Силовой диод Советский патент 1979 года по МПК H01L29/861 

(54) СИЛОВОЙ ДИОД

..I Предлагаемое изобретение относится к области полутфоводниковой техники и касается силового полупроводникового диода с накоплением заряда. Известен силовой диод, содержащий два силовых электрода и р-п переход СП Известен также силовой полупроводниковый диод с накоплением заряда, им ющий р-п- переход, образованный слабо легированным слоем первого типа проводимости и более лигированным слоем второго типа проводимости, к которым присоединены силовые электроды 21. Известны диоды, для получения нужного значения обратного тока накопленного заряда, требуют пропускания прямого (зарядного) тока с большой амплитудой. Это ведет к усложнению схемы, увеличению расхода мощности, боль шим массам и габаритам элементов схе мы управления. Вместе с тем, обратный (рабочий) ток, возникающий вследствие рассасывания накопленного заряда, по своему временному интегральному значению, примерно, на порядок меньше прямого {зарядного) тока. Все это в значительной степени снижает эффективность, в общем весьма прогрессивных, преобразовательных систем, - использующих силовые полупроводниковые диоды с накоплением заряда. Целью предлагаемого изобретения является увеличение рнтеградьного значения тока, протекающего при рассасывании накопленного заряда. Это достигается тем, что слой первого типа имеет участки, изолированные от силового электрода слоем диэлектрика, между этими.; участками слой второго типа проводимости утоньщен и имеет дополнительный слой первого типа с концентрацией на один-два порядка больщей, контактирующий со вторым силовым электродом, причем проекция слоя диэлектрика перекрывает в поперечном сечении дополнительный слой первого типа проводимости на 5-2О% его длины. Сущность предложения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображено по- перечное сечение предложенной структуры, а на фиг. 2 - процессы в структуре прибора при протекании зарядного тока; Монокристаллическая полупроводниковая Структура 1 (фиг. 1) содержит слабо легированный базовый слой 2, имеющий п -тип проводимости; слой 3 р-типа проводимости, имеющий на один-два порядка большую концентрацию легирующей примеси; 4 - р-п переход, образованный указанными слоями и два силовых электрода 5 и 6. Структура 1 в1ыполнена в виде чередующихся областей 1--ГО вида - 7 и областей 2-го вида - 8 В областях 7 (1-го вида) слой . р-типа имеет уменьшенную толщину, например, за счет углубле1шя 9. На поверхности слоя р -типа принадлежащего областям 7, создан слой Юс проводимостью , 11 -Т1ша, имеющий ко 1щентрацию легирующей примеси на один-два порядка больщую, чем в слое 3. Слой 10 образует р-П переход 11 со слоем 3 и имее контакт с силовым электродом 5. Слой 2 п -типа проводимости в областях 7 сохранен и имеет контакт с силовым электродом 6. В областях 8 слой 3 р-типа проводимости сохранен и имеет KOirraKT с силовым электродом 5, а сло П -типа проводимости, покрыт слоем 12 диэлектрика, изолирующим его от силовогоэлектрода 6. Для повышения эффективности действия прибора, являются предпочтительными следующие геометрические размеры слоев и областей, выраженные в диффузорной длине неосновных носителей в материале структуры ( 3) 1) ; слой 3 р-типа на сохраненных участках областей 8 (2-го вида) - слой 3 р-типа в углублени1ях областей 7 (1-го вида) - 0,14-0,8, слой 2 п - типа -24-4 Размеры областей 7 (1-го вида) и 8 (2-1Х вида) - в поперечном сечении 2|-8. Диэлектрическое покрытие 12 областей 8 перекрывает в поперечном сечении на длины области 7. На фиг. 2 иллюстрируются процессы в структуре прибора при протекании зарядного тока. Внещнее напряжение прил жено к прибору с полярностью - плюс на электроде 5, минус на электроде 6 Переход 4 смещен в прямом направлении. Зарядный ток поступает от электро да 5 в слой 3 в областях 8, поскольку протекание тока в областях 7 препятствует обратно смещетш1й переход 11, об .разованный слоями 3 и Ю. Далее путь 7 тока лежит в областях 7, поскольку слой 2 в областях 8 изолирован от электрода 6 диэлектрическим слоем 12. Дырки из слоя 3 поступают в слой 2, создавая накопленный заряд. Электроны из слоя 2 поступают в слой 3, где рекоыбинируют. Поскольку концентрация акцепторной примеси в слое 3 значительно больше концентрации донорной примеси в слое 2, коэффициент инжекции дырок близок к единице. Зарядный ток переносится, в основном, дырками, которые накапливаются в слое 2. Предложенный прибор может быть использован в схемах коммутации тиристоров, в схемах для получения дозированных импульсов тока, в схемах инверторов. Наиболее значительными преимуществами, получаемыми при использовании предложенного прибора являются повышение надежности, улучшенле электрических характеристик схем, упрощение системы управления и возможность создания новых типов автономных инверторов и дру- гих преобразовательных систем. Повышение надежности обусловлено конструктивными особенностями прибора, имеющего только два сиЛовых электрода и один основной р-п переход, зашфающий напряжение. Такая конструкция приближает показатели надежности предложенною прибора к соответствующим показателям. полупроводниковых диодов, сообщая диоду в то же время свойства управления протЭканиеМ тока. Известно, что показатель надежности для силовых полупроводниковых диодов на порядок выше, чем длп управляемых приборов - тиристоров и силовых триодов. Улучшение характеристик силовых схем обусловлено, тем, что исключаются конденсаторы в силовых цепях (входящие в контуры коммутации) и прибор принххипиально не может находиться в неконтролируемом отпертом состоянии. Упрощение системы управления обусловлено тем, что нет необходимости при последовательном соединении многих приборов в высоковольтных устройствах передавать управляющий сигнал каждому прибору. Формула изобретения 1. Силовой диод, содержащий полупроводзшковую структуру с по крайней