(9)

(10)

(11)

(12)

Uкрji — критические значения напряжений на эмиттерных переходах, соответствующие выполнению условия включения тиристора

; — равновесные. критические (соответствующие выполнению условия включения структуры) и текущие концентрации неосновных носителей заряда в базах на границах ;i-го перехода соответственно.

Под bn в рассматриваемом случае будем понимать произведение коэффициентов переноса дырок через электронейтральную часть n1-базы bn1 и через n! -cлой bn!;

(13)

где R1=0, R2=R3=1 при низких и R1=1/(b+1), R2=2R3=2b/(b+1) при высоких уровнях инжекции в базе n1.

Предположим, что избыточным зарядом электронов в базе р2 н дырок в слое n! при t = t3 (см. рис. 1) можно пренебречь. Тогда с учетом перемещения границы ОПЗ коллекторного перехода в базе n1 критическое условие включения асимметричного тиристора при t > t3 можно найти из решения системы нестационарных уравнений непрерывности для неосновных носителей заряда в базах n1, p2 и в прелое при произвольном распределении начального заряда в базе n1 и граничных условиях вида (рис.6):

(14)

(15)

где p1(x1,t) и p2(x2,t), —концентрации дырок в слое n! и базе n1 соответственно.

149

Рис. 6. К расчету процессов в асимметричном тиристоре, на этапе нарастания анодного напряжения.

Кроме того, для n! –n1 перехода имеем

(16)

В (14)—(16) J(t)—плотность анодного тока;

Cj2 барьерная емкость единицы площади коллекторного перехода;

— плотность тока через коллекторный переход, обусловленного “захватом” избыточного заряда дырок в базе n1 вследствие расширения ОПЗ коллекторного перехода:

(17)

где X2гр — координата границы ОПЗ коллекторного перехода в базе n1.

Условие (16) отражает равенство плотностей дырочных токов справа и слева от плоскости n! –n1 перехода в том случае, если ОПЗ коллекторного перехода при напряжении UD не охватывает всю толщину базы n1. Использование в этом случае условия p1(W1*, t) не совсем корректно. Вместо него более корректно использовать условие равенства концентраций дырок слева и справа от плоскости n! n1 перехода. Однако использование условия p1(W1, t)=0 существенно упрощает задачу и представляется вполне оправданным. Условие p2(W2*, t)=0 при t-<.t4 (см. рис. 6) также не совсем корректно, однако оно также позволяет упростить задачу и представляется оправданным.

Критическое условие включении асимметричного тнристора, полученное из решения системы нестационарных уравнении не прерывности и для неосновных носителей заряда во внутренних слоях структуры при произвольном распределении начального заряда в базе n1 и граничных условиях (14) -(16), можно записать в следующей форме;

где m0 — коэффициент эффективности начального (при t = t3, рис. 3) заряда в базе n1;

Время выключения tq можно представить при этом в виде;

где определяется из (5), (6) или (8).

Выражение для плотности критического заряда включения имеет вид

(20)

где

;(21)

(22)

Постоянная времени определяется как единственный положительный корень уравнения

(23)

Если ОПЗ коллекторного перехода охватывает всю толщину базы n1, то

(24)

где Uсм -напряжение, при котором ОПЗ коллекторного перехода охватывает всю толщину базы .

Если коллекторный переход можно считать резким, выражение (24) приводится к виду

(25)

где Ф—интеграл вероятности.

Если tсм > t4, т. е. ОПЗ коллекторного перехода не охватывает всю толщину базы n1, в (25) tсм следует заменить на t4.

При записи (18) принято, что плотностями зарядов QJ. и Qj, расходуемых на компенсацию областей пространственного заряда эмиттерных переходов, можно пренебречь,

Для асимметричного тиристора разумно предположить, что начальное распределение дырок p2(x2, t3) равномерно по толщине базы n1. Тогда для коэффициента m0 справедливы следующие выражения:

(26)

если UD < Uсм, и

(27)

если UD > Uсм, причем

(28)

Полученные выражения позволяют рассчитать также критическую скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии (duD/dt)crit. Для этого достаточно в (18) положить, что Q2(t3)=0, и при использовании условия Qкр=Qнак во всех выражениях для расчета Qнак заменить du/dt на (duD/dt)crit.

ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС ВЫКЛЮЧЕНИЯ ТИРИСТОРА-ДИОДА

Как уже отмечалось, тиристор-диод представляет собой прибор,. в котором асимметричный тиристор и диод, изготовленные на одной полупроводниковой пластине, соединены встречно-параллельно друг с другом- Схематически полупроводниковая структура тиристора-диода изображена на рис.7,а. Видно, что тиристорная (ТС) и диодная (ДС) секции разделены между собой трехслойной зоной (ТЗ). Назначение последней в максимальной мере ослабить влияние заряда, накопленного в базе ДС, на время выключения ТС и, следовательно, прибора в целом. Конструктивно ДС и ТС могут иметь различную конфигурацию. В частности, ДС иногда изготавливается в центральной части пластины, иногда в форме периферийного кольца, охватывающего ТС, или в виде сектора.