книги из ГПНТБ / Челноков В.Е. Физические основы работы силовых полупроводниковых приборов

Рис. 8-10. Осциллограммы тока через р-п-р-гс-структуру, выключаемую линейно-изменяющимся напряжением (а); синусоидальным напряжением (б).

Решая это уравнение при начальном условии Q n ( 0 ) = •aJmXz, получаем:

Заряд, накопленный в базе п2 в момент времени Т, равен:

Для времен больших Т рассасывание избыточного заряда определяется процессом рекомбинации:

Триод pi-n2-p2 выйдет из режима насыщения, когда заряд Qn уменьшится' до величины, соответствующей значению граничного заряда. Отметим, что из-за линей­ ного изменения обратного тока линейно растет и значе­ ние граничного заряда, соответствующее выходу триода из насыщения. Используя соотношение (8-58), получаем:

Значения времени рассасывания для рассматриваемо­ го случая определим, приравняв правые части выраже­ ний (8-73) и (8-74) и решив полученное уравнение отно­ сительно t:

210

Приближенное решение уравнения получим, разло­ жив (8-75) в ряд и ограничившись двумя первыми чле­ нами разложения:

к основным электродам р-п-р-я-структуры приложено си­ нусоидальное напряжение и в прямой полупериод через нее проходит ток.

Изменение обратного тока по аналогии с предыду­ щими случаями можно описать следующими соотноше­

Форма тока через р-я-р-п-структуру представлена на рис. 8-10,6.

Уравнение заряда неравновесных носителей для базо­

Ток через прибор меняет направление в момент вре­ мени t = Tn/2 = n/u>, где Т\, — период приложенного напря­ жения. Из выражения (8-80) найдем величину накоп­ ленного заряда в момент времени t = TH/2:

же является функцией времени. По аналогии с соотно­

при низкой частоте питающего напряжения время расса­ сывания зависит только от параметров условного триода с широкой базой.

212

тирует электроны в базовую область р4 . Это вызвано тем, что из-за шунтирования металлическим контактом прямое напряжение на этом переходе будет ©пределяться током, текущим параллельно ему вдоль базовой обла­

величины (пороговое напряжение), можно считать рав­ ным нулю (сопротивление р-я-перехода велико), а для напряжений, больших порогового, величина тока резко возрастает (р-я-переход представляет собой весьма ма­ лое сопротивление). Таким образом, если максимальное смещение перехода /2 , определяемое продольным базо­ вым током, а это имеет место в правой части перехода, не превышает порогового, то р-я-переход /4 не инжекти­ рует носители заряда в область р4 и анализируемую структуру можно рассматривать как трехслойную Р1-я2 -р2-структуру. Если это напряжение превышает ве­ личину порогового напряжения, то переход ji является хорошим инжектором электронов, а работа прибора не

противления растекания этой области, можно регули­ ровать величину тока включения рассматриваемой структуры.

Если принять, что ток через переход / 2 распределен равномерно по всей площади, то выражения для тока пе­ реключения и удерживающего тока имеют следующий вид:

где USaop — пороговое напряжение перехода / 3 ; г — про­ тяженность структуры в направлении, перпендикулярном

214

плоскости чертежа; р2 и w2 — усредненное удельное со­ противление и ширина базовой области pi-

Сравнив (9-1) и (9-2), отметим, что значение тока переключения превышает значение удерживающего тока и вольт-амперная характеристика имеет форму, изобра­ женную на рис. 9-2. Варьируя сопротивление растекания базового слоя ри всегда можно добиться того, чтобы ток переключения существенно превышал - величину тока

ние тока переключения делает структуру менее чувстви­ тельной к самовключению за счет эффекта du/dt.

При изменении полярности напряжения на основных электродах вольт-амперная характеристика будет опре­

не будет значительно отличаться от напряжения пере­ ключения всей четырёхслойной структуры.

Определенный интерес представляет анализ р-п-р-п- структуры с зашунтированным эмиттерным переходом при трехэлектродном включении. В [Л. 9-2] получено вы­ ражение для распределения эмиттерного тока этой структуры как функции расстояния от места присоеди­ нения управляющего электрода.

Показано, что эмиттерный ток локализуется в очень узкой, порядка нескольких сотых миллиметра, области возле управляющего электрода. Схематическое изобра­ жение p-n-p-л-структуры с зашунтированным эмиттер-

215

турах триоды имеют соответственно индексы а и Ь, ана­

рехода влияет на зависимость Un от тока эмиттера, сдви­ гая ее вправо от начала координат, и приводит к тому, что условие переключения будет выполняться при боль­ ших токах по сравнению со структурой, не имеющей за-

структур с незашунтированным и зашунтированным эмиттерными переходами идентичны между собой, за исключением того, что в последнем случае ai заменен на аая- Это весьма примечательно, так как позволяет использовать выводы предыдущих глав относительно ме­ тодов анализа многослойных структур, точнее, в экви­ валентные схемы структур с зашунтированными эмит-

217

терными переходами следует вводить элементы с эффек­ тивными коэффициентами усиления по току, учитываю­ щими шунтировку переходов в этих элементах.

9-2. я-р-я-р-я-СТРУКТУРА С ЗАШУНТИРОвАННЫМИ КРАЙНИМИ р-я-ПЕРЕХОДАМИ

Структура симметричного переключателя изображена на рис. 9-4. Особенностью ее является выведение к верх­

вольт-амперная характеристика при таком включении (рис. 9-5) будет идентична прямой ветви на характери­

^обр

Рис. 9-5. Вольт-амперная характеристи­ ка я-р-я-р-я-структуры с зашунтироваи­ пыми эмиттерными переходами.

218

водимостью при указанной полярности напряжения на электродах^ ток будет проходить в основном через пра­ вую часть структуры.

Если полярность напряжения изменить на противо­ положную, то к р-я-переходу / i будет приложено обрат­ ное напряжение, которое не оказывает влияния на рабо­ ту прибора. В этом случае ответственной за работу пе­ реключателя является р1-пг-р2-«з-структура с зашунтированным р-я-переходом /4 . В состоянии высокой проводи­ мости при рассматриваемой полярности напряжения на электродах ток в основном протекает через левую поло­ вину прибора. Таким образом, шунтирование крайних р-я-переходов пятислойной структуры выведением базо­ вых слоев к металлическим контактам позволяет осуще­ ствить в монокристалле встречно-параллельное соедине­ ние двух р-я-р~я-структур. Диффузионный метод изго­ товления пятислойных структур позволяет получить структуры и р1-я2 -р2-я3 с . минимальным раз­ бросом электрических параметров, что в свою очередь

вольт-амперную характеристику с участком отрицатель­ ного сопротивления как на прямой, так и на обратной ветви и позволяет переключать ток любого направления. При этом в проводящем состоянии она имеет такое же сопротивление, как и обычная р-я-р-я-структура. Симме­ тричный переключатель, основу которого составляет рас­ смотренная структура, может быть включен в проводя­ щее состояние либо за счет подачи на электроды напря­ жения, превышающего напряжение переключения, либо за счет подачи импульса напряжения с крутым фронтом (эффект du/dt).

На основе я-р-я-р-я-структуры с зашунтированными переходами можно получить и управляемые приборы. Так, если управляющий электрод присоединить к ши­ рокой базовой области Яг, то прямой ветвью вольтамперной характеристики можно управлять, подавая от­ рицательный по напряжению относительно нижнего

219