Схема шунтировки Советский патент 1982 года по МПК H01L23/52 H01L29/74 

1

Изобретение относится к мощным полупроводниковым приборам и может быть использовано в запираемых ТИ ристорах (ЗТ) , Б которых переключение из проводящего состояния в непроводящее осуществляется отрицательным базовым током для достижения высокого уровня динамических и статических параметров.

Известен тиристор, в котором для увеличения статического напряжения переключения и повышения устойчивости -к быстрому нарастанию анодного напряжения осуществлена шунтировка катодного эмиттерного перехода (КЭП), выполненная в виде соединения равномерно.распределенных по площади это го перехода шунтирующих каналов, выходящих от узкого базового слоя с катодным эмиттерным слоем тиристора металлическим покрытием. Равномерное распределение шунтирующих каналов по площади катодного эмиттерного перехода (КЭП) способствует уменьшению сопротивления шунтировки и.увеличению тем самьн критического заряда 1 .

Недостатком этого тиристора является то, что в его конструкции невозможно эффективно воздействовать

отрицательньлм током управления на всю площадь катодного эмиттерного перехода вследствие пробоя периферийных областей катодного эмиттерного перехода и паразитной утечки в них отрицательного тока управления.

Наиболее близкой к предлагаемой является схема шунтировки катодного

10 эмиттерного перехода тиристора, выполненная в виде цепи, содержащей диод, проводящее направление которого совпадает с проводящим направлением эмиттерного перехода, емкость 15 и резистор 2.

Недостатком известной схемы является неэффективное .использование мощности, поступающей в цепь управления при подаче отрицательного тока

20 управления, вследствие шунтирования источника управления емкостью схемы шунтировки, приводящее в свою очередь к существенному увеличению времени вык.гаочения запираемого тиристора, что также нецелесообразно.

25

Цель изобретения - повышение предельного значения скорости нарастания напряжения , уменьшение вре30мени выключения и остаточного падения напряжения при выключении тирис тора отрицательным током управления Указанная цель достигается тем, что в схеме шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора, выполненной в виде цепи, соДержащей диод, проводящее напряжение которого совпадает с проводящю4 направлением эмиттерного перехода, емкост и резистор, диод соединен последовательно с цепью параллельно соединенных емкости и резистора. На чертеже изображена схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора. Схема выполнена в виде цепи,сое тоящей из параллельно соединенных емкости 1 и резистора 2 и последовательно подключенного к ним диода 3,Причем проводящее направление ди да совпадает с проводящим направлением катодного эмиттерного перехода 4.Указанная цепь соединяет шунтирующий канал 5, выходящий из узкого базового слоя 6 с эмиттерным слоем 7 тиристора. При приложении к тиристору стати ческого прямого напряжения - на клемме 8 (-), на клемме 9 {+) часть тока утечки коллекторного перехода 10, попадающего в шунтирующую цепь 1щ, протекает по узкому базовому слою б, далее через диод 3 и по к каждой из ветвей параллельного соедин ния резистора и емкости. При этом емкость заряжается до напряжения, равно падению напряжения на резисторе. при KotopoM Величина тока I эмиттерный переход еще не инжектиру примерно равна току удержания и определяется выражением т -т -т - иртс дмн и -и уд э R + R где 1 - ток удержания тиристора; Ig - доля тока утечки коллекторного перехода 10, текущего через катодный эми терный переход тиристора 4; и - прямое падение напряжения на диоде при протекании через него тока К - эффективное сопротивление узкого базового слоя в на правлении протекания отрицательного тока управле ния; и - положительное напряжение отс эмлл катодном эмиттерном пе реходе тиристора, соответ ствующее точке пересечени прямой ,продолжающей учас ток с малым дифференциаль ным сопротивлением на вольт-амперной характеристике диода с осью напр жений; и - прямое падение напряжения на катодном эмиттерном переходе тиристора) соответствующее доле тока утечки коллекторного перехода 10, текущего через катодный эмиттерный переход тиристораR - сопротивление резистора 2. Для увеличения тока удержания тиристора до необходимой величины при прочих равных условиях нужно обеспечить, чтобы V. бтс ,мм этом максимальное значение номинала сопротивления растекания узкого базового слоя не должно превышать величины .I ирТС ЭММ - UqjVIM - Up , Для того, чтобы исключить вбзрастание остаточного падения напряжения (UOCT ) необходимо, чтобы величина тока luj на этапе стационарного протекания анодного тока не возрастала вследствие модуляции (уменьшения) сопротивления узкого базового слоя протекающим через тиристор анодным током, и определялась величиной номинала немодулируемого резистора. В этом случае R R.Точнее R можно оценить из соотношения о RJ(kn-l) n(l-k) где k - отношение тока в цепи шунтирующей схемы в немодулированном состоянии узкого базового слоя I lu к току luJMaa, соответствующему наивысшей степени модуляции узкого базового с.лоя; п - отношение немодулированного сопротивления узкого базового слоя к модулированному R MOAРоль емкости заключается в следующем . При приложении к тиристору, находящемуся в невключенном состоянии, быстро нарастающего импульса напряжения в прямом направлении - (-) на клемме 8, (+) на клемме 9 - емкостной ток коллекторного перехода протекает через диод и емкость, минуя резистор и обеспечивая тем, самым шунтировку катодного эмиттерного перехода тиристора более эффективно, чем в отсутствие емкости, что способствует резкому возрастанию преПри приложедельного значения НИИ отрицательного импульса управления для запирания тиристора - (-) на клемме 11, (+) на клемме 8 - к диоду прикладывается напряжение в запорном направлении, что препятствует паразитному затеканию тока управления по цепи (диод - параллельное соединение емкости и резистора) При этом шунтирующая цепь перестает проводить ток, и предварительно заряженная емкость разрезается чере резистор. Таким образом, диод должен не только удовлетворять условию п отс - эммг « И должен быть достаточно быстродействующим. В качестве диода могут быть применены быстродействующий германиевый диод или диод ШОТТКИ, являющийся практически безынерционным.

Величина емкости определяется

f- р из условияС; - - - , где длит-ельность импульса управления, т.е. к моменту окончания импульса управления емкость должна полностью разрядиться, обеспечивая открывание диода, что, в свою очередь, обеспечивает рассасывание части остаточнего заряда в структуре через шун„тирующую цепь. Это позволяет существенно сократить длительность импульса управления, необходимую для осуществления процесса запирания, а сле довательно, и время выключения.. В противном случае, когда емкость разряжена не полностью, напряжение на емкости - (+) на левой обкладке, (-) на правой обкладке - прикладывается к диоду в запорном направлении, выключая из работы шунтирующую цепь даже после прекращения -импульса тока управления. Настоящая схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора может быть применена и в запираемом тиристоре с регенеративным электродом управления. В этом случае принцип действия шунтирующей схемы подобен вьошеописанному, а сама схема включается между катодным эмиттерным слоем тиристора и регенеративным управляющим электродом, соединенным со слоем узкой базы, смежным с эмиттерным. слоем тиристора общим металлическим покрытием. Пример 1. Изготавливают ти ристоры с эмиттерным слоем 7 в виде круга .02,4 мм,отделенного окисной канЪвкой от окружающей его базовой металлизации. Сопротивление расте-/ кания узкого базового.слоя составляет 1-2 Ом. Удельное сопротивление широкого п-базового слоя р 3540 Ом,см, время жизни дырок в нем Гр 2-3 МКС. Расчетное значение напряжения переключения Ufjpp 1-1,5 кВ.

Параметры схемы шунтцровки следующие: R 1 Ом, С ;: 1 мкФ; в качестве диода использован германиевый диод Д-310.

П р и м е р 2. Изготавливают

0 тиристоры с эмиттерным слоем 7 в

форме полос шириной 0,2 мм и длиной 6 мм. Шунтировку в них осуществляют согласно предлагаемой схеме со следующими параметрами R 2,0 м, С

5 0,5 мкФ. В схеме также используют диод Д-310. Конструкция и технологические параметры у этих тиристоров такие же, как и в примере 1.

Осуществление шунтировки предлагаемой схемой позволяет в 10-100 раз увеличить предельную величину выключения и на остаточные падения напряжения ло сравнению с известными. Формула изобретения Схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора, выполненная в виде цепи, содержащей диод, прово.цящее направление кот.орого совпадает с проводящим направлением эмиттерного перехода, емкость и резистор, отличающаяся тем, что, с целью повышения предель-i ного значения скорости нарастания прямого напряжения dU/dt, уменьшения времени выключения и остаточного падения напряжения при выключении тиристора отрицательным током управления, диод соединен последовательно с цепью параллельно соединенных емкости и резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ФРГ № 2123322, кл. 21 g 11/02, опублик. 1971. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2854843,кл.Н 01 29/74, 1979 (прототип).

//

S4

5

nrW|i.

%%%Ж%Ш 1%%%%%:%%%% %%%

W/yy// //////////////,

/

/