Тейлор П. Расчет и проектирование тиристоров

 Перевод с английского под редакцией доктора технических наук Ю. А. ЕВСЕЕВА

МОСКВА

ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1990

Обобщены результаты научных и технологических исследований в области дискретных силовых полупроводниковых приборов. Вопросы проектирования увязаны с существующими и перспективными процессами изготовления мощных тиристоров. Рассмотрена работа новых типов приборов: запираемых тиристоров, гибридов полевого транзистора с тиристором, МОП-транзисторов с встроенной областью пространственного заряда.

Для широкого круга специалистов по электронной технике.

Рецензенты: чл.-корр. АН СССР В. Рыжий, доктор физ.-мат. наук, проф. В. И. Стафеев

Переводчики: Ю. А. Евсеев, И. С. Граф, А. И. Петрин

P. TAYLOR. THYRISTOR DESIGN AND REALIZATION John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 1987

Тейлор П. Расчет и проектирование тиристоров: Пер. с англ. — М. : Энергоатомиздат, 1990.— 208 с: ил.

Содержание книги Расчет и проектирование тиристоров

Предисловие
Список обозначений

Глава I. Основные сведения о тиристоре
1.1. Введение
1.2. Характеристики тиристора
1.2.1 Характеристики по напряжению
1.2.2. Характеристики потоку
1.2.3. Включение и выключение
1.2.4. Тепловые характеристики
1.3. Конструкция тиристора
1.4. Типы тиристоров и их применение
1.4.1. Применение
1.4.2. Типы тиристоров
1.5. Выбор тиристора
1.5.1. Параметры по напряжению
1.5.2. Параметры потоку

Глава 2. Принцип действия тиристора
2.1. Введение
2.2. Тиристор в закрытом состоянии
2.2.1. Обратное закрытое состояние
2.2.2. Прямое закрытое состояние
2.2.3. Шунтирование катодного эмиттера
2.2.4. Поверхностные эффекты
2.2.5. Механизмы повреждения
2.3. Характеристики включения
2.3.1. Время задержки
2.3.2. Этап нарастания тока
2.3.3. Распространение плазмы
2.3.4. di/dl-стойкость
2.4. Открытое состояние
2.4.1. p-i-n - диод
2.4.2. Модели тиристора в открытом состоянии
2.5. Выключение

Глава 3. Проектирование тиристоров
3.1. Выбор полупроводникового материала
3.2. Время жизни неосновных носителей заряда
3.3. Конструирование структуры
3.3.1. р-база (Р2)
3.3.2. л-база (N1)
3.3.3. р-(Р1) ил-эмиттеры (N2)
3.4. Эмиттерные шунты
3.4.1. Распределенные катодные эмиттерные шунты
3.4.2. Периферийное шунтирование катодного эмиттера
3.4.3. Распределенные анодные шунты
3.5. Конструирование управляющего электрода
3.5.1. Линейный управляющий электрод
3.5.2. Кольцевой управляющий электрод
3.5.3. Управляющий электрод с электрическим полем в эмиттере
3.5.4. Инжектирующий управляющий электрод
3.5.5. Распределенный или разветвленный управляющий электрод
3.5.6. Регенеративный управляющий электрод

Глава 4. Специальные типы тиристоров
4.1. Тиристоры с комбинированным выключением (ТКВ)
4.2. Тиристор с обратной проводимостью (ТОП)
4.3. Запираете тиристоры
4.3.1. Принцип действия запираемого тиристора
4.3.2. Проектирование запираемого тиристора
4.3.3. Конструкции специальных типов запираемых тиристоров
4.3.4. Взаимодействие запираемого тиристора со схемой
4.4. Тиристор с обратной проводимостью (ТОП)
4.5. Тиристоры, включаемые светом
4.5.1. Прбстые светочувствительные управляющие электроды
Ф.5.2. Специальные конструкции управляющих электродов
4.6. Управляемый полем тиристор
4.6.1. СИТ в закрытом состоянии
4.6.2. Включение тиристора со статической индукцией
4.6.3. Выключение тиристора со статической индукцией
4.6.4. Включаемый светом СИТ
4.7. Триак
4.7.1. Режимы включения триака
4.7.2. Практические конструкции и коммутирующий эффект dv/dt
4.8. Неуправляемый р — n — р — n -переключатель
4.9. Гибридные соединения полевых транзисторов и тиристоров
4.9.1. Шунты, управляемые МОП-транзисторами
4.9.2. Тиристор — МОП-транзистор

Глава 5. Производство мощных тиристоров
5.1. Производство исходного кремния
5.1.1. Изготовление кремния методом Чохральского
5.1.2. Изготовление кремния методом зонной плавки
5.1.3. Легирование кремния за счет нейтронной ядерной реакции
5.1.4. Изготовление кремниевых пластин
5.2. Эпитаксия
5.3. Изготовлениер p — n - переходов
5.3.1. Диффузия галлия и алюминия
5.3.2. Диффузия бора
5.3.3. Диффузия фосфора и мышьяка
5.3.4. Ионная имплантация
5.3.5. Сплавные переходы
5.4. Оксидирование
5.5. Фотолитография
5.6. Регулирование времени жизни неосновных носителей заряда
5.6.1. Предотвращение деградации времени жизни
5.6.2. Улучшение времени жизни
5.6.3. Контролируемое уменьшение времени жизни
5.7. Контакты мощных тиристоров
5.8. Пассивация поверхности перехода
5.8.1. Стеклообразная фритта
5.8.2. Термические оксиды
5.8.3. Пассивация полуизолирующим поликристаллическим кремнием
5.8.4. Кремнийорганические каучуки, смолы и полиимиды

Глава 6. Тепловое и механическое проектирование
6.1. Тепловые свойства
6.2. Проектирование корпусов силовых тиристоров
6.3. Методы охлаждения тиристоров
6.3.1. Воздушное охлаждение
6.3.2. Жидкостное охлаждение
6.3.3. Охлаждение, обусловленное фазовыми переходами
Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Разработанный еще в конце 50-х годов мощный тиристор благодаря своим свойствам длительное время соответствует требованиям технического прогресса. Возможности тиристора как переключающего прибора в то время соответствовали номинальной мощности порядка нескольких сотен ватт, а современные тиристоры имеют мощность переключения порядка мегаватта. Затем по мере совершенствования технологии производства монокристаллического кремния появились специальные, так называемые запираемые тиристоры, фототиристоры и сравнительно недавно разработанные управляемые полем тиристоры или тиристоры со статической индукцией.

В книге наряду с вопросами проектирования базового варианта тиристора рассматриваются также особенности проектирования специальных видов тиристоров, начиная от выбора исходного кремния и кончая герметизацией прибора.

В гл. 1 изложены общие представления о тиристоре, позволяющие читателю войти в курс дела. В гл. 2 на основе физических представлений обсуждаются различные режимы работы приборов. Следует отметить, что для понимания принципа действия тиристора требуется определенный уровень знаний основ физики полупроводников.

Глава 3 включает в себя детальный расчет базовой конструкции тиристора, причем излагаются такие этапы проектирования, как выбор кремния, выбор времени жизни неосновных носителей заряда, расчет вертикальной структуры, катодных эмиттерных шунтов и проектирование управляющего электрода тиристора.

В гл. 4 приводятся специальные требования к новейшим типам тиристоров, включая тиристоры с комбинированным выключением, асимметричные, запираемые, с обратной проводимостью и фототиристоры. Главу завершают разделы, посвященные тиристорам управляемым полем, триакам и новым интегральным приборам на основе базовой конструкции тиристора и МОП-транзистора.

В процедуре проектирования мощных тиристоров невозможно отделить расчет монокристаллической структуры от проектирования технологии изготовления. В гл. 5 рассматриваются технологические процессы, используемые при изготовлении тиристоров, такие как диффузия, регулирование времени жизни, металлизация и пассивация переходов. Глава 6 посвящена вопросам теплового и механического проектирования тиристоров.

Материал, представленный в книге, получен на основании не только моего практического опыта проектирования мощных тиристоров, но также и опыта моих коллег. В этом отношении я обязан многим специалистам по фирме Marconi Electronic Devices, которые помогали мне в работе над книгой. Особенно я благодарен Ральфу Кнотту за его дружеские критические замечания к рукописи.

И, наконец, я признателен руководству компании Marconi Electronic Devices Ltd и отделению компании General Electric в Великобритании за разрешение опубликовать эту книгу.

П. Тейлор

Скачать книгу Тейлор П. Расчет и проектирование тиристоров. Москва, Издательство Энергоатомиздат, 1990