Введение к работе
Актуальность: Развитие преобразовательной техники ставит задачи, как повышения параметров выпускаемых силовых полупроводниковых приборов, так и разработки новых приборов с заданным сочетанием параметров. На основе многослойных фоточувствительных структур изготавливаются такие мощные полупроводниковые приборы как оптотиристоры, фототиристоры, оптосимисторы. Особенностью этих приборов является то. что для их включения используются источники излучения, мощность которых ограничена. Поэтому полупро водниковая структура долана быть достаточно чувствительной и переключаться в проводящее состояние от слабого сигнала управления. Удовлетворение этого требования приводит к сниіению динамических параметров структуры, в частности, падает критическая скорость нарастания напряіения в закрытом состоянии (du/dt)кр
В свою очередь, известно, что на мощность отпирающего потока излучения и (du/dt)кр влияют параметры самой структуры: толщины диффузионных слоев, распределение концентрации легирующих примесей и электрофизических параметров в этих слоях.
Подробный анализ характеристик многослойных фоточувствительных структур проведен при допущении, что электрофизические параметры в слоях структуры постоянны. При таких допущениях' достаточно сложно корректно учесть влияние сильного и неоднородного ЛЄг гирования, которое характерно для структур с диффузионными р-п-переходами, на фотоэлектрические характеристики. Поэтому взаимосвязь концентрационного профиля с характеристиками фоточувствительных структур недостаточно изучена. Между тем, установление этой взаимосвязи позволило бы оптимальным образом выбирать профиль легирования и за счет этого улучаить характеристики мощных оптозлектронных приборов. В связи с этим тема работы, посвященной исследованию фотоэлектрических характеристик многослойных фоточувствительных структур с диффузионными р-п-переходами, весьма актуальна.
Цель работы: Создание модели фоточувствительной р-п-р-п-с диффузионными р-п-переходами, реализация этой модели в виде
программ для ЭВМ, выработка рекомендаций по выбору концентрационного профиля, электрофизических параметров и толщин диффузионных слоев с целью повышения фоточувствительности при сохранении du/dt-стойкости на уровне соответствующих триодных тиристоров.
Научная новизна.
Создана модель фоточувствительной p-n-p-n-структуры с диффузионными р-n переходами, учитывающая неоднородное распределение электрофизических параметров в диффузионных слоях.
Численно-аналитическим методом получены рекуррентные соотношения для расчета стационарного распределения концентрации неосновных носителей заряда (ННЗ) в освещаемом слое полупроводника с неоднородными электрофизическими параметрами.
Проведен расчет распределения концентрации ННЗ в слоях фото-чувствительной p-n-p-n-структуры. Установлено, что в р-базе, образованной диффузией двух примесей, например, бора и алюминия, распределение концентрации электронов, имеет ярко #выращенный максимум в глубине р-базы. Такой характер распределения электронов связан с неоднородностью электрического поля в р-базе.
Показано, что структуры с освещаемым п-эмиттером имеют более высокую фоточувствительность по сравнению со структурами с освещаемой р-базой при длине волны излучения \< 0.95 мкм и толщине n-эмиттера не более 5-7 мкм.
Путем сравнения различных способов изготовления фоточувствительных структур с тонким п-эмиттером показано, что наиболее предпочтительным является формирование в области фотоокна слоя п-эмиттера толщиной несколько микрометров в углублении р-базы.
Практическая ценность. ,
Проведенные исследования позволили дать практические рекомендации по выбору концентрационного профиля, скорости поверхностной рекомбинации, толщин диффузионных слоев, направленные на повышение фоточувствительности р-п-р-п-структур при сохранении du/dt-стойкости. Работа проводилась по заказам и в рамках договоров о совместной работе с предприятиями подотрасли: заводом "Преобразователь" и Й0 "Оптрон". Эти рекомендации использовались заказчиками для повышения параметров выпускаемых оптотиристоров серии ТО и оптосимисторов на токи 25-80 А.
Публикации и апробация работы.
Результаты работы отражены в 10 публикациях и докладывались на следующих конференциях:
Всесоюзной научно-технической конференции "Создание комплек сов электротехнического оборудования, высоковольтной преобразова-тельной и сильноточной техники и силовых полупроводниковых приборов". Москва ВДНХ СССР 25-28 ноября 1986 г.;
8-й Всесоюзной научно-технической конференции "Силовая полу проводниковая техника и ее применение в народной хозяйстве". Миасс 16-19 мая 1989 г.;
Научно-технической конференции "Создание комплексов электротехнического оборудования, высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники". Москва, ВЭИ, 14 18 февраля 1994 г.
Структура и объем работы.
