181030. lajstromszámú szabadalom • Nagyfeszültségű dielektromosan szigetelt szilárdtest kapcsolóeszköz
3 181030 4 a félvezető hordozótagtól, továbbá az említett hordozótagban több félvezető test van kialakítva és ezek mindegyikét legalább egy dielektromos réteg választja el egymástól. A jelen találmány szerinti eszköz megfelelő méretezés esetén kapcsolóként működtethető, azzal jellemezve, hogy bekapcsolt (vezető) állapotban az anód és a katód közötti szakasz kis impedanciával, kikapcsolt (záró) állapotban pedig nagy impedanciával rendelkezik. A kapu tartományra adott potenciál meghatározza a kapcsoló állapotát. Bekapcsolt állapotban kettős töltéshordozó injektálás megy végbe, amely az anód és a katód között viszonylag kis ellenállást eredményez. Ez az eszköz, amelyet kapuzott dióda kapcsolónak (gated diode switch = GDS) nevezünk, megfelelően méretezve kikapcsolt állapotban a polaritástól függetlenül viszonylag nagy potenciálkülönbség zárására képes az anód- és katód tartomány között, bekapcsolt állapotban pedig viszonylag nagy áramot tud vezetni az anód és katód között viszonylag kis feszültségesés mellett. Dyen GDS eszközökből többet is lehet gyártani egyetlen integrált áramköri lapkán egyéb nagyfeszültségű áramköri alkatrészekkel együtt. Az eszköz kétoldalú zárási karakterisztikája lehetővé teszi, hogy a jelen találmány szerinti két eszközből kétirányú kapcsolót alkossunk oly módon, hegy mindkét katódot a másik eszköz anódjával, a kapu elektródákat pedig egymással kötjük össze. A jelen találmány felsorolt új vonásai és előnyei jobban megérthetők a következő részletes leírás, valamint a hozzá mellékelt ábrák segítségével. Az utóbbiak közül az 1. ábra a találmány egyik kiviteli alakja szerinti eszközt illusztrálja, a 2. ábra egy javasolt áramköri szimbólumot mutat be az 1. ábra szerinti eszköz jelölésére, a 3. ábra a találmány páros kiviteli alakja szerinti kétirányú kapcsolót láthatjuk, a 4. ábra a találmány másik kiviteli alakja szerinti eszközt illusztrálja, az 5. ábra a találmány további kiviteli alakja szerinti eszközt szemlélteti, a 6. ábra a találmány még további kiviteli alakjának megfelelő eszközt mutatja, a 7. ábra a találmány egy újabb kiviteli alakja szerinti eszközt ábrázolja, és a 8. ábrán felülnézetben láthatjuk a 6. ábra szerinti eszközt. Az 1. ábrán bemutatott szilárdtest kapcsoló 10 eszköz egy n-vezetési típusú és 11 főfelülettel ellátott 12 szubsztrátűmből, valamint egy túlnyomórészt p“-vezetési típusú, monokristályos félvezető 16 testből áll, amelyet a 14 dielektromos réteg választ el a 12 szubsztátumtól. A félvezető 16 testhez tartozik egy p+-vezetési típusú, lokalizált anód 18 tartomány, egy n+-vezetési típusú, lokalizált kapu 20 tartomány, és egy ^-vezetési típusú, lokalizált katód 24 tartomány is. Ezek mindegyike érintkezésben van a 11 főfelülettel. A p-vezetésí típusú 22 tartomány, amely hasonlóképpen a 11 főfelületig terjed, körülveszi a katód 24 2 tartományt és a kiürített réteg „punch-through” átütését gátolja, továbbá a 16 test említett részeinek inverzióját is megakadályozza a 11 főfelület közelében a 20 és 24 tartományok között. A kapu 20 tartomány az anód 18 tartomány és a 22 tartomány között foglal helyet oly módon, hogy mindkettőtől a félvezető 16 test tömegének egy része választja el. A 18, 20 és 24 tartományok mindegyike kis ellenállású a félvezető 16 test tömegéhez viszonyítva. A 22 tartomány ellenállása viszont egy közbenső értéket képvisel a katód 24 tartomány és a félvezető 16 test tömegének ellenállása között. A 28, 30 és 32 elektródákat alkotó vezetők Ids ellenállású érintkezést biztosítanak a 18, 20 illetve 24 tartományok felületeihez. A 11 főfelület egy dielektromos 26 réteggel van bevonva, hogy a 28, 30 és 32 elektródák el legyenek szigetelve az összes tartománytól, kivéve azoktól, amelyekkel rendeltetésszerűen elektromosan érintkezniük kell. A 36 elektróda a 12 szubsztrátumhoz biztosit kis ellenállású kontaktust az erősen dopolt 34 tartomány segítségével, amely ugyanolyan vezetési típusú mint a 12 szubsztrátum. Mind a 12 szubsztrátum, mind a 16 test célszerűen szilíciumból van, és a 12 szubsztrátum akár n, akár p-szennyezésű lehet. A 28, 30 és 32 elektródák mindegyike előnyösen túlfedi azt a félvezető tartományt, amelyhez kis ellenállású kontaktust kell biztosítania. A 32 elektróda a 22 tartományt is átlapolja. Ez az átlapolás, amely „field plating” néven ismeretes, a nagyfeszültségű működés feltételeit javítja, mivel növeli azt a feszültséget, amelynél az átütés bekövetkezik. A 14 dielektromos réteg szilíciumdioxídból, a 28, 30, 32 és 36 elektródák pedig mindannyian alumíniumból vannak. A leírtakhoz képest komplementer vezetési típusok is alkalmazhatók. önálló 16 testekből több is kialakítható egy közös 12 szubsztrátumon több kapcsoló előállítása céljából. Lényeges dolog, hogy a planár technológiát alkalmazhatjuk több eszköznek integrált áramkör •alakjában való gyártására egy közös felületen. A tipikusan kapcsolóként működtetett 10 eszköz jellemző vonása, hogy bekapcsolt (vezető) állapotban az anód 18 tartomány és a katód 24 tartomány közötti szakasz kis impedanciájú, kikapcsolt (záró) állapotban viszont nagy impedancia mutatkozik az említett két 18 és 24 tartomány között. A kapu 20 tartományra adott potenciál szabja meg a kapcsoló állapotát. Az anód 18 tartomány és a katód 24 tartomány között akkor lép fel vezető állapot, ha a kapu 20 tartomány potenciálja kisebb, mint az anód 18 tartományé és a katód 24 tartományé. Bekapcsolt állapotban az anód 18 tartományból lyukak, a katód 24 tartományból pedig elektronok injektálódnak a 16 testbe. Ha ezek a lyukak és elektronok elegendő számban vannak jelen, akkor plazmát képeznek, ami pedig modulálni képes a 16 test vezetőképességét. így a 16 test ellenállása kis értékűre csökken az anód 18 tartomány és a katód 24 tartomány között, amikor a 10 eszközt bekapcsolt állapotban működtetjük. Az ilyen üzemmódot kettős töltéshordozó injektálásnak, az eddigiek folyamán leírt eszközfajtát pedig kapuzott dióda kapcsolónak (GDS) nevezzük. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
