Estructura Y Fabricación Del Tiristor SCR

El tiristor o rectificador controlado de silicio, SCR, tiene una estructura que consta de cuatro capas: contiene un sándwich de PNPN. La estructura del tiristor es relativamente sencilla y normalmente se basa en procesos bien establecidos. Por ello, los tiristores son abundantes y generalmente de bajo coste.

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    Estructura básica del tiristor / SCR

    El tiristor consiste en una estructura PNPN de cuatro capas, cuyas capas exteriores se denominan ánodo (tipo P) y cátodo (tipo N). El terminal de control del tiristor se denomina puerta y está conectado a la capa de tipo P situada junto al cátodo.

    Estructura básica del tiristor / SCR

    Como resultado, el tiristor tiene tres uniones en lugar de la unión de un diodo, y dos dentro de los transistores.

    Las tres uniones se denominan normalmente J1, J2 y J3. Están numeradas en serie, siendo la J1 la más cercana al ánodo.

    Materiales del tiristor / SCR

    Aunque es posible utilizar diferentes materiales para los tiristores, el silicio es el más popular. El nombre comercial de este tipo de dispositivo -rectificador controlado por silicio- también indica que el silicio es el material más popular.

    El silicio ofrece una buena conductividad térmica, así como una gran capacidad de tensión y corriente. Otra ventaja es que los procesos para el silicio son más maduros, y por tanto más baratos, que los de otros materiales.

    Sin embargo, también se han investigado otros materiales, como el carburo de silicio, SiC; el nitruro de galio, GaN; el diamante, C; y el material semiconductor de brecha media, GaAs, y, según las investigaciones, han demostrado propiedades prometedoras en condiciones extremas de alta potencia, alta temperatura y alta frecuencia. Sin embargo, el silicio sigue siendo el material más popular.

    Estructura y fabricación del semiconductor tiristor

    El nivel de dopaje varía entre las distintas capas del tiristor. El cátodo es la más dopada. La puerta y el ánodo son las siguientes capas fuertemente dopadas. El nivel de dopaje más bajo se encuentra en la capa central de tipo N.

    Ésta también es más gruesa que las otras capas y estos dos factores permiten soportar una gran tensión de bloqueo. Unas capas más finas significarían que el dispositivo se rompería a voltajes más bajos.

    Estructura y fabricación del semiconductor tiristor

    En vista de las elevadas corrientes y niveles de potencia que algunos tiristores se utilizan para conmutar, las consideraciones térmicas son de suma importancia. El ánodo del SCR o rectificador controlado por silicio suele estar unido al paquete, ya que el terminal de la puerta está cerca del cátodo y debe conectarse por separado.

    Esto se consigue de forma que el calor se elimine del silicio hacia el encapsulado. Aparte de las consideraciones internas, las consideraciones de disipación de calor externas para el tiristor deben aplicarse cuidadosamente, ya que de lo contrario el dispositivo puede sobrecalentarse y fallar.

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    Muchos tiristores más pequeños se montan en las latas TO estándar, y los tiristores más grandes tienen contornos mucho más grandes, pero están diseñados para atornillarse a un disipador para eliminar la energía. A pesar de su eficacia, la potencia se sigue disipando y es necesario eliminarla.

    Estructura del tiristor asimétrico / SCR

    El tiristor asimétrico se caracteriza por lo que se denomina un cortocircuito catódico y un cortocircuito anódico. En el diagrama se puede ver que tanto las conexiones del cátodo como las del ánodo se conectan a las regiones N+ y P en el caso del cátodo y a las regiones P+ y N en el caso del ánodo.

    El "cortocircuito" entre las regiones P y N tiene el efecto de añadir una resistencia entre las uniones, es decir, del cátodo a la puerta en el caso de la conexión catódica. Esto tiene varios efectos, como la reducción del tiempo de vida del portador y la mejora del tiempo de respuesta transitoria.

    Estructura del tiristor asimétrico / SCR

    Diferentes fabricantes utilizan diferentes estructuras para diferentes aplicaciones. Además, el silicio es, con diferencia, el material más utilizado para los tiristores.

    Los tiristores o SCR, rectificadores controlados por silicio, están bien establecidos y la tecnología es muy estable. Estos dispositivos se utilizan ampliamente para la conmutación de potencia, una aplicación para la que son muy adecuados.

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