Структуры тиристора и силового запираемого тиристора (СЗТ) добились наибольших показателей сильноточности и высоковольтности среди широкой гаммы полупроводниковых приборов, и предшествовали взлету применения приборов IGBT и модулей на их основе. СЗТ на основе приборов IGCT отличает жесткая коммутация и минимум коммутационных потерь, что, однако, ограничивает их применение в высоковольтных устройствах при последовательном соединении. Пришедшие им на смену приборы IGBT с более мягким включением смогли вытеснить СЗТ в самых широких областях электротехники.
Целью статьи является систематизация конструкционно-технологических разработок приборов IGCT и их разновидностей для оптимизации параметров. В литературе [1–3] рассмотрены применения указанных приборов в высоковольтных устройствах, а в [4–8] применительно к контроллерам и низковольтным преобразователям. Библиография [12–17] рассматривает вопросы оптимизации характеристик приборов.
Тиристор является наиболее распространенным «традиционным» ключом среди приборов СПП и изготовляется на основе 4-слойной полупроводниковой структуры. Для высоковольтных тиристоров исходная подложка обычно выбирается n-типа проводимости с использованием высокоомного нейтронно-легированного кремния. Формирование коллекторного (отвечает за блокирование прямого напряжения) и анодного (блокирование анодного напряжения) pn-переходов осуществляется симметричной двухсторонней диффузией примесей акцепторного типа (алюминий, галлий, бор) на глубину от десятков до сотни микрон. Катодный эмиттерный pn-переход формируют диффузией примеси донорного типа, при этом предусматривается наличие технологической шунтировки этого перехода (областями типа р-проводимости), а также р-областей управления от внешнего вывода управляющего электрода тиристора.
Тиристоры и фототиристоры являются самыми высоковольтными (до 12 000 В) и сильнотоковыми (до 5000– 6000 А среднего тока). Однако основная масса тиристоров изготавливается в диапазоне максимального повторяющегося напряжения UDRM, которое менее 5000–6000 В, что объясняется скорее ограничением предела плотности номинальной коммутируемой мощности на уровне 200–220 кВт/см2 при указанных напряжениях.