8,1. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ВАХ ТИРИСТОРОВ 1

Любой тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из двух транзисторов. Следовательно, рассмот1рение магниточувствительных свойств тиристоров сводится к рассмотрению магниточувствительных свойств составляющих транзисторов. Используя обычную методику [7], нетрудно показать, что напряжение переключения тиристора, управляемого по р-базе,

Vncp= 1/ роб[1-/г2.о.(1+/у ер)-Л2,02Р^ (8-1)

где F роб-напряжение лавинного пробоя коллекторного р-rt-перехода; /у - ток управляющего электрода; пср -ток в точке переключения; Л si и Л.з, -коэффициенты передачи тока п-р-п- и р-п-р-транзнсто-ров соответственно; c = 2...G~ постоянная.

Выпускаемые в настоящее вре.мя тиристоры можно разделить на сильно- и слаботочные. Структура сильноточных тиристоров показана на рис. 8.1,а. База п-р-п-транзистора в них достаточно тонкая, и йг- в магнитном поле практически не меняется, как и в обычных

Рпс. 8,1. Структуры тиристоров: Л-анод; /(-катод; У - управляющий электрод

транзисторах с тонкой базой. Длина базы р-л-р-тран-зистора в тиристорах равна L, поэтому Л2162 изменяется в поперечном магнитном поле значительно больше, чем /12161. Однако ввиду того, что площадь коллектора по сравнению с толщиной базы очень велика, эффект отклонения инжектированных носителей от коллектора не действует, а поэтому изменение /12162 невелико и определяется только изменением эффективной толщины базы. Соответственно напряжение переключения таких тиристоров слабо зависит от индукции магнитного поля.

Для увеличения магниточувствнтельности тиристара необходимо более сильное изменение /12162 в магнитном по.те. Как показано выше, усиление зависимости /1216 (5) может быть достигнуто использованием эффекта отклонения инжектированных носителей от коллектора. Этот эффект хорошо проявляется в структуре слаботочною планариого тиристора, показанного на рис. 8.1,6. .Магнитную индукцию указанной на рис. 8,1 полярности будем обозначать -f В, а противоположной -В. В занисимости от скорости 110вер,>;110стпой реко.мбинации s (иа Bcpxiieii плоскости между р-областями) возможны три типа зависимости ВЛХ тиристора от магнит,юй ин-д \ кцни,

1. .s = 0. Прн полярности магнитной индукции -В инжектированные из анода в -базу дырки отклоняются к верхней поверхности. Их путь к кол.тсктору уменьшается и /i2i62 растет, что приводит к умешдпению 1/ (,р. Прн смене полярности .магнитного поля на противоположную Vnep соответственно увеличивается.

2. s = oo. Отклонение инжектированных носителей к верхней поверхности приводит к уменьшению их концентрации и уменьшению йгша- Следовательно, Кпср растет с увеличением магнитной индукции -В и уменьшается с ростом 4-5.

3. При средних значениях s напряжение переключения может практически не зависеть от магнитного поля.

На рис. 8.2 приведены ВАХ одного из промышленных образцов планарных тиристоров из я-кремния с Р = 200 Ом-см в магнитном поле [53]. Расстояние меж-ДУ р-областями 100 мкм, /у = 0,32 мА. Напряжение переключения тиристора в слабых магнитных полях почти линейно зависит от магнитной индукции обеих полярностей при малом изменении тока переключения.

Как следует из изложенного выше, в данном случа-скорость поверхностной рекомбинации велика, так ка ВАХ меняется соответственно п. 2. Следует отметит что задача стабильного получения как- очень малых, так и очень больших значений s достаточно трудна. Пр обычной технологии изготовления тиристоров получа-! ются средние значения s, и по,этому чаще всего 1/пер' почти не зависит от магнитного поля. Однако разброс по значениям скорости поверхностной рекомбинации у промышленных THpncTqpoB достаточно большой, и в любой партии приборов можно найти несколько штук, ВАХ которых меняется в магнитном поле согласно рис. 8.2.

С ростом индукции поперечного магнитного поля; всегда происходит увеличение сопротивления тиристора' во включенном состоянии, что объясняется ростом сопротивления длинной базы (обычный магпнтодиодиый

эффект). Несмотря на то, что промышленные пла-

нарные тиристоры изготавливаются для других целей, среди них можно найти образцы с ВАХ типа рис. 8.2, магниточувствительность которых (по напряжению переключе ния) равна 10 В/А-Т т. е. такого же порядка как II у ма1 нитодиодов

40 kb

Рис. 8.2. Влияние магнитно: индукции на ВАХ тиристора, показаиногг) на рнс. 8.1,Г

8.2. КОНСТРУКЦИИ МАГНИТОТИРИСТОРОВ

Магниточувствительность тиристоров можно увели чить теми же способами, что и планарных магнитодио дов и магнитотранзисторов. Для этого область высоко рекомбинации располагается на нижней стороне пла стины. В качестве такой области может быть использ(Л ван омический контакт к базе (рис. 8.1,в), одновреме по выполняющий функции управляющего элект1род тиристора. При полярности магнитной индукции -f

инжектированные из анода дырки отклоняются в сторону управляющего электрода (штриховая линия на рисунке), что приводит к уменьшению их эффективного времени жизни и увеличению траектории движения от анода до коллектора. В результате этих эффектов уменьшается коэффициент передачи тока р-п-р-тран-зистора и увеличивается напряжение переключения (8.1). При обратной полярности магнитного поля Vp у.меньшается.

Увеличить чувствительность магнитотиристора к магнитной индукции направления +В можно использо-заиием магнитодиодного эффекта. Цепь анод--управляющий .электрод представляет собой включенный в прямом направлении диод с длинной базой. Поперечное магнптн(.)е поле увеличивает его сопротивление, что при питании диода от источника с постоянным напря-Ж( пие.м V.Ку приводит к уменьшению его тока, котарый яв,1нстся управляюигим током /у. Уменьшение же npniio.uiT к доиолиительиому увеличению напряжения иерек.почения в MainiiTiu)M ноле +В. Прн обратном на-п|):.1)лснии магнитной индукции - В магнитодиодиыГ! эф(!)(кт, так:ке приводящий к у.меньшению /у, наоборот, ос.:1о.1яег ,:1еГст1М1е нервичшмх эффектов (увеличение коэффициепта передачи), поэтому магниточувствитель-Носгь меньше.

line. 8.3 пока;аиы B.VX магнитотиристора типа рпс. (S.l, Hi /г-кре-\1пия с f) = 200 Ом-см, расстояние М(л-. 1\ /;-об,1астя.\п1 100 мкм, толитииа пластины 200 мкм [о4. . ;, )], ,\и1раиляк)пи1Й электрод подключался к источ-;тку с 110СТ0ЯННЫМ напряжением V.\y = 0,67 В. Магни-1оч\истин гельность к магнитной индукции +В по изме-;!еи11!о напряжения переключения составляет Зх

12 24 -7 1,5

Рис, 8.3. В.4Х магнитотиристора, показанного на рис. 8.1,в

XlO* В/А-Т, что значительно выше чувствительност тиристора, изображенного на рис. 8.1,6.

Более наглядно это видно из рис. 8.4, где привод! ся относительное изменение напряжения переключение одного и того же тиристора (показанного на рис. 8.1,в) при использовании в качестве управляющего электроде п- или р-базы. В последнем случае /у = 20 мкА (макси- мальное изменение Упер ). Как видно из сравнения эти? двух зависимостей, использование магнитодиодного эф- фекта в п-базе увеличивает чувствительность в 4...6 раз]

Упер/УпЕрО,

ЗА 3J

Рис. 8.4. Опюснтельиое из.ме-ненис иаприжсиии переключения магиитотиристора в магнитном поле: / - управляющий электрод к л-ба-зе; 2 - управляющий элскгро.т к р-базе

Рис. 8.Г|. .Завнсимосгь нанряже- liiiii переключен!!;! .двух полови Л.МТП от нплукцич магннтног ио.ти

По виду ВАХ магнитотиристоры подобны S-магннто' диодам. При одинаковой магниточувствигельиостн пре HMyniecTBOM магннтотиристоров является значительн более высокая температурная стабильность, а такж возможность управления напряжением переключения н только магнитным полем, но и управляющим током.

На рис. 8.1,г показана структура двух магнитотири еторов, имеющих общ1н1 анод и /г-баз\. По ана.тогпп двухколлекторным магнитотра113нст(3ром такой прибо можно назвать двухколлекторным магнитотнрпсторо (ДМТИ). Конструктивно он отличается от ДМТ толь тем, что внутри коллекторных р-областей размещен два дополнительных п-эмиттера. В такой структур имеется внутренняя связь между двумя тиристорам Она состоит в том, чго отклонение магнитным поле; инжектированных носителей от одного коллектора

другому, например от к2 к /с/ (рис. 8.1,г), приводит ие только к уменьшению напряжения включения первого тиристора, но и к одновременному увеличению напря-я<ения включения второго тиристора (рис. 8.5). При использовании ДМТИ для переключения тока магнитным полем из одной цепи в другую повышается помехоустойчивость схемы.

Двухколлекторный магнитотиристор может быть использован не только как переключатель, но и как датчик магнитного поля, аналогичный ДМТ. Схема включения ДМТИ при этом подобна схеме датчика на основе ДМТ (рис. 7.8), но выходными выводами являются катоды. Она представляет собой мост из двух магннтотиристоров и нагрузочных резисторов. Наиболее эффективно схема работает при обеспечении в нагрузочной цепи режима генератора тока. Поэтому вместо нагру-301ГНЫХ резисторов лучше использовать полевые транзисторы в двухполюсном включении с затвором, замкнутым с истоком, которые являются достаточно хо-poHiHMH стабилизатарамн тока. На рис. 8.6 показана

Р;:с 8,6. Схема включения одной половины ДМТИ и его ВАХ при работе в качестве датчика магнитного поля

схема включения одной половины ДМТИ с полевым транзистором в качестве нагрузки. Полевой транзистор подбирается с таким значением тока насыщения, чтобы нагрузочная линия (в данном случае ВАХ полевого транзистора) пересекала ВАХ тиристора на участке сред включением. При отсутствии магнитного поля падение напряжения на ДМТИ равно У^. В магнитных