Способ управления симметризатором трехфазной четырехпроводной сети Советский патент 1992 года по МПК H02J3/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрокомпенсирующих устройствах или симметризаторах, предназначенных для симметрирования токов и компенсации реактивной мощности, в общем случае несимметричной нагрузки четырехлровод- ной трехфазной сети.

Известен способ управления симметри- затором трехфазной четырехпроводной сети, заключающийся в автоматическом регулировании проводимостей шестиэле- ментного симметризатора путем воздействия на него шести управляющих сигналов, которые формируют по измеренным значениям активной и реактивной мощностей

фаз, а также средней активной мощности

Ј1

Недостаток этого способа состоит в том,

что он не обеспечивает ни минимальной суммарной установленной реактивной мощности, ни минимальной суммарной реактивной проводимости симметризатора, что приводит к его неоптимальным эксплуатационным режимам работы и конструктивным параметрам, а все это связано с дополнительными экономическими затратами.

Известен такжеспособ управления сим- метризатором трехфазной четырехпроводной сети, состоящим из шести реактивных элементов, три их которых соединены в

VI V|

О СО

со

317

слоем диоксида формируют слой поли- кристаллического кремния и создают маску из фоторезиста с окнами для Формирования контактов и затворов„ Лзлее используя метод вакуумного осаждения последовательно наносят слой силицида

тугоплавкого металла (Со, W, Ti, Та, Mb, Mo, Ir, Rh), слой поликристаллического кремния, тонкий барьерный слой W (не взаимодействующий с Si02 в процессе термообработки при Т 650-700 С) и маскирующий слой металла (Ni, Fe, Co, Mu), не образующих летучие галогены в процессе последую щзго реактивного ионного травления нижнего слоя поликремнияоПосле этого растворяют фоторезист, при этом удаляют выросшие на маске слои0 Затем выполняют травление нижнего слоя поликремния, создают области стока, истока, проводят необходимые термообработки, удаляют маскирующий слой металла, барьерный слой металла Ґ и слой поликремния, после чего формируют за щитные слои и межсоединения.,

Недостатки аналога - сложная технология с использованием маски металла и барьерного слоя, низкая планариза- ция поверхности, наличие термических напряжений, вызывающих деградацию характеристик БИС, наличие термических обработок отрицательно влияет на параметры интегральных схем с одной стороны и не обеспечивает низкого сопротивления на обратной стороне кремние- вой пластины с другой стороны,,

I

В качестве прототипа к заявленному техническому решению может быть авторское свидетельство СССР № , кл. Н 01 L 21/18, 1990 г. Способ изготовления больших интегральных схем Согласно данного прототипа с целью повышения качества схем за счет снижения уровня механических напряжений на границе структура-корпус и снижени переходного сопротивления этой границ на обратной стороне кремниевой пласти ны со структурами формируют соединительный слой путем нанесения слоя по- ликремния толщиной 0,5-3 мкм, последующего выполнения в нем методом фотолитографии U-образных канавок с шагом 10-15 мкм На глубину слоя поликремния После чего наносят слой полицида Сло полицида формируют путем магнетрон- ного распыления мишени кремний-тугоплавкий металл толщиной 0,1-0,5 мкм

с в

.

5

с последующим отжигом при 500-950 С в инертной атмосфере,.

Недостатки прототипа - в данном способе для металлизации структур БИС используется алюминиевая металлизация, которая не обеспечивает стойкости к коррозии и электромиграции0 Кроме того в технологическом процессе формирования полицидной пленки на обратной стороне используют мишени сплава кремний - тугоплавкий металл, изготовление которого вызывает большие затруднения из-за исходной чистоты применяемых материалов для изготовления мишеней „

Цель изобретения - устранить выше перечисленные недостатки прототипа, обеспечить одновременное Формирование контактно-металлизированной системы на рабочей поверхности пластины с хорошей ппанарностью и на обратной стороне пластины низкого сопротивления контакта при монтаже кристаллов в корпус или ленточный носитель для интегральных схем, имеющих смещение на подложку,.

Поставленная цель достигается следующим образом„

После формирования областей базы, коллектора и эмиттера для обеспечения высокой стабильности электрических параметров интегральных схем производится геттерирование примесей из окисных слоев и границы разд па Si- SiO/i окьинитридом кремния и обеспечивается следующим образомс После завершения второй стадии эмиттерной диффузии проводится окисление пластины толщиной 0,1 5 , ,35 мкм при температуре 950°С„ Затем после обработки пластин производится выращивание гет терирующего слоя оксинитрида кремния высокочастотным плазменным распылением кремниевой мишени в плазме азота на модернизированной установке Пратория-5.

Обеспечение геттерирующих свойств пленки оксинитрида-кремния обеспечивается применением легированной бором или Фосфором мишени из кремния «ДБ или КЭФ с удельным сопротивлением от 0,01 См до 10 Ом-см (для КДБ) и Jf,5 Ом. см (для КЭЛ), что позволяет приблизить коэффициент термического расширения пленки оксинитрида кремния до коэффициента термического расширения пленки фосфоросилйкатного стекла, сформированного после окисления эмиттатам: при ibol 32 оптимальное значение величины Ьо единственно и равно Ь0оп/ О- а при Ibol 32 имеется область оптимальных значений 0 boon/ I - I bo-аа I, причем величина аа выбирается из условия

32 S I /к - Ьо I.

Обратим внимание на одно важное для практики обстоятельство. Нижняя граница области значений|Ьо1, обеспечивающих наименьшее значение суммарной по модулю реактивной мощности в известном изобретении 2, совпадают с верхней границей значения I b 01, соответствующего наименьшему значению суммарной по модулю реактивной проводимости в данном изобретении. Из этого следует важный вывод о том, что значения Ь0опЛ находящиеся на указанной границе, одновременно удовлетворяют как минимуму мощности, так и минимуму проводимости симметризатора.

Кроме того, отметим следующее. Наименьшее значение суммарной по модулю реактивной проводимости элементов сим- метиризатора при неизменной нагрузке может быть реализовано пятиэлементным симметризатором, параметры которого определяются и перестраиваются в процессе симметрирования, но схема его. сохраняется. При меняющейся нагрузке для каждого ее конкретного значения схема симметризатора также будет пятиэлементной, но с отсутствующими элементами, вообще говоря, в разных ветвях. Если заданы пределы, в которых меняются параметры нагрузки, то значения симметричной части симметризатора (величины Ь 0 и Ь 0 ) определяются для наиболее неблагоприятного сочетания параметров нагрузки, на этапе проектирования симметризатора и в режиме симметрирования не меняются. В этом случае несколько упрощается алгоритм работы симметризатора за счет устранения операции ранжирования величин Ј| и rjK, но сим метризатор является шестиэлементным.

Таким образом, основное отличие изобретения от прототипа состоит в следующем. В прототипе ранжируют по уровню в один ряд все шесть сигналов Јj и /к путем сравнения их между собой, выделяют интервал (или диапазон) между третьим и четвертым уровнями сигналов из полученного ряда и любой уровень сигнала из этого интервала принимают в качестве оптимального значения проводимости boon/- В данном изобретении ранжируют по уровню сигналы в каждой из двух групп Ј, и tjK в отдельности. Отличается и принцип выбора уровня сигнала, пропорционального оптимальному значению проводимости boon/- который

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

осуществляется путем сравнения трех сигналов к со средним по уровню сигналов из группы Јi Ј2, причем в зависимости от их соотношения в качестве Ь00пт может быть принят различный уровень сигнала: либо

Ьоопт Ј2, либо Ьоопт &, либо boon/

- Ј.

Изобретение иллюстрируется примером устройства, структурная схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит датчик 1 приращений проводимостей, сумматоры 2, 3. 4, 5. 6, 7, 8, , компаратор 11. вычитатель 12, линейные усилители 13, 14, 15, 16, 17, 18, симметризатор 19.

Датчик 1 приращений проводимостей служит для получения приращений проводимостей ДЬ| и ДЬ|. Он может быть построен на измерении либо фазных токов в трехфазной сети, либо их симметричных составляющих, либо активных и реактивных мощностей и трехфазной сети, как это делается в известных изобретениях. Этот датчик включает в себя, в зависимости от принципа построения, как первичные измерительные преобразователи (например, либо фазочув- ствительные выпрямители, либо измерители коэффициентов Фурье основных гармоник токов, либо фильтры симметричных составляющих, либо датчик мощностей, а также датчики напряжений), так и функци- ональныеузлы для обработки выходных сигналов первичных измерительных преобра- зователей, к которым относятся различные операционные блоки. Сумматоры 2, 3. 4, 5. 6, 7, 8, 9, 10 и вычитатель 12 могут быть выполнены по известным схемам на операционных усилителях, в том числе и в интегральном исполнении. Компаратор 11 служит для ранжирования трех сигналов Ј| и трех сигналов /к по уровню в каждой из двух групп, последующего сравнения уровней сигналов к с уровнем сигнала Ё,г и формирования сигнала, пропорционального проводимости Ьо. Он, в частности, может быть выполнен на основе многоканального коммутатора аналоговых сигналов, в том числе в интегральном исполнении, например 564 КТЗ, КР 590 КН1, К 591 КН1, 543 КН1. 543 КН2, 590 КН4, К 1104 КЫ1, и однокристалль- ной миниЭВМ типа КМ 1813 ВЕ1 с аналоговыми устройствами ввода-вывода. Симметризатор 19 выполнен по одной из типовых схем и содержит шесть реактивных элементов, три из которых соединены в звезду, а три - в трехугольник.

Датчик 1 приращений проводимостей подключен к трехфазной сети, три его выхода, первый, второй и третий, соединены с

первыми входами сумматоров 2,3,4, вторые входы которых объединены между собой и с входом суммирования вычитателя 12 в одну точку, на которую подается постоянное напряжение V0, пропорциональное проводи- мости bo.

Выходы сумматоров 2, 3, 4 подключены к трем точкам, каждая из которых объединяет соответственно первый, второй и третий входы компаратора 11 и первые входы сум- маторов 5, 6. 7, вторые входы которых объединены между собой и подключены к выходу вычитателя 12. Три других выхода датчика 1, четвертый, пятый и шестой, подключены к трем точкам, каждая из которых объединяет соответственно четвертый, пятый, шестой входы компаратора 11 и первые входы сумматоров 8, 9, 10, вторые входы которых объединены между собой и с входом вычитания вычитателя 12 в одну точку, подключенную к выходу компаратора 11. Выходы сумматоров 5, 6. 7, 8, 9, 10 соединены через линейные усилители 13,14,15,16,17,18 с входами симметризатора 19.

Устройство работает следующим обра-

30 М.

На выходах датчика 1 приращений про- водимостей образуется шесть постоянных напряжений, уровни которых пропорциональны приращениям проводммостей Abi и Abk, Напряжения, пропорциональные приращениям проводимостей Abk, с первого, второго и третьего выходов датчика 1 поступают на первые входы сумматоров 2, 3, 4 соответственно. На вторые входы этих сум- маторов и вход суммирования вычитателя 12, подается постоянное, строго заданное напряжение U0, пропорциональное проводимости bo, заранее рассчитанной по коэффициенту мощности cosip. На выходах сумматоров образуются постоянные напряжения, пропорциональные проводимостям /к 3 Abk + bo, которые поступают на компаратор 11 по первому, второму и третьему его входам и на первые входы сумматоров 5, 6, 7 соответственно. Напряжения, пропорциональные проводимостям Abi, с четвертого, пятого и шестого выходов датчика 1 приращений проводимостей подаются соответственно на четвертый, пятый и шестой входы компаратора 11 и на первые входы сумматоров 8, 9, 10.

Компаратор 11 по сигналу Пуск, задаваемому либо от внешнего, либо от внутреннего тактового генератора, проводит сравнение сначала уровней трех входных сигналов, пропорциональных проводимостям Ј|, а затем уровней трех входных сигналов, пропорциональных проводимостям / и

ранжирует сигналы каждой из двух групп, После этого уровни сигналов /к сравниваются с уровнем сигнала Јги по результатам этого сравнения на выходе компаратора 11 формируется постоянное напряжение, пропорциональное проводимости bo, Это напряжение подается на вход вычитания вычитателя 12 и на вторые входы сумматоров 8, 9, 10. На выходе вычитателя 12 образуется напряжение, пропорциональное проводимости bo (bo - bo}/3, которое поступает на вторые входы сумматоров 5, б, 7. На выходах сумматоров 5, б, 7 образуются напряжения, пропорциональные проводимостям bk bo + Abk, а на выходах сумматоров 8, 9, 10 - напряжения, пропорциональные проводимостям b) bo+Abi. Напряжения с выходов сумматоров 5, б, 7, 8, 9, 10 подаются через линейные усилители 13, 14, 15, 16, 17, 18 на симметризатор 19, в котором производится изменение параметров реактивных элементов, обеспечивающее симметрирование токов и поддержание требуемого коэффициента мощности, в том числе cos# 1, т.е. полную компенсацию реактивной мощности.

Формула изобретения Способ управления симметризатором трехфазной четырехпроводиом сети, состоящим из шести реактивных элементов, три из которых соединены в звезду, а три других

-в треугольник, заключающийся в формировании трех информативных сигналов Јi -Abi, пропорциональных несимметричным частям проводимостей элементов симметризатора Abi, соединенных в звезду, где i принимает значения А, В, С, и трех информативных сигналов, пропорциональных проводимостям /к bo + 3 А Ьк, где Ь0

-заданная проводимое ь симметричной части симметризатора, определяемая требуемым коэффициентом мощности, Abk несимметричные части проводимостей элементов симметризатора, соединенных в треугольник, где К принимает значения АВ, ВС, СА, по шести информативным сигналам Јi , ц формируют шесть управляющих сигналов элементами симметризатора, пропорциональных проводимостям bi b o + Abi, bk bo + Abk, где bo - проводимости сим„метричной части симметризатора, соединенной в звезду, bo - проводимости симметричной части симметризатора, соединенной в треугольник, причем Ь0 (Ь0 - Ьо)/3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения минимальной по модулю суммарной реактивной проводимости симметризатора, информативные сигналы каждой из двух групп § и jfr сравнивают межд/ соразводка устраняет коррозию и электромиграцию, повышает стабильность электрических параметров ИГ,.

Применение такого способа создания контактно-металлизированной системы позволяет повысить качество и надежность параметров ИС, исключить из производства применение драгметаллов для монтажа кристаллов в корпус или ленточ- ный носитель, заменить их на проводя- щие клеи и пасты.

Формула изобретения

1 .Способ формирования контактно-металлизированной системы в интегральных схемах,включающий нанесение на обратную сторону подложки с активными структурами слоя поликристаллического 2Q кремния, формирование с помощью фотолитографии U-образного рельефа на обратной стороне, снятие фоторезиста, формирование полицидной пленки нл обратной стороне подложки с последующей 25

15

633Ю

термообработкой, формирование уровня металлизации на лицевой стороне подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности электрических параметров интегральных схем слой поликристаллического кремния наносят одновременно на обе стороны подложки с активными структурами- а после снятия фоторезиста на обе стороны осаждают слой титана, проводят химическую обработку и напыляют с двух сторон подложки пленку нитрида кремния, а термообработку проводят в кислородсодержащей среде до полного про- кисления полицидной пленки,после чего, вскрывают контактные окна к уровню металлизации и удаляют с обратной стороны пленку нитрида кремния.

.. Способ по п. отличающийся тем, что прокисление полицидной пленки проводят при температуре 950-1000°С через пленку нитрида кремния

Использование: в электротехнике, в симметрокомпенсирующих устройствах или симметризаторах для симметрирования токов и компенсации реактивной мощности. Сущность: формируют шесть информативных сигналов, пропорциональных несимметричным частям проводимостей элементов симметризатора, соединенных в звезду и в треугольник, по три информативных сигнала каждой из двух групп сравнивают между собой и располагают их в порядке возрастания уровней, а затем информативные сигналы второй группы сравнивают по уровню со средним уровнем сигналов первой группы и по результатам сравнения находят оптимальное значение симметричной части симметризатора, соединенного в звезду, по которому определяют оптимальное значение симметричной части симметризатора, соединенного в треугольник. Таким образом ранжируют три информативных сигнала в каждой из двух групп в отдельности и определяют оптимальные значения проводимостей обеих симметричных частей симметризатора, обеспечивающих минимальную по модулю суммарную реактивную проводимость, путем сравнения информативных сигналов второй группы со средним по уровню информативным сигналом первой группы. 1 ил. СО с