Полупроводниковые тиристоры: принцип работы, виды и применение

Что такое полупроводниковые тиристоры. Как работают тиристоры. Какие бывают виды тиристоров. Где применяются тиристоры в электронике и энергетике.

Что такое полупроводниковые тиристоры и как они работают

Полупроводниковые тиристоры — это класс полупроводниковых приборов, работающих в ключевом режиме и способных коммутировать большие токи. Основные особенности тиристоров:

• Имеют структуру из нескольких чередующихся слоев полупроводников p- и n-типа (обычно 4 слоя)
• Обладают двумя устойчивыми состояниями — закрытым (высокое сопротивление) и открытым (низкое сопротивление)
• Переключение из закрытого состояния в открытое происходит при подаче управляющего сигнала
• Способны коммутировать большие токи с высокой скоростью включения
• Имеют малое падение напряжения в открытом состоянии

Принцип работы тиристора основан на возникновении внутренней положительной обратной связи между p-n переходами его структуры при подаче управляющего сигнала. Это приводит к лавинообразному нарастанию тока и переключению тиристора в открытое состояние.

Основные виды полупроводниковых тиристоров

Существует несколько основных разновидностей тиристоров:

Динисторы

Динисторы — простейший вид тиристоров, не имеющий управляющего электрода. Включение происходит при достижении определенного напряжения на аноде.

Тринисторы (SCR)

Тринисторы или SCR (Silicon Controlled Rectifier) — наиболее распространенный вид тиристоров. Имеют управляющий электрод, позволяющий включать прибор подачей управляющего импульса.

Симисторы

Симисторы — симметричные тиристоры, способные проводить ток в обоих направлениях. Применяются для управления цепями переменного тока.

Запираемые тиристоры (GTO)

Запираемые тиристоры (GTO) можно не только включать, но и выключать подачей управляющего сигнала, что расширяет возможности их применения.

Основные параметры и характеристики тиристоров

Важнейшие параметры тиристоров, определяющие возможности их применения:

• Максимальный анодный ток в открытом состоянии
• Максимальное обратное напряжение
• Время включения и выключения
• Отпирающий ток управления
• Напряжение в открытом состоянии
• Допустимая скорость нарастания тока и напряжения

Ключевой характеристикой тиристоров является вольт-амперная характеристика, имеющая S-образный вид с участком отрицательного дифференциального сопротивления.

Сферы применения полупроводниковых тиристоров

Благодаря способности коммутировать большие токи тиристоры нашли широкое применение в силовой электронике и энергетике:

• Управляемые выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный
• Инверторы для преобразования постоянного тока в переменный
• Регуляторы переменного напряжения
• Устройства плавного пуска электродвигателей
• Коммутационная аппаратура
• Системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения (HVDC)

Тиристоры позволяют эффективно управлять мощными электрическими нагрузками с минимальными потерями энергии.

Преимущества тиристоров перед другими ключевыми приборами

По сравнению с другими полупроводниковыми ключами (транзисторами, IGBT) тиристоры обладают рядом преимуществ:

• Способность коммутировать очень большие токи (до 5000 А) и напряжения (до 5000 В)
• Малое падение напряжения в открытом состоянии
• Высокая помехоустойчивость
• Возможность последовательного и параллельного соединения для увеличения рабочего напряжения и тока
• Простота схем управления

Это делает тиристоры незаменимыми во многих областях силовой электроники, особенно при работе с большими мощностями.

Особенности применения тиристоров в силовой электронике

При использовании тиристоров в силовых схемах необходимо учитывать ряд особенностей:

• Необходимость обеспечения надежного включения управляющим импульсом
• Защита от перенапряжений и превышения допустимой скорости нарастания тока и напряжения
• Обеспечение выключения тиристора при работе на переменном токе
• Охлаждение для отвода выделяемого тепла
• Снабберные цепи для ограничения коммутационных перенапряжений

Правильный учет этих факторов позволяет реализовать надежные и эффективные силовые преобразователи на тиристорах.

Перспективы развития тиристорной техники

Несмотря на появление новых типов силовых полупроводниковых приборов, тиристоры продолжают активно применяться и совершенствоваться. Основные направления развития:

• Увеличение рабочих токов и напряжений
• Улучшение динамических характеристик
• Создание новых типов тиристоров с расширенными возможностями управления
• Интеграция тиристоров с другими типами приборов в составе интеллектуальных силовых модулей

Это позволяет расширять сферы применения тиристоров и создавать на их основе все более эффективные преобразовательные устройства.

6.4. Полупроводниковые тиристоры

являются полупроводниковыми усилительными приборами универсального назначения и широко применяются в различных типах усилителей, генераторов, в логических и измерительных устройствах.

Тиристор – полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями и тремя или более последовательно включенными p-n переходами. Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чередующимися слоями полупроводников p- и n-типов.

Различают управляемые (триодные) и неуправляемые (диодные) тиристоры.

Рассмотрим несколько подробнее триодный тиристор. Триодный тиристор называется управляемым. Он имеет три вы-

вода – анодный А, катодный К и вывод управляющего электрода УЭ, который подключается либо к ближайшей к катоду p-области, либо к ближайшей к аноду n-области (катодное и анодное управление).

Тиристор может быть переключен из закрытого состояния в открытое и наоборот. Условное изображение управляемого тиристора и его вольт-амперные характеристики приведены на рис. 57, а, б.

б

		I пр
	а

Uупр 2 > Uупр 1

Несимметричный
триодный тиристор
		Uвкл 2
				Uвкл 1	U пр
	0

Рис. 57

Питающее напряжение подается на тиристор так, чтобы два перехода были открытыми, а один закрытым; сопротивление закры-

80

того перехода достаточно высокое, следовательно, ток тиристора пока мал.

При повышении напряжения Uпр ток тиристора Iпр увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения.

После этого происходит лавинообразное нарастание тока в переходе и напряжение на тиристоре снижается в соответствии ВАХ

(рис. 57, б).

Такой «пробой» не вызывает разрушения перехода, сопротивление которого восстанавливается с уменьшением тока.

Важным параметром тиристора является отпирающий ток (напряжение) управления – ток управляющего электрода УЭ, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние. Для запирания тиристора необходимо уменьшить ток практически до нуля.

Тиристоры как управляемые переключатели, обладающие еще и выпрямительными свойствами, широко применяются в управляемых выпрямителях, преобразователях, инверторах, коммутационной аппаратуре.

Номинальные значения токов у некоторых типов тиристоров в открытом состоянии достигают 5000 А, а номинальные значения напряжений в закрытом состоянии – до 5000 В.

81

7. СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И УСИЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ПОСТРОЕННЫЕ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ

7.1. Выпрямительные устройства

Выпрямительные устройства могут быть управляемые и неуправляемые. Первые построены на тиристорах, вторые – на полупроводниковых диодах.

По числу фаз источника различают однофазные и многофазные (чаще трехфазные) выпрямительные устройства, по схемотехническому решению – с выводом нулевой точки трансформатора и мостовые.

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных систем и устройств промышленной электроники, решающих задачи управления, регулирования, переработки, отображения информации и т. д.

При относительно небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) задачу преобразования электрической энергии переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в постоянный решают с помощью однофазных выпрямителей.

7.1.1.Однофазный однополупериодный выпрямитель

Вобщем случае структурная схема выпрямителя содержит трансформатор, выпрямительные диоды, сглаживающий фильтр и стабилизатор выпрямленного напряжения. Трансформатор служит для изменения синусоидального напряжения сети до необходимого уровня, которое затем выпрямляется. Сглаживающий фильтр служит для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения. Стабилизатор поддерживает неизменным напряжение приемника при изменении напряжения сети.

Отдельные узлы могут отсутствовать, это зависит от назначения выпрямителя.

82

Схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя представлена на рис. 58, а, временная диаграмма выпрямленного напряжения и тока – на рис. 58, б.

U,I

Um

б

Im

VD

iа

Т

+

а

t

Rн

U1

T/2

Uн

U2

б

iн

Uн ,Iн

Uн ср

Iн. ср

T

t

Рис. 58

Выпрямитель состоит из трансформатора (Т), к вторичной об-

мотке которого последовательно подключены диод (VD) и нагрузоч-

ный резистор (Rн).

В первый полупериод, т. е. в интервале времени (0 – T/2), диод

открыт, так как потенциал точки «а» выше потенциала точки «б», и под действием напряжения в цепи вторичной обмотки трансформатора возникает ток iн .

Во второй полупериод, т. е. в интервале времени (T/2 – T), диод закрыт, ток в нагрузочном резисторе отсутствует и к запертому диоду прикладывается обратное напряжение.

Средние значения выпрямленных тока и напряжения малы, а коэффициент пульсации достаточно высок (Кп = 1,57) , поэтому они применяются в основном для питания высокоомных нагрузочных устройств небольшой мощности (электронно-лучевых трубок).

Коэффициент пульсаций – это отношение амплитуды первой (основной) гармоники, частота которой в данном случае равна , к напряжению Uн.ср, т. е.

	U н.ср		/ 2			1,57.
	Кп =
		U н.ср	2

83

Полупроводниковые тиристоры: характеристики, принцип и режимы работы, сферы применения

Предыдущая статья Следующая статья

10.08.2022

Тиристор — это полупроводниковый прибор, работающий в ключевом режиме. Причем управляющий электрод (кроме запираемых) служит только для включения прибора. Выключение устройства осуществляется путем обесточивания силовой цепи.

По сравнению с транзисторами, тиристоры способны коммутировать относительно большие токи с высокой скоростью включения и меньшим падением мощности на устройстве. Важной особенностью практически всех типов является возможность работы в импульсных режимах, в которых токи значительно превышают постоянные максимально допустимые токи открытого состояния.

Основные характеристики полупроводниковых тиристоров

Для определения основных характеристик используются параметры полупроводниковых тиристоров, при которых не происходит повреждения переходов полупроводникового прибора:

• Прямой ток — максимальный ток, который может проходить через прямой переход в открытом состоянии.
• Обратное напряжение — максимальное значение напряжения, которое может быть приложено в обратном направлении.
• Рассеиваемая мощность — произведение анодного тока на напряжение падения на устройстве (значения указываются без теплоотвода и при определенных его параметрах).
• Время включения- интервал времени между подачей управляющего импульса и моментом, в котором напряжение падает до определенного значения.
• Импульсное отпирающее напряжение управления — амплитуда напряжения импульса управления, при котором происходит включение.

В зависимости от сферы применения полупроводниковых тиристоров и конкретной схемы их включения важными могут быть и другие параметры используемых устройств.

Принцип работы и разновидности полупроводниковых тиристоров

Тиристоры имеют чередующуюся структуру с несколькими p-n-переходами (обычно 3), к одному из слоев которых подключен управляющий электрод. Полупроводниковые приборы имеют одностороннюю проводимость, кроме симисторов — симметричных триодных тиристоров с двусторонней проводимостью.

Тиристоры подходят для работы в цепях выпрямленного, из синусоидальной составляющей, не сглаженного напряжения. Они включаются подачей на управляющий электрод импульса определенной мощности, выключаются — при достижении минимального тока нагрузки (для некоторых типов — при наличии обратного смещения). Запираемые приборы включаются/выключаются подачей положительного/отрицательного импульсов.

В итоге приборы этого типа коммутируют:

• тиристоры — не сглаженную выпрямленную составляющую переменного напряжения одной полярности;
• симисторы — цепи переменного напряжения;
• запираемые симисторы — цепи постоянного напряжения.

Диоды-триггеры называются динисторами, они не имеют управляющего электрода. Включаются/выключаются эти устройства наличием определенного потенциала (запирающего напряжения) на приборе, имеют одностороннюю проводимость. Симметричные динисторы имеют двухстороннюю проводимость.

Использование полупроводниковых приборов позволяет реализовать быструю коммутацию мощных цепей. При этом падение мощности на твердотельном электронном ключе минимальное. На сайте компании «ЗУМ-СМД» можно заказать полупроводниковые приборы различного типа. У нас можно купить тиристоры оптом по низкой цене.

Возврат к списку

Обратная связь

Похожие статьи

Микроконтроллеры ATSAMS70

Компания ЗУМ-ЭК долгие годы поставляет электронные компоненты от ведущих производителей мира, и компания Atmel, конечно входит в этот список. Мы поставляем только оригинальные компоненты, в качестве которых Вы можете не сомневаться.

Подробнее ➜

Транзисторы ТО-126: характеристики, принцип и режимы работы, сферы применения

Где используются транзисторы ТО-126: характеристики и принцип работы. Подробный обзор от «ЗУМ-СМД».

Подробнее ➜

Оптрон: технические характеристики и основные параметры

Характеристики и области применения — в статье от экспертов «ЗУМ-СМД».

Подробнее ➜

---

Полупроводники: Тиристоры и др.

Фонд современной электроники

1.) Основы
2.) Важные полупроводниковые устройства
2. a) Формирование мощности: Тиристоры: SCR, Triacs, Diacs
2.b) Другое применение: диоды, транзисторы
3.) Материалы
4.) Хронология истории
5.) Избранные пионеры

1.) Основы

Что такое полупроводник?
Полупроводниковые материалы представляют собой материалы, которые позволяют электричеству проходят за счет потока электронов. Напротив, обычные проводники имеют ионная проводимость. Различные элементы являются полупроводниками. Один из первым, с кем экспериментировали, был германий (Ge) (элемент № 32). Кремний и галлий сегодня являются более известными полупроводниками.

Полупроводники настолько универсальны в применении благодаря способности людей, чтобы точно контролировать, как эти материалы проводят электричество: контролируя размер кристалла элемента и легирование, можно добиться желательно резистивно.
Легирование – введение определенных примесей в чистый образец полупроводника для достижения желаемых свойств. Легирование полупроводника до высоких уровней делает материал больше похожим на проводник, это называется дегенератом. Слаболегированный полупроводник называется внешним. Существует много методов легирования материалов, и это очень сложный процесс. Область исследования.

Понять p-n переходы и полупроводники лучше, вам нужно будет вложить хорошие количество времени в лекции, это не простое явление и слишком длинно, чтобы покрыть здесь. См. 59минутная вводная лекция в Solid государство (полупроводники) от ITT Мадрас здесь.

Будущее:
Полупроводники сегодня составляют основу бытовой электроники и будут продолжать иметь жизненно важное значение в будущем. Технологии, которые заменят многие полупроводниковые Электроника будет электроникой на основе углеродных нанотрубок и искусственных алмазов. военные и НАСА используют алмазы вместо кремниевых пластин, потому что они менее подвержены повредить вредными лучами в космосе. Твердотельная технология, используемая в нашей энергосистеме и электроника подвержена повреждениям во время солнечных вспышек или других электромагнитных импульсов события.

Конструкция:
Полупроводник устройства состоят из одного или нескольких p-n переходов. На рисунке ниже вы увидеть простое полупроводниковое устройство, состоящее из монокристалла арсенид галлия. Область n может быть легирована теллуром, а область p область может быть легирована цинком. Существует множество материалов, которые можно используется для допинга. У нас есть видео о том, как это работает.

Важно Полупроводниковые приборы:

2.

а) Мощность Кондиционирование: Тиристоры: SCR, симисторы и диаки (управление и манипулирование мощности для выполнения определенной работы):

Тиристоры — семейство полупроводниковых устройств, используемых для выполнения многих работ. Это используется в передаче электроэнергии HVDC и содержит не менее 4 слоев полупроводников n- и p-типа (устройство PNPN). SCR, диаки и симисторы являются формами тиристоров.

Исправление — допускающий ток только в одном направлении. Диоды и тиристоры выпрямители.

СКР — Выпрямитель с кремниевым управлением — одно устройство, которое может выполнять свою работу реле, переключатель, автоматический выключатель, магнитный усилитель и многие более. SCR представляет собой управляемый однополупериодный выпрямитель. Он используется с Мощность переменного тока средней и высокой мощности — от диммеров ламп до управления двигателем к силовой передаче.

SCR позволяет ток должен идти только в одном направлении, как диод, за исключением того, что он только позволяет току проходить, когда он находится на желаемом уровне. Диод позволяет проходить всему току, пока анод остается положительным.

SCR либо «включено» или «выключено». Когда ток подается на один конец, он возрастает, когда он достигает заданного значения, разрешается прохождение через устройство. Когда ток падает ниже «тока удержания» SCR полностью блокирует ток. Когда ток меняет направление, SCR блокирует это как хорошо.

Детали:

Анод — (+) с этой стороны втекает ток, с этой стороны вылетают электроны
Катод — (-) с этой стороны вытекает ток.
Gate — устройство может быть включено или выключено воротами

Вы можете посмотреть что, управляя значением, когда ток блокируется, форма волны рубится. Позволяя меньшему току проходить, вы можете уменьшить количество мощности, поступающей на электродвигатель, замедляя его. Еще одна вещь вы можете преобразовать переменный ток в постоянный, например, на интерфейсе, где Мощность переменного тока соответствует линии передачи HVDC.

Это был улучшение в том, что механические или ртутные дуговые выключатели приводят к дуга формируется при физическом сближении двух проводников. Эта дуга вызовет опасный скачок напряжения, который может повредить чувствительную электронику. Еще одно улучшение заключается в том, что SCR предотвращает «утечку» тока. через, когда он находится в выключенном состоянии. Это устройство было одним из самых важные ранние разработки в области электроники. Впервые построен Бобом Hall в GE, основанный на элементарной работе устройств PNPN в Bell Labs.

Триак — Используется в качестве триггера для SCR. Аналогичен SCR, за исключением того, что он может сделать полное волновое выпрямление. Концепция разработана Биллом Гуцвиллером и построена Гордон Холл (GE) (1957). Узнайте больше о симисторах здесь >

Дьяк — (Диод для переменного тока). Как SCR, за исключением того, что он работает в обоих направлениях. Он не проводит до напряжения пробоя освобождается, затем он проводит до тех пор, пока ток не упадет ниже определенного порог. При смене полярности работает так же снова.

Диаки бывают нескольких видов. Power diac в Японии называется sidac и был первым использовались в первых диммерах для ламп, проданных потребителям в США. Этот диак был построен Хатсон из Техаса. Позже этот диммер с диаком был заменен на SCR.

Другой сигнальный диод, называемый диаком, представляет собой низковольтное устройство, используемое в основном для стробирования SCR и симисторы, но не способен нести какую-либо особую мощность.

Существуют и другие диаки, формально известные как квадраки (комбинация диак-триак) и альтернисторы. Сегодня устройства теперь доступны до 3000 ампер и 10 кВ с не менее чем 25 различными структурами.

Узнайте больше о диакансиях здесь >

2.b) Другое применение: Диоды и транзисторы:

Диод — Банка быть изготовлены из полупроводников или в виде вакуумной лампы. Имеет низкое сопротивление в одном направлении и сильное сопротивление в другом. Он действует как односторонний клапан в водопроводной трубе (сантехника — это хорошо). аналог) Может преобразовывать переменный ток в DC, он также используется для обнаружения сигналов VHF, UHF и в качестве измерителя выпрямитель. Первый тип полупроводника был сделан из германия. Применение и типы: туннельный диод, светодиоды, лазер, и узнайте больше о многих видах диодов >

Транзистор — работает как переключатель и/или усилитель. За хорошее объяснение как они работают здесь >

Вверху: большой старый ВЧ-блок питания, используемый для питания микроволновой печи. (предварительно твердое состояние). Эта тяжелая «коробка» имеет длину около 1,5 дюймов (45 см).

Вверху: полупроводниковый ВЧ источник питания, который выполняет ту же работу. как тяжелый ящик слева. Этот очень легкий и маленький. Твердотельные устройства стабилизации питания позволяют для гораздо меньших компьютеров и бытовой техники.

Подробнее Приложения и устройства:
Слишком много применений материала, чтобы перечислить, как бы вы ни можно нажать на следующие ссылки, чтобы просмотреть связанные страницы и видео на на веб-сайте Технического центра Эдисона.

Как Полупроводниковый лазерный завод	КМОП фотообработка Чип
Металлооксидный варистор (MOV)	Очищение Германий с доктором Робертом Холлом
Светодиод (светоизлучающий диод)	Твердый Переключатели состояния в HVDC

3.

) Материалы:

Узнайте о многих материалах Периодической таблицы, которые являются полупроводниками:

Германий
Кремний
Индий
Галенит
Подробнее

Под видео: основы изготовления интегральных схем на кремниевых пластинах (часть нашей медной серии в нашей серии Electrical World).

4.) История:

Основные события и даты:

1906 — Первый полупроводниковый прибор: «Кошачий Разработан детектор Whisker — использует проволоку в тесном контакте с Galena 9.0006 1925 — Юлиус Эдгар Лилиенфельд разработал идею полевого транзистора. но он не смог построить работающую модель из-за некачественных материалов.
1934 г. — Оскар Хейл также разрабатывает полевой транзистор.
1947 г. — Бардин и Браттейн открывают эффект усиления в германии. в лабораториях Белла. Это первый транзистор с точечным контактом
1948 — Транзистор с точечным контактом также был открыт независимо в Германии
1949 — Вернер Якоби создает первую «интегральную схему» из 5 транзисторов
1953 — Первый коммерческий транзистор, проданный Philco
1954 — Первый кремниевый транзистор, изготовленный Texas Instruments
1955 — Первый все транзисторные автомобильные радиоприемники производства Philco

Вверху: Боб Холл (слева) и Сол Душман смотрят на большой сингл германиевый кристалл в General Electric. Работа Холла привела к значительным улучшениям в транзистор, тем временем в тех же лабораториях GE вакуумные трубки были уменьшены с хрупких, больших стеклянных трубок до керамических, прочных цилиндров размером с горошину. Руководство GE решило подождать с новыми маленькими электронными лампами. Белл Лаборатории в конечном итоге выиграли в этой битве, поскольку твердотельные лампы заменили лампы.

1956 — Тиристор впервые коммерчески доступный

1957 — Гордон Холл и Фрэнк В. (Билл) Гуцвиллер разрабатывают SCR (выпрямитель с кремниевым управлением) в «Дженерал Электрик». Гуцвиллер нарисовал идею на бумаге, а Холл построил ее, и, по мнению некоторых, заслуживает похвалы. Гордон Холл на объекте Клайда отдела полупроводниковых изделий столкнулся с его менеджер Рэй Йорк, чтобы посмотреть, сможет ли он SCR, который на тот момент был только теоретическим. Он был успешным однако Боб Муни (патентный поверенный) считал, что защита заявки будет стоить так дорого что это было бы не то, что СДПГ могла себе позволить.

Обратите внимание, многие люди помогли разрабатывают эту технологию в Bell Labs и General Electric. Ник Холоньяк и Дик Олдрич покинул Bell Labs и был отправлен в Advanced Semiconductor Lab в GE Syracuse под направление Харриса Салливана. Как и в случае с МРТ и другими технологиями, Было много споров по поводу того, кто изобрел устройство. «Билл [Гутцвиллер] был менеджером Application Engineering и предположил, что было бы замечательно иметь выпрямитель с контрольный электрод. Но такие предположения не являются ни изобретением, ни сведением к упражняться.»

1958 — Texas Instruments делает первую настоящую «интегральную схему». состоящий из одного куска полупроводникового материала с несколькими компонентами внутри него.

1960 — Первый МОП — полевой транзистор металл-оксид-полупроводник

5.) Избранное Пионеры:

Звонок Лаборатории:
Джон Бардин (транзистор)
Уильям Шокли (транзистор)
Уолтер Браттейн (транзистор)
Фред Зейтц (физика твердого тела)
Гордон Тил и Морган Спаркс — разработал метод двойного легирования, используемый в германии

John Moll — переключатель PNPN (свинцовый в SCR)
Carl Frosch — открыл маскировку диоксидом кремния
Morris Tanenbaum —

Со временем здесь будут добавлены другие имена

Общие Электрический:
Роберт Н. Холл — Полупроводниковый лазер, Транзисторы, SCR, изобрели процесс диффузии сплава. Скенектади
Закажите наше полное видео-интервью с ним. Шоу № Т007. Пожертвовать чтобы получить это на DVD.
Уильям Данлэп —
Кроуфорд Данлэп — легирование германием, улучшение процесса диффузии сплава

Ник Холоньяк — красный светодиод, Симисторные, металлические тонкопленочные технологии. (также работал в Bell Labs). Сиракузы

Ричард Олдрич — Триак. Сиракузы
Рэй Йорк — Триак. Syracuse
Finis Gentry — Triac. Сиракьюс

Берни Бедфорд — SVC — статическая Компенсатор реактивной мощности. Скенектади
Билл Гуцвиллер — изобретатель симистора, SCR — выпрямителя, управляемого кремнием. Clyde

John Harnden Jr. — GEMOV — Металлооксидный варистор и система кондиционирования, SCR. Скенектади.
Bill Morris — GEMOV — Металлооксидный варистор. Schenectady
Fracois Martzloff — GEMOV
Джо Вонг — GEMOV
William Kornrumpf — SCRs. Schenectady

John Saby — переход из сплава транзистор — Syracuse
Addison Sheckler — улучшенные диоды с помощью методов кристаллизации — Сиракузы
Джерри Суран — Диод с двойной базой. Syracuse

RCA:

Jacques Pankove — переход из сплава транзистор

Texas Instruments:

Гэри Питтман (First LED, инфракрасный)
Bob Biard (первый светодиод, инфракрасный)

Monsanto:

George Craford (желтый светодиод)

Другое Компании/университеты:

Шуджи Накамура (Синий светодиод)

Подробнее о изобретатели светодиодов

Роберт Нойс — Триак
Вернер Якоби

Популярные видео по истории полупроводников:

GE Semiconductor Business, Устная история с доктором Оливером Винном — Бывший менеджер подразделения микропроцессоров General Electric

Похожие темы:

Лазеры	Грозозащитные разрядники и разрядники перенапряжения	Фотогальваника
12 основных форм Электрический свет	Конденсаторы	Еще

Статья M. W. & J.Harnden

Источники:

Полупроводник Исследования и разработки в General Electric , Марк П.Д. Берджесс
Видеоинтервью с Робертом Холлом , Технический центр Эдисона. 2008. Шоу # T007
LEDs and OLEDs, Edison Tech Center. 2012
Википедия: Транзисторы, диоды, симисторы
Оливер Винн — инженер-электрик
Теория биполярного переходного транзистора Чака Макманиса. 2003.

 

Power Semiconductors. Тиристоры — Marketing Psycho

Силовой полупроводниковый тиристор – это полупроводниковый прибор с четырьмя чередующимися слоями материалов p- и n-типа. Он действует исключительно как бистабильный переключатель, проводящий, когда затвор получает триггер тока, и продолжающий проводить до тех пор, пока напряжение на устройстве не будет смещено в обратном направлении или пока напряжение не будет удалено (каким-либо другим способом).

Полупроводниковая структура тиристора имеет четыре слоя с разными типами проводимости: n-эмиттер, p-база, n-база, p-эмиттер. Эти слои разделены тремя p-n переходами: катодно-эмиттерный p-n переход расположен между n-эмиттером и p-базой, анодно-эмиттерный p-n переход между p-эмиттером и n-базой, коллекторный p-n переход между p-база и n-база.

Физика процессов в этой полупроводниковой структуре такова, что приложение к аноду положительного потенциала по сравнению с катодом приводит к возникновению ВАХ с участком отрицательного дифференциального сопротивления.

В силовом полупроводниковом тиристоре обычно наиболее слабо легированным высокоомным слоем является n-база, область пространственного заряда высоковольтного коллекторного и анодного p-n переходов расширяется в этот слой при приложении прямого и обратного напряжения в выключенном состоянии состояние (запирающие напряжения).

Затвор обычно крепится к p-базе и располагается на катодной стороне полупроводника. Для этого на части поверхности катода не формируется n⁺-эмиттерный слой, а эти области p-типа, выходящие на поверхность, называются контрольными областями p-типа.

В конструкции тиристора есть несколько важных дополнительных элементов.

Шунтирующий катод-эмиттер

Шунтирующие элементы выполнены в виде локальных областей p-типа, выходящих на поверхность катода и имеющих общую металлизацию с n⁺-эмиттером. Шунты реализованы для гарантированного снижения коэффициента усиления транзистора n-p-n составляющей, что необходимо для обеспечения высокого значения напряжения переключения тиристора, а также для повышения помехоустойчивости и улучшения некоторых динамических характеристик.

Разветвленный затвор

Первоначально ток затвора включает тиристор только в относительно узкой области шириной 100-500 мкм, топологически примыкающей к краю управляющей p-области и затвору. Это обусловлено конечной величиной поперечного распространения тока затвора в полупроводниковой структуре.

Поскольку площадь полупроводниковой структуры может быть очень большой, возникает проблема, как включить всю площадь тиристора за приемлемо короткое время. Эта проблема решается реализацией разветвленного вентиля, топология которого выбрана таким образом, чтобы сократить время распространения включенного состояния по всей площади до разумного значения.

Вспомогательный тиристор

Наличие разветвленного затвора в полупроводниковой структуре требует увеличения тока затвора. Типичный ток затвора, необходимый для равномерного включения тиристорной структуры по всему периметру затвора, составляет около 1 А на 1 см длины затвора.

Таким образом, для включения тиристора с разветвленным затвором могут потребоваться импульсы тока затвора амплитудой в десятки и даже сотни ампер, что значительно усложняет блок управления тиристорами. Во избежание этого вводится дополнительная вспомогательная тиристорная конструкция.

Этот вспомогательный тиристор интегрирован в общую четырехслойную конструкцию и имеет общий анод с основным тиристором, но свой затвор, а его катод соединен с металлизацией разветвленного затвора основного тиристора. Суммарная площадь катода и периметр затвора вспомогательного тиристора значительно меньше, чем у основного.

Внешний вывод затвора всего тиристора соединен с металлизацией затвора вспомогательного тиристора, поэтому при включении этого элемента первым не требуется большой ток затвора для его включения. Анодный ток включенного вспомогательного тиристора поступает на разветвленный затвор основного тиристора и включает основную структуру.

Периферийная зона полупроводникового элемента

Подобно силовым полупроводниковым диодам, профилирование кромки чаще всего используется для предотвращения поверхностного пробоя высоковольтных p-n переходов силового полупроводникового тиристора. Поскольку тиристор имеет два высоковольтных p-n перехода, профиль скоса у него более сложный, чем у диода.

В полупроводниковых структурах с асимметричными p-n переходами различают прямой и обратный скосы в зависимости от того, имеет ли деталь с уменьшенным объемом большую или меньшую концентрацию легирующей примеси соответственно.