Четирислойна структура - Технически речник том IV
Четирислойни структури с диодно превключване (четирислоен диод) се използват широко като контролирани превключватели, чиято характеристика на тока и напрежението има участък с отрицателен. Четирислойна структура (a и нейното представяне под формата на еквивалентна схема от два транзистора ( b. Четирислойна структура в динисторна връзка е показана на фиг. 8.14. Тя може да бъде представена под формата на два транзистора p-p - p - и p-p-l-типове с коефициенти на пренос на ток 2161 и L2162 - С тази полярност на външното напрежение емитерните преходи на двете транзисторите (P1 и PZ) са свързани в права посока Структурата и превключващата верига на фототиристора [ИЗОБРАЖЕНИЕ] - 14. Волт-амперни характеристики на фототиристора Тиристорните четирислойни структури p - n - p - n (фиг. 23 - 13) могат да се управляват от светлинен поток, точно както триодните тиристори се управляват от напрежение, приложено към един от емитерните преходи. Тип Типичната четирислойна структура от типа p-p-p-p е показана на фиг.3.30, а.Крайните слоеве p p2, към които се доставят металните контакти Aw K, наречени анод и катод, както и p-n-преходите Pg и L3 са емитер.Средните слоеве pp p2 са базовите области. Той е свързан към източника на управляващо напрежение Er.По този начин четирислойната структура е като комбинация от два транзистора в едно устройство: комбинацията от слоеве Pi-nl-p 2 е един транзистор, а комбинацията от слоеве games2 - 2 е друга. Тогава характеристиката ток-напрежение на четирислойната структура става подобна на CVC на диодната структура в посока напред. Кристалите с четирислойна структура и омични контакти са гравирани в смес от флуороводородна и азотна киселини за почистване на p-p връзкиот замърсяване. След това те се покриват със защитен емайл (фиг. 9.9, c), запояват се върху меден кристален държач и се запечатват. Структурата на тиристор с катодно управление ( a и неговото конвенционално схематично обозначение ( b, структурата на тиристор с анодно управление ( c и неговата конвенционална схема). Вторият начин за включване на четирислойна структура е реализиран в тиристор. Най-простият тиристор е четирислойна структура, състояща се от редуващи се слоеве p- и p-тип. U-преходът се включва в обратна посока и двата крайни прехода се включват в посока напред. Разпределение на тока в четната трислойна тиристорна структура (a и в двутранзисторната схема на облицовка ( b. Разпределение на тока в четирислойната тиристорна структура, към която се прилага напрежението U, разгледайте софтуера Фиг. 43, a, където тъмните стрелки показват движението на електрони, а светлите стрелки показват движението на дупки.
Полупроводниково устройство с четирислойна структура може да бъде моделирано чрез комбинация от два обикновени транзистора с различни типове pro-vsdp. Стойността на тока на изключване за контролираната четирислойна структура, както може да се види чрез сравняване на фиг. XI.5 и фиг. XI.7, ще зависи от управляващия ток / b, но тази промяна не е много съществена и няма голямо практическо значение. Тиристорите са направени на базата на четирислойна p-p-p-p структура. На фиг. 9.24 показва характеристиката на тока на напрежението на тиристора. За разлика от обикновения триод, тиристорът има две стабилни работни зони, които съответстват на сегменти от ток-напреженовата характеристика OA и BC. Сегментът AB на характеристиката на тока и напрежението съответства на нестабилната работа на тиристора. Тъй като тиристорите имат високи коефициентиусилване, след което използването им във вериги на серво задвижване или просто във вериги за управление на електрически двигател може значително да опрости електрическата схема чрез намаляване на броя на етапите на усилване. Трябва само да се има предвид, че когато системата работи на постоянен ток, веригата трябва да има елементи, които връщат тиристора от проводящо състояние в заключено. Такъв диод също е четирислойна структура (фиг. 6.8, а), образуваща два транзистора. Транзистор с два колектора. При ниски входни напрежения четирислойната структура е затворена и токът, преминаващ през нея, е малък. Схематично представяне на p-p-p-p структурата. Волт-амперна характеристика на p-p-p-p структура. Този участък съответства на отвореното състояние на четирислойната структура. Изместването на p-p-p-p структурата в посока напред ( a и нейния транзисторен модел ( b. Може да се види, че слой p на четирислойната структура е както базовият слой на p-p - p транзистора, така и колекторният слой на p-p - p транзистора. Общият ток, протичащ през четирислойната структура p - p-p - p, може да бъде представен като сбор от токовете, протичащи в условни триоди. В транзистора на Шокли, който има четирислойна структура, базовият изход от p-тип (уловители) е счупен. Дупките, инжектирани от прехода емитер-база на p-n-p транзистора, се натрупват в уловителя. Потенциалът на уловителя се повишава, което причинява инжектиране на компенсиращи електрони от колектора на p-n-p-транзита - LTOpa. В CT структурата, за разлика от транзистора на Шокли, базовият извод на p-типа е управляващият електрод. , промяна u, i във времето по време на работа на полупроводников диод (b. Контролиран полупроводников диод с четирислойна структура pi - l - p2 - 2 и три p - i прехода се нарича тиристор. За разлика отнеконтролиран диоден тиристор има трети изход - управление. Rz са изместени в посока напред (отворени), а p-n-преходът R2 остава затворен. В този случай захранващото напрежение се прилага към p - n - прехода R2 и токът, протичащ през тиристора, е много малък, тиристорът е затворен. Увеличаването на захранващото напрежение води до леко увеличение на тока, преминаващ през гиристора. Отвореното състояние на полупроводниково устройство с четирислойна структура се поддържа, докато през него протича ток, осигуряващ изпълнението на равенството ai Os. Най-малката стойност на този ток се нарича задържащ ток / sp.
Моделът е удобен за използване при машинно проектиране на четирислойни конструкции, тъй като позволява директно намиране на стойностите на проектните и технологичните параметри, които най-добре отговарят на изискванията за електрическите параметри на устройството. От друга страна е удобно да се използва при машинен анализ на работата на електронните схеми и схемите, в които се използват тези устройства. Тиристорът е полупроводниково устройство, базирано на четирислойна p-p-p-p структура, имаща три p-p прехода. Напреженията се прилагат така, че крайните преходи да работят в посока напред, а средните - в обратна посока. Устройството има свойството на диод. Чрез комбиниране на тези технологични методи се получава четирислойна структура чрез дифузия, дифузионно-сплавен или сплавно-дифузионен метод. Двуоперационен (превключваем) тиристор е четирислойна структура, която се включва чрез прилагане на положително напрежение към управляващия електрод и се изключва чрез прилагане на отрицателен импулс към този електрод. Тези тиристори се използват широко в импулсни генератори, високоскоростни силови устройства, тъй като теиздържат на големи напрежения в затворено състояние. Техният дизайн е подобен на дизайна на конвенционалните тиристори. Според принципа на работа полупроводниковите устройства с четирислойна структура се различават значително от транзисторите, а в електрическите устройства те действат като полупроводникови ключове, които се отварят и затварят с краткотрайно подаване на подходящи сигнали. По този начин тези полупроводникови устройства имат забележителното свойство да запомнят електрическото състояние, дадено им от външен сигнал. Най-типичният пример за полупроводникови функционални устройства е четирислойна p-p-p-p структура. Наличието на три секции на характеристиката ток-напрежение: ниско съпротивление, високо съпротивление и отрицателно съпротивление прави възможно създаването на различни устройства за изпълнение на много функции чрез избор на подходящи режими и натоварвания. Използването на такива структури значително ще намали броя на елементите. Ограничения за статични параметри. A е коефициент в зависимост от параметрите на четирислойната структура, за маломощни тиристори A 0 5 - 3 0 μs. Диод на емитерния и колекторния преход на транзистор, свързан паралелно. На фиг. 6.10, а показва разрез на четирислойна структура, а на фиг. 6.10 6 показва модел на тази структура. Полупроводниковите IC транзистори с изолация на p-gf прехода са четирислойна структура с три p-p-прехода, единият от които е изолиращ. Наличието на този преход води до появата на паразитни елементи и влошава параметрите на интегралните транзистори в сравнение с дискретните. Полупроводниковите IC транзистори с изолация на p-m-прехода са четирислойна структура с три p-p-прехода, единият от които е -изолиращ. Наличието на този преход води до появата на паразитни елементи и влошава параметрите на интегралните транзистори в сравнение с дискретните. Основата на тиристора е монокристална плоча, която има четирислойна структура от типа p-p-p-p. Катодът е външният слой на електронната проводимост, външният слой на проводимостта на отворите образува анода, а вътрешният слой образува контролния електрод. Yax I P3 ще бъде изместен (поляризиран) в обратна посока и тиристорът е заключен. В този случай средният централен преход I ще бъде изместен в посока напред. Допустимите стойности на предните и обратните напрежения зависят от съпротивлението на слоевете, образуващи прехода електрон-дупка, и градиента на концентрация на примеси в прехода. В този случай Pg преходът се формира от слоеве PI и nlt, където / ii е слоят с най-високо специфично съпротивление, така че стойността на обратното напрежение на тиристора ще се определя от параметрите на прехода Rx. В този случай характеристиката на триоден (или диоден) тиристор с обратна посока е подобна на характеристиката на конвенционален силициев диод. И така, механизмът на работа на полупроводникови устройства с четирислойна структура (тиристори) има подчертан ключов характер. Устройствата могат да бъдат само в едно от двете стабилни състояния: затворено и отворено. Тази особеност на устройствата е отразена в името им: thira - на гръцки означава врата. Това означава, че директният клон на характеристиката ток-напрежение на четирислойната структура има участък с отрицателно съпротивление (участък ab на фиг. 3.30, c), в който увеличението на тока се дължи на намаляване на напрежението.
Биполярните транзистори на полупроводникови ИС с изолация на p-n прехода са четирислойна структура с три p-n прехода, единият от които е изолиращ.Наличието на този преход води до появата на паразитни елементи и влошава параметрите на интегралните транзистори в сравнение с дискретните. Това е полупроводниково устройство със същата P N PI jV2 четирислойна структура като тиристора, но без управляващ електрод. Динисторите се използват главно като безконтактни превключващи устройства за управление на съответните устройства, както и устройства за автоматизация. За извършване на тези операции динисторът е свързан последователно с управляваното устройство. Това е полупроводниково устройство със същата четирислойна структура p - p - p2 - p2 като тиристора, но без управляващ електрод. Динисторите се използват главно като безконтактни превключващи устройства за управление на съответните устройства, както и устройства за автоматизация. За извършване на тези операции динисторът е свързан последователно с управляваното устройство. Волт-амперната характеристика на динистора, показана на фиг. 57, обяснява приложението му. В точка n, при определено начално напрежение t / nach, динисторът е в заключено състояние и през него протича малък ток на утечка / o, което е недостатъчно за задействане на управляваното устройство. Наличието на два отделни входа за тетристор разширява възможностите за използване на четирислойни структури. В тази връзка беше направен опит да се изгради устройство за съхранение като брояч на задействания Tetristor. Обещаващо е използването на релета, направени на PP устройства с четирислойна структура. Този метод ви позволява едновременно да получите голям брой кристали с четирислойна структура върху силиконова пластина и прави възможно използването на фолио за прозорци за защита на повърхността на p-n преходите. Методът на дифузия намери широко приложение в производството на мощнитиристори [12], които изискват връзки с голяма площ и специална конфигурация. Поради електрическата еквивалентност [6, 7], специално устройство с четирислойна структура (фиг. 1а) може да замени двойка транзистори с различна проводимост (фиг. 1-6) и върху него могат да бъдат изградени икономични импулсни вериги. В експериментални работи [39, 40] разпределението на механичните напрежения върху площта на четирислойна структура е изследвано с помощта на пиезоелектричен сензор, който има резонансна честота от около 150 kHz и е направен структурно подобен на пикап. Установено е, че в близост до областта на първоначалното включване, изходният сигнал на преобразувателя (пропорционален на големината на преместването на съответната точка от повърхността) рязко нараства. Има забавяне U между предния ръб на включването на тиристора и предния ръб на сигнала на преобразувателя, поради разпространението на еластична вълна от първоначалната област на включване до точката, където иглата на преобразувателя докосва повърхността на силикона, и от точката на контакт през иглата на преобразувателя. PP устройство, изработено на базата на монокристал от силиций, с четирислойна структура от типа p-p-p-p (с три електронно-дупкови прехода); има св. вие контролиран електрически вентил. S-образен изглед, т.е. съдържа графика, съответстваща на състоянието с отрицателен. Времето на забавяне t3 се определя от времето на полета на носителите на заряд във вътрешните области на четирислойната структура и времето, през което достига сумата от коефициентите на пренос на ток. Транзисторен модел на p-p-p-p структура с обратно отклонение. Това уравнение се получава от условието за непрекъснатост на тока през всички p-n преходи на четирислойна структура. Това взема предвид, че базовият ток за всеки композитен транзисторслужи като обратен (генериращ) ток на неговия колекторен преход. Трябва да се отбележи, че в режим на готовност ток в затворено състояние на устройството / cc протича през полупроводниковото устройство с четирислойна структура и следователно във външната верига, зареждайки захранването.