Современная электроника №5/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 поверхности n + -AlGaAs может быть нанесён дополнительный LPE или MOCVD эпитаксиальный n + -GaAs слой в пределах 1…3 мкм с более высокой концентрацией донорной примеси , чем в n + -GaAs слое , с туннельно - дрей - фовым переносом заряда электронов из n + -GaAs слоя в n + -AlGaAs слой . Оми - ческие контакты выполняются на осно - ве системы AuGe (80 нм ) / Ni (100 нм ) / Au (> 2000 нм ). Травление меза - области проводит - ся в две стадии ( в магнитомешалке ): 1) глубокое травление в серно - пере - кисном растворе в соотношении 1:1; 2) полирующее травление в серно - перекисном растворе с более слабой концентрацией серной кислоты в соот - ношении 1:3. На финишной стадии поверхность эпитаксиального слоя n- типа проводи - мости пассивируется ALD- покрытием , в нашем случае наноплёнкой Al 2 O 3 или AlN, TiO 2 , Hf 2 O 3 толщиной 2…15 нм с последующим нанесением на неё фотоимида , например , производства “Fuji” ( Япония ), толщиной до 15 мкм с ультрафиолетовой полимеризаци - ей после фотогравировки ( фотолито - графии ). Контроль параметров кристалла производится на зондовой установке с подогревом кристалла на контактном столике до +250…+300° С . Данный тиристор , вероятно , следу - ет принимать во внимание в качестве абсолютного конкурента Si-IGBT-, SiC- MOSFET- и Si-MOSFET- транзисторам . Фактически это новое семейство ещё неизвестных на мировом рынке GaAs полевых тиристоров с изолированным затвором , которые можно будет обо - значить следующим образом : гетеро - инжекционный полевой тиристор со статической индукцией , имеющий комбинированное гетеро -MOS/p-n- управление проводимостью канала , или HMOSJFET ( где H – гетероин - жекционный , MOS – МОП - затвор , J – p-n- затвор , FET – полевой тиристор с управляющим p-n- переходом ). В зави - симости от параметров ( толщины , концентрации свободных носителей ) n + -AlGaAs-, n-GaAs-, in-GaAs-, n – -GaAs- слоёв вольт - амперные характеристи - ки нового тиристора будут или триод - ного , или пентодного типа , т . е . иметь либо нормально открытый канал , либо нормально закрытый . Входные ёмко - сти HMOSJFET- структур ( эквивалент выходной мощности управляющего драйвера ) практически на три поряд - ка ( в 1000 раз ) меньше , чем входные С gs у SiC- или Si-MOSFET, чем и объ - ясняется их быстродействие . Триод - ная структура GaAs полевого тири - стора вследствие мощной электронной инжекции гетероизотипного катода (n + -AlGaAs / n-GaAs / i-GaAs) по плот - ности тока будет выше , чем Si-IGBT. По сути , триодная структура – электрон - ный прототип Si-IGBT приборов с той лишь разницей , что частота коммута - ции таких тиристоров будет находить - ся в мегагерцевом диапазоне , а на пути протекания тока только один переход . Данную конструкцию ТЭУ можно выполнять и Si, используя объедине - ние технологий Trench и [6]. Себесто - имость такого прибора будет гораздо ниже , чем на основе GaAs, но по стати - ческим и динамическим параметрам он будет превосходить приборы типа Si-IGBT и MOSFET ы . Таблица 1. Характеристики современных мощных силовых ключей Тип прибора Преимущества Недостатки Области применения Традиционный тиристор (SCR) Самые низкие потери во включённом состоянии . Самая высокая перегрузочная способность . Высокая надёжность . Легко соединяются параллельно и последовательно Не способен к принудительному запиранию по управляющему электроду . Низкая рабочая частота Привод постоянного тока , мощные источники питания ; плавление и нагрев ; статические компенсаторы ; ключи переменного тока GTO Способность к управляемому запиранию . Сравнительно высокая перегрузочная способность . Возможность последовательного соединения . Рабочие частоты до 250 Гц при напряжении до 4 кВ Высокие потери во включённом состоянии . Очень большие потери в системе управления . Сложные системы управления и подачи энергии на потенциал . Большие потери на переключение Электропривод ; статические компенсаторы ; реактивные мощности ; системы бесперебойного питания ; индукционный нагрев IGCT Способность к управляемому запиранию . Перегрузочная способность та же , что и у GTO. Низкие потери во включённом состоянии на переключение . Рабочая частота – до единиц кГц . Встроенный блок управления ( драйвер ). Возможность последовательного соединения Не выявлены из - за отсутствия опыта эксплуатации Мощные источники питания ; электропривод IGBT Способность к управляемому запиранию . Самая высокая рабочая частота ( до 10 кГц ). Простая неэнергоёмкая система управления . Встроенный драйвер Очень высокие потери во включённом состоянии Электропривод ; системы бесперебойного питания ; статические компенсаторы и активные фильтры ; ключевые источники питания DEC-Si ( ДЭУ ) Способность к управляемому запиранию . Высокая рабочая частота ( до 100 кГц ). Простая неэнергоёмкая система управления . Встроенный драйвер Очень низкие статические и динамические потери Электропривод ; системы бесперебойного питания ; статические компенсаторы и активные фильтры ; ключевые источники питания HMOSJFET Способность к управляемому запиранию . Высокая рабочая частота ( до 1 МГц ). Простая неэнергоёмкая система управления . Встроенный драйвер Очень низкие статические и динамические потери Электропривод ; системы бесперебойного питания ; статические компенсаторы и активные фильтры ; ключевые источники питания