тиристоров, радиотехника и энергетика. Сущность изобретения: модуль содержит основание, на котором посредством изолирующего слоя установлены две металлические пластины, выполняющие функции токосъемников. На первой пластине анодом укреплены тиристоры катодной группы. На их верхней поверхности выполнены катоды и управляющие электроды. На второй пластине катодом укреплены тиристоры анодной группы. На их верхней поверхности выполнены аноды, а на нижней выполнены управляющие электроды. Каждый тиристорный элемент окружает сквозная область p-типа проводимости. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Тиристорный управляемый модуль, содержащий основание, на котором установлены посредством изолирующего слоя две металлические пластины, выполняющие функцию токосъемников, на первой из которых установлены тиристоры катодной группы, на верхней поверхности которых на области n-эмиттера размещены катоды, к которым подключены тоководы, и управляющие электроды, а аноды тиристоров катодной группы электрически связаны с первой металлической пластиной, на второй металлической пластине установлены тиристоры анодной группы, на верхней поверхности которых на области р-эмиттера размещены аноды, к которым подключены тоководы, а катоды тиристоров анодной группы электрически связаны со второй металлической пластиной, отличающийся тем, что каждый тиристор окружен по боковой поверхности сквозной областью р-типа проводимости, отделенной от области р-типа проводимости, расположенной над областью n-базы, замкнутой разделительной канавкой, проходящей по верхней поверхности тиристора по периферии области n-базы и пересекающей область р n-перехода, образованного областью n-базы и областью р-типа проводимости, расположенной над областью n-базы, причем управляющий электрод каждого тиристора анодной группы расположен на области р-базы на нижней поверхности тиристора. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что анодная и катодная группы тиристоров выполнены в виде отдельных полупроводниковых кристаллов. 3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что анодная и катодная группы тиристоров выполнены в виде одного кристалла. 4. Модуль по п.3, отличающийся тем, что между анодной и катодной группами выполнена изоляция посредством двух дополнительно введенных разделительных канавок, расположенных на нижней поверхности кристалла и проходящих вдоль границы, разделяющей анодную и катодную группы. 5. Модуль по п.3, отличающийся тем, что между анодной и катодной группами выполнена изоляция посредством дополнительно введенной области n-типа проводимости, расположенной между сквозными областями р-типа проводимости, и двух дополнительно введенных на верхней и нижней поверхностях кристалла разделительных канавок, пересекающих области р n-переходов, образованных дополнительно введенной областью n-типа проводимости и сквозными областями р-типа проводимости.