Добавил:

mihail1000 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Воронежский государственный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Учебное пособие 704

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.04.2022

Размер:

539.25 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

		U	прк	n
где k-1 = 1−					, n – показатель степени в формуле

1
	Uпроб. j2

Мюллера обычно принимают от 3 до 9 для кремниевых переходов, отношение напряжения переключения к напряжению

пробоя перехода j2	Uпрк	= 0,8 − 0,9 ;

	Uпроб. j2

∆W – увеличение эффективной толщины базы; Lp – диффузионная длина дырок в базе n1;

k2 – коэффициент для обеспечения приемлемых значений напряжения в открытом состоянии. Обычно принимают k2 = 3, а для быстродействующих тиристоров k2 = 4 - 5.

Эффективная толщина базы тиристора в открытом состоянии при высоких плотностях тока увеличивается пример-

но на ∆W ≈ xj1 + xj2 – 50 [мкм]. В этом выражении xj1 и xj2 - глубины залегания переходов j1 и j2 соответственно (см. рисунок 1), которые для реальных тиристоров обычно имеют величину от 75 до 125 мкм. Глубина залегания перехода j3 колеблется обычно в пределах от 15 до 25 мкм.

Из условия (6) и (7) получаем формулы для вычисления толщины n1-базы (Wn1, мкм) и времени жизни дырок в n1-базе (τpn1, мкс):


W =	1,2 k2 Won		+ ∆W arch(k1 )		,
n1	1,2	k2	− arch(k1 )

	W		+ ∆W 2
	τpn1 =	n1		.
		125

(8)

(9)

В рассматриваемом	нами примере,	принимая
ρn1 = 80 Oм ·см и Won = 220	мкм и полагая далее,	что xj1 = xj2

= 100 мкм, ∆W ≈ 100 + 100 – 50 =150 мкм. Примем также, что 11

n = 8, а отношение

Uпрк

= 0,8, тогда k1-1

= 1− (0,8)8

= 0,8, а k1

Uпроб. j2

= 1,2, полагая k2 = 3 по формулам (8) и (9) получаем

1,2 3 220 +150 arch(1,2)

= 290 (мкм),

1,2 3

− arch(1,2)

290 +150

τp

= 12 (мкс).

125

Общая толщина тиристорной структуры:

WSi = Wn1 + xj1 + xj2 [мкм].

(10)

WSi = 290 + 100 + 100 = 490 (мкм).

Напряжение прокола несимметричного резкого p-n-

перехода:

W 2

(11)

прок

2εε0

1,6 10-19 6 1013 (29010

-4 )2

= 3800 (В)

прок

12 8,8510-14

Определим параметры технологической шунтировки перехода j3. Этот расчёт проводят по заданному значению крити-

ческой скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии

(dUзс,п/dt)кр, которое устанавливается при Т=125 oС, и постоянном напряжении в закрытом состоянии Uзс= = 0,67·Uзс.п= 0,67·1600 = 1072 (В).

Толщина слоя объёмного заряда в n1-базе с учётом напряжении в закрытом состоянии Uзс:


Won1 = 0,52 ρn1 Uзс [мкм].			(12)

Won1 = 0,52 80 1072 = 150 (мкм)

Определяем эффективную толщину базового слоя n1:

Wn1* = Wn1 - Won1 [мкм].

(13)

Wn1* = 290 - 150 = 140 (мкм)

Определяем эффективную толщину базового слоя p2:

Wp2* ≈ xj2 - xj3 – Wop2 [мкм],

(14)

где Wop2 - толщина слоя объёмного заряда коллекторного перехода в p2-базе.

Толщина слоя объемного заряда коллекторного перехода в p2-базе определяется как:

	1		εε	a	E	M
W =		ln	0	1		M	,	(15)
W =		ln					,	(15)
op2	a1		qNn1
	a1		qNn1

где а1 – градиент примеси в р-n переходе при x = xj2,

			2			N	S
a		=			ln		S	,	(16)
a	1	=			ln			,	(16)
	1		x j2
			x j2		Nn1
	E		≈	2Uзс		.			(17)
	E	M	≈	Won1		.			(17)
		M

В формулы (16) и (17) величины Wоn1 и xj2 подставляем в сантиметрах.

Для создания р-областей тиристора обычно используют

такие легирующие примеси, как галлий, алюминий или бор. Преобладает диффузия галлия или алюминия с поверхностной концентрацией примеси NS в пределах (5 1016 - 1019) см –3.

21072

EM ≈ 150 10-4 = 1,43105 (В/см),

		2			51016
a =				ln		= 1350	см-1,
a =	100	10		ln	6 10	= 1350	см-1,
1	100	10			6 10
1			-4		13

	1		12 8,8510-14 1350 1,43105				= 22 10−4 (см) =
W =		ln
W =		ln		-19		13
op2	1350		1,6 10	-19	6 10	13
	1350		1,6 10		6 10
= 22 (мкм).

Выбираем xj3 = 20 мкм Wp2* ≈ 10020 – 22 = 52 (мкм). При известных значениях Wn1* и Wp2* рассчитываем по-

стоянную времени нарастания прямого тока τн как положительный корень следующего трансцендентного уравнения:

= 1, (18)

τp

Wp2

τn

τн

где Lp и Ln - диффузионные длины дырок в n1-базе и электронов в p2-базе;

τрn1 и τnp2 - время жизни дырок в n1-базе и электронов

в p2-базе.

Время жизни дырок в n1-базе τрn1 рассчитано ранее по (9), а время жизни электронов в p2-базе τnp2 обычно принимается равным (0,1 - 0,4) τрn1 . Диффузионные длины дырок в n1-базе и электронов в p2-базе соответственно:

L	p	=	τn1D	p		,	(19)
	p		p	p
		=
L	n	=	τp2D		n	,	(20)
	n		n		n

где Dn и Dp – коэффициенты диффузии электронов и дырок соответственно. При температуре 20 оС Dn = 33 см2/с и Dp = 12 см2/с, при температуре 125 оС Dn = 22 см2/с и Dp = 8 см2/с.

Примем τnp2 = 0,16 τрn1 = 0,16·12 = 2 мкс.

Lp = 1210-6 8 = 9810-4 см = 98 мкм

Ln = 210-6 22 = 6610-4 см = 66 мкм

Постоянную времени нарастания прямого тока τн определяют графически. Для этого строят график функции f(τн), задавая значения τн = 1, 2, 3 … мкс:

f(τн) =

−1.

(21)

τp

τn

τн

f(τн) =

−1

140

τн

Результаты расчета по формуле (21) приведены в табл. 2.

Таблица 2 Определение постоянной времени нарастания прямого тока τн

τн,мкс	1	2	3	4	5	6
f(τн)	-0,5	-0,3	-0,22	-0,12	0,024	0,05

Точка пересечения графика с осью абсцисс и даст искомое значение τн = 4,7 мкс (см. рис. 3).

f(τн)

τн, мкс

τн - искомое

Рис. 3. Определение постоянной времени нарастания тока τн в открытом состоянии тиристора

Рассчитав постоянную времени нарастания прямого тока, вычислим плотность критического заряда включения тиристора, обеспечивающую заданное значение (dUзс,п/dt)кр:

			π				dUзс,п
Q	кр	=		εε	qN	n1	τ

			2	0			н	dt

		Uзс

	F

		τ
кр
			н

dU				−1
dU
		зс,п			, (22)
					, (22)

	dt		кр


	Uзс	dUзс,п			-1

где F						- интеграл вероятности функции

	τн
			dt	кр

ошибок, определяется по графику, приведенному на рисунке 4.


	Uзс dUзс,п				-1
	Uзс dUзс,п
F
F

	τ	н	dt	кр

		dU			-1
U	зс	dU			-1
	зс			зс,п
τ			dt
τ	н		dt		кр

Рис. 4. Интеграл вероятности функции о шибок


						1072	(1000)-1
				F		1072			= F(0,23) = 0,6
				F					= F(0,23) = 0,6
					4,7
					4,7

Q		=	3,14	12 8,85 10-14				1,6 10-19 6 10-13 4,7 1000 0,6 =
Q	кр	=		12 8,85 10-14				1,6 10-19 6 10-13 4,7 1000 0,6 =
	кр	2
		2

= 1,6·10-7 Кл/см2

Зная Qкр, рассчитаем плотность тока утеччек через переход j3:

−1

Qкр

1−

(23)

ут.

τн

τpn1

τн

−1

1,610-7

jут. =

−

= 4,3610

-2

(А/см ).

4,710-7

140

4,3

Рассчитаем удельное сопротивление и концентрацию акцепторов в p2-базе:

ρp2 = Rsp2Wp2*,

(24)

где R sp2 - сопротивление растекания базового слоя p2. Типичное значение R sp2 для тиристоров от 200 до 400 Ом. Сопротивление растекания базового слоя p2 зависит от температуры R sp2Т 2,5. Выбираем R sp2 = 300 Ом, тогда удельное сопротивление

ρp2 = 300·58·10-4 = 1,8 (Ом·см).

По известному удельному сопротивлению ρp2 можно определить концентрацию акцепторов p2-базе (Nр2) по графику зависимости ρ(Nа) (см. рис. 2):Nр2 = 7,5·1015 см-3.

Рассчитаем равновесную концентрацию электронов в p2- базе при предельной температуре 125 оС. Учтем, что при 20 оС

собственная концентрация носителей в кремнии ni = 1,9 1010 cм–3, а при 125 оС ni = 6 1012 cм –3:

	n			=	ni2	,	(25)
		p2
					Np2

np2	=		(6 1012 )2				= 4,8 109 (cм –3).

				7,5 1015

Рассчитаем коэффициент переноса дырок через n1-базу:

βn1 = ch Wn1 . (26)Lp

βn1	=		1	= 0,56.

		140
		ch
		ch
			98

Рассчитаем коэффициент переноса электронов через p2-

базу:

βp2	=		1			.	(27)

		W
		ch		p2
		ch
			Ln
			Ln
βp2	=	1			= 0,79 .

		58
		ch
		ch
		66

Рассчитаем плотность тока насыщения через переход j3 при предельной температуре 125 оС:

j =		qDn np2			.	(28)

Sj3			W

	L		th	p2

		n		Ln

j =	1,6 10-19	22 4,8				10	9	= 3,4 10-6 (А/см2).
j =								= 3,4 10-6 (А/см2).
Sj3					58
	82 10		-4		58
				th
				th
					66

Рассчитаем сопротивление технологической шунтировки единицы площади третьего перехода j3. Шунты предназначаются для закорачивания эмиттерного перехода тиристора, улучшения прямого напряжения пробоя и стойкости прибора к эффекту dU/dt.

1− βn1

ут

(29)

q R

+ β

−1

ут

ут Sj3

Левую часть выражения (29) можно обозначить через Z(Rут) и построить график зависимости, задавая значения Rут = 1, 2, 3, … Ом см2. Точка пересечения графика с прямой, проведенной из начала координат Rут = Z(Rут), дает значение Rут (рис. 5).

				1,38 10		-23	400			1,38 10	-23		400	1		1	− 0,56
Z(R	ут	) =		1,38 10			400		ln	1,38 10			400	1		1	− 0,56	.
Z(R		) =							ln									.
			1,6 10		-19	4,36 10		-2		1,6 10		-19		R ут 3,4 10	-6 0,56		+ 0,79 −1
					-19			-2				-19			-6 0,56		+ 0,79 −1

Результаты расчета приведены в табл. 3.

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
01.05.2022560.13 Кб2Учебное пособие 70098.doc
#
01.05.2022576.51 Кб7Учебное пособие 70099.doc
#
30.04.2022537.38 Кб3Учебное пособие 701.pdf
#
30.04.2022537.71 Кб3Учебное пособие 702.pdf
#
30.04.2022537.71 Кб3Учебное пособие 703.pdf
#
30.04.2022539.25 Кб1Учебное пособие 704.pdf
#
30.04.2022539.35 Кб2Учебное пособие 705.pdf
#
30.04.2022539.59 Кб2Учебное пособие 706.pdf
#
30.04.2022540.62 Кб1Учебное пособие 707.pdf
#
30.04.2022541.06 Кб4Учебное пособие 708.pdf
#
30.04.2022542.11 Кб2Учебное пособие 709.pdf