181246. lajstromszámú szabadalom • Nagyfeszültségű szilárdtest kapcsoló
3 181246 4 Az ábra a találmány előnyben részesített megvalósításának megfelelő nagyfeszültségű kapcsolót mutatja be. Az ábra a 11 síkfelülettel rendelkező 10 szerkezet térbeli rajza; a 10 szerkezet tartalmazza a sokkristályos félvezetőből álló 12 hordozó által hordozott 16 egykristályos félvezető testet, melynek főrésze n vezetési típusú és amelyet a 12 hordozótól a 14 dielektromos réteg választ el. Az első helyi 18 anód tartomány a 16 testben van, egy része a 11 síkfelületbe esik. A helyi n+ típusú 20 '.apu tartomány szintén a 16 testben van és egy réí ,e a 11 síkfelületbe esik. A harmadik helyi n+ vezeté’.i típusú 24 katód tartomány a 16 testben van és egy része a 11 síkfelületbe esik. A p vezetési típusú 22 tartomány szorosan körülveszi a 24 katód tartományt, és mint kiürített réteg átlyukadás elleni védelemkent működik. Ezenfelül azt a szerepet is betölti, hogy megakadályozza a 16 test 11 síkfelülethez közeli vagy azon levő részeinek inverzióját a 20 kapu és 24 katód tartomány között. A 20 kapu tartomány a 18 anód tartomány és a 22 tartomány között helyezkedik el és mindkettőtől a 16 test ntípusú részei választják el. A 18 anód. 20 kapu és 24 katod tartományok ellenállása csekély a 16 testéhez képest. A 22 tartomány ellenállása a 24 katód tartományé és a 16 testé közé esik. A 28, 30 és 32 elektródok vezetők, amelyek kis ellenállású kontaktust létesítenek a 18 anód, 20 kapu, illetve 24 katód tartományok felületi részeivel. A 11 síkfelület legnagyobb részét résekkel ellátott dielektrikum fedi, hogy elszigetelje a 28, 30 és 32 elektródot az összes többi tartománytól, amelyekkel nem szándékozunk azokat elektromosan összekötni. A 36 elektród kis ellenállású kontaktust képez a 12 hordozóhoz az erősen szennyezett 34 tartományon át, amely ugyanolyan n vezetési típusú, mint a 12 hordozó. Előnyösen a 12 hordozó és a 16 test egyaránt szilícium félvezető, akár n, akár p vezetési típusú a 12 hordozó. Mint látható, a 28, 30 és 32 elektródok előnyösen túlfedik azokat a félvezető tartományokat, amelyekhez kis ellenállású kontaktust létesítenek, bár ott a 26 réteg elektromosan szigeteli őket. A 32 elektród is teljesen átfedi a 22 tartományt. Ez az átfedés, amely ismert módon nagy erőterek kialakítására alkalmas, megkönnyíti a nagyfeszültségű működést, mivel megnöveli a letörési feszültséget. Az ismertetett megvalósításban a 12 hordozó, a 16 test, valamint a 18 anód, 20 kapu, 24 katód és a 22, 34 tartományok szilícium félvezetők, és n-, n-, p*, n-, p, n+ illetve n+ vezetési típusúak, ahol viszonylag kis ellenállást és viszonylag nagy ellenállást jelöl. A 14 dielektromos réteg szilícium-dioxid és a 28, 30, 32 és 36 elektródok mind alumínium rétegek. Számos különálló 16 testet lehet létrehozni egy közös 12 hordozón, hogy egy integrált szerkezetben több kapcsolót lehessen létrehozni. A 10 szerkezet jellemzően olyan kapcsolóként működik, amelyben a 18 anód tartomány és a 24 katód tartomány között kis ellenállású út van BE (vezető) állapot esetén és a két tartomány között 2 nagy ellenállású út van KI (zárt) állapot esetén. A 20 kapu tartományon levő potenciál határozza meg a kapcsoló állapotát, amikor megfelelő működtető feszültségek vannak a többi elektródokon. A 18 anód tartomány és a 24 katód tartomány között akkor jön létre vezetés, ha a 18 anód tartomány potenciálja elegendően nagyobb a 24 katód tartományáénál és a 20 kapu tartomány potenciálja a 18 anód tartomány potenciálja alatt van. BE állapotban lyukak jutnak a 16 testbe a 18 anód tartományból és elektronok jutnak a 16 testbe a 24 katód tartományból. E lyukak és elektronok elegendő számúak ahhoz, hogy olyan plazma jöjjön létre, amely megváltoztatja a 16 test vezetését. Ez hatásosan csökkenti a 16 test ellenállását, úgy, hogy a 18 anód tartomány és a 24 katód tartomány közötti ellenállás viszonylag kicsi, amikor a 10 szerkezet BE állapotban működik. Az ilyen típusú működés kétféle töltéshordozó bejuttatásán alapuló működésnek felel meg. A 22 tartomány a kiürített réteg átlyukadását sept korlátozni, amely működés közben a 20 kapu tartomány és a 24 katód tartomány között alakul ki. valamint segít a két tartomány közötti felületi inverziós réteg kialakulásának elkerülésében. Ezenfelül elősegíti, hogy a 20 kapu tartomány és a 24 katód tartomány viszonylag közel legyen egymáshoz. Ezzel lehetővé válik, hogy a 18 anód tartomány és a 24 katód tartomány közötti ellenállás viszonylag kicsi legyen BE állapotban. A 12 hordozót jellemzően a lehető legpozitívabb potenciál szinten tartjuk. A 18 anód tartomány és a 24 katód tartomány közötti vezetés meggátlódik vagy megszakad, ha a 20 kapu tartomány potenciálja elegendően pozitívabb a 18 anód tartomány, a 24 katód tartomány és a 22 tartomány potenciáljánál. A vezetés meggátlásához vagy megszakításához szükséges pozitív potenciáltöbblet nagysága a 10 szerkezet geometriájától és szennyezettségi szintjétől függ. Ezen pozitív kapu potenciál következtében a 16 testnek a 20 kapu tartomány és a 14 dielektromos réteg közötti keresztmetszeti hányada pozitívabb potenciálon lesz, mint a 18 anód tartomány, a 24 katód tartomány és/vagy a 22 tartomány. Ezen pozitívabb potenciálgát megakadályozza a lyukvezetést a 18 anód tartományból a 24 katód tartományba. Ezenfelül kiürített tartományok alakulnak ki a 18 anód tartomány és a 16 test érintkezésénél. A kiürített tartományokon belüli elektromos erőtér arra szolgál, hogy a lyukakat a 18 anód tartományban és a 22 tartományban tartsa, és így korlátozza a 18 anód tartomány és a 24 katód tartomány között folyó áramot. A 20 kapu tartomány összegyűjti a 24 katód tartományból kibocsátott elektronokat, mielőtt azok el tudnák érni a 18 anód tartományt. A 10 szerkezet BE állapotában a 18 anód tartományból és a 16 félvezető testből álló rétegdiódán nyitó irányú előfeszültség van. Áramhatárolókat, például terhelő ellenállást (az ábrán nem látható) szokásosan azért alkalmazunk, hogy korlátozzák a nyitó irányban előfeszített diódán keresztül történő vezetést. Ámíg a 10 szerkezet BE állapotban van, a 20 kapu tartomány potenciálja a 18 anód tartomány potenciálja fölé nőhet, és addig fog áram folyni a 18 5 10 IS 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
