181030. lajstromszámú szabadalom • Nagyfeszültségű dielektromosan szigetelt szilárdtest kapcsolóeszköz
5 181030 6 A 22 tartomány igyekszik korlátozni a kapu 20 tartomány és a katód 24 tartomány között a működés folyamán képződő kiürített réteg „punch-through” átütését, valamint igyekszik megakadályozni e két tartomány között a felületi inverziós réteg kialakulását. így a kapu 20 tartomány és a katód 24 tartomány közelebb kerülhet egymáshoz, és ez a körülmény bekapcsolt állapotban viszonylag kis ellenállást eredményez az anód 18 tartomány és a katód 24 tartomány között. A 12 szubsztrátum általában az elérhető legpozitívabb potenciálszintre kerül. Az anód 18 tartomány és a katód 24 tartomány közötti vezetés megszűnik, vagyis lezáródik, ha a kapu 20 tartomány potenciálja elegendően pozitivabb, mint az anód 18 tartományé és a katód 24 tartományé. A vezető állapot letiltásához, vagyis lezárásához szükséges pozitív potenciáltöbblet értéke a 10 eszköz geometriájának és a szennyezés-koncentrációjának (dopolásának) függvénye. Ez a pozitív potenciál kiüríti a töltéshordozókat a 16 testnek a kapu 20 tartomány és a 14 dielektromos réteg közötti részéből ügy, hogy a 16 testnek ezen része pozitívabb lesz, mint az anód 18 tartomány és a katód 24 tartomány. Ez a pozitív potenciálgát megakadályozza a lyukak áramlását az anód 18 tartományból a katód 24 tartományba, vagyis lényegében elzárja a 16 testnek a kapu 20 tartomány és a 14 dielektromos réteg közötti részét. Ezenkívül a potenciálgát a katód 24 tartományban emittált elektronokat is összegyűjti, mielőtt azok elérnék az anód 18 tartományt. A 10 eszköz bekapcsolt állapotában a 16 test és a kapu 20 tartomány által alkotott dióda átmenet áteresztőirányú előfeszültséget kap. Az áteresztőirányban előfeszített diódán keresztül fellépő vezetés korlátozására célszerűen (az ábrán nem jelölt) áramkorlátozó eszközök szolgálnak. Az eddigiek során ismertetett kapcsoló (GDS) számára javasolt elektromos szimbólumot a 2. ábrán mutatjuk be, ahol a GDS anód-, kapu és katód 28, 30 illetve 32 elektródái vannak. A 10 eszköz egyik kiviteli alakjának gyártása a következő adatok szerint történhet. A 12 szubsztrátum anyaga n-vezetési típusú szilícium, vastagsága 0,457 . . . 0,559 mm, szennyezés-koncentrációja közelítőleg 2 • 1013 szennyezőatom/cm3, ellenállása pedig több, mint 100 ohm.cm. A szilíciumdicxid anyagú 14 dielektromos réteg vastagsága 2... 4 mikron. A 16 test tipikusan 30... 50 mikron vastag, közelítőleg 430 mikron hosszú, 300 mikron széles és p-vezetési típusú közelítőleg 5 ... 9 ■ 1013 nagyságrendű szennyezés-koncentrációval. Az anód 18 tartomány p+-vezetési típusú, tipikusan 2... 4 mikron vastag, 44 mikron széles, 52 mikron hosszú, szennyezés-koncentrációja pedig közelítőleg 1019 szennyezőatom/cm3. A 28 elektróda anyaga tipikusan alumínium, vastagsága 1,5 mikron, szélessége 84 mikron, hosszúsága pedig 105 mikron. A kapu 20 tartomány n+-vezetési típusú és tipikusan 2... 4 mikron vastag, 15 mikron széles, 300 mikron hosszú, szennyezés-koncentrációja pedig közelítőleg 10*9 szennyezőatom/cm3. A 30 elektróda alumíniumból van, 1,5 mikron vastag, 50 mikron széles és 210 mikron hosszú. A 28 és 30 elektródák szomszédos szélei közötti, valamint a 30 és 32 elektródák szomszédos szélei közti távolság egyaránt tipikusan 40 mikron. A 22 tartomány p-vezetési típusú és tipikusan 3... 6 mikron vastag, 64 mikron széles, 60 mikron hosszú, szennyezés-koncentrációja pedig közelítőleg 1017...1013 szennyezőatom/cm. A katód 24 tartomány n+-vezetési típusú és tipikusan 2 mikron vastag, 48 mikron széles, 44 mikron hosszú, szennyezés-koncentrációja pedig közelítőleg 1019 szennyezőatom/cm3. A 32 elektróda alumínium, 1,5 mikron vastag, 104 mikron széles és 104 mikron hosszú. A 18 és 22 tartományok végei és a 16 tartomány megfelelő végei közti távolság tipikusan 55 mikron. A 34 tartomány n+-vezetési típusú és tipikusan 2 mikron vastag, 26 mikron széles, 26 mikron hosszú, szennyezés-koncentrációja pedig 10*9 szennyezőatom/cm3. A 36 elektróda is alumínium, amely 1,5 mikron vastag, 26 mikron széles és 26 mikron hosszú. A 10 eszköz a fentebb felsorolt paraméterek betartása esetén, mint kapuzott dióda kapcsoló (GDS) működtethető 500 voltos feszültséggel az anód és katód között. Nátriumgát biztosítása érdekében a szilit iumdioxidból levő 26 dielektromos réteg tetejére reaktív párologtatás útján egy (nem ábrázolt) szilíciumnitrid réteget választanak le. Ekkor alakítják ki a 28, 30, 32 és 36 elektródákat, majd rádiófrekvenciás plazma segítségével (nem ábrázolt) szilíciumnitrid réteget választanak le a 10 eszköz egész felületére kivéve azokat a helyeket, ahol elektromos kontaktusokat létesítenek. A szilícium-nitrid rétegek annak megakadályozására szolgálnak, hogy a nagyfeszültség a levegőn keresztül átüssön a szomszédos elektródák között. Tipikusan az anódra + 250 voltos, a katódra -250 voltos, a 12 szubsztrátumra pedig + 280 voltos feszültséget kapcsolnak. Az előbbi két feszültség polaritásai fel is cserélhetők, vagyis az anódra -250 volt, a katódra pedig + 250 volt kapcsolható. A 10 eszköz tehát mindkét irányban zárni képes az anód és a katód közti feszültséget. A kapu 30 elektródára adott + 280 voltos potenciál 350 mA-ig terjedő áramot képes megszakítani az anód 15 tartomány és a katód 24 tartomány között. A 10 eszköz anódja és katódja közti ellenállás bekapcsolt állapotban lQ0mA-os áram átfolyása esetén közelítőleg 15 ohm, az anód és a katód közötti feszültségesés pedig tipikusan 2,2 volt. A 3. ábra egy kombinált kétirányú kapcsolót szemléltet, amely a jelen találmány szerinti két GDS és GDSa kapcsolóból van összeállítva oly módon, hogy a 28 elektróda (a GDS kapcsoló anódja) a 32a elektródával (a GDSa kapcsoló katódjával), a 32 elektróda (a GDS kapcsoló katódja) pedig a 28a elektródával (a GDSa kapcsoló anódjával) van elektromosan összekötve. Ez a kombinált kapcsoló akár a 28 és 32a elektródáktól a 28a és 32 elektródák felé folyó, akár az ellenkező irányú áram vezetésére. Ennek a kétirányú kombinált kapcsolónak a létrehozását a 10 eszköz bilaterális zárási karakterisztikája teszi lehetővé. Két különálló 16 testnek egy közös 12 szubsztrátumon való kialakítása és megfelelő elektromos csatlakozásokkal való kiegészítése útján előállítható a fentebb leírt kétirányú kapcsoló. Megfelelő számú különálló 16 testet egy közös 12 szub-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
