Dinistor
Dinistor (otros nombres: diodo tiristor , diodo Shockley , que no debe confundirse con un diodo Schottky) es un dispositivo semiconductor con dos conductores, que es una estructura semiconductora pnpn y tiene una característica de voltaje de corriente en forma de S cuando la polaridad de trabajo de un se aplica tensión externa.
Funciona como un tiristor , pero no tiene un electrodo de control, el cambio a un estado conductor ocurre cuando el voltaje directo en el dispositivo excede el voltaje de activación.
Ampliamente utilizado en la electrónica de semiconductores de potencia como clave ; se siguen creando nuevos diseños de dinistores.
Cómo funciona
El dinistor tiene cuatro capas semiconductoras y tres uniones pn [2] . Las regiones exteriores se llaman emisores , las interiores se llaman bases, las uniones pn más exteriores se llaman emisor y la interior se llama colector. El dispositivo tiene dos electrodos: un cátodo (del lado del emisor n) y un ánodo (del lado del emisor p).
La característica de corriente-voltaje (CVC) del dinistor, al igual que la CVC del tiristor , tiene forma de S. El dinistor tiene biestabilidad actual en el rango de voltaje desde el voltaje de mantenimiento hasta el voltaje de encendido . En este intervalo, dos estados del dispositivo con diferentes valores de corriente corresponden al mismo valor de voltaje: cerrado y conductivo. En el estado apagado, el voltaje se aplica principalmente a la unión pn del colector con polarización inversa, la concentración de portadores minoritarios en las bases es insignificante. En el estado de conducción, las tres uniones pn tienen polarización directa y los portadores minoritarios se inyectan en las bases. A una densidad de corriente suficientemente alta, el dispositivo funciona como un diodo de base larga con polarización directa: las regiones de la base están llenas de plasma de huecos de electrones con una alta concentración de portadores de carga inyectados desde los emisores. La caída de voltaje a través de las regiones base en este modo puede exceder significativamente el sesgo en las uniones pn.
El mecanismo de biestabilidad del dinistor es el mismo que el del tiristor. Este mecanismo está determinado por la interacción no lineal de tres uniones pn de la estructura pnpn. La transición al estado conductor está asociada con un cambio en la polaridad de la polarización de la unión del colector de inversa a directa al aumentar la densidad de corriente. El mecanismo de interacción de tres uniones p-n se explica mediante un modelo de dos transistores [2] (ver la figura y también en el artículo Tiristor ), en este modelo la estructura pnpn se presenta como dos transistores pnp y npn "compuestos" de acuerdo con el circuito equivalente del dinistor que se muestra en la figura. El modelo de dos transistores relaciona el voltaje de encendido U S con los coeficientes de transferencia de corriente de los transistores "compuestos".
Para encender el dinistor, como el tiristor, es necesario introducir portadores minoritarios en exceso en las bases de la estructura pnpn, la llamada carga de "inicio" o "control". El valor de esta carga debe exceder la carga crítica que caracteriza una estructura pnpn específica. La carga crítica tiene una densidad superficial característica del orden de 10 −6 C/cm 2 . A diferencia de un tiristor, un dinistor no tiene un electrodo de control que le permita introducir una carga de control utilizando la corriente del electrodo de control. Por lo tanto, en la práctica se utilizan otros métodos para cambiar el dinistor. Estos incluyen, en particular, aumentar el voltaje en la unión del colector.
El fenómeno de la histéresis está asociado con el CVC en forma de S : cuando el voltaje aumenta, el dispositivo está en estado apagado hasta que se alcanza el voltaje de encendido; cuando la corriente a través del dispositivo disminuye, permanece en estado abierto hasta que se alcanza el voltaje de encendido. se alcanza la tensión de mantenimiento, además
Para la observación experimental de este fenómeno, la corriente a través del dinistor debe estar limitada por una resistencia óhmica conectada en serie. Los dos estados del dispositivo vienen dados por la intersección del VAC y la línea de carga .
Para el dinistor, así como para otros dispositivos con un CVC en forma de S, es característico el fenómeno indeseable del entrelazado de corriente [3] .
Aplicación
En la década de 1950, el dinistor fue uno de los primeros dispositivos semiconductores que utilizaba silicio (no germanio ) [4] [5] , se erigió un "monumento" a este dispositivo en California debido a su importancia histórica.
Durante muchos años se ha utilizado ampliamente en circuitos como llave , por ejemplo, para crear un pulso de desbloqueo de tiristores en circuitos de control de tiristores. Debido a la simplicidad de diseño y bajo costo, se consideró un elemento ideal en el circuito de un controlador de potencia de tiristores o un generador de pulsos.
Desde la década de 1990, ha sido suplantado para aplicaciones de baja corriente por elementos como el diac .
Ahora los dinistores se utilizan principalmente en la electrónica de semiconductores de potencia: para ello, se están desarrollando nuevos diseños de dinistores, así como principios de suministro de tensión.
Potentes dinistores
La especificidad de los dinistores potentes consiste en una serie de características de diseño y la elección de los parámetros de las capas de semiconductores, incluido el dopaje ligero de las bases para aumentar el voltaje de encendido y una gran área de uniones de dispositivos. En este caso, se debe utilizar un método especial para transferir el dispositivo al estado abierto.
Entonces, en un dinistor de conmutación inversa (RVD) [6] , un dispositivo de pulsos de potencia, primero se suministra un pulso de corriente débil con polaridad inversa (es decir, que no funciona), cuando las bases, principalmente la base n, son lleno de plasma de huecos de electrones a través de una unión de colector polarizada directamente. Después de eso, ya en la polaridad de trabajo, encender el dinistor es más fácil que sin aplicar primero un pulso con polaridad inversa, el mecanismo de apertura es similar al control del tiristor por el electrodo de control. La ventaja es la simultaneidad de encendido inmediato sobre toda el área de la estructura del semiconductor.
Dichos dispositivos actualmente están hechos de silicio; También se analiza el uso de carburo de silicio (SiC) para aplicaciones de alta temperatura .
Símbolos de circuitos
Para el dinistor en los diagramas de circuito en la literatura extranjera, no existe una designación única generalmente aceptada. Según GOST 2.730-73, la designación gráfica de un dinistor es un símbolo de diodo tachado [1] . Algunas opciones de caracteres se muestran a continuación:
Algunas de las designaciones gráficas convencionales del dinistor están formadas por la inscripción del número 4, según el número de capas de la estructura [4] . Esto se puede ver si la tercera figura de la izquierda se gira 180 ° (ver también la foto del "monumento" al dinistor).
Notas
- ↑ 1 2 GOST 2.730-73 ESKD Designaciones gráficas condicionales en diagramas. Dispositivos semiconductores. . Consultado el 13 de junio de 2021. Archivado desde el original el 13 de junio de 2021.
- ↑ 1 2 Zee S. Física de dispositivos semiconductores. Libro 1. . M.: Mir (1984). - ver cap. 4, seg. "Tiristores de diodo y triodo", p. 221. Consultado el 18 de mayo de 2020. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2022.
- ↑ Varlamov I. V., Osipov V. V. // Cordón actual en estructuras pnpn // FTP , volumen 3, núm. 7, pág. 950-958 (1969).
- ↑ Ensayo fotográfico 1 2 3 - Diodos de 4 capas Shockley Archivado el 11 de octubre de 2018 en Wayback Machine . Museo de transistores .
- ↑ F. Gentry, F. Gutzwiller, N. Golonyak , E. Zastrov, von E. // Válvulas semiconductoras controladas: Principios de funcionamiento y aplicaciones de dispositivos pnpn // M .: Mir, trans. De inglés. 1967, 456 págs.
- ↑ Tuchkevich V. M. , Grekhov I. V. // Nuevos principios para conmutar potencias altas con dispositivos semiconductores // L .: Nauka: Leningrad. Departamento de la Academia de Ciencias de la URSS, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
- ↑ Elektrotechnik-Elektronik-Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984. (Alemán)
- ↑ 1 2 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Banda 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5
- ↑ Hans-Joachim Fischer: amateurreihe electronica: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Teil 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlín 1970, S. 117. (Alemán)