Исследование Процесса Выключения Интегрального Тиристора Импульсом Базового Тока

Abstract

Для повышения предельной плотности силового тока при выключении интегрального n + p ′ Nn ′ p + -ти-ристора импульсом тока в цепи управления необходимо прервать инжекцию электронов из n + -эмиттера раньше начала восстановления коллекторного p ′ N-перехода. Это осуществляется с помощью быстро нарастающего импульса запирающего базового тока с амплитудой, равной амплитуде выключаемого тока. После обрыва инжекции эмиттера обратный ток через прибор является током дырок, выводимых из приколлекторной области через базовый электрод. Физическим механизмом, ограничивающим предельную плотность выключаемого тока в этом процессе, является, как и в IGBT-транзисторах, динамический лавинный пробой, инициируемый дырками, выводимыми через область объемного заряда коллекторного p ′ N-перехода. DOI: 10.21883/JTF.2017.11.45129.2257 Эмиттерный n + p ′ -переход кремниевого чипа инте-грального тиристора (ИТ) со структурой n + p ′ Nn ′ p + , показанной на рис. 1, состоит из большого числа n + -по-лос шириной ∼ 15 µm и длиной ∼ 100 µm, окруженных базовыми p ′ -полосами примерно таких же размеров; эти полосы объединены соответственно эмиттерными и базовыми шинами, через которые осуществляется управление процессами включения и выключения ИТ. Довольно высокая степень интеграции эмиттерных и ба-зовых полос позволяет существенно улучшить основные динамические характеристики.Процесс включения ИТ исследовался, например, в [1], где было показано, что чип такой конструкции, вклю-чаемый импульсом прямого тока в цепи эмиттер−база, позволяет формировать в силовой цепи импульс тока с очень большой плотностью и малым временем нараста-ния. В [2] было показано также, что такой тиристорный чип может быть довольно эффективно выключен пу-тем замыкания накоротко цепи эмиттер−база полевым транзистором с малым сопротивлением канала в схеме с резистивной нагрузкой, когда возрастание напряже-ния на чипе сопровождается спадом тока в силовой цепи. Однако поскольку основной областью примене-ния мощных переключателей, выключаемых по цепи управления, является электропривод, то исследования процессов выключения обычно проводятся в цепях с индуктивной нагрузкой, при которой рост напряжения на переключателе при выключении опережает спад тока. В результате этого в образующуюся у коллекторного p ′ N-перехода область объемного заряда (ООЗ) попадает поток свободных носителей, что в определенных услови-ях приводит к динамическому лавинному пробою [3,4], и в конечном счете к шнурованию тока и разрушению прибора.Теоретические и экспериментальные исследова-ния [5,6] и др. показали, что предельная плотность выключаемого тока при выключении путем замыкания цепи эмиттер−база существенно ограничивается рядом эффектов, связанных в основном с паразитным сопро-тивлением и индуктивностью в замыкающей цепи. В [6] было экспериментально показано, что для повышения предельной плотности выключаемого тока инжекция электронов из n + -эмиттера должна быть полностью прекращена раньше, чем начнется образование ООЗ у коллекторного p ′ N-перехода; необходимо также предот-вратить возможность инжекц...

Высоковольтные Диффузионные Диоды С Резким Восстановлением. I. Численное Моделирование

“…В общем случае ДРВ представляют собой полупроводниковые p + −p−n−n +структуры, которые, начиная с пионерской работы [4], изготавливались по обычной диффузионной технологии мощных кремниевых выпрямительных диодов [4][5][6][7][8][9][10][11]. В статье [8] было показано, что наличие p-слоя, сформированного путем диффузии Al на большую (∼ 100 мкм) глубину существенно уменьшает время обрыва тока, а авторы недавней статьи [12] даже назвали такой p-слой " принципиальной особенностью конструкции этих диодов". Однако в большинстве опубликованных статей, посвященных теоретическому анализу работы ДРВ, использовалась модель приборов с однородно легированными высокоомными p-и(или) n-слоями [2][3][4][13][14][15][16][17][18][19], которые можно изготовить с помощью эпитаксиальной технологии [20] (далее для таких приборов мы используем аббревиатуру эДРВ).…”