Современная электроника №5/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 53 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 Commutated Thyristor (GCT). Он явля - ется дальнейшим усовершенствовани - ем GTO и лишён его недостатков . Далее развитие тиристоров пошло по пути создания жёсткого управления – соз - дание драйверов , совмещённых с пла - стинами охлаждения ( англ . Integrated Gate – Commutated Thyristor (IG С T)) [3]. Быстрое развитие в начале 90- х годов технологии силовых транзисторов при - вело к появлению нового класса при - боров – биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistors). Основными преимуществами IG В T являются высокое значение рабочей частоты (20...30 кГц ), КПД , простота в управлении . В последние годы IG В T потеснили тиристоры GTO в устрой - ствах мощностью 1 МВт и напряжени - ем до 3,5 кВ . Первый тиристор со статической индукцией ( ТЭУ ) был изобретён И . Нишизавой в 1975 году [4]. Он , как и первые СИТ , имел заглублённый затвор . Заглублённый затвор име - ет недостаток – большое сопротивле - ние . Это ограничивает высокочастот - ные свойства прибора и не позволяет вводить прибор в биполярный режим работы . В 1982 году Й . Накамура пред - ложил конструкцию ТЭУ с планар - ным затвором [5], свободную от этого недостатка . Однако обе эти конструк - ции обладают ещё одним негативным свойством : у них в открытом состоя - нии инжекция неосновных носителей из области затвора происходит по всей площади затвора и на периферии . При выключении тиристора неосновные носители в канале выводятся гораз - до быстрее , чем на периферии и под площадками катода и затвора ( рис . 2). Это приводит к затягиванию выключе - ния и ограничивает быстродействие . Тиристоры с электростатическим управлением имеют преимущество по остаточному напряжению перед биполярными тиристорами и при - борами IGBT, так как на пути проте - кания тока имеют один р -n- переход , а не три , и , соответственно , падение напряжения на них в открытом состоя - нии меньше . Также они более скорост - ные , потому что удаление неосновных носителей происходит через затвор . В IGBT, после закрытия входного МОП - транзистора , цепь эмиттер - коллектор прерывается , и неосновные носители медленно рекомбинируют в базовой области , что затягивает выключение . Автором данной работы предложена конструкция ТЭУ , свободная от недо - статков конструкций , описанных в [4, 5]. Для исключения « паразитной » инжекции дырок из затвора под пло - щадками катода , затвора и периферий - ных областей последние отключают - ся от области затвора высокоомной n – - областью стока ( рис . 3). Причём расстояние a между затвором и обла - стями под площадками и периферией должно быть как можно больше , но не более значения , при котором происхо - дит преждевременный поверхностный лавинный пробой . Отключение этих областей от затвора имеет ещё один положительный момент – уменьша - ется ёмкость затвора . При увеличе - нии напряжения на тиристоре проис - ходит смыкание ОПЗ этих областей и подключение к ёмкости затвора ёмко - стей отключённых областей , поэтому а должно быть как можно больше . Прав - да , их подключение происходит через высокоомный резистор , и увеличение ёмкости затвора незначительно . Для исключения « паразитной » инжекции дырок из анода между n – - и р⁺ - областями анода в местах под пло - щадками и на периферии формируется стопорный слой n + ( рис . 4). Этот слой не даёт инжекции дырок в этих местах . а б Рис . 2. Кристалл ТЭУ : а ) вид сверху ( заштрихованные области – паразитные области катода , затвора и периферии ); б ) разрез сверху вниз через площадку катода ( А – А ) Рис . 3. Разрез кристалла ТЭУ с отключёнными паразитными областями