Аннотация. Рассмотрены основные этапы перехода от первых германиевых транзисторов к современным сверхмощным кремниевым биполярным транзисторам. Проанализировано состояние теории процессов и модельных представлений выходных характеристик этих полупроводниковых приборов. Определены перспективные для дальнейшей разработки виды и типы транзисторов как на основе кремния, так и на основе широкозонных материалов. Приведены данные о неразрушающих методах и аппаратуре для измерения электрофизических параметров структур биполярных транзисторов с целью создания контролируемой технологии их изготовления. Выполнен анализ аппаратуры для измерения выходных характеристик транзисторов, в том числе сверхмощных, способных коммутировать импульсные мощности в диапазоне значений вплоть до 1 МВт. Сформулированы основные задачи, связанные с проблемой создания силовых биполярных транзисторов с качественно лучшим сочетанием выходных характеристик и намечены пути их решения.

Ключевые слова: силовые биполярные транзисторы, фотонно-инжекционные транзисторы, методы измерения

Список литературы:

 

1. Bardeen J., Brattain W. H. The transistor, a semiconductors triode // Phys. Rev. 1948. Vol. 74. P. 230—235.
2. Shockley W. The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors // Bell. Tech. J. 1949. Vol. 28. P. 435—445.
3. Алферов Ж. И., Ахмедов Ф. А., Корольков В. И., Никитин В. Г. Фототранзистор на основе гетеропереходов в системе GaAs—AlAs // ФТП. 1973. Т. 7, вып. 6. С. 1159—1163.
4. Алферов Ж. И., Ахмедов Ф. А., Корольков В. И. Транзистор с эффективным эмиттером на основе гетеропереходов GaAs—AlAs // Письма в ЖТФ. 1975. Т. 1, вып. 17. С. 769—773.
5. Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Высоковольтный транзистор с переменной шириной запрещенной зоны в коллекторе // Письма в ЖТФ. 1981. Т. 7, вып. 19. С. 1205—1209.
6. Андреев В. М., Данильченко В. Г.,Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В., Федоренко Т. П., Яковенко А. А. Оптотранзистор на основе гетеропереходов GaAs—AlGaAs // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 8, вып. 13. С. 781—784.
7. Гайбулаев С., Егоров Б. В., Корольков В. И., Рожков А. В., Романова Е. П., Юферев В. С. Арсенид-галлиевые транзисторы // ЖТФ. 1983. Т. 53, вып. 4. С. 763—765.
8. Андреев В. М., Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В., Яковенко А. А. Исследование транзисторов с оптической связью // ФТП. 1983. Т. 17, вып. 9. С. 1618—1622.
9. Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Никитин В. Г., Рожков А. В. Мощные импульсные транзисторы на основе арсенида галлия // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10, вып. 16. С. 976—979.
10. Григорьев Б. И., Корольков В. И., Рожков А. В., Юферев В. С. Высоковольтный фотонно-инжекционный транзистор на основе гетероструктуры // ФТП. 1985. Т. 19, вып. 5. С. 878—884.
11. Алферов Ж. И., Ефанов В. М., Задиранов Ю. М., Кардо-Сысоев А. Ф., Корольков В. И., Пономарев С. И.,Рожков А. В. Электрически управляемые трехэлектродные высоковольтные переключатели субнаносекундного диапазона на основе многослойной GaAs—AlGaAs гетероструктуры // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12, вып. 21. С. 1281—1285.
12. Григорьев Б. И., Корольков В. И., Никитин В. Г., Нугманов Д. П., Орлов Н. Ю., Рожков А. В. О выключении током управления фотонно-инжекционных импульсных тиристоров на основе гетероструктуры // ЖТФ. 1989. Т. 59, вып. 2. С. 156—158.
13. Zipperian T. T., Dawson L. R. GaP/AlxGa1-x heterojunction transistors for high-temperature electronic applications // J. Appl. Phys. 1983. Vol. 54, N 10. P. 6019—6025.
14. Афонин Л. Н., Мазель Е. З. Мощные высоковольтные транзисторы // Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. М.: Сов. радио, 1978. Вып. 3. С. 133—148.
15. Потапчук В. А., Потапчук В. Б. Силовые транзисторы за рубежом. М.: Информэлектро, 1981. 83 с.
16. Афонин Л. Н., Мазель Е. З. Мощные высоковольтные биполярные транзисторы // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1983. Т. 162, вып. 3. С. 30—36.
17. Потапчук В. А. Тенденции развития силовых биполярных транзисторов // Электротехника. 1984. № 3. С. 11—14.
18. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. 456 с.
19. Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 248 с.
20. Крутякова М. Г., Чарыков Н. А., Юдин В. В. Полупроводниковые приборы и основы их проектирования. М.: Радио и связь, 1983. 352 с.
21. Webster W. M. On the variation of junction transistors current amplification on factor with emitter current // Proc. IRE. 1954. Vol. 42. P. 914—920.
22. Clark L. E. High current-density beta dimination // IEEE Trans. Electron. Dеvices. 1970. Vol. ED-17, N 9. P. 661—666.
23. Григорьев Б. И., Рудский В. А., Тогатов В.В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в высокоомных слоях транзисторных структур // РЭ. 1981. Т. 26, № 7. С. 1514—1521.
24. Gummel H. K., Poon H. C. An integral charge control model of bipolar transistors // Bell Syst. Tech. J. 1970. Vol. 49, N 5. P. 827—834.
25. Olmstead J., Einthoven W. et al. High-level current gain in bipolar transistors // RCA Rev. 1971. Vol. 32, N 2. P. 221—246.
26. Ebers J. J.,Moll J. L. Large-signal Behavior of junction transistors // Proc. IRE. 1954. Vol. 42. P. 1761—1768.
27. Moll J. L., Ross I. M. The dependence of transistor parameters on the distribution of base layer resistivity // Proc. IRE. 1956. Vol. 44, N 1. P. 72—78.
28. Куркин Ю. Л., Соколов А. А. Расчет схемы составного транзистора // Электричество.1959. № 8. С. 66—71.
29. Григорьев Б. И. Стационарные режимы усиления биполярных транзисторов // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 5. С. 372—379.
30. Григорьев Б. И. Статические характеристики насыщения мощных высоковольтных транзисторов // Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника. 1984. Т. 169, вып. 11. С. 1—3.
31. Григорьев Б. И. К анализу переходных процессов в мощных высоковольтных транзисторах при произвольных параметрах импульсов тока базы и коллектора // РЭ. 1986. Т. 31, № 7. С. 1430—1440.
32. Гольденберг Л. М., Файнберг А. С. Вопросы теории и расчета ключа на составном транзисторе // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1967. Т. 10, № 6. С. 69—75.
33. Качала Н. Н., Горохов В. А. Особенности статических характеристик составных транзисторов // Радиотехника. 1969. Т. 24, № 7. С. 46—50.
34. Каган В. Г., Усачев А. П. Режимы переключения транзисторных ключей в преобразователях систем электропривода // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1981. Т. 94, вып. 5. С. 13—17.
35. Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Напряжение насыщения и коэффициент усиления по току высоковольтного транзистора Дарлингтона // РЭ. 1986. Т. 31, № 8. С. 1645—1650.
36. Григорьев Б. И., Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В. Переходные процессы в высоковольтных фотонно-инжекционных транзисторах на основе гетероструктуры // ФТП. 1986. Т. 20, вып. 4. С. 677—682.
37. Григорьев Б. И. Напряжение насыщения и коэффициент усиления по току N+-N-P-N+-гетеротранзистора с варизонным коллектором // ФТП. 1987. Т. 21, вып. 1. С. 134—139.
38. Григорьев Б. И. Быстродействие при включении биполярного гетеротранзистора с варизонным коллектором // ЖТФ. 1987. Т. 57, вып. 6. С. 101—104.
39. Кузьмин В. А., Швейкин В. И. О работе полупроводникового триода в области насыщения // РЭ. 1958. Т. 3, № 10. С. 1269—1273.
40. Ржевкин К. С., Швейкин В. И. О режиме насыщения в плоскостных полупроводниковых триодах // РЭ. 1959. Т. 4, № 7. С. 1164—1172.
41. Агаханян Т. М. Измерение параметров полупроводникового триода в импульсном режиме //Полупроводниковые приборы и их применение. 1963. Вып. 10. С. 338—359.
42. Бингелис А. К вопросу измерения постоянной насыщения транзисторов // Тр. конф. „Измерение параметров транзисторов“. 1969. С. 194—197.
43. Швейкин В.И. Экспериментальное определение основных свойств полупроводниковых триодов путемизмерения заряда неосновных носителей базы // РЭ. 1960. Т. 5, № 7. С. 1158—1164.
44. Швейкин В. И. Импульсный метод определения параметров дрейфовых транзисторов // РЭ. 1961. Т. 6, № 6. С. 999—1009.
45. Chamberlain N. G., Roulston D. J. Determination of minority-carrier lifetimes of bipolar transistоrs from lowcurrent HFE fall-of // IEEE Trans. Electron Dеvices. 1976. Vol. ED-23, N 12. P. 1346—1348.
46. Григорьев Б. И., Рудский В. А., Тогатов В. В. Анализ процесса рассасывания при выключении мощноговысоковольтного транзистора // РЭ. 1984. Т. 29, № 2. С. 370—377.
47. Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях диодных и тиристорных структур при больших плотностях токов // РЭ. 1980. Т. 25, № 5. С. 1063—1071.
48. Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в высокоомнойколлекторной области мощных транзисторов // РЭ. 1980. Т. 25, № 5. С. 1115—1116.
49. Григорьев Б. И., Рудский В. А., Тогатов В. В. Разностный метод измерения времени жизни неосновныхносителей заряда в силовых транзисторах // ПТЭ. 1981. № 4. С. 226—228.__
50. Григорьев Б. И., Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В. Об определении времени жизнинеравновесных носителей заряда в слаболегированных р- и п-областях фотонно-инжекционных транзисторов и тиристоров // ФТП. 1986. Т. 20, вып. 10. С. 1897—1900.
51. Григорьев Б. И., Савкин А. И., Тогатов В. В. Оптоэлектронный способ измерения времени жизни дырок в базовой области р-п-р-структуры // РЭ. 1982. Т. 27, № 4. С. 799—883.
52. Григорьев Б. И., Резанов Ю. В., Семенов В. Т. Постоянные времени мощных высоковольтных транзисторов // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1986. Т. 181, вып. 2. C. 42—47.
53. Носов Ю. Р., Петросянц К. О., Шилин В. А. Математические модели элементов интегральной электроники. М.: Сов. радио, 1976. 304 с.
54. Горемышев В. Н., Григорьев Б. И., Резанов Ю. В. Сопротивление немодулированного коллекторавысоковольтного транзистора // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1987. Т. 186, вып. 1. С. 51—55.
55. Григорьев Б. И. Граничные коэффициенты усиления по току силового высоковольтного транзистора // Изв. вузов. Приборостроение. 2000. Т. 43, № 4. С. 35—39.
56. Васильев А. Б., Григорьев Б. И. Определение толщины коллектора силового высоковольтного транзистора // Изв. вузов. Приборостроение. 2000. Т. 43, № 1—2. С. 89—91.
57. Шарма Б. Л., Пурохит Р. К. Полупроводниковые гетеропереходы. М.: Сов. радио, 1979. 232 с.
58. Григорьев Б. И., Грицевский Е. А., Горемышев В. Н., Тогатов В. В. Полуавтомат для контроля времени жизни дырок в п-базах диодов и тиристоров // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1978. вып. 4. С. 119—123.
59. Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Прибор для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в п-базах диодов и тиристоров // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1979. Т. 72, вып. 3. С. 125—128.
60. Григорьев Б. И., Грицевский Е. А., Тогатов В. В. Прибор для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях диодных и тиристорных структур // Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника. 1980. Т. 124, вып. 5. С. 16—18.
61. Григорьев Б. И., Грицевский Е. А., Горемышев В. Н., Тогатов В. В. Прибор для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях трехслойных структур // ПТЭ. 1982. № 3. С. 201—203.
62. Григорьев Б. И., Горемышев В. Н., Сосипатров А. А. Приборы для автоматизированного измерения электрофизических параметров диодных, транзисторных и тиристорных структур // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1984. Т. 102, вып. 3. С. 72—79.
63. Григорьев Б. И., Горемышев В. Н., Сосипатров А. А. Полуавтомат для контроля рекомбинационных характеристик диодов, транзисторов и тиристоров // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1985. Т. 107, вып. 2. С. 43—47.
64. Бородин Б. А., Ломакин В. М., Мокряков В. В., Петухов В. М., Хрулев А. К. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы. М.: Радио и связь, 1985. 560 с.
65. Дьяконов В. П. Мощные полевые транзисторы: история, развитие и перспективы // Силовая электроника. 2011. № 3. С. 1—14.__