Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
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

в момент перехода прямого тока через нуль в и-области структуры концентрация дырок Pq равна концентрации электронов Ио- После to начинается выключение СПП, что иллюстрирует рис. 5.3, б.

Процесс вьпслючения СПП можно разбить на три интервала [5.1].

Интервал 1 начинается от пересечения током нуля при t=0 и заканчивается тогда, когда р-п переход очищен от избыточных носителей, т. е. когда концентрация pi (рис. 5.3, б) на левой границе {х=0) структуры становится равной концентрации основных носителей No- Предполагается, что граничная концентрация справа не достигает No и что распределение концентрации ограничено по верхнему пределу. Обратный ток /„ нарастает линейно, и падение напряжения на р-п переходе остается малым и почти постоянным при определенных условиях (большой обратный ток, слаболегированная и-база).

По мере нарастания обратного тока увеличивается градиент концентрации dp/dx накопленного заряда дырок на границах и-базы. На левой границе

fdp\ jpR .

на правой границе

где X-координата; jpR-плотность дырочного обратного тока

Трд=/„, где 5-площадь структуры, А/см; -заряд

носителя (= 1,6 -10 - Кл); Dp-коэффшщент диффузии дырок (12,5 см /с для Si); ]ip-подвижность дырок [500 см/(с-В) для Si]; \i„-подвижность электронов [1200 смДс-В) для Si].

При t=0 ток не протекает, распределение плотности дырок характеризуется прямой линией ро. Затем начинает протекать возрастающий обратный ток. Как следует из вьппенаписанных уравнений, градиент концентрации дырок на границах и-базы должен увеличиваться с ростом обратного тока.

Это видно из диаграммы рис. 5.3, б, где градиент концентрации показан наклоном кривых распределения плотности остаточного заряда. Градиент концентрации возрастает в ходе процесса от />„ до Pl слева и от р ДО р, справа. .

В центральной части структуры концентрация снижается от Ро до р„ вследствие рекомбинации по закону

р=Роехр(- т„), т„»/„.

В момент ti градиент концентрации слева достигает максимума; этот момент соответствует амплитудному значению 168



обратного тока /„. На границе между п- и «"-областями снижение концентрации и рост градиента {dp/dx) идут медленнее и не достигают критических значений.

Поскольку градиент концентрации на левой границе п-области достиг максимума, возрастание обратного тока прекращается. Интервал 1 выключения СПП заканчивается.

Интервал 2 начинается в момент ti и характеризуется спаданием обратного тока и быстрым нарастанием обратного напряжения, равного U-L{dirr/dt) (ток надает, di„/dt отрицательно). В течение 2-го интервала происходит дальнейшее снижение концентрации в центральной части за счет реком-i бинации и на границах вследствие диффузии. Поскольку максимальная концентрация в средней части убывает, соответственно становится короче часть области, характеризующейся линейной концентрацией дырок, при этом граница области накопленного заряда отодвигается от р-п перехода (рис. 5.3, б, кривая ti).

Область, занимаемая накопленным зарядом и содержащая достаточно высокие концентрации электронов и дырок, обладает высокой проводимостью, и падение напряжения в ней, связанное с протеканием через нее обратного тока, мало. Таким образом, все напряжение, возникающее на структуре СПП, прикладывается к относительно узкому зазору между р-п переходом и левой границей области объемного заряда. Здесь могут возникнуть большие градиенты электрического поля, ведущие к лавинному пробою и смыканию обедненной области с областью объемного заряда, при этом в относительно тонкой области выделяется значительная мощность Рпот="rrrr, выделение которой может концентрироваться на отдельных i участках площади структуры. Это может повести к повреж-1 дению СПП, несмотря на то, что мгновенное значение ; напряжения м„ в этот момент значительно ниже классификационного напряжения данного прибора.

Быстродействующие СПП, имеющие меньший накопленный заряд, а также приборы с лавинной характеристикой, обладающие более равномерным распределением обратного тока, имеют повышенную стойкость к быстрому нарастанию обратного напряжения при наличии остаточного заряда [5.7]. Когда начало спада концентрации носителей совпадает с максимумом концентрахщи остаточных носителей, т. е. линейная часть в области максимальной концентрации исчезает, интервал 2 выключения СПП заканчивается.

Интервал 3 является окончанием периода выключения. Поскольку начало возникновения градиента носителей совпадает с максимальным значением концентрации носителей (рис. 5.3, кривая >t2), уменьшение концентрации носителей теперь непосредственно ведет к снижению градиента концентрации



и ограничению обратного тока. Вместе с тем область накопленного заряда под действием электрического поля передвигается к р-п переходу.

В случае небольших скоростей спадания прямого тока и для тонких структур СПП интервал 2 может отсутствовать, т. е. интервал 3 наступает непосредственно после 1-го.

Анализ физических явлений в структуре СПП при выключении позволяет сделать следующие выводы, существенные при проектировании ограничительных устройств:

1) наличие накопленного заряда неосновных носителей влияет на вентильные свойства СПП. Приложение крутонараста-ющего обратного напряжения при наличии заряда неосновных носителей, например при быстрой коммутации или при поступлении перенапряжения обратного знака на интервале протекания прямого тока, может вести к пробою структуры СПП. Вероятность повреждения зависит от длительности приложения импульса напряжения, при микросекундных длительностях пробой не наступает. Быстродействуюпще и лавинные СПП более устойчивы к данному воздействию;

При применении низкочастотных СПП следует учитывать не только амплитуду обратного восстанавливающегося напряжения, но и скорость его нарастания. Здесь предпочтительными являются резонансные демпфирующие, контуры с затуханием, обеспечивающим к моменту следующей коммутации снижение амплитуды колебаний до 5-10% исходного значения.

Применение апериодических ЛС-контуров целесообразно для быстродействующих СПП. В этом случае достигается большее снижение амплитуды восстанавливающегося напряжения, но имеет место крутое нарастание напряжения на фронте;

2) несмотря на то что в течение интервала 1 не выделяется значительных потерь в структуре СПП, на этом интервале происходит накопление энергии в индуктивности контура коммутации. Эта энергия вьщеляется в структуре прибора в течение интервалов 2 и 3.

Энергия, выделяющаяся в структуре СПП за один цикл без учета действия демпфирующей ЛС-цепи, определяется

00 00 О)

W= J {U-Ldijdt)i„dt= f UJ„dt- jLdiJdti„dt =

" =U4Q; + Q)U,Q„, . \ (5.4)

где Q„-накопленный заряд СПП.

Мощность потерь при этом •

P=wf,

где /-частота коммутации; 170



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



0.0643
Яндекс.Метрика