Современная электроника №3/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2023 Приборы со статической индукцией Рассмотрена история появления и развития нового класса приборов на Si – приборов со статической индукцией , которые способны работать как в полевом , так и в биполярном режиме . Предложены новые конструктивно - технологические пути построения СИТ и БСИТ с уникальными ключевыми параметрами , создание которых особенно необходимо для таких отраслей , как самолётостроение и электротранспорт . Технологические пути построения предлагаемых приборов базируются на хорошо освоенных в серийном производстве приёмах , что позволяет создавать их с низкой себестоимостью . Проведён сравнительный анализ по основным ключевым параметрам предлагаемых приборов с лучшими высоковольтными приборами на SiC и GaN. Показано , что предлагаемые приборы по основным ключевым параметрам существенно их превосходят . Замена в СИТ обычного n ⁺ - истока на изотипный гетеропереход , возможно , позволит перейти на новый физический принцип движения тока в полупроводнике – с зонного на фононный . Юрий Максименко , Виктория Грабежова ООО « Дизайн - центр биомикроэлектронных технологий “ Вега ”» Введение Сегодня с быстрым развитием элек - трифицированных отраслей , таких как электротранспорт , самолётостро - ение , средства электропитания и т . д ., очень актуальным становится созда - ние эффективных ( идеальных ) ключей . Ключевые высоковольтные приборы IGBT из - за наличия на пути протека - ния тока трёх p-n- переходов и низко - го быстродействия не отвечают совре - менным требованиям по статическим и динамическим потерям . Зарубеж - ные полупроводниковые компании при построении высоковольтных клю - чей активно переходят на широкозон - ные материалы (SiC и GaN). В России из - за отсутствия технологий по созда - нию широкозонных материалов SiC и GaN работы по созданию таких при - боров находятся на начальных этапах . Авторами данной статьи разрабо - таны новые конструктивно - техноло - гические приёмы построения высо - ковольтных приборов со статической индукцией ( СИТ ) на Si, которые позво - лят создать приборы , превосходящи - ми по параметрам лучшие зарубежные приборы на SiC и GaN. История появления приборов с элек - тростатическим управлением началась с опубликованной в 1952 году работы W. Shockly, в которой дано теоретиче - ское описание « униполярного поле - вого транзистора » [1]. Принцип его действия основан на модуляции тока основных носителей заряда за счёт изменения толщины проводящего канала , обусловленного изменением обеднённой области p-n- перехода . В процессе разработки и исследо - ваний полевых транзисторов с управ - ляющим p-n- переходом ( ПТУП ) было обнаружено , что в ряде случаев выход - ные вольт - амперные характеристики ( ВАХ ) транзисторов в теории имели не « пентодный », а « триодный » вид [2–4]. Однако объяснить это явление и воспроизвести структуры , обладаю - щие ненасыщающимися выходными ВАХ , авторам этих работ не удалось . Изучение ПТУП с « триодными » ВАХ было впервые проведено профессором Нишизавой [5]. В его работе ненасы - щенные характеристики базировались на использовании эффекта отрица - тельной обратной связи в ПТУП , обу - словленной наличием сопротивле - ния канала . При этом считалось , что величина последовательного сопро - тивления канала в случае пентодных характеристик после достижения напряжения смыкания определяется протяжённостью обеднённой обла - сти канала , которая , в свою очередь , зависит как от напряжения затвор - исток (U зи ), так и от величины омиче - ского падения напряжения , обуслов - ленного протеканием тока по каналу . С увеличением тока стока , вызванно - го приращением напряжения на стоке (U си ), падение напряжения в канале возрастает , вызывая увеличение напря - жения на управляющем p-n- переходе и расширение его области простран - ственного заряда ( ОПЗ ). В итоге протя - жённость обеднённой области канала увеличивается , растёт его сопротивле - ние , что приводит к уменьшению при - ращения протекающего через канал тока . Отметим , что аналогичный меха - низм насыщения ВАХ ПТУП описан и С . М . Зи [6]. Согласно работам [5, 6] крутизна транзистора в насыщенном режиме определяется соотношением : , где S * – крутизна транзистора , не охва - ченного отрицательной обратной свя - зью . Вводя определения выходного сопро - тивления прибора : и коэффициента усиления по напря - жению , авторы [5] получили : , где R c – сопротивление в цепи стока , включённое последовательно с сопро - тивлением канала ; I c – ток стока ; U си – напряжение между стоком и исто - ком ; U зи – напряжение между затвором и истоком ; S – крутизна . С возрастанием напряжения на стоке величина R u , согласно [5], увеличивает - ся , величина R u · S * становится намно - го больше единицы и , как следует из (1) и (4), выходное сопротивление при - бора стремится к величине . Из этого соотношения следует , что при определении μ как константы , зависящей от электрофизических пара - метров прибора , выходное сопротив - ление определяется сопротивлением канала . В [5] было предположено , что (2) (3) (3) (4) (5)