Современная электроника №5/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 Тиристор со статической индукцией с повышенным быстродействием Рассматривается конструкция кристалла тиристора со статической индукцией с повышенным быстродействием . Повышение быстродействия достигается за счёт отключения от области затвора его пассивных частей , расположенных под площадками катода , затвора и периферийных областей , а также за счёт исключения инжекции из анода дырок под этими областями путём введения стопора n ⁺ - областей . Дальнейшее уменьшение области затвора и , соответственно , повышение быстродействия обеспечивается за счёт уменьшения шага структуры кристалла в четыре раза . Уменьшение шага структуры кристалла достигается использованием новой технологической схемы формирования структуры кристалла , объединяющей Trench- технологию и технологию самосовмещения истока и затвора . Замена n ⁺ - областей катода на изотипный гетеропереход позволит проводить глубокую модуляцию высокоомной области анода основными носителями , что , в свою очередь , позволит увеличить рабочее напряжение тиристора до 10 кВт и выше и уменьшить сопротивление прибора в открытом состоянии на несколько порядков . Юрий Максименко , Виктория Грабежова ( ООО « Дизайн - центр биомикроэлектронных технологий “ Вега ”») , Александр Гордеев ( ООО « АГАТ ») Введение Сегодня с быстрым развитием элек - трифицированных отраслей , таких как электротранспорт , самолётостро - ение , средства электропитания и т . д ., очень актуальным становится созда - ние эффективных силовых ключей . Ключевые высоковольтные тиристоры из - за наличия на пути протекания тока трёх p-n- переходов и низкого быстро - действия не отвечают современным требованиям по статическим и дина - мическим потерям . Зарубежные полу - проводниковые компании при постро - ении высоковольтных ключей активно переходят на широкозонные материа - лы (SiC). В России из - за отсутствия тех - нологий по созданию широкозонных материалов SiC работы по созданию таких приборов находятся на началь - ных этапах . Транзисторы со статической индук - цией ( СИТ ) с планарным затвором с доработанной конструкцией способ - ны работать на частотах до 10 мГц при рабочих напряжениях 500–1200 В [1]. В этом диапазоне рабочих напряжений они имеют очень низкое сопротивле - ние канала и высокое быстродействие . Дальнейшее повышение рабоче - го напряжения требует увеличения ширины высокоомной области стока . Это приводит к существенному росту сопротивления канала и снижению быстродействия , так как модуляция канала неосновными носителями – дырками из затвора , из - за их низкой подвижности , на большую глубину происходит медленно и неэффектив - но . Поэтому при рабочих напряжени - ях выше 1500 В наиболее эффективно применять тиристоры . Тиристор – это прибор , у кото - рого низкоомная подложка имеет р⁺ - область . В открытом состоянии при - бора из подложки в канал впрыскива - ются неосновные носители и эффек - тивно модулируют его . Первые управляемые тиристоры появились в 1955 г ., когда стало воз - можным получение кремния высокой чистоты . Они имели четырёхслойную структуру и получили название « тири - стор ». Он включался подачей импульса на электрод управления при положи - тельном напряжении между анодом и катодом . Выключение тиристора обе - спечивается снижением протекающе - го через него прямого тока до нуля . Это требует дополнительно большого коли - чества элементов , что увеличивает сто - имость и массо - габариты [2]. Следующее развитие тиристор полу - чил в 1960 г ., когда в США был разра - ботан прибор , способный запираться с помощью управляемого электрода , иполучилназвание GateTurnOff(GTO)– выключаемый тиристор . Выключае - мый тиристор – полностью управля - емый полупроводниковый прибор . Включение и выключение происходит путём подачи положительного и отри - цательного , соответственно , импуль - са на электрод управления . На рис . 1 приведены условное обозначение ( а ) и структурная схема ( б ) выключаемо - го тиристора [2]. В середине 90- х годов был разра - ботан новый вид тиристоров Gate Рис . 1. Выключаемый тиристор : а ) условное обозначение ; б ) структурная схема а б