Конструкция и технология изготовления

Многослойные тиристорные структуры чаще всего создают в монокристаллических пластинках кремния путем последовательной диффузии различных примесей. Применяют также метод вплавления примесей. Одним из перспективных методов изготовления тиристорных структур является метод эпитаксиального наращивания.

Рассмотрим кратко метод изготовления и конструкцию мощного тиристора.

В отшлифованную и протравленную пластинку кремния с электропроводностью n-типа толщиной около 0,25 мм проводится с двух сторон диффузия бора, галлия или алюминия при температуре 1300 Т., в течение 8-10 ч. В результате происходит диффузия акцепторной примеси в пластинку кремния на глубину 110- 20 мкм и образуется p-n-структура с двумя p-переходами.

Следующую операцию - создание n-области эмиттера в одном из диффузионных слоев p-типа можно осуществить либо методом диффузии при защите противоположной стороны пластинки кремния слоем двуокиси кремния, либо вплавлением донорной примеси (например, золота с сурьмой, где сурьма и является донором).

Для получения большей зависимости суммарного коэффициента передачи от тока эмиттера производят шунтирование эмиттерного перехода. При создании n-области эмиттера методом диффузии примеси с использованием планарной технологии можно довольно просто осуществить распределенное шунтирование, если n-область сделать не сплошной (рис. 1).

Рис.1

Структура трёхэлектродного тиристора с распределенным шунтированием эмиттерного перехода.
То есть провести диффузию доноров не по всей площади кремниевого диска или пластинки. Остальные технологические операции (создание невыпрямляющих контактов, в том числе и управляющего, присоединение электродов и монтаж в корпусе) принципиально ничем не отличаются от аналогичных операций при изготовлении диодов и транзисторов.

Управляющий контакт создают в месте выхода базовой области на верхнюю поверхность пластинки (рис. 1) либо в центре пластинки, либо по периферии, либо распределенным по площади. Кремниевую пластинку с тиристорной структурой припаивают к массивному медному основанию корпуса прибора с использованием термокомпенсирующей вольфрамовой прокладки для уменьшения механических напряжений, которые могут возникать при работе тиристора в связи с различными температурными коэффициентами линейного расширения меди и кремния (рис. 2).

Рис.2

Конструкция мощного тиристора: а) кремниевый диск с электродами; б) разрез тиристора: 1. управляющий электрод; 2. вольфрамовая прокладка силового вывода; 3. кремниевый диск с тиристорной структурой; 4. термокомпенсирующая вольфрамовая прокладка; 5. основание корпуса; 6. крышка корпуса; 7. переходный канал вывода управляющего электрода; 8. вывод управляющего электрода; 9. переходная втулка силового вывода; 10. переходный канал силового вывода; 11. стеклянный проходной изолятор; 12. силовой электрод; 13. фторопластовая прокладка.


Баллон корпуса со стеклянным проходным изолятором с помощью завальцованного шва герметически изолирует кремниевую пластинку с тиристорной структурой от воздействия окружающей среды. Через стеклянный изолятор проходят выводы управляющего электрода и одного из силовых электродов.

Вторым силовым выводом является основание корпуса прибора. Для повышения эффективности охлаждения кремниевой пластинки с тиристорной структурой применяют конструкции тиристоров таблеточного типа.

Такие конструкции изготавливают с металлическими корпусами и стеклянными проходными изоляторами или с керамическими корпусами и изоляторами из заполнмеризованных эпоксидных компаундов, или с металлокерамическими корпусами. Улучшенный теплоотвод в тиристорах таблеточной конструкции достигается благодаря использованию двух радиаторов, присоединенных с обеих сторон корпуса тиристора (рис. 3).

Рис.3

Конструкция тиристора таблеточного типа, рассчитанного на доступный анодный ток 300А: 1-кремниевый диск с тиристорной структурой; 2- термокомпенсирующие вольфрамовые прокладки; 3- контактные втулки; 4- управляющий электрод; 5- металлические электродные кольца; 6- проходные стеклянные изоляторы; 7- внешние металлические кольца; 8- металлические пружинящие гофрированные шайбы, сваренные между собой после сборки тиристора.