Сравнительный анализ статических характеристик биполярных транзисторов с изолированным затвором и тиристоров с полевым управлением

摘要

Проведено двумерное численное моделирование эквивалентных кремниевых биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ) и тиристоров с электростатическим управлением (СИТ) траншейной конструкции в блокирующем и проводящем состоянии. Толщина d высокоомной п-базы изменялась в пределах 120-456 мкм при концентрациях доноров N_d = (7,0÷1,75)·10~(13) см~3 и диффузионной длине неравновесных носителей заряда L = (0,25÷1,0)d. Сравнительный анализ результатов показал, что блокирующие характеристики СИТ и БТИЗ практически совпадают, а напряжение пробоя U_b изменяется в пределах 1,4-4,6 кВ в зависимости от d, N_d и L. Падение напряжения в открытом состоянии у БТИЗ без стоп-слоя заметно больше, чем у СИТ, преимущество которого увеличивается с ростом U_b и с уменъшеним L. Причиной этого является относительно низкая эффективность инжекции катодного эмиттера БТИЗ, приводящая к сильному снижению концентрации неравновесных носителей заряда вблизи катода и соответствующему росту напряженности поля. Введение в БТИЗ дополнительного тонкого стоп-слоя п-типа между базой и коллектором существенно ослабляет утечку дырок. Это повышает эффективность инжекции и приводит к существенному росту концентрации п электронов и дырок и снижению напряженности поля Е в ближайшей к катоду половине базы БТИЗ. В результате падения напряжения на БТИЗ и на СИТ сближаются между собой, причем тем сильнее, чем меньше L и плотность тока и чем больше U_b. Однако и в таком модифицированном БТИЗ концентрация п остается меньше, а напряженность поля Е больше, чем в СИТ. Поэтому при плотностях тока J>10 А/см~2 СИТ обладает меньшим сопротивлением в открытом состоянии, чем эквивалентный модифицированный БТИЗ.