28. Тиристоры. Динисторы. Устр-во. Принцип действия, вах.

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три и более р – n перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

Диодные тиристоры (динисторы)

Диодный тиристор – это тиристор, который имеет два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления.

Принцип действия:

Структура динистора состоит из 4-х областей с чередующимся типом проводимости.

При подаче прямого напряжения. Дырки и электроны оседают в средней области.

В р – переходе накапливается разность потенциалов, которая при достижении определённого значения включает динистор.

При подаче тиристор прямого напряжения т.е положительного потенциала на аноде, крайние р – n переходы смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, средний переход шлензен в обратном направлении, поэтому его называют коллекторным соответственно. В таком приборе существует две эмиттерные области и две базовые области. Большая часть прямого внешнего напряжения падает на коллекторном переходе, т.к он смещён в обратном направлении, поэтому первый участок ВАХ тиристора похож на обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода. С увеличением анодного напряжения, увеличивается прямое напряжение и на эмиттерных переходах, электроны инжектированные из «n» эмит. в р – базу передвигаются к коллекторному переходу, втягиваются по полем и попадают в n – базу, дальнейшему продвижению электронов препятствует потенциальный барьер правого эмиттерного перехода, поэтому часть электронов, оказавшись в потенциальной n – яме, образуют избыточный отрицательный заряд, который понижая высоту потенциального барьера правого эмиттерного перехода вызывает увеличение инжекции дырок из р – эмиттера в n – базу. Инжектированные из р – эмиттера дырки подхватываются полем коллекторного перехода и переходят в р – базу. Дальнейшему их продвижению препятствует потенциальный барьер левого эмиттерного перехода, т.е в р – базе происходит накопление избыточного положительного заряда, что обуславливает увеличение инжекции электронов из n – эмиттера, таким образом в структуре тиристора существует положительная обратная связь по току, т.е увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой. Накопление зарядов в базовых областях равносильно дополнительной разности потенциалов на коллекторном переходе, которая стремится сместить этот переход в прямом направлении, т.е суммарное напряжение на коллекторном переходе будет уменьшаться, в результате высота потенциального барьера коллекторного перехода уменьшается до значения, соответствующего включению этого перехода в прямом направлении. Таким образом при подаче прямого напряжения на тиристор он может находится в двух состояниях: открытом и закрытом. Под точкой переключения понимают точку на ВАХ, в которой дифференциальное сопротивление равно нулю, а напряжение на тиристоре достигает max значения. Закрытое состояние соответствует участку 0 – 2 ВАХ. Открытое состояние соответствует участку 3 – 4. В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока за счёт проходящего тока будет поддерживаться избыточный заряд в базах. Если ток уменьшить до некоторого значения, меньше удерживающего тока (Iуд), то в результате рекомбинации и рассасывания уменьшится количество носителей в базах, коллекторный переход сместиться в обратном направлении, тиристор закроется. Таким образом (Iуд) это минимальный ток, который необходим для поддержания тиристора в открытом состоянии. Структуру тиристора можно представить в виде двух транзисторов:

Постоянный ток коллектора этих транзисторов может выразить через эмиттерные токи.

Это токи через 1,2,3 р – n переходы

Коэффициенты передачи тока

обратный ток коллекторного перехода, общий для обоих транзисторов.

Для двухэлектродной структуры (динистор) из-за необходимости выполнения баланса токов токи через все переходы должны быть равны между собой:

ток через тиристор (анодный ток).

Тогда анодный ток через тиристор можно будет найти по:

Это выражение представляет уравнение ВАХ динистора в закрытом состоянии. Статические коэффициенты передачи тока увеличиваются с увеличением эмиттерного тока. При достижении суммарного статического коэффициента =1 анодный ток через тиристор устремляется в бесконечность т.е происходит включение динистора. Поэтому в процессе переключения ток через динистор должен быть ограничен сопротивлением нагрузки. При обратном напряжении на тиристоре т.е при отрицательном потенциале на аноде, эмиттерные переходы смещены в обратном направлении, коллекторные в прямом, в этом случая условий для переключения тиристора нет.

26. 27. МДП-транзистор со встроенным и индуцированным каналом.

Этот транзистор имеет структуру металл - диэлектрик - полупроводник и может быть двух типов: с индуцированным каналом (рисунок 4.4,а) и с встроенным каналом (рисунок 4.4,б). Если осно­вой транзистора является кремний, то диэлектриком может быть слой окиси кремния, поэтому такую структуру иногда называют МОП-транзистор (металл - окисел - полу­проводник).

Транзистор с индуцированным каналом имеет обла­сти истока n⁺ и стока n⁺, которые выведены путем металлизации че­рез отверстие в окиси кремния на контакты - исток и сток. На слой двуокиси окиси кремния напыляют слой алюминия, служащий затво­ром. Можно считать, что алюминиевый затвор и полупроводниковый материал p-типа образуют плоский конденсатор с окисным диэлектри­ком, Если на металлическую часть затвора подать положительное на­пряжение, то положительный заряд обкладки затвора индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковой области кана­ла. С возрастанием положительно­го напряжения этот заряд, созданный притянутыми из глубины p-области проводника электронами, которые являются неосновными носителями, превращает поверхност­ны слой полупроводника p-типа в проводящий канал n-типа, со­единяющий исходные n⁺-области истока и стока. Поэтому умень­шается сопротивление материала между истоком и стоком, что ве­дет к увеличению тока стока. Таким образом, благодаря электро­статической индукции между истоком и стоком происходит инверсия типа проводимости полупроводника. Слой полупроводника p-типа превращается в полупроводник n-типа. До инверсии сопротивление между истоком и стоком определяется сопротивлением закрытого перехода, так как до инверсии имеет место структура n⁺-р-n⁺. После инверсии образуется n-проводимость и струк­тура становится n⁺-n-n⁺. Меняя напряжение на затворе, можно уп­равлять током стока. Если взять подложку n-типа, то можно построить МДП-транзистор с индуцированным p-каналом, который управляется отрицательным напряжением на затворе. Транзистор с встроенным каналом имеет конструкцию, подоб­ную предыдущей. Между истоком и стоком методом диффузии со­здают слаболегированный канал c проводимостью n^--типа при проводимости подложки p-типа. Возможно другое сочетание. Канал имеет проводимость p-типа, а подложка — проводимость n-типа. В отсутствие напряже­ния на затворе (рис. 2.91б) ток между истоком и стоком опреде­ляется сопротивлением n^--канала. При отрицательном напряжении на затворе концентрация носителей заряда и канале уменьшится и в нем появляется обедненный слой. Сопротивление между истоком и стоком увеличивается и ток уменьшается. При по­ложительном напряжении на затворе ток стока увеличивается, по­тому что в канале индуцируется дополнительный отрицательный заряд, увеличивающий его проводимость.

На рисунке 4.4 приведены характеристики прямой передачи МДП-транзисторов с индуцированным (кривая 2) и встроенным (кривая 1) каналами.

видна квадратичность передаточной характеристики. Теоретически характеристика прямой передачи опи­сывается следующим выражением:

при . Здесь А - постоянный коэффициент; U_{ЗИ ПОР} - напряжение, которое для транзистора с индуцированным каналом принято называть пороговым. Инверсия типа про­водимости начинается лишь при достижении напряжения U_ПОР.

Выходные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа и со встроенным ка­налом. В области U_CИ < |U_ЗИ - U_{ЗИ ПОР} | теоретический ток стока

. Уравнение описыва­ет восходящие ветви выход­ной характеристики Входное сопротивление МДП-транзистора из-за нали­чия изолятора между затвором и каналом составляет около 10¹² - 10¹⁴ Ом и уменьшается с ростом частоты вследствие шунтирования входной емко­стью транзистора. Выходное сопротивление находится в пределах десятков - сотен килоомов. Входная и выходная емкости составляют единицы пикофарад, а проходная емкость -десятые доли пикофарад.