обеспечивает снижение rs ДО сотых долей Ом.

Разработкой СИТ за рубежом активно занимаются японские фирмы Tokin Corp, Tokyo. Mitsibisi (табл. t.1).

Фирма Tokin выпускает нормально закрытые транзисторы со статической индукцией. Американские фирмы Powerex, Siliconix и GTE предполагают в скором времени наладить производство подобных приборов.

Нормально закрытые СИТ являются перспективными приборами для устройства индукционного нагрева, плазменных генераторов и радиопередатчиков высокой мощности.

Новые силовые полупроводниковые приборы, разработанные различными фирмами, области их применения, технические данные приведены в табл. 1.1.

Новый класс приборов - полевые транзисторы с модулируемой проводимостью - имеют различные названия в зависимости от фирмы-изготовителя: в США - COMFET (RCA), iGTFET (GE), GEMFET (Motorola), MOSIGT (Ixys), в Японии - IGBT (Toshiba). Наиболее отработан среди них iGBT - биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ).

Структура БТИЗ и ее эквивалентная схема показаны на рис.1.15.а,б

Прибор изготовлен на подложке р+ -типа с последующим выращиванием дрейфовой п-о5ласти с модулированной проводимостью. В процессе работы носители инжектируются в п-слой, увеличивая его проводимость. Управляющая ДМОП-структура формируется затем на этой дрейфовой области с помощью процессов, аналогичных при изготовлении мощных МДПТ. Для отпирания приборов необходимо подать на затвор положительное напряжение, которое индуцирует канал п-типа на поверхности базовой р-области под затвором. Канал создает электрический контакт между п* -электродом и дрейфовой п-о5ластью, как и в мощном МДПТ. Однако, в БТИЗ возникающее при этом положительное смещение на коллекторе вызывает инжекцию из Р+- -области неосновных носителей в дрейфовую п-о5ласть, которые, имея высокую концентрацию, значительно снижают ее сопротивление. Следовательно, во включенном состоянии БТИЗ ведет се-

атЬор

J

Рис. t.lSa БТИЗ структура

ЭМИТТЕР?

6 КОЛЛЕКТОР Рис. 1.156 электрическая схема замеш/ения

бя как прямо смещенный р-1-п-диод и может работать при больших плотностях тока, характерных для запираемых тиристоров. В то же время током через БТИЗ можно управлять, подавая напряжение на затвор. Это свойство дает возможность не только включать его по цепи управления, но и ограничивать коллекторный ток. Таким образом, БТИЗ сочетает в себе лучшие свойства мощного МДПТ - управление напряжением при очень большом выходном сопротивлении, и биполярных приборов - высокую плотность допустимого прямого тока. Кроме того установлено, что падение напряжения в открытом состоянии на БТИЗ увеличивается с ростом температуры. Это позволяет включать такие приборы параллельно с равномерным распределением тока по приборам. Быстродействие БТИЗ естественно хуже.чем чистого полевого транзистора.

Параметры БТИЗ растут намного быстрее, чем параметры силовых МДПТ. Это прямое следствие той легкости, с которой можно повысить рабочее напряжение БТИЗ по сравнению с МДПТ. В первом предельная плотность тока уменьшается пропорционально корню квадратному из величины предельного напряжения, тогда как для мощного МДПТ плотность тока падает пропорционально напряжению в степени 2,5. На основании данных, приведенных фирмой Motorole можно предположить, что мощностные параметры БТИЗ будут возрастать в 3-4 раза каждые два года. Это вдвое быстрее, чем для силовых МДПТ. Планируется, что по мере роста применения энергетической

млрЭ. Вола

3

Общий оБьеж PDiHKa шран-sucmopob

Мошнте БТ

MOn-npuBopbi

1980

1985

1990

1995

Рис. 1.16. Рынок мощных транзисторов.

электроники в приводах и промышленной автоматике обьем рынка мощных полевых транзисторов возрастает от уровня около 1 млрд.долл- в 1986 г, - до 5 млрд. долл. к 1995 г. Как видно из рис. 1.16 доля мощных МДП-транзисторов составляла около 10% от полного рынка транзисторов в 1981 г., тогда Kaj( к середине 90-х годов она должна возрасти более, чем до 80% и, как ожидается, силовые МОП-приборы га-нут доминируюи.;ими среди дискретных приборов.

1.3. Справочные данные по отечественным мощным полевым транзисторам.

МДП полевые транзисторы i

Основные параметры отечественных МДП-транзисторов приведены в табл. 1.2.

Особенности высоковольтных МДП-транзисторов рассмотрим на примере КП701, 702.

МДПТ КП701, КП702 имеют вертикальную структуру

Рис. 1.17. Структура отечественного МДП-ПТ типа КП701.

с V-образной канавкой (рис. 1Л7) с размещением электродов истока и стока на противоположных сторонах кристалла.

Технологическая схема изготовления данных приборов включает в себя последовательную мелкую диффузию (или ионную имплантацию) бора и фосфора в эпитаксиальные структуры п; п+ -типа, анизотропное травление V-образной канавки, окисление, напыление аллюминия, сборку. Одно из основных достоинств V-МДП-структур заключается в том, что длина канала определяется процессами диффузии (или ионной имплантации) и может быть достаточно маленькой. Недостаток этой конструкции - острый угол на дне V-образной канавки, который приводит к утончению слоя окисла под затвором и стоком. В результате допустимое напряжение прибора ограничивается из-за возможности пробоя окисла, хотя на затвор и не попадает все напряжение исток-сток. Другая проблема связана с использованием алюминиевого затвора, при котором имеет место миграция ионов натрия через

окисел под затвором, приводящая к изменению порогового напряжения и снижению срока службы прибора. Слои п* - р - п образуют биполярный транзистор, который вклкзчен параллельно электродам исток- * 1 <0< полевого транзистора. В

/рд IT- режиме обеднения канала (вы-

1 1 I ключенное состояние МДПТ)

Q V I / биполярный транзистор работа-

гН ет в режиме с оборванной ба-

зой. Это резко снижает допустимое напряжение сток-исток, повышает вероятность вторичного или лавинного пробоя структуры в целом. Для устранения этого нежелательного явления эмиттерный переход паразитного ВТ шунтируется металлизацией истока, в результате чего электрическая схема структуры имеет вид рис. 1.t8, то есть параллельно выходной цепи полевого транзистора включается обратный р-п-переход.

В ряде преобразовательных устройств, предназначенных для работы на активно-индуктивную нагрузку, ключевые элементы специально шунтируются обратно включенными диодами, служащими для вывода реактивной энергии. При использовании ключей на V-МДП-транзисторах необходимость в таких диодах может отпасть. Однако наличие обратного диода приводит к выделению дополнительной мощности в приборе за счет протекания реактивной составляющей тока.

Основные электрические параметры транзисторов КП701, КП702 приведены в табл. 1.2.

Типовые вольт-амперные характеристики (ВАХ) транзистора КП701Б изображены на рис. 1.19 (передаточные) и на рис. 1.20 (выходные).

Передаточные ВАХ приведены для двух напряжений на стоке (UcJ 20 В и 200 В, благодаря чему хорошо видно влияние Uc на линейность этих характеристик и на их крутизну. Выходные ВАХ имеют

Рис. 1.18. Электрическая схема замещения ПТКП701.

26 24

22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

1с.А

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Рис 1.19. Передаточные ВАХ ПТКП701.

U3U.B

Основные параметры отечеспгвенных МДП~ПТ

Таблица 1.2