181028. lajstromszámú szabadalom • Nagyfeszültséű, záróréteges szilárdtest kapcsoló
3 181028 4 ellenállású, elektromos kontaktussal rendelkezik. Az eszköz úgy van kiképezve, hogy benne működés közben kettős töltéshordozó injektálás megy végbe. A félvezető test érintkezésben van a szubsztrátummal, amely utóbbinak az a rendeltetése, hogy helyet biztosítson egy hozzákötött és az eszköz kapuját alkotó elektródának. Ez az eszköz megfelelő méretezés esetén kapcsolóként működtethető, azzal jellemezve, hogy bekapcsolt (vezető) állapotban az anód és a katód közötti áramot kis impedanciával, kikapcsolt (záró) állapotban pedig nagy impedanciával rendelkezik. A kapcsoló állapotát a kapuként szolgáló szubsztrátumra adott potenciál határozza meg. Bekapcsolt állapotban kettős töltéshordozó injektálás megy végbe, amelynek következtében az anód és a katód között viszonylag kis ellenállás lép fel. A találmány egy másik kiviteli alakjában a fentebb leírt félvezető testet, amelybe az első és második tartományt is beleértjük, a főfelülettel határos része kivételével egy ellentétes vezetési típusú félvezető tartomány veszi körül. Az ilyen félvezető tartománnyal körülvett félvezető testekből egy egész sorozat van kialakítva egy közös félvezető lapon, amely azonos vezetési típusú a félvezető testek mindegyikét különválasztó félvezető tartománnyal. Ezek az eszközök, amelyeket kapuzott dióda kapcsolóknak (gated diode switch = GDS) nevezünk, ha megfelelően vannak méretezve, kikapcsolt állapotban a polaritástól függetlenül viszonylag nagy potenciálkülönbség zárására képesek az anód- és a katód tartomány között, bekapcsolt állapotban pedig viszonylag nagy áramot tudnak vezetni az anód és a katód között viszonylag kis feszültségesés mellett. A kétoldalas zárási karakterisztikájuk különösen alkalmassá teszi ezeket a GDS kapcsolókat bizonyos feladatokra. Párosával összekapcsolhatjuk őket oly módon, hogy a kapukat egymással, a katódok mindegyikét pedig a másik GDS kapcsoló anódjával kötjük össze. Ez a kombináció egy kétirányú nagyfeszültségű kapcsolót képez. Ilyen kétirányú kapcsolót két GDS kapcsolóból egy közös félvezető alaplemezen is kialakíthatunk, vagy pedig kapcsolómátrixot gyárthatunk, ha a közös lemezen egy sorozat GDS kapcsolót helyezünk el. A részletes leírás során az alábbi rajzokra fogunk hivatkozni: 1 2 3 4 5 6 7 1. ábra a találmány egyik kiviteli alakjának megfelelő eszközt illusztrálja, 2. ábra egy az 1. ábrán látható eszköz számára javasolt szimbólumot mutat be, 3. ábra a találmány másik kiviteli alakjának megfelelő eszköz felülnézete, 4. ábra a találmány egy további kiviteli alakjának megfelelő eszközt szemlélteti, 5. ábra a találmány még további kiviteli alakjának megfelelő eszközt ábrázolja, 6. ábra a találmány egy újabb kiviteli alakjának megfelelő eszközt mutatja, és a 7. ábrán a találmány még újabb kiviteli alakjának megfelelő eszköz látható. Az 1. ábrán bemutatott 10 félvezető eszköz két lényegében azonos kapuzott dióda GDS1 és GDS2 kapcsolót foglal magába, amelyek a megkülönböztethetőség kedvéért szaggatott vonalú téglalapokkal vannak körülkerítve, és mindkettő a félvezető 12 szubsztráturnon van kialakítva. A 10 félvezető eszközön levő síkot 11 főfelületnek nevezzük. A 12 szubsztrátum első vezetési típusú és egy közös kapu- és hordozóréteg szerepét tölti be a GDS1 és GDS2 kapcsolók számára. A 12 szubsztrátummal ellentétes vezetési típusú ^ epitaxiális réteget a félvezető 20 tartományok az önálló félvezető 16 és 16a testekre osztják fel. Az ábrázolt két félvezető 16 és 16a testen kívül még f sok ilyen félvezető testet alakíthatunk ki a 12 szubsztrátumon. A félvezető 20 tartományok ugyanolyan vezetési típusúak, mint a 12 szubsztrátum, de a szennyezés-koncentrációjuk nagyobb, és a 11 fŐfelülettől a 12 szubsztrátumig terjednek. A félvezető 16 test magába foglalja az anód 18 tartományt is, amely ugyanolyan vezetési típusú, mint a 16 test, de nagyobb a szennyezés-koncentrációja. A félvezető 22 tartomány vezetési típusa azonos a 16 testével, de az ellenállása kisebb. A félvezető katód 24 tartomány a félvezető 22 tartomány egy részébe van beágyazva, és részben érintkezik a 11 főfelülettel. A katód 24 tartomány ugyanolyan vezetési típusú és lényegében azonos szennyezési-koncentrációval bír, mint a félvezető 20 tartomány. A 28, 32 és 30 elektródák kis ellenállású érintkezést biztosítanak a 18, 24, valamint 20 tartományokhoz. A félvezető 20 tartomány a 12 szubsztrátumhoz ad kis ellenállású érintkezést. Tehát a 30 elektróda kis ellenállású tartományon keresztül csatlakozik a 12 szubsztrátumhoz, és közös kapu elektródát alkot a GDS1 és GDS2 kapcsolók számára. Szükség esetén egy fémből vagy félvezető anyagból levő 38 elektródát is létesíthetünk az anód 28 elektróda és a katód 32 elektróda között. A 38 elektróda elektromosan szintén csatlakozik a 12 szubsztrátumhoz a 30 elektródával létesített elektromos összeköttetés útján. A félvezető 16a test magába foglalja a 18a, 22a és 24a tartományt. A 28a, 32a és 30 elektródák a 18a, 22a, illetve a 24a tartományhoz csatlakoznak. Ezek a tartományok lényegében ugyanolyanok, mint - a félvezető 16 test megfelelő tartományai. Egy 26 dielektromos réteg elektromosan elszigeteli a fentebb leírt elektródákat a 10 félvezető eszköz egyéb részeitől, kivéve azoktól, amelyekkel elektromosan érintkezniük kell. Egy lehetséges kiviteli alak esetén a 12 szubsztrátum n vezetési típusú, a 20, 24, 24a tartományok n* vezetési típusúak, a 16, 16a test p~ vezetési típusú, a 18, 18a tartomány p+ vezetési típusú, a 22, 22a tartomány p vezetési típusú és kisebb ellenállású, mint a 16, 16a test. A 28, 28a, 32, 32a és 30 elektródák pedig alumíniumból vannak. Ebben a kiviteli alakban az anód 28 elektróda elektromosan hozzá van kötve a katód 32a elektródához, a katód 32 elektróda pedig az anód 28a elektródához csatlakozik, A 2. ábrán a GDS1 és GDS2 kapcsolók számára javasolt elektromos szimbólumok láthatók. A GDS1 kapcsolónak anód, katód és kapu 28, 32 és 30 elektróda kivezetései, a GDS2 kapcsolónak pedig 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
