Нарисуйте и опишите полупроводниковую стрктуру, принцип работы, ВАХ и двухтранзисторную схему замещения четырехслойного тринистора.

Тринисторы отличаются от диодных тем, что база одного из транзисторов имеет внешний вывод который называют управляющим электродом (У).
Подачей управляющего импульса можно изменять момент отпирания тринистора.
Для того, чтобы выключить тринистор, необходимо прервать ток, протекающий в его силовой цепи, на короткий промежуток времени, достаточный для рассасывания неосновных носителей в зонах полупроводника и восстановления управляющих свойств. Чтобы снова включить тринистор, необходимо снова пропустить в его цепи управления ток I_у. Чем больше ток управления I_у, тем меньше напряжение включения U_вкл. Ток управления, при котором тринистор переходит на прямой участок вольт-амперной характеристики

36. Опишите переходной процесс включения тринистора по аноду, используя предварительно нарисованные временные диаграммы этого процесса и полупроводниковую структуру симистра.

При подаче «скачком» положительного тока управления в р-базу тиристора анодный ток возрастает не мгновенно, а в течение некоторого времени, которое определяется переходным процессом включения тиристора. Включение тиристора на малые токи характеризует- ся тем, что проводящее состояние занимает практически всю площадь полу- проводниковой структуры прибора. При этом в обеих базах тиристора ус- танавливается низкий уровень инжекции носителей заряда. Допустим, что тиристор включается на высокоомную и чисто активную анод ную нагруз ку. Тогда в переходном процессе включения можно выделить три этапа:  1) этап физической задержки, 2) этап регенерации и 3) этап установления со- противления базы (этап установления).

37. Опишите эффект di / dt в тринисторе, основываясь на представлении об ограниченности скорости расширения области начального включения и используя предварительно нарисованную полупроводниковую структуру тринистора. Укажите способ исключения этого эффекта, реализуемый в случае использования фазоимпульсного управления тиристором.

Полное включение площади структуры происходит не за счет импульса управления, а за счет диффузии и дрейфа носителей от ОНВ в базовые области в радиальном направлении. Площадь ОНВ S существенно зависит от 0 периметра управляющего электрода и параметров импульса управления. При некотором минимальном токе управления ОНВ представляет собой точку. Дальнейшее увеличение тока управления приводит к расширению ОНВ вдоль периметра управляющего электрода (УЭ), образованию дополнительных проводящих точек у управляющего электрода. При некотором токе управления ОНВ может охватить почти весь периметр УЭ. Типичное значение этого тока управления для большинства отечественных тиристоров равно 1/2 А. Увеличение S0 достигается за счет роста периметра УЭ.

Однако следует отметить, что для структур с большим периметром УЭ не всегда, даже при больших Iу, образуется ОНВ по всему периметру. Это объясняется микронеоднородностью параметров р-n-p-n-структуры по периметру УЭ. Обычно S0 составляет примерно 0,1/0,5 мм^2. Образование ОНВ происходит относительно быстро. Малые размеры ОНВ приводят к ее разогреву из-за большой плотности энергии - это эффект локализации энергии при включении (эффект di/dt). В результате переходный процесс включения тиристоров в таких режимах характеризуется изменением уровня инжекции (плотности анодного тока) и температуры структуры в широких пределах. Так, вблизи центрального перехода р-п-р-п-структуры плотность тока в области начального включения может изменяться в диапазоне 1/ 100 А/см^2, а температура от начального уровня может возрастать до температуры, близкой к температуре плавления кремния (~1000 °С). Эти изменения влияют на электрофизические параметры р-п-р-п- структуры и, прежде всего, на коэффициенты усиления b1 и b2 транзисторов, составляющих тиристорную структуру.

38. Опишите эффект du / dt в тринисторе, основываясь на особенностях процесса расширения ОПЗ среднего р-п- перехода и используя предварительно нарисованную полупроводниковую структуру тринистора.

При исследовании процесса включения тиристора по аноду было обнаружено явление, получившее название эффекта du/dt. Напряжение переключения Uпрк, как оказалось, зависит от скорости нарастания напряжения между анодом и катодом: с ростом du/dt напряжение переключения снижается. В большинстве случаев эксплуатации та кое снижение Uпрк под воздействием du/dt, а также включение тиристора по аноду за счет du/dt недопустимо. Анализ переходного процесса включения тиристора по аноду под воздействием эффекта du/di необходим для оценки помехоустойчивости и быстродействия тиристора.

При подаче скачка анодного напряжения ΔUа с фронтом tф (рис. 6.14) переходы П1 и П3 смещаются в прямом направлении, а переход П2 - в обратном. Электроны (зачерненные кружочки, см. рис. 6.15)) со стороны слоя п- типа у перехода П2 начинают перемещаться в направлении анода, оставляя после себя положительные ионы донорной примеси. Подобным же образом дырки (не зачерненные кружочки), двигаясь в направлении катода, оставляют нескомпенсированные ионы акцепторной примеси в слое р-типа вблизи П2. В результате образуется ОПЗ из доноров и акцепторов.

Перемещенный заряд создает избыточное количество дырок и электронов вблизи переходов П3 и П1 соответственно (рис. 6.15).

 

 

Описанный процесс — это заряд барьерной емкости Сп2 центрального (коллекторного) перехода П2

Перемещение электронов понижает потенциал слоя n1 по отношению к р1, что вызывает инжекцию дырок из эмиттерного слоя р1 через переход П1 в базу п1 для восстановления электронейтральности. Инжектированные 1 дырки диффундируют к коллекторному переходу П2, где собираемое их количество зависит от избыточного заряда в базе п1. Таким же образом перемещенные дырки повышают потенциалы области p2 по отношению к области n2, вызывая инжекцию электронов переходом П3.