184647. lajstromszámú szabadalom • Háromrétegű felvezető eszközök
1 csak néhány tized voltos feszültség tartományig érvényesül, amely nagymértékben leszűkíti alkalmazási területét. Ennek a hátránynak a megszüntetését a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök a backward dióda kristályszerkezetének módosítása útján érik el. A módosítás lényege, hogy egy kétrétegű a backward dióda töltéshordozó áramlásán alapuló kristályszerkezetre ráépül egy harmadik réteg is olymódon, hogy a két szélső réteget azonos, míg a középső réteget ellentétes vezetési típusú félvezető rétegek alkotják. Az ily módon létrehozott találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök működési mechanizmusát a backward dióda adottságait meghaladó többlet hatások miatt az egyes kiviteli alakoknál fogjuk részletesebben ismertetni. Az le. ábrán a találmány szerinti félvezető eszközök npn rétegsorrendű egyenáramú dióda alakjának kristályszerkezetét tüntettük fel. Jelen esetben a hagyományos backward diódák rétegszerkezetét az n2 és p rétegek testesítik meg. A kiegészítő réteg szerepét a gyengén szennyezett n, réteg tölti be. Az nj réteg feladata, hogy alacsony .*• táció szintjével elősegítse a záróhatás kialakulását a kristályszerkezetben. A félvezető eszköz le. ábrán feltüntetett polaritású feszültségre helyezése esetén az n2 rétegen pozitív, míg az n2 rétegen-negatív feszültség jelenik meg. Az n2-p rétegszerkezetet tekintve ez a feszültség polaritás megfelelő a backward dióda normál, nyitóirányú üzemi viszonyainak. Jelen esetben ugyanis az ^ félvezető réteg és a hozzá kapcsolódó fém elektróda egy nyitóirányú fém-félvezető kontaktust alkot, amely alapvetően nem módosítja az n2-p rétegek között végbemenő folyamatokat. Ebben az elrendezésben a backward diódához viszonyítva számottevő eltérés csak a p réteg dotáció szintjében van. A jelen esetben ugyanis a záró hatás megvalósításának érdekében a középső p réteg dotáció szintje is le lett csökkentve az nt réteg dotáció szintjét meg nem haladó értékre. Az n2-p rétegszerkezet szempontjából ez a módosítás nem jár semmiféle hátránnyal, a két réteg között ugyanúgy megindul a backward diódára jellemző töltéshordozó áramlás mint szimmetrikus rétegszerkezet esetén. A szilárdtest fizika megállapításai szerint ugyanis a záróirányú letörést folyamat szempontjából közömbös, hogy a töltéshordozó sokszorozódást kölcsönös, vagy szimmetrikus erőhatás indította-e el. Az aszimmetrikus diódák esetén a letörés folyamat kezdetét mindig az erősebben doltált félvezető réteg többségi töltéshordozóinak a koncentráció szintje szabja meg. A jelen esetben tehát az n2-p rétegek közötti letörásá folyamat kezdete az n2 réteg dotáció szintjével állítható be. Az le. ábrán feltüntetett feszültség polaritás felcserélése esetén az egyes rétegek közötti töltéshordozó áramlás jellegét tekintve semmi lényeges változás nem történik. Ebben az esetben a külső feszültség az ni-p rétegszerkezetre fejti ki gerjesztő hatását, míg a fém-félvezető kontaktus szerepet az n2 réteg tölti be a hozzá kapcsolódó fém elektródával együtt. Az előbbiekhez viszonyítva a különbség csupán annyi, hogy a jelen esetben az n, és p rétegek alacsony dotáció szintié miatt jóval nagyobb külső feszültség szükséges ahhoz, hogy a záróiiányúletörési folyamat meginduljon. A találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök egyenáramú dióda alakjánál tehát a záró hatás látszólagos formában jön létre. Ez a záró hatás tulajdonképpen nem más mint az nj réteg dotáció szintjével arányban álló nyitó hatás. Ennek megfele-2 lóén a záróirányű feszültség tűrés értéke az n( réteg dotáció szintjével állítható be. Mindezek alapján megállapítható, hogy a találmány szerinti- háromrétegű félvezető eszközök egyenáramú dióda afakja a hagyományos kétrétegű diódákhoz viszonyítva olyan egyenirányító elemnek tekinthető, amely fizikailag csak záróirányú vezetésre képes, az egyik irányban alacsony, a másik irányban pedig magas aletörésifeszültsége. A középső p réteg dotáció szintjének előzőekben előírt csökkentésére azért van szükség, hogy az nrp rétegszerkezet ne váljon aszimmetrikussá, ez ugyanis lehetetlenné tenné a záró hatás kialakulását. A középső p réteg dotáció szintje tehát a jelen esetben nem haladhatja meg az nj réteg dotáció szintjét A találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök egyenáramú dióda alakja nemcsak npn, hanem pnp rétegsorrendű kivitelben is előállítható. A negatív és pozitív töltéshordozók eltérő mozgékonyságából eredő technológiai nehézségek miatt azonban az npn rétegsorrendű változat előállítása egyszerűbben és olcsóbban megoldható. Az ld. ábrán a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök egyenáramú dióda alakjával sorbakötött terhelő ellenállás feszültség-áram jelleggörbéjét tüntettük fel. Ennek a jelleggörbének a sajátossága, hogy jelen esetben nemcsak a záró, hanem a vezetés irányú karakterisztika is egy közel lineáris egyenest alkot. Ennek az alkalmazás szempontjából előnyös tulajdonságnak a kiváltó oka az előzőekben már vázolt bekötési módtól független záróirányú töltéshordozó áramlás, amely vezetési irányban kiküszöböli a hagyományos egyenirányító diódák nyugalmi potenciál gátjából eredő logaritmikus áramnövekedést. A jelleggörbe vezetési és záróirányú szakaszának kezdete a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök két szélső rétegének dotáció szintjétől függ. A találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök mind vezetési, mind záróirányban csak akkora feszültséget vesznek magukra, amekkora a letörési folyamat elindításához szükséges, a többit átadják a^velük sorbakötött terhelő ellenállásnak. A kiegészítő félevezető réteg töltéshordozó áramlásra gyakorolt pályaellenállás növelő hatásának tulajdonítható, hogy normál körülmények között a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközökkel sorbakötött terhelő ellenállás feszültség-áram jelleggörbéjén nem mutatható ki a negatív belső ellenállású tartomány. A találmány szerinti káromrétegű félvezető eszközök egyenáramú dióda alakja, valamint az erre ráépülő további kiviteli alakok nemcsak alacsony zsilipfeszültségű kivitelbenállíthatókelő. Az erősebben dotált szélső réteg koncentráció szintjétől függően a nyitóirányú zsilipfeszültség tetszőleges értékre beállítható, így a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök az egyenirányításon kívül számos más elektronikái feladat ellátására is alkalmasak. Ezek közül az egyik legjellegzetesebb felhasználási területük a feszültség stabilizálás, így a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök gyakodati alkalmazhatóságát a továbbiakban főleg ezen a területen kívánjuk szemléltetni. Az le. ábrán a találmány szerinti háromrétegű félvezető eszközök egyenáramú dióda alakjával sorbakötött terheld ellenállás stabilizátor üzemmódban mérhető feszültség-áram jelleggörbéjét tüntettük fel. A stabilizátor üzemmód a legegyszerűbben ügy hozható létre, hogy a külső feszültség változatlan értéken tartása mellett csökkentjük a félvezető eszközzel sorba-184.647 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
