Структуры транзистора

ми устанавливаются на стадии освоения производства конкретных типов тиристоров. Значения параметров закрытого состояния определяют при максимально допустимой температуре структуры тиристора.

где qi—q& — коэффициенты, определяемые параметрами структуры тиристора; 1/трег, 1/т— корни уравнения;

В результате основная доля (7ai) анодного тока будет протекать вблизи управляющего электрода. На 3.27 схематически показано распределение тока в приборе большой площади. При подаче управляющего тока электроны инжектируются переходом ПЗ неоднородно, и чем выше радиальное сопротивление базы, тем неравномернее распределен инжектированный ток по площади прибора. Эта неравномерность включения усиливается часто микронеод-нородностью структуры тиристора и рядом других дополнительных эффектов. В результате включение тиристора происходит в некоторой области начального включения (ОНВ).

Длительность этапа установления переходного процесса включения в основном определяется распространением области включенного состояния по всей площади структуры тиристора. Распространение обеспечивается диффузией носителей из области с большой концентрацией (области начального включения) в прилегающие к ней области структуры.

Таким образом, действие емкостного тока центрального перехода эквивалентно поступлению одинаковых токов управления в обе базы р-п-р-п структуры тиристора. Основная задача анализа эффекта du/dt сводится к следующему:

В момент (0 подается импульс управления (минус на УЭ) на вход тиристора и через время ^t>,3*?0,2 икс появляется анодный ток через управляющую структуру тиристора. Анодный ток управляющей структуры тиристора протекает через анодную и управляющую цепи последовательно, в результате чего напряжение му к моменту t\ спадает до нуля и затем меняет знак, так как падение от анодного тока на резисторе Ry становится больше Еу ( 3.53,6). При этом слой рг становится положительным относительно катода и к катодному переходу П4 потечет дырочный ток. В момент /2 переход П4 смещается в прямом направлении и происходит включение основной структуры. Ток управ-

3. Высокое значение предельной мощности, переключаемой тиристором, что обеспечивается особенностями полупроводниковой структуры тиристора. Именно при переключении больших мощностей (токи порядка 1000 А и более, напряжения порядка 1000В и более) тиристор имеет наибольшие преимущества перед транзисторным ключом.

На этапе установления включение тиристора определяется в основном процессом распространения области проводимости по площади структуры тиристора, а также влиянием неодномерных эффектов на усилительные свойства тиристорной структуры, при этом напряжение на тиристоре меняется по закону

В течение времени tcni происходит полное восстановление области объемного заряда в переходе ПЗ, при этом внешнее приложенное напряжение может быть или меньше, или больше напряжения пробоя (/проб перехода ПЗ. Второй случай с практической точки зрения более важен. Когда падение напряжения на ПЗ достигает t/проб, оставшаяся часть структуры тиристора (области ртп\-р\) является еще хорошо проводящей и вносит малый вклад в полное падение напряжения на приборе. Поэтому в течение второй части интервала задержки 1ЗД2 ток /Обр2= ((/добр — —(/проб)/Я остается практически постоянным. Центральный переход П2 продолжает инжектировать дырки в пгба-зу до тех пор, пока переход П2 будет оставаться прямо-смещенным. Из-за непрерывной инжекции дырок лгбаза восстанавливается гораздо более медленно, чем р2-база, поэтому ^Зд2 будет уменьшаться с увеличением обратного тока и уменьшением эффективного времени жизни неосновных неравновесных носителей в ягбазе.

4.21. Схематическое изображение структуры тиристора (а) и его эквивалентная схема (б).

Изложены принципы действия, устройство, технологические методы изготовления и электрические параметры нового полупроводникового прибора на основе р-п-р-п структуры тиристора, выключаемого током управления. Дана теория переходных процессов включения и выключения р-п-р-п структур для случаев одномерной и неодномерной моделей. Описаны неоднородные процессы в структурах и возможности их практического использования.

Заметим, что коллекторная область структуры транзистора ( 1.1, а) имеет большое объемное сопротивление (порядка 0,5...50 Ом • см), а контакт коллектора вынесен на лицевую поверхность подложки. В результате последовательное сопротивление в цепи коллекторного тока (сопротивление насыщения) получается больше, чем у дискретных транзисторов. На 1.1, в приведена эквивалентная схема паразитных параметров транзистора. Помимо сопротивления в цепи коллектора гн

Внедрение пленарной технологии привело к переходу производства дискретных полупроводниковых приборов практически полностью на этот вид технологии. Поэтому структуры дискретных полупроводниковых приборов ( 1.14) отличаются от структуры транзистора полупроводниковой микросхемы ( 1.1) только тем» что в них отсутствует изолирующий р — n-переход (так как на подложке размещается лишь один полупроводниковый прибор).

Вместе с тем увеличение поверхности переходов при обычной геометрии структуры транзистора (см. 3.1, а) может вызвать неравномерное падение напряжения вдоль базовой области и как следствие вытеснение токов к периферийным областям эмиттера. Чтобы уменьшить влияние собственного электрического поля в базе и снизить ее сопротивление при протекании больших токов, контактные выводы мощных транзисторов выполняют либо в виде гребенчатой конструкции, либо в виде дисков и колец. Для повышения рассеиваемой мощности практикуется также монтаж нескольких полупроводниковых структур с параллельным соединением в одном корпусе.

Наиболее распространенным является эпитаксиально-диффу-зионный метод разделительной диффузии. Схема изготовления биполярной структуры транзистора этим методом показана на 1.2. Для создания транзисторной структуры п — р — п используется подложка р-кремния. Пластина кремния окисляется в атмосфере влажного и сухого кислорода ( 1.2, а). После первой фотолитографии проводится локальная диффузия донорной примеси с малым коэффициентом диффузии (As, Sb) и формируется скрытый высоколегированный слой п+ глубиной около 2 мкм ( 1.2, б).

Это связано с особенностями структуры транзистора:

2.46. Электрическая схема двумерной структуры транзистора (а) и эквивалентная схема, соответствующая моделям IBIS (сплошные линии) и BIRD (сплошные и штриховые линии)

Формула (6.39,а) обычно используется для описания распределения концентраций примесей в скрытом л+-слое, области разделительной диффузии, акцепторной примеси в базовом диффузионном слое (в случае п—р—п—р вертикальной структуры транзистора), а также акцепторной примеси в слое дополнительного легирования области базы, предназначенного для обеспечения омического контакта базы с металлическим выводом. По формуле (6.39,6) рассчитывается распределение примесей в диффузионной области эмиттера, слое дополнительного легирования области коллектора

биполярного транзистора, а также распределение примесей диффузионных областей истока и стока МДП- транзистора. Распределение примесей в эпитаксиалыюм слое может быть выражено либо соотношением (6.39,6), либо приближенным соотношением (6.39,е), если скорость эпитаксиалыюго выращивания превышает 0,2 мкм/мин. Независимыми переменными при решении задачи поиска оптимальной структуры транзистора выбираются начальные параметры выражений (6.39). К таким переменным относятся концентрации А'п, ^V0 и Q примесей при создании соответствующих областей, значения коэффициентов диффузии D легирующих примесей, толщина эпитаксиальной пленки хэп, длина /э и ширина wa эмиттера биполярного транзистора. Обозначив через он и ав нижний и верхний пределы изменения соответствующих параметров, для перечисленных выше независимых переменных можно записать систему ограничений—неравенств, которые имеют следующий общий вид:

Задача поиска оптимальной структуры транзистора состоит в нахождении такой совокупности независимых переменных, при которой ЦФ достигает минимума и выполняются все ограничения — неравенства.

Длина канала — важнейший параметр структуры транзистора. На 4.5 показано ее влияние на стоко-затворную характеристику (Ь = 20 мкм, #а.п = Ю1в см-3, du = 0,04 мкм). С ростом L уменьшается К и крутизна стоко-затвор ной характеристики. Поэтому длину канала обычно выбирают минимально возможной исходя из разрешающей способности фотолитографии A: L = Д (см. § 2.10). Вольт-амперные характеристики квадратичны 13], они выходят из одной точки, так как пороговое напряжение не зависит от длины канала.

Удовлетворительный численный расчет ВАХ на пологом участке возможен лишь на ЭВМ для конкретной структуры транзистора. Для очень короткого канала, когда на всем его протяжении электроны движутся со скоростью насыщения, ток на участке 2