Android-приложение для поиска дешевых авиабилетов: play.google.com
Главная -> Силовые полупроводниковые приборы

0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143

глава 1

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ и ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ и ТРИОДНЫХ ТИРИСТОРОВ. НЕ ПРОВОДЯЩИХ в ОБРАТНОМ НАПРАВЛЕНИИ

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Разнообразие и специфика технических требований, режимов работы и условий применения силовых полупроводниковых преобразовательных устройств (ПУ) ведут к тому, что при разработке и эксплуатации этих устройств необходимо знать принцип действия и основные свойства и особенности применяемых для их комплектации силовых полупроводниковых приборов (СПП).

Физические процессы, на которых основан принцип действия СПП и которые определяют его основные свойства, протекают в твердых кристаллических телах, материал которых называется полупроводником. Полупроводники характеризуются [1.1 - 1.4]:

электропроводностью, которая лежит в диапазоне 10 - 10~° Ом~-см~, т.е. занимает промежуточное положение между электропроводностью металлов 10-10" Ом~-см~ и диэлектриков 10~° Oм~•cм" и ниже;

возрастанием электропроводности в чистом полупроводнике с ростом температуры по сравнению с таковой металлов;

существенной зависимостью электропроводности в примесном полупроводнике от концентрации примеси;

увеличением электропроводности полупроводника при облучении светом или электронами высоких энергий, а также при инжекции носителей тока из металлического контакта; 6



зависимостью типа проводимости от характера легирующей примеси.

Типичными полупроводниками являются кремний и германий, свойствами полупроводников обладает также ряд элементов, имеющих алмазоподобную кристаллическую структуру, такие, как бор, селен, теллур, висмут, мышьяк, сурьма. Полупроводниковыми свойствами обладают и ряд соединений: арсенид галлия, антимонид индия, сульфид цинка и т. п.

Наибольшее распространение в качестве материала для изготовления структур СПП получил кремний, практически полностью вытеснивший из этой области применения германий. Имеются разработки СПП на базе арсенида галлия и карбида бора [1.5].

Рассматриваемые силовые полупроводниковые выпрямительные диоды и триодные тиристоры (далее просто диоды и тиристоры), не проводящие в обратном направлении, изготовляют на базе монокристаллического кремния, легированного теми или иными примесями.

Для получения материала с повышенной концентрацией свободных электронов, обладающего преимущественно электронной проводимостью (полупроводник и-типа), в предварительно очищенный от случайных примесей монокристаллический полупроводник вводят донорную примесь - вещество с более высокой валентностью, чем у основного материала кристалла. Для кремния (валентность четыре) такими веществами могут быть пятивалентные фосфор или мышьяк.

Для получения материала с повышенной концентрацией положительных зарядов-дырок, обладающего преимущественно дырочной проводимостью (полупроводник ;?-типа), в предварительно очищенный от случайных примесей полупроводник вводят акцепторную примесь-вещество с более низкой валентностью, чем основной материал монокристалла. Для кремния такими веществами могут быть трехвалентные бор, алюминий, индий.

В полупроводнике «-типа электроны называются основными носителями заряда, дырки - неосновными. В полупроводнике р-тиаа основными носителями заряда являются дырки, неосновными -электроны.

Направленное перемещение электронов и дырок в полупроводнике приводит к возникновению электронного и дырочного токов. Причиной возникновения тока может быть градиент концентрации носителей того или иного типа либо электрическое поле, приложенное к полупроводнику. В первом случае ток называется диффузионным. Его плотность описывается следующим выражением [1.2]:

Ja = qD„ grad п - qD grad/?,



I /

, Зона пробадитсти

/

Запрещенная зона

. 7~7~Г7ТТ7ТТ7~Г. Заполненная (валентная) зона

Л

где 9=l,602•10~* Кл-заряд электрона; £)„ = 38,85 см/с- коэффициент диффузии электронов; £)р= 11,655 см/с-коэффициент диффузии дырок; и и р-плотность электронов и дырок соответственно.

Ток, возникающий под действием электрического поля S, называют даейфовым, и его

т, 11 1, плотность 7 г описывается сле-

РИС. 1.1. Упрощенная зонная СТруК- Jf wii«v.u,D4i-. v.

тура кремния; дующим выражением [1.2]:

где (j,„=1500 см/(В-с)-подвижность электронов и Хр = = 450 см/(Вс)-подвижность дырок . Полная плотность тока носителей заряда в общем случае есть сумма диффузионного и дрейфового токов:

J=Id+lf

Следует иметь в виду, что носители зарядов диффундируют в направлении, противоположном градиенту концентраций, под действием электрического поля дырки дрейфуют по полю, а электроны-против поля.

Физические процессы, происходящие в диодах и тиристорах, в значительной степени определяются тем обстоятельством, что свободные носители заряда в полупроводнике могут иметь не произвольные, а вполне определенные значения энергии. Совокупности этих значений образуют энергетические зоны. На рис. 1.1 представлена наиболее существенная для понимания электрических характеристик диодов и тиристоров часть зонной структуры кремния. В частности, чтобы стать свободными и участвовать, например, в электрическом токе, электрон из валентной зоны должен перейти в зону проводимости. Для этого он должен преодолеть энергетический барьер, равный ширине запрещенной зоны А.Ед. Следствием этого является экспоненциальная зависимость некоторых параметров полупроводника от температуры. Кроме того, если электрон в результате внешнего воздействия получает энергию, достаточную для перехода в зону проводимости, то в валентной зоне появляется дырка, т. е. в полупроводнике образуется электронно-дырочная пара. Этот процесс называется генерацией электронно-дырочных пар. В свою очередь, если электрон

Приведенные значения относятся к слаболегированному материалу при комнатной температуре [1.3].

Приведенные в тексте значения относятся к слаболегированному материалу при комнатной температуре [1.3].



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143



0.1488
Яндекс.Метрика