Трехэлектронный полупроводниковый переключатель Советский патент 1980 года по МПК H01L29/74 

Изобретение относится к области конструирования трехэлектродных полупроводниковых переключающих приборов на основе многослойных структур с р - л-перехо дами, в частности симисторов. Известны трехэлектродные переключатели, в которых используется регенеративный механизм включения прибора lj. Наиболее близким техническим решением является симистор, предназначенный для работы при высоких скоростях нара стания анодного тока, использующий регенеративный принцип управления. Конструкция выпрямительного элемента такого прибора выполнена на основе пятислойной h-p- Л-p-h -структуры с зашунтированными внешними эмиттерными переходами. Управляющий электрод присоединен к области электронного и дырочнего типа проводимости. Между управляющим электродом и основным токосъеvsoM расположены аашунтированные ме- галлическим контактом вспомогательные области электронного и дырочного типа проводимости Г2. Однако в известных конструкциях эффективность использования .полупроводниковой пластины, особенно в случае маломощных приборов, становится крайне низкой. Кроме того, не во всех 1Шадрантах у известных конструкций симисторов с регенеративным включением обеспечивается максимальная площадь первоначального включения, что приводит к снщкению критических значений скорости нарастания анодного тока (Si3/еИ.Цель изобретения - создание конструкции симистора, которая обеспечивала бы высокие скорости нарастания тока нагрузки при любой полярности на главных электродах, а также уменьшение размера области управления и обеспечение при этом максимального периметра включения. Это достигается тем, что между контактом основного токосъема и управляющим электродом выполнены вспойогатепычз1е области так, что они разделяют 35 участки одноименной проводимости основного токосъема и управляющего электрода областью противоположного типа проводимости. Проекции вспомогательных областей на нижнюю плоскость структурь попадают хотя бы частично в область с противоположным типом проводимости. Для получения регенеративного управления при любой полярности в главной и управляющей цепи минимальными токами управления вспомогательная область дырочного типа проводимости имеет дополнительную область электронного типа проводимости, которая граничит с участком управления дырочного типа. В предлагаемой конструкции на плоскости струк туры с управляющим электродом дырочные и электронные области скомпонованы так, что каждой главной области под кон тактом основного токосъема противостоят два разноименных участка управления. На фиг. 1 и 2 изображены виды сверху и снизу структур симисторов, которые управляются в трех и четырех квадррчта соответственно с использованием регенеративного механизма включения. Штриховыми линиями изображено металлическое покрытие, пунктирными - гран1ща металлизации. На фиг. 3-6 дань осевые разрезы пятислойной структуры. 1 - область исходного материала П -типа 2.4- дис|)фузионные области р-типа, 3.5- 1О - диффузионные области п. -Т1ша, Особенностью конструкции является наличие электрической связи мелоду вспо могательными областями кл - и р-типа проводимости в продольном направлении. Это позволяет реализовать регенеративный принцип управления минимальным числом вспомогательных областей меладу управляющим и силовым электродом и обеспечить максимальный периметр области первоначального включения. Каждой главной области под контакто основного токосъема противостоит вспомогательная область противопололсного типа проводимости и одноименная област под контактом управляющего электрода. Области с электронной и дырочной проводимостью на нижней плоскости стру туры расположены так, что учас ток электронного и дырочного типа проводимости в управляющей и вспомогател ной области хотя бы частично проектируетхзя па участки разноименного типа проводимости. Работу семистора в перво квадранте поясняет фиг. 3, откуда сле3дует, что первоначально включается вспомогательный тиристор с катодной областью 5, а затем по металлу сигнал передается в цепь управления главного тиристора с катодной областью 3, Фиг. 4 поясняет работу, симистора во втором квадранте. В этом случае механизм включения имеет три этапа: первоначально включается тиристор.с катодной областью 7 (цепь управления), затем тиристор с областью 5 и, наконец, главный тиристор с областью 3. Фиг. 5 поясняет работу симистора в третьем квадранте. Инжекцией электронов с области 9 обеспечивается первоначально включение тиристора с катодной областью 6, затем начинает инжектировать область 5 и включается главный тиристор с катодной областью 8. В данном случае оптимальный режим работы устройства обеспечивается при условии, когда проекции области 9 и 6, а также 5 и 8 хотя бы частично перекрываются. Фиг. 6 поясняет работу симистора в четвертом квадранте. Область 1О во вспомагательной дырочной области служит для уменьшения токов управления. Область первоначального включения в данном случае возникает в тиристоре с областью 6 благодаря инжекции области 10 из-под металлического контакта. Затем механизм включения протекает аналогично, как и на фиг, 5. В том случае, когда не требуется обеспечения регенеративного механизма включения, симистора во всех четырех квадрантах, конструкция устройства молсет быть значительно 1Т1рощена. Такое упрощение конструкции полезно с точки зрения повыщения коммутирующих свойств прибора, так как в этом случае устраняется ряд перекрывающихся проекций областей с проводимостью, одноименной щирокой базовой области. Для yлyчщeн ш температурной стабильности параметров приборов, а также для повыщения стойкости прибора к высоки;м скоростям нарастания напрял еиия целесообразно использовать распределительную шунтировку п-эми1 гера. Формула изобретения .1. Трехэлектродный полупроводниковый переключатель, выполненцьп на основе пятислойной -структуры с зашунтярованными внешними эмиттерными переходами, с управляющим электродом, под которым расположены участки электронного и дырочного типа, и с защунтированными металлическим контактом вспомогательными областями электроршого и дырочного типа проводимости, расположенными между контактом основного токосъем и управляющим электродом, отличаю щ и и с я тем, что, с целью увеличения скорости нарастания тока нагрузки гфи любой .полярности в главной цепи, вспомогательные области выполнены так, что разделжот участки одноименной проводймости основного токосъема и управляющего электрода областью противоположного типа проводимости, при этом их проекции на нижнюю плоскость структуры попадают хотя бы частично в область с противоположным типом проводимости.

2, Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости нарастания тока при любой полярности в цепи управления, а также, с целью обеспечения минимальных токов управления в четвертом квадранте (обратное включение положительным сигналом), вспомогательная област дырочного типа проводимости имеет дополнительно встроенную область электронного Т1ша проводимости, граничащую с участком управления дырочного типа.

Источники 1шформации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3586932, ш, 317-235, опублик. 2О.О6,7.1.г

.2. Авторское свидетельство СССР № 326917, кл. Н О1 L 29/73, 20.03.7 О (прототип).

fr 7T

Щ

ЗСОЕ

Н

5

i.

Риг J

Y//// /////////л УТ ////////////

ЕОСЛ

(-)

-+)« +

5

Физ 5 ABODE

М0 1

п

Фиг.

АВОСЛ

(+)

(-10 -tФиг 6