Структура и принцип действия тиристора

Лабораторная работа № 12

Литература

Контрольные вопросы

1) В чем состоит физический принцип работы полевого МДП‑транзистора?

2) Дать определение основных структур, топологических и электрофизических параметров МДП‑транзисторов.

3) Почему в области отсечки ток стока I_D не зависит от напряжения на стоке V_D?

4) Чем объяснить влияние напряжения подложки V_BS на характеристики МДП‑транзистора?

5) Каким образом из экспериментальных характеристик транзистора можно определить его электрофизические параметры?

1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М., Мир, 1984 кн. 1, 455 с., кн. 2, 455 с.

2. Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. М., Мир 1989, 273 с..

3. Гуртов В. А. Полевые транзисторы со структурой металл – диэлектрик – полупроводник. Петрозаводск, ПетрГУ, 1984. 92 с.

4. Кобболд Р. Теория применения полевых транзисторов. Л., Энергия, 1975, гл. 2, 6, 7.

5. Парфенов О. Д. Технология микросхем, М.: Высшая школа, 1977, гл. 1.

6. Степаненко И. Л. Основы теории транзисторов и транзисторных мик­росхем. М.: Энергия, 1973, гл. 4, #5.5.

7. Черняев И. Н. Технология производства интегральных микросхем, М.: Энергия, 1977, гл. 17, 18.

Составил: Доцент КФТТ Райкерус П.А. 1995 г.

Дополнения: Доцент КФТТ Ивашенков О. Н. 1998 г.

«Изучение вольт-амперных характеристик тиристора»

Цель работы:

1) Познакомиться с основными физическими принципами, на которых основано действие полупроводниковых тиристоров;

2) Экспериментально измерить вольт‑амперные характеристики кремниевого тиристора при различных значениях управляющего тока базы тиристора.

Тиристором называют полупроводниковый прибор, состоящий из четырех последовательно чередующихся областей с различным типом проводимости, обладающий бистабильной характеристикой. Тиристоры способны управляемо переключаться из одного состояния в другое. В первом состоянии тиристор имеет высокое сопротивление и малый ток (закрытое состояние), в другом – низкое сопротивление и большой ток (открытое состояние).

Структура тиристора показана на рисунке 1а. Тиристор представляет собой четырехслойный р₁‑n₁‑р₂‑n₂ прибор, содержащий три последовательно соединенных р‑n перехода П₁, П₂ и П₃. Обе внешние области называют эмиттерами (Э₁, Э₂), а внутренние области – базами (Б₁, Б₂) тиристора (рис. 1а). Переходы П₁ и П₂ называются эмиттерными, переход П₃ – коллекторным.

Рис. 1.1. Схема диодного тиристора:

а) структура диодного тиристора; б) зонная диаграмма

Управляющий электрод может быть подключен к любой из баз (Б₁, Б₂) тиристора, как показано на рис. 1.2а.

Прибор без управляющих электродов работает как двухполюсник и называется диодным тиристором, или динистором. Прибор с управляющим электродом является трехполюсником и называется триодным тиристором.

Рис. 1.2. Схема (а), приборная реализация (б) и характеристики (в) триодного тиристора

При создании тиристора в качестве исходного материала выбирается подложка n‑ или р‑типа. Типичный профиль легирующей примеси в диффузионно‑сплавном приборе показан на рисунке 1.3. В качестве исходного материала выбрана подложка n‑типа. Диффузией с обеих сторон подложки одновременно создают слои р₁ и р₂. На заключительной стадии путем сплавления (или диффузии) с одной стороны подложки создают слой n₂. Структура полученного тиристора имеет вид p₁⁺‑n₁‑p₂‑n₂⁺.

Рис. 1.3. Профиль концентрации легирующей примеси (N_s) в эмиттерах и базах тиристора

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диодного тиристора, приведенная на рисунке 1.4, имеет несколько различных участков. Прямое смещение тиристора соответствует положительному напряжению V_G, подаваемому на первый p₁‑эмиттер тиристора.

Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением. В этом случае основная часть напряжения V_G падает на коллекторном переходе П₃, который смещен в обратном направлении. Эмиттерные переходы П₁ и П₂ включены в прямом направлении. Первый участок ВАХ тиристора аналогичен обратной ветви ВАХ p‑n перехода.

При достижении напряжения V_G, называемого напряжением включения U_вкл или тока J, называемого током включения J_вкл, ВАХ тиристора переходит на участок между точками 3 и 4, соответствующий открытому состоянию (низкое сопротивление). Между точками 2 и 3 находится переходный участок характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, ненаблюдаемый на статических ВАХ тиристора.

Рис. 1.4. ВАХ тиристора:

V_G – напряжение между анодом и катодом; I_у, V_у – минимальный удерживающий ток и напряжение; I_в, V_в – ток и напряжение включения