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

ния на процесс включения. Структура 2 смещена в об­ ратном направлении, р-я-переход в ее цепи управления смещен в обратном направлении и не влияет на процесс

включении вольт-амперная характеристика структуры 4 имеет участок отрицательного сопротивления, но в со­ стоянии с высокой проводимостью сопротивление ее из-за обратносмещенного р-я-перехода, образованного слоями я3 и р2 , существенно больше сопротивления от­ крытой структуры 1. Следовательно, ток во включенном состоянии главным образом проходит через структуру 1. Отметим, что основные электроды структуры 3, которая включена в прямом направлении, находятся под одним потенциалом со структурой /. Поэтому процесс пере­ ключения в проводящее состояние, начавшись в струк­ туре /, распространяется на структуру 3.

Влияние остальных элементов на структуру 1 про­ является лишь в том, что верхний эмиттерный Я г р ^ п е р е - ход шунтируется выведением базового слоя pi к верх­ нему металлическому контакту. Работа тиристора с за-

цательное относительно электрода СЭУ напряжение, то рабочей является структура 3.

При изменении полярности напряжения на электро­ дах работу прибора определяет структура 4.

Как видно из проведенного анализа, в каждом слу­ чае за механизм включения ответственна лишь одна из четырех составных структур.

Это позволяет для анализа работы структуры сим­ метричного тиристора использовать результаты анализа элементарных структур, проведенного выше, если учесть

240

прибора, которые при данном включении не являются активными. Отметим, что на рис. 9-18 и 9-19 структура 3 является л-р-л-р-структурой с инжектирующим управ­ ляющим электродом.

нительным пятым слоем (см. рис. 9-14). Таким образом,

Когда к СЭ приложено положительное, а к УЭ отри­ цательное относительно СЭУ напряжение, ток через прибор описывается выражением (9-19) или (9-23). Если к СЭ приложено отрицательное, а к УЭ положи­ тельное относительно СЭУ напряжение, ток через при­ бор можно описать соотношением (9-28).

Так как диффузионный метод, применяемый для изготовления симметричных тиристоров, позволяет полу­

варианта больше, чем для второго и четвертого вариан­ та. Это приводит к тому, что токи управления— спрям­ ления в прямом направлении меньше, чем в обратном.

На рис. 9-20 представлены .вольт-амперные характе­ ристики структуры симметричного тиристора (рис. 9-19), снятые при положительном токе управления. Прямые характеристики прибора на рис. 9-20 не отличаются o r прямых характеристик обычной р-л-р-л-структуры, обрат­ ные характеристики такие же, как прямые у обращен­ ной р-л-р-л-структуры с омическим управляющим элек­ тродом (рис. 9-17). На рис. 9-21 представлен начальный участок вольт-амперной характеристики. Если в прямом направлении характеристика включенного прибора близ­ ка к прямой характеристике р-л-перехода, то обратная характеристика включенного прибора имеет дополни­

ключения обращенного тиристора с омическим управля­ ющим электродом.

241

Рис. 9-22. Вольт-амперные характеристики структуры симметричного тиристора при /у<0 .

сдвиг характеристик вниз относительно начала коорди­ нат обусловлен влиянием источника напряжения в цепи управления.

На рис. 9-22 представлены вольт-амперные характе­ ристики структуры, снятые при отрицательных токах управления. Прямые характеристики па рис. 9-23 не от-

ха \1

so

Н wo

Рис. 9-23. Начальный участок вольт-амперной харак­ теристики структуры симметричного тиристора при

/у<0 .

243

Лйчаются от прямых характеристик обычных р-п-р-п- структур. Обратные характеристики аналогичны пря­

рактеристика включенной структуры имеет участок отри­ цательного сопротивления, такой как у р-п-р-п-структу­ ры с инжектирующим управляющим электродом.

Таким образом, при отрицательном токе управления рассматриваемая структура имеет несимметричную вольт-амперную характеристику. Следует отметить, что несимметрия проявляется при напряжениях в несколько вольт.

Поскольку структура имеет четыре режима включе­

комбинируя эти режимы, можно получить характеристи­

Структуры симметричных тиристоров, управляемых током одного направления

Возможны два варианта структур симметричных ти­ ристоров с однополярным током управления, причем

Эта структура получена совмещением в одном монокри­

туру можно рассматривать как симметричный переклю­ чатель на основе п-р-п-р-п-структуры с зашунтированными р-п-переходами.

244

Если к СЭ и УЭ приложены положительные относи­ тельно электрода СЭУ напряжения, то .работу прибора определяет структура /, так как структура 4 при таком режиме включена в обратном направлении. При измене­

Второй вариант симметричного тиристора с однополярным (отрицательным) током управления изображен на рис. 9-25. Этот прибор можно рассматривать как комбинацию структур 2 и 3: обращенной р-я-р-я-струк­ туры и р-я-р-я-структуры с инжектирующими управля­ ющими электродами.

При разомкнутой цепи управления прибор ;по своим характеристикам не отличается от симметричного пере­ ключателя. Если к СЭ и УЭ приложены отрицательные относительно электрода СЭУ напряжения, то работу

245

прибора определяет левая часть структуры, представ­ ляющая собой обращенную p-n-p-n-структуру. При из­ менении полярности на основных электродах работу структуры определяет правая половина прибора, т. е. р-я-р-п-структура с инжектирующим управляющим элек­ тродом. Вольт-амперные характеристики прибора анало­ гичны кривым на рис. 9-22, 9-23. Таким образом, струк­ тура симметричного тиристора с отрицательным током управления имеет несимметрию характеристики, которая проявляется в наличии дополнительного участка с отри­ цательным сопротивлением на прямой ветви.

Г л а в а д е с я т а я

Д И Н А М И Ч Е С К И Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И С Т Р У К Т У Р С И М М Е Т Р И Ч Н Ы Х Т И Р И С Т О Р О В

можно представить как комбинацию четырех элементов на основе р-п-р-я-структур, каждая из которых опреде­ ляет работу прибора при определенной полярности на­ пряжения на его электродах. Метод раздельного анали­ за элементов будет применен и в этой главе при изуче­ нии процесса включения структур симметричных тири­ сторов. Рассмотрим процесс включения р-я-р-п-структур с омическим и инжектирующим управляющими электро­ дами и обращенных р-я-р-я-структур с такими же управляющими электродами для того, чтобы исполь­ зовать полученные результаты при анализе переход­ ного процесса включения структур симметричных тири­ сторов.

Наиболее общий подход к анализу переходных про­ цессов в многослойных структурах с помощью решения уравнений непрерывности приводит к выражениям в ви­ де сумм бесконечных сходящихся рядов. На практике,

246

как это было сделано в гл. 8, используются приближен­ ные формулы, которые получаются при учете лишь ну­ левого и первого членов сумм. Сложность полученных таким образом формул даже для такой относительно •простой структуры, какой является р-я-р-я-структура с омическим управляющим электродом, затрудняет анализ многослойных структур. Расчет переходных про­ цессов, в частности процесса включения, можно прово­ дить упрощенным способом, который заключается в сле­ дующем. Как известно из гл. 8, переходная характери­ стика р-я-р-я-структуры, имеющая вид экспоненты с положительным показателем, отсекает на оси времени

экспоненциально. Выражение для тока включения (8-32)

место при подаче в базу произвольно малого импульса тока. Следовательно, если в цепи управления имеется элемент, задерживающий на определенный момент вре­ мени сигнал управления, то его можно учитывать, скла­ дывая собственную задержку р-я-р-я-структуры с за­ держкой этого элемента. При сделанных допущениях форма тока базы р-я-р-я-структуры не играет роли, не­ обходимо учитывать лишь задержку этого тока относи­ тельно момента подачи тока управления в форме оди­ ночной функции. Применим данный метод для анализа элементов, составляющих структуру симметричного тиристора.

247

Включение обращенной р-п-р-п-структуры

с инжектирующим управляющим электродом

Выражение для тока через обращенную р-п-р-п- структуру можно записать в следующем виде [Л. 10-1 — 10-3]:

где собственное время задержки По-р1-п2 -триода, вклю­ ченного в базовую цепь ргП2 -р2-Пз-структуры определя­ ется из выражения

включения р-п-р-п-ертуктуры с инжектирующим элек­

248