ТИРИСТОР Российский патент 2001 года по МПК H01L29/74 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления полупроводниковых кремниевых управляемых тиристоров многослойной структуры с тремя электродами, и может быть использовано в электронной промышленности.

Известен аналог изобретения - мощный полупроводниковый кремниевый управляемый тиристор с планарно-диффузионными p-n переходами (Справочник "Полупроводниковые приборы: диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры", под редакцией А.В. Голомедова, М., Радио и связь, 1989 г.).

Недостатком указанного тиристора плоской структуры является наличие краевого эффекта, приводящего к появлению значительных токов утечки и развитию поверхностного пробоя.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является тиристор, содержащий многослойный металлический катодный контакт, многослойный металлический контакт управляющего электрода, вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой, первый и второй вырожденные монокристаллические кремниевые p⁺-типа слои, активный монокристаллический кремниевый n-типа слой и многослойный металлический анодный контакт (П. Тейлор "Расчет и проектирование тиристоров", М., Энергоиздат, 1990 г.).

Этому тиристору присущи следующие недостатки: существенные магнитотепловая и электротепловая неустойчивости при эксплуатации, а также в силу плоской структуры p-n переходов кремниевого тиристора, принципиальная невозможность полного исключения краевого эффекта, приводящего к снижению напряжения пробоя.

Задача, на решение которой направлено изобретение, является производство мощных полупроводниковых кремниевых управляемых тиристоров, обладающих более высокими показателями надежности при номинальных значениях рабочих токов и напряжений.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении изобретения являются исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя, снижение уровня электротепловой и магнитотепловой деградации и повышение уровня стабильности электрических параметров тиристоров.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в тиристоре, содержащем металлический катодный контакт, металлический контакт управляющего электрода, вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой, первый и второй вырожденные монокристаллические кремниевые p⁺-типа слои, активный монокристаллический кремниевый n-типа слой, металлический анодный контакт, вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой выращен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический катодный контакт, в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а на внешней поверхности которого последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму первый вырожденный монокристаллический кремниевый p⁺-типа слой, активный монокристаллический кремниевый n-типа слой, второй вырожденный монокристаллический кремниевый p⁺-типа слой, поверх последнего нанесен многослойный металлический анодный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а в теле первого вырожденного монокристаллического кремниевого p⁺-типа слоя сформирован металлический контакт управляющего электрода в виде симметричной пары контактов, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя, выполненных из разных немагнитных металлов, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока.

При этом в частных случаях выполнения тиристора цилиндрические слои в металлических контактах выполнены из немагнитных металлов: серебра, или золота, или алюминия, или меди, или платины, или вольфрама и других.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен пример конструкции тиристора по изобретению.

Тиристор содержит следующие конструктивные элементы: вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой 1 (подложка), выращенный в виде полого цилиндра. На внутренней поверхности слоя 1 сформирован металлический катодный контакт 2, в виде двух цилиндрических слоев 3, 4, выполненных из разных немагнитных металлов, например серебра, или золота, или алюминия, или меди, или платины, или вольфрама и других.

На внешней поверхности слоя 1 последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму первый вырожденный монокристаллический кремниевый p⁺-типа слой 5, активный монокристаллический кремниевый n-типа слой 6, второй вырожденный монокристаллический кремниевый p⁺-типа слой 7.

Поверх слоя 7 нанесен металлический анодный контакт 8 в виде двух цилиндрических слоев 9, 10 заданной длины, выполненных из разных немагнитных металлов, например серебра, или золота, или алюминия, или меди, или платины, или вольфрама и других.

В теле слоя 5 сформирован металлический контакт управляющего электрода в виде симметричной пары контактов 11 и 12, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя 13, 14 и 15, 16 заданной длины, выполненных из разных немагнитных металлов, например, серебра, или золота, или алюминия, или меди, или платины, или вольфрама и других.

При этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока.

В торцевых областях p-n переходов, а также области управляющего электрода нанесен диэлектрический защитный слой 17 двуокиси кремния заданной толщины.

Принцип действия тиристора по изобретению заключается в следующем. Напряжение прикладывается между катодным и анодным контактами 2 и 8 тиристора. К контакту 11 управляющего электрода прикладывается управляющее напряжение, вызывающее управляющий ток, с помощью которого регулируется величина электрического тока, протекающего между катодным и анодным контактами 2 и 8. В силу цилиндрической структуры тиристора распределение электрического поля в активном слое 6 является однородным по радиусу. Тем самым исключается краевой эффект и уменьшаются токи утечки, что повышает характеристики стабильности тиристора. За счет однородного распределения плотности рабочего тока между цилиндрическими контактами обеспечивается снижение электротепловой и магнитотепловой неустойчивостей, что приводит к повышению надежности работы тиристора при эксплуатации.

Использование: в области электронной техники, в частности при конструировании и изготовлении полупроводниковых кремниевых управляемых тиристоров многослойной структуры. Сущность изобретения: в тиристоре вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой выращен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический катодный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а на внешней поверхности которого последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму первый вырожденный монокристаллический кремниевый р⁺-типа слой, активный монокристаллический кремниевый n-типа слой, второй вырожденный монокристаллический кремниевый р⁺-типа слой, поверх последнего нанесен металлический анодный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов. В теле первого вырожденного монокристаллического кремниевого р⁺-типа слоя сформирован металлический контакт управляющего электрода в виде симметричной пары контактов, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя, выполненных из разных немагнитных металлов. При этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока. Техническим результатом изобретения является исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя, снижение уровня электротепловой и магнитотепловой деградации и повышение уровня стабильности электрических параметров тиристоров. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Тиристор, содержащий металлический катодный контакт, металлический контакт управляющего электрода, вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺ типа слой, первый и второй вырожденные монокристаллические кремниевые р⁺ типа слои, активный монокристаллический кремниевый n типа слой и металлический анодный контакт, отличающийся тем, что вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺ типа слой выращен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический катодный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а на внешней поверхности которого последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму первый вырожденный монокристаллический кремниевый р⁺ типа слой, активный монокристаллический кремниевый n типа слой, второй вырожденный монокристаллический кремниевый р⁺ типа слой, поверх последнего нанесен металлический анодный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а в теле первого вырожденного монокристаллического кремниевого р⁺ типа слоя сформирован металлический контакт управляющего электрода в виде симметричной пары контактов, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя, выполненных из разных немагнитных металлов, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока. 2. Тиристор по п.2, отличающийся тем, что цилиндрические слои в металлических контактах выполнены из немагнитных металлов: серебра, или золота, или алюминия, или меди, или платины, или вольфрама и других.