86 Фототиристоры.

Т иристорные четырехслойные струк­туры р — п-р-п (рис.) могут уп­равляться световым потоком, подобно тому как. триодные тиристоры управля­ются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. При действии света на область базы p_t1 в этой об­ласти генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к п — р-переходам. Электроны, попадая в область перехода П₂, находящегося под обрат­ным напряжением, уменьшают его со­противление. За счет этого происходит перераспределение напряжения, прило­женного к тиристору: напряжение на переходе П₂ несколько уменьшается, а напряжения на переходах П₁ и П₃ не­сколько увеличиваются. Но тогда уси­ливается инжекция в переходах П₁ и П₃, к переходу П₂ приходят инжекти­рованные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит допол­нительное перераспределение напряже­ния, еще больше усиливается инжекция в переходах П₁ и П₃, ток лавинообраз­но нарастает (см. штриховые линии на рис. 13.14), т. е. тиристор отпирается. Чем больше световой поток, дей­ствующий на тиристор, тем при мень­шем напряжении включается тиристор. После включе­ния на тиристоре устанавливается, как обычно, небольшое напряжение и почти все напряжение источника Е падает на нагрузке. Иногда у фототиристора бы­вает сделан вывод от одной из базовых областей (p₁ или п₂). Если через этот вывод подавать на соответствующий эмиттерныи переход прямое напряжение, то можно понижать напряжение вклю­чения. Само включение по-прежнему будет осуществляться действием свето­вого потока.

87 Генератор пилообразного напряжения на тиристоре.

Т риодные тиристоры нашли очень широкое применение в различных схемах радиоэлектроники, автоматики, про­мышленной электроники. Пример ис­пользования триодного (или диодного) тиристора в простейшей схеме генератора импульсного пилообразного напря­жения через резистор R сравнительно медлен­но заряжается конденсатор С. Пока напряжение и_с на конденсаторе невели­ко, триодный тиристор находится в за­пертом состоянии. Но когда и_с станет равно напряжению включения U_ВКЛ ти­ристор отпирается и конденсатор быст­ро разряжается через него, так как в открытом состоянии тиристор имеет малое сопротивление. В конце разряда конденсатора ток через тиристор сни­жается до значения удерживающего то­ка и тиристор запирается. После этого снова повторяется заряд конденсатора, затем его разряд через тиристор и т. д. График напряжения, получаемого на конденсаторе, показан на том же рис. 8.9. Ограничительный резистор R_orp включен для того, чтобы ток в тиристоре не превысил максимального значения. Чем больше R и С, тем медленнее происхо­дит заряд и тем ниже частота получае­мого напряжения. Его амплитуда опре­деляется значением U_ВКЛ и может регу­лироваться изменением напряжения уп­равляющего электрода U_y Обычно в цепь управления также включают ре­зистор для ограничения тока.

88 Приборы с гетерогенными переходами.

Электронно-дырочные переходы во всех ранее рассмотренных приборах от­носятся к так называемым гомогенным (гомопереходам), т. е. представляют со­бой переходы между областями одного и того же полупроводника, имеющими примеси разного типа (доноры и акцеп­торы). Гетерогенными (гетероперехода­ми) называются переходы между раз­личными полупроводниковыми матери­алами, имеющими различную ширину запрещенной зоны. Теорию таких пере­ходов разработал в 1951 г. А. И. Губа­нов в СССР, а позднее У. Шокли в США получил патент на использование гетеропереходов в полупроводниковых приборах. В 1972 г. Ж. И. Алферову с группой сотрудников руководимой им лаборатории Физико-технического ин­ститута присуждена Ленинская премия за фундаментальное исследование гете­ропереходов и создание на их основе новых приборов.

Если имеются два различных полу­проводника, то возможны четыре типа гетеропереходов в зависимости от ха­рактера примесей в этих полупровод­никах: п₁ — п₂, P1 — Р2, р₁ — п₂ и р₂ — п₂. Переход металл — полупроводник мож­но рассматривать как особый случай. Наиболее изучены следующие гетеро­переходы: германий — арсенид галлия (Ge — GaAs), германий — кремний (Ge — Si), арсенид галлия — фосфид галлия (GaAs — GaP), арсенид галлия — арсенид индия (GaAs — InAs).

Различные полупроводниковые при­боры с гетеропереходами имеют ряд достоинств и весьма перспективны. Так, например, диоды с гетеропереходами типа п₁—п₂ или р₁—р₂ обладают высо­ким быстродействием и высокой пре­дельной частотой, так как в них отсутствует сравнительно медленный процесс накопления и рассасывания неосновных носителей, характерный для обычных п— р-переходов. Для гетеродиодов время переключения из открытого состояния в закрытое может быть меньше 1 нс. Представляют интерес мощные гетеро-диоды лазерного типа, в которых вы­деляющаяся мощность излучается, а не нагревает сам диод. Туннельные гетеро-диоды имеют повышенное (по сравне­нию с туннельными диодами) отноше­ние токов I_max/I_min на падающем участ­ке вольт-амперной характеристики, мед­леннее стареют и обладают более высо­кой радиационной стойкостью. Более эффективно работают на СВЧ лавинно-пролетные диоды с гетеропереходами.

Представляют интерес транзисторы с гетеропереходами, например типа p₁—n₂ — p₂. Для них характерны высо­кий коэффициент ос, малые емкость эмит-терного перехода и поперечное сопро­тивление базы, что позволяет повысить предельные частоты. Улучшаются неко­торые параметры у полевых транзисто­ров с затвором в виде гетероперехода и у тиристоров с гетеропереходом под обратным напряжением. В частности, повышается быстродействие тиристоров.

Основная проблема создания хоро­ших приборов с гетеропереходами со­стоит в том, что трудно устранить дефекты, возникающие на границе двух различных полупроводников. Требуется тщательный подбор материалов и совер­шенствование технологии производства.