DE2461208A1

DE2461208A1 - Thyristor

Info

Publication number: DE2461208A1
Application number: DE19742461208
Authority: DE
Inventors: Willi Prof Dr Gerlach; Dieter Dr Silber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: EUPEC GmbH
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2461208B2

Description

~Thyri stor Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode.
Ein Thyristor mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Iieitungstyps weist zwei äußere, metallisch kontaktierte Zonen auf, die als Emitterzonen des Thyristors bezeichnet werden. Die beiden mittleren Zonen werden als Basiszonen bezeichnet, wobei eine dieser beiden Zonen mit einem Steuerkontakt versehen ist und daher die sogenannte Steuerbasiszone darstellt.
Ein Thyristor wird üblicherweise durch einen über den Steuerkontakt zugeführten Zündstromimpuls in den leitenden Zustand übergeführt. Das Abschalten des Laststromes erfolgt in konventioneller Weise dadurch, daß der Laststrom auf einen Wert unterhalb eines für den Betrieb des Thyristors notwendigen Haltestroms gebracht wird. Der Thyristor kehrt dann nach einer von den Betriebsbedingungen und der Ausführung des Bauelementes abhängigen Freiwerdezeit in den sperrenden Zustand zurück.
Es ist auch seit langem bekannt, den Thyristor durch einen Stromimpuls entgegengesetzter Polarität über den Seuerr.
kontakt abzuschalten. Dabei ist jedoch die Ausschaltverstärkung als das Verhältnis von Laststrom zu dem notwendigen Ausschaltstrom im allgemeinen sehr niedrig im Vergleich zu der entsprechend definierten Einschaltverstärkung.
Während das Einschalten eines Thyristors prinzipiell nur an einer Stelle zu erfolgen braucht und sich von dieser Stelle aus dann die Zündung selbständig auf die gesamte Thyristorfläche ausbreitet, muß beim Abschalten jedoch die gesamte Steuerbasiszone bezüglich der dort vorhandenen Ladungsträger ausgeräumt werden. Daher ergeben sich bei vorgegebener Dotierung und Zonendicke maximal zulässige Abstände zwischen dem Steuerkontakt und den am weitesten davon entfernten Punkten der Kathodenfläche. Ferner wird beim Abschalten des Thyristors in der Steuerbasis ein Querstrom geführt, der einen entsprechenden Spannungsabfall bewirkt und gegebenenfalls zu einem Durchbruch des Emitter-Steuerbasis-PN-t'bergangs führt. In diesen Fällen wird der Thyristor entweder nicht mehr abgeschaltet, oder es tritt eine technisch nicht mehr vertretbare Abschaltverstärkung auf.
Zur Uberwindung der vorerwähnten Schwierigkeiten ist es üblich, den Steuerkontakt und den Kontakt der zugeordneten Emitterzone aufzuteilen, um damit die maximal möglichen Abstände zwischen der Umrandung des Steuerkontaktes und der davon am weitesten entfernt liegenden Punkte zu verringern. Für die praktische Durchführung dieses Konzepts sind jedoch sehr komplizierte Strukturen notwendig, die einerseits einen Flächenverlust der aktiven Stromführungsfläche bedingen und zusätzlich ein gleichmäßiges Abschalten der einzelnen Thyristoranteile erschweren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen abschaltbaren Thyristor verfügbar zu machen, der ein einwandfreies Abschalten des Thyristors gestattet, ohne daß die Stromführungsfläche gegenüber einem-konventionellen, nur einschaltbaren Thyristor ia-hohem Maßelverringert wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Steuerbasiszone und der benachbarten äußeren Emitterzone eine Zwischenzone vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen schwach dotiert oder eigenleitend ist.
Die Dicke und Dotierung-der schwach dotierten oder eigenleitenden Zwischenzone wird zweckmäßig so gewählt, daß sich für die aus Emitter, Zwischenzone und Steuerbasis gebildete P-S-N- bzw. P-I-N-Struktur eine Sperrspannung von etwa 30 bis 150 V einstellt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Steuerelektrode direkt auf der Steuerbasiszone, so daß nur ein sehr kleiner Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluß und der Steuerbasiszone liegt.
Das Wesen der Erfindung soll anhand der beiden Figuren näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt einen Thyristor gemäß der Erfindung mit einer Mesastruktur; Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel in planarer Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Thyristor 1 gemäß Fig.1 besteht aus den beiden Emitterzonen 2, 3 und den beiden Basiszonen 4, 5, wobei die Zone 5 als Steuerbasiszone mit dem Steuerkontakt 6 versehen ist.
Die Emitterzonen 2 und 3 sind jeweils mit metallischen Kontakten 7 bzw. 8 versehen. Zwischen der Emitterzone 3 und der Basiszone 5 befindet sich gemäß der Erfindung eine Zwischenzone 9, die eigenleitend oder schwach dotiert ist.
Im letzteren Fall kann die Zwischenzone vom Leitungstyp der Basiszone oder vom Leitungstyp der Emitterzone sein. Infolge der schwachen Dotierung bilden die Zonen 3, 9 und 5 eine P-S-N- bzw. P-I-N-Struktur mit relativ hoher Durchbruchsspannung. Beim Abschalten des -Thyristors fließt unterhalb des Kontaktes 8 in der Basiszone 5 ein durch den Pfeil 10 charakterisierter Strom zu dem Steuerkontakt 6. Infolge der hohen Durchbruchs spannung der zwischen der Emitterzone und der Basiszone bestehenden Sperrschicht wird vermieden, daß aufgrund des in Pfeilrichtung auftretenden lateralen Spannungsabfalls diese Sperrschicht an irgend einer Stelle in den Durchbruch geht.
Eine technologisch besonders vorteilhafte und einfache Struktur ist in Fig.2 dargestellt. Hierbei muß die Zwischenzone 9 jedoch den gleichen Leitungstyp - allerdings mit entsprechend niedrigerer Konzentration - wie die benachbarte Steuerbasiszone 5 aufweisen, damit kein PN-Ubergang zwischen diesen beiden Zonen entsteht.
Bei dem Thyristor gemäß der Erfindung wird die Querleitfähigkeit der Steuerbasiszone nicht unnötig stark reduziert, was von dieser Seite aus den Ausschaltvorgang begünstigt. Da bei Belastung in Durchlaßrichtung die nur schwach dotierte Zone 9 von Ladungsträgern überschwemmt wird und da die Ladungsträgerlebensdauer in schwach dotierten Zonen bei hoher Injektion relativ groß ist gegenüber der Trägerlebensdauer in den höher dotierten Bereichen, muß bei dem Thyristor gemäß der Erfindung auch keine Beeinträchtigung des Schaltverhaltens in Kauf genommen werden, und das Durchlaßverhalten wird nicht wesentlich beeinträchtigt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Thyristors gemäß Fig.1 besteht darin, daß die Steuerbasiszone durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materiaiabtragung zur gewünschten Dimensionierung des Einschaltstromes eingestellt wird. Auf die Steuerbasiszone wird anschließend die hochohmige Zwischenzone epitaktisch abgeschieden und in diese Zwischenschicht die eigentliche Emitterzone durch Diffusion oder Legierung eingebracht. Zum Anschluß der Steuerbasiszone mittels eines Steuerkontaktes wird an der dafür vorgesehenen Stelle eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung durchgeführt. Die Herstellung des Thyristors bezüglich der anderen Parameter erfolgt in bekannter Weise.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird die Halbleiterschicht, die bei dem fertigen Thyristor die Zonen 3 und 9 enthält, ebenfalls epitaktisch abgeschieden. In diese Schicht wird selektiv die Zone 3 eindiffundiert, wobei automatisch die Zwischenzone 9 entsteht.

Claims

Patentansprüche

3 Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerbasiszone (5) und der benachbarten äußeren Emitterzone (3) eine Zwischenzone (9) vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen (3, 5) schwach dotiert oder eigenleitend ist.
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung der aus Emitterzone (3), Zwischenzone (9) und Steuerbasiszone (5) gebildeten P-S-N-bzw. P-I-N-Struktur etwa zwischen 30 und 150 Volt liegt.
3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (6) die Steuerbasiszone (5) direkt kontaktiert.
4. Verfahren zum Herstellen eines Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbasiszone (5) durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung eingestellt wird, daß auf der Steuerbasiszone (5) die Zwischenzone (9) epitaktisch abgeschieden und anschließend die Emitterzone (3) durch Diffusion oder Legierung gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (5, 9, 3) auf bzw. in einem Halbleitersubstrat ganzflächig ausgebildet werden und die Kontaktierung der Steuerbasiszone durch eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung erfolgt.