Modulo B Capitolo 3

CAP 3
APPROFONDIMENTO
REALIZZAZIONE
TECNOLOGICA DEI TIRISTORI
Figg. 1a-f
Processo di fabbricazione
per diffusione degli SCR:
a. substrato di tipo N;
b., c. diffusione delle regioni
di tipo P;
d. mascheratura della regione
del catodo;
e. diffusione del catodo;
f. metallizzazione dei contatti.
metallizzazione
ossido di silicio
N
1a
P
N
P
1b
P+
P
N
I tiristori sono fabbricati con vari processi, ma il più utilizzato è quello a
diffusione: lo stesso con cui si producono gli altri dispositivi a semiconduttore discreti (diodi, transistor). La fetta di silicio di tipo N su cui si
costruisce il tiristore rappresenterà, a lavorazione ultimata, lo strato
intermedio, e quindi determinerà molte delle caratteristiche elettriche del
dispositivo (4 Figg. 1a-f). Il suo livello di drogaggio, che determina il valore della tensione di breakover, dev’essere alto per i dispositivi a bassa tensione e basso per quelli ad alta tensione. Lo spessore è il risultato di un
compromesso fra due esigenze contrapposte:
— la fetta di silicio dev’essere sufficientemente spessa per impedire che,
in condizione di polarizzazione inversa, la zona di svuotamento della
giunzione J1 si allarghi a tutta la regione strozzandola, provocando la
condizione di breakover a una tensione più bassa del valore previsto;
— la fetta di silicio non dev’essere troppo spessa perché la resistenza in
condizione on del tiristore assumerà un valore troppo elevato e la
caduta di tensione (tensione di soglia), e la conseguente dissipazione
di potenza, saranno troppo elevate.
Le due regioni P (anodo e gate) sono realizzate effettuando due diffusioni:
una per ogni lato del substrato (4 Figg. 1a, b). Si effettua poi un’ulteriore
diffusione di boro per creare uno strato superficiale maggiormente drogato. Questa lavorazione aggiuntiva è resa necessaria da fenomeni di migrazione degli atomi di fosforo entro gli strati P, che si verificano durante la
fase di metallizzazione dei contatti effettuata successivamente. In questa
fase, controllando la concentrazione del drogaggio è possibile calibrare il
valore della corrente di mantenimento. Successivamente si ricava il catodo dell’SCR effettuando una diffusione con fosforo pentavalente (drogaggio di tipo N), dopo avere effettuato le mascherature e le predisposizioni
necessarie (4 Figg. 1d, e).
L’ultima fase della lavorazione prevede, dopo le opportune mascherature, la deposizione dei contatti mediante una placcatura di nichel e di oro
4
( Fig. 1f). I componenti sono poi separati e collaudati singolarmente se il
processo di lavorazione ne prevede la realizzazione contemporanea sulla
stessa fetta di silicio. I sistemi di montaggio e incapsulamento sono gli stessi descritti per gli altri dispositivi a semiconduttore discreti 4
( Vol. 2).
Le alte correnti e tensioni commutate da questi dispositivi, e le notevoli sollecitazioni meccaniche e termiche cui essi sono sottoposti, richiedono montaggi e contenitori particolarmente robusti.
P
P+
catodo
catodo
vetro
1c
N+
P+
P
N
P
P+
1d
1e
P+
P
gate
N+
N+
P+
P
N
N
P
P+
P
P+
anodo
vetro
1f
N+
anodo
Vol. 3 - MODULO B
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