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静电感应晶体管结构分析

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但是SIT在栅极不加任何信号时是导通的,栅极加负偏压时关断,这被称为正常导通型器件,使用不太方便。此外,SIT通态电阻较大,使得通态损耗也大,因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。

结构分析

静电感应晶体管结构分析

SIT是一种电压控制器件。在零栅压或很小的负栅压时,沟道区已全部耗尽,呈夹断状态,靠近源极一侧的沟道中出现呈马鞍形分布的势垒,由源极流向漏极的电流完全受此势垒的控制。在漏极上加一定的电压后,势垒下降,源漏电流开始流动。漏压越高,越大,亦即 SIT的源漏极之间是靠漏电压的静电感应保持其电连接的,因此称为静电感应晶体管。SIT和一般场效应晶体管(FET)在结构上的主要区别是:①SIT沟道区掺杂浓度低,为1012~1015厘米-3,FET则为1015~1017厘米-3;②SIT具有短沟道,在输出特性上,前者为非饱和型三极管特性,后者为饱和型五极管特性。

结构形式

静电感应晶体管结构形式主要有三种结构形式:

埋栅结构

埋栅结构是典型结构(图2),适用于低频大功率器件;

表面电极结构

表面电极结构适用于高频和微波功率SIT;

介质覆盖栅结构

介质覆盖栅结构是中国研制成功的,这种结构既适用于低频大功率器件,也适用于高频和微波功率器件,其特点是工艺难度小、成品率高、成本低、适于大量生产。中国已研制出具有这种结构的 SIT器件有:400兆赫,1~40瓦;1000兆赫,1~12瓦及1500兆赫,6瓦的SIT器件。另外,还制出600兆赫下耗散功率2.3瓦、噪声系数小于3分贝的功率低噪声SIT。

优点

和双极型晶体管相比,SIT具有以下的优点:

①线性好、噪声小。用SIT制成的功率放大器,在音质、音色等方面均优于双极型晶体管。

②输入阻抗高、输出阻抗低,可直接构成OTL电路。

③SIT是一种无基区晶体管,没有基区少数载流子存储效应,开关速度快。

④它是一种多子器件,在大电流下具有负温度系数,器件本身有温度自平衡作用,抗烧毁能力强。

⑤无二次击穿效应,可靠性高。

⑥低温性能好,在-19℃下工作正常。

⑦抗辐照能力比双极晶体管高50倍以上。

发展历史

静电感应晶体管的结构是由日本的西泽润一和渡边提出的,并于1970 年由西泽润一报道了第一只静电感应晶体管。SIT从基本结构、工作原理到重要的工艺即在高阻外延层上做P+隐埋栅,都是二十世纪六七十年代末在西泽半导体研究所开发的。由于SIT器件显示负温度特性,不引起电流集中,易实现大面积化,采用完美晶体生长技术把栅电阻做得非常小;高阻抗层的引入使电极间的电容大大减小,从而实现了高频、千瓦量级的大功率SIT器件。典型的器件有日本乐器公司的200W 60MHz音响放大器用的SIT、东北金属工业公司300W 、1KW、3KW的隐埋栅功率SIT,这些功率器件表现出典型的常开特性,可用于超声振荡器、工业用高频感应加热等。1976 年西泽润一又研制出平面栅结构的SIT。其后日本自动纺织机械制作所利用此技术制造了1000V、200A的常开型功率SIT,用于升降机的DC/AC电机调速。通过减小栅与漏间、栅与线路间的电容,采用能减少栅电阻的嵌入栅结构,1979 年三菱电机和东芝公司分别研制成了2GHz 10W;1GHz100W的微波大功率SIT,作为晶体管首次创造出微波频段、输出超过100W记录,证实了SIT作为晶体管优良的性能,并在开关电源、超声波发生器、广播功率放大器、空间技术等应用方面得以大力开发。经潜心研究和开发,1983 年美国GTE公司采用硅平面栅和隐埋栅型结构,研制成功了200~900MHz频带,输出功率100W及1.2GHz 、输出功率25W的SIT,用于卫星通信领域。1986 年50MHz、500W高频功率SIT进入市场。1987 年日本东芝将3KW常开型功率SIT用于100KHz、300KW的高频感应加热设备,同时开展了200KHz、1MW设备的试制工作。日本的东北金属工业株式会社将50~100W常开型SIT用于飞船。采用300W级的SIT研制出了KW超声波发生器,其中包括振子转换效率在

75%以上;采用300W级SIT研制了100KHz、25V、60A开关电源,效率为70%。当时SIT的水平是:截止频率为30~50MHz,连续工作电流250A,最大阻断电压2000V。八十年代中后期,IGBT、VDMOS、MCT等新型器件的开发取代了SIT的研究,研究者们把精力放在更具有完美特性的器件上。主要制造厂商有日本的三菱电机、东芝公司、东北金属工业株式会社,法国的CNET,美国的GTE公司。

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