анодный ток, поскольку сопротивление прибора теперь не превышает сопротивление нагрузки. Когда плотность носителей перехода J2 уменьшится еще больше, анодный ток будет ограничиваться еще сильнее и прибор перейдет в режим спада тока.

Распределение носителей в конце периода спада приведено на рис 4.12, г для момента времени / = 2,65 мкс. Очевидно, что анодное напряжение составляет при этом более 50% напряжения источника питания, хотя анодный ток остается еще большим, как показано на рис. 4.12, ж. К концу периода спада сопротивление прибора увеличивается и управляющий ток превышает анодный ток. В этом случае катодный ток изменяет свое направление (рис. 4.12, ж) и переход 13 смещается в режим обратного пробоя, т. е. восстанавливает свои запирающие свойства (см. рис. 4.12, д).

Интересно отметить, что на этапе медленного спада тока в моменты времени / = 2,98 и 7,08 мкс концентрация электронов у перехода J2 значительно снижается, поскольку эмиттерный переход теперь смещен в обратном направлении, но концентрация дырок еще достаточно высока, так как р-п-р-транзистор остается активным. Его активность обусловливается носителями, накопленными в дг-базе, вызывающими инжекцию дырок р-эмиттером.

В [Naito, 1979] приведена формула для определения времени накопления, как времени, требуемого для перехода J2, чтобы выйти из насыщения.

Согласно [Wolley, 1966] время накопления можно определить из следующего выражения:

ts = ig-l)UAnblI,±!lIli±L, (4.4)

4Li/vn-8+

где g = Iy/Ig - коэффициент зйпирания; /,2 - время пролета р-базы; S - ширина эмиттера; Ln - диффузионная длина электронов в р-базе; Wp - ширина р-базы. Очевидно, что время накопления возрастает с увеличением коэффициента запирания. Иначе говоря, для малых уровней токов управления эффект запирания сказывается слабее. Максимальное значение коэффициента запирания

g(max)=l+4L/ . (4.5)

Следует заметить, что L характеризует ширину конечного проводящего канала непосредственно перед началом этапа спада тока. Выражение (4.5) может быть использовано для сведения проводящей области в конечном итоге к узкому каналу шириной Ln.

Альтернативное выражение для коэффициента запирания можно получить из рассмотрения двухтранзисторной модели (см. рис. 2.5). Базовый ток, требуемый для поддержания

п-р-п-транзистора, равен (1-апрп)!к, в то время как на самом деле он равен apnph+Ic- Таким образом, запираемый тиристор будет выключен, если выполняется условие

арпр1д+1с<{-апрп)1к, (4-6)

но, поскольку Jq =Ii, это выражение можно записать в виде

и -- (4 7)

Меньший из двух коэффициентов запирания, определяемых согласно (4.5) и (4.7), можно считать предельным коэффициентом запирания. Следует отметить, что хотя равенство (4.5) характеризует максимальный коэффициент запирания при сведении про-водяшей области до размеров узкой нити, выражение (4.7) позволяет вычислить максимальный коэффициент запирания, П1эи котором прибор переходит из режима однородной проводимости iB режим спада, т. е. имеет место канальная проводимость.

Рассмотрим теперь влияние на процесс выключения тиристора сопротивления его р-базы. В [Wolley, 1966] показано, что максимальный ток управления, который может быть экстрагирован, ограничивается обратным напряжением пробоя перехода 13. Во время выключения прибора дырочный ток, текущий в управляющий электрод, проходит вдоль р-базы. Это приводит к падению потенциала на р-базе под эмиттером и вызывает обратное смещение последнего. Из-за большого управляющего тока напряжение обратного смещения превышает напряжение пробоя эмиттера. Максимальный ток управления

-. ( )

де Уел - напряжения пробоя перехода J3; Rb = PsS/L - про-ольное сопротивление р-базы в предположении, что ширина коечного проводящего канала уже ширины эмиттера; ps - сопро-ивление слоя р-базы; L - длина линейного эмиттера.

Точный расчет запираемого тиристора чрезвычайно важен с точки зрения определения его способности к запиранию. Соглас-но [Naito е. а., 1979] значения анодного напряжения и тока весьма высоки в течение всего этапа спада тока. Это приводит к высокой плотности мощности, выделяемой в тиристоре, и, следовательно, к разрушению прибора. Изучение механизмов разрушения запираемого тиристора в процессе выключения проведено в [Ohashi, Nakagawa, 1981] и [Nakagawa, Ohashi, 1984] с использованием как теоретического, так и экспериментального методов.

Оказалось, что во время выключения прибора температура в области перехода может достигать 600° С. Когда же температура превышает ориентировочно 700° С, термогенерационной ток ста-Шновится больше на некоторых участках, чем запирающий ток

TOKI,

Рис. 4.13, Области безопасной работы запираемого тиристора

Напряжение \/

управляющего электрода, и происходит разрущение прибора. Однако высокая температура скорее не причина, а следствие наблюдаемой концентрации плотности тока.

Причиной же чрезмерной плотности тока являются главным образом неоднородности, обусловлен-ные сопротивлением р-базы, и эффект накопления заряда в дг-базе. Предельное максимальное значение анодного напряжения, прикладываемое к переходу в течение этапа сйада К/р, главным образом зависит от коэффициента передачи составного п-р-дг-транзистора (чем выще коэффициент передачи, тем ниже Vdp) и ширины дг-базы (l/jpco Ц/ ).

На стадии выключения прибора проводящая область вдоль эмиттера в конце концов сжимается в узкую линейную область, которая затем разрывается на отдельные проводящие участки.

После этапа спада, когда эмиттерный переход /5 восстанавливается, через него протекает остаточный ток, который распределяется опять по всему эмиттеру [Palm and Van de Wielc, 1984]. Хотя этот ток и незначителен, из-за довольно высокого прикладываемого анодного напряжения возникают существенные потери мощности тиристора. Как видно из рис. 4.11, анодное напряжение может нарастать в течение этапа спада тока, что приводит к появлению дополнительной токовой компоненты, обусловленной эффектом dv/dt. В случае высокого значения остаточного тока происходит повторное включение тиристора.

В обоих вариантах разрушения прибора, рассмотренных выше, следует подчеркнуть факт нарастания тока. Таким образом, необходимо установить значение максимального допустимого анодного тока 1тсм< которое можно выключить с помощью управляющего электрода. Для решения поставленной задачи целесообразно определить области безопасной работы (ОБР) запираемого тиристора (рис. 4.13). Участок А соответствует максимальному значению тока l/c, обусловленному ограничениями по тепловой мощности рассеяния и равенствами (4.5) и (4.7) для коэффициента запирания, связанными с предельным управляющим током; участок В учитывает ограничение по V,ip, рассмотренное в [Nakagawa, Ohashi, 1984] и определяемое в основном ОБР составного п-р-дг-транзистора, управляемого дырками, инжектируемыми из р-эмиттера; участок С - это область остаточного тока составного транзистора. Работа с выходом за пределы любого из этих участков приводит к выходу прибора из строя.