DE3623750A1

DE3623750A1 - Abschaltbarer thyristor

Info

Publication number: DE3623750A1
Application number: DE19863623750
Authority: DE
Inventors: Karl-Ulrich Dr Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-07-14
Filing date: 1986-07-14
Publication date: 1988-01-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen abschaltbaren Thyri stor mit einem Halbleiterkörper, der eine katodenseitige Emitterzone, eine katodenseitige Basiszone, eine Mittel zone und eine anodenseitige Emitterzone enthält.

Ein solcher Thyristor ist beispielsweise in DE-OS 29 45 391 beschrieben worden. Er hat eine Vielzahl von streifenför migen, mit je einer streifenförmigen Emitterelektrode kontaktierten Emitterzonen und zwischen diesen streifen förmigen Emitterzonen angeordnete Elektroden, die die katodenseitige Basiszone kontaktieren. Die Emitterelek troden können mit den die Basiszone kontaktierenden Elektroden über einen steuerbaren Schalter verbunden wer den. Wird dieser Schalter geschlossen, so fließt ein großer Teil des Thyristorstroms in diese Elektroden, so daß die Emission von Ladungsträgern aus den Emitter zonen stark herabgesetzt und der Thyristor ausgeschaltet wird.

Es ist auch bekannt, einen Thyristor dadurch auszuschal ten, daß an seine Gateelektrode negatives Potential ge legt wird. Dann fließen die Ladungsträger bei geeigneter Dimensionierung des Thyristors zum größten Teil zur Gate elektrode ab und der Thyristor wird ausgeschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Weg anzugeben, mit dem ein Thyristor abgeschaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale:

a) in die Mittelzone ist eine erste zusätzliche Zone des gleichen Leitungstyps und höherer Dotierung einge bettet,
b) diese Zone grenzt an die anodenseitige Emitterzone an,
c) in die anodenseitige Emitterzone ist eine zweite zu sätzliche Zone entgegengesetzten Leitungstyps und höherer Dotierung eingebettet,
d) in die zweite zusätzliche Zone ist eine dritte zu sätzliche Zone entgegengesetzten Leitungstyps und höherer Dotierung eingebettet,
e) die dritte zusätzliche Zone ist elektrisch mit der anodenseitigen Emitterzone verbunden.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Halbleiterkörper des erfindungsgemäßen Thyristors und

Fig. 3 den Verlauf der Dotierungskonzentration entlang der Linie 11 des Halbleiterkörpers nach Fig. 2

Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 enthält einen Thyristor 1 mit einer katodenseitigen Emitterzone 3, einer katoden seitigen Basiszone 4, einer Mittelzone 5 und einer anodenseitigen Emitterzone 6. Die Dotierung sei von der Katode K zur Anode A n⁺pnp. Zwischen der Mittelzone 5 und der anodenseitigen Emitterzone 6 ist ein Hilfsthyri stor 2 mit den Zonen 7, 6, 9, 10 angeschlossen. Dabei bildet die Zone 7 die katodenseitige Emitterzone, die Zone 6 die katodenseitige Basiszone, die Zone 9 die Mittelzone und die Zone 10 die anodenseitige Emitterzone des Hilfsthyristors. Die Dotierungsfolge ist n⁺pnp⁺.

Zur Erläuterung der Funktion wird angenommen, daß der Thyristor von einem Strom I durchflossen wird. Wird der Hilfsthyristor 2 dann beispielsweise durch Bestrahlung des pn-Übergangs zwischen den Zonen 6 und 9 mit Licht ein geschaltet, so teilt sich der Strom I in die Ströme I 1 und I 2 auf. Der Strom I 1 durchfließt den Thyristor 1 und der Strom I 2 den Hilfsthyristor 2. Wird der Strom I 2 durch entsprechende Dimensionierung des Hilfsthyristors 2 so groß, daß der Strom I 1 den Haltestrom des Thyristors unterschreitet, so wird der Thyristor 1 abgeschaltet. Da nun kein Thyristorstrom mehr fließt, hört auch der Strom durch den Hilfsthyristor 2 auf und dieser erlischt eben falls.

Eine mögliche Integration der Anordnung nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Hilfs thyristor 2 ist dabei durch eine gestrichelte Linie be grenzt. Es versteht sich, daß der Thyristor katodenseitig wie ein üblicher Thyristor aufgebaut und mit einem Basis- Emitternebenschluß versehen ist, der hier vereinfacht durch einen Kontakt 12 symbolisiert ist.

Die Dotierung des Halbleiterkörpers ist anhand Fig. 3 veranschaulicht. Die Zone 3 kann beispielsweise eine Dotierung von 10¹⁹ Atomen cm^-3 aufweisen, während die Zone 4 eine Randkonzentration von beispielsweise 10¹⁶ bis 10¹⁷ Atome cm^-3 hat. Die Mittelzone 5 ist z. B. mit 10¹³ bis 10¹⁴ Atomen cm^-3 gleichmäßig dotiert.

Die Zone 7 hat eine gegenüber der Zone 5 wesentlich höhere Dotierung vom gleichen Leitungstyp z. B. von 10¹⁹ Atomen cm^-3. Die Zone 6 ist zweckmäßigerweise über ihre gesamte Dicke z. B. durch epitaktisches Abscheiden oder Ionenimplantation gleichmäßig stark in einer Höhe von 10¹⁶ bis 10¹⁷ Atomen cm^-3 dotiert. Die Zonen 9 und 10 weisen beispielsweise eine Dotierung von einigen 10¹⁷ bis 10¹⁶ bzw. 10¹⁹ Atomen cm^-3 auf. Die Zone 7 kann beispielsweise 50 µm dick sein und wird in der bekannten Technik des "Buried-Layer" hergestellt.

Es empfiehlt sich, für die Gesamtfläche des Hilfsthyri stors 2 etwa 50% der Gesamtfläche des Halbleiterkörpers vorzusehen. Dabei ist es günstig, wenn der Hilfsthyri stor 2 z. B. fingerförmig ausgebildet ist oder in Form vieler kleiner Emitterinseln über die Gesamtfläche des Halbleiterkörpers verteilt ist. Hierbei ist dann aller dings eine Zweilagenmetallisierung erforderlich, da jede der anodenseitigen Emitterzonen 10 des Hilfsthyristors 2 mit der anodenseitigen Emitterzone 6 des Thyristors 1 verbunden sein muß. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat der Hilfsthyristor 2 nur einen einfachen Emitter. Es ist jedoch auch möglich, diesen durch eine stromverstär kende Struktur zu ersetzten, bei dem in der Zone 9 mindes tens zwei Emitterzonen kaskadenförmig hintereinander ge schaltet sind. Diese Technik ist als "Amplifying-Gate" be kannt und wird daher nicht näher erläutert.

Claims

1. Abschaltbarer Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der eine katodenseitige Emitterzone, eine katodenseitige Basiszone, eine Mittelzone und eine anodenseitige Emitterzone enthält, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) in die Mittelzone (5) ist eine erste zusätzliche Zone (7) des gleichen Leitungstyps und höherer Dotierung eingebettet,
b) diese Zone (7) grenzt an die anodenseitige Emitterzone (6) an,
c) in die anodenseitige Emitterzone ist eine zweite zu sätzliche Zone (9) entgegengesetzten Leitungstyps und höherer Dotierung eingebettet,
d) in die zweite zusätzliche Zone (9) ist eine dritte zusätzliche Zone (10) entgegengesetzten Leitungstyps und höherer Dotierung eingebettet,
e) die dritte zusätzliche Zone ist elektrisch mit der anodenseitigen Emitterzone verbunden.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die anodenseitige Emitterzone (6) über ihre Dicke eine wenigstens annähernd konstante Dotierung hat.

3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die anodenseitige Emitterzone (6) epitaktisch abgeschieden ist.

4. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die anodenseitige Emitterzone (6) durch Ionenimplantation erzeugt ist.

5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß zum Abschalten des Thyristors der zwischen der anodenseitigen Emitterzone (6) und der zweiten zusätzlichen Zone (9) liegende pn-Übergang mit Licht bestrahlt wird.

6. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß in die zweite zusätzliche Zone eine vierte zusätzliche, als Hilfsemitter wirkende Zone eingebettet ist, die vom gleichen Leitungstyp wie die zweite zusätzliche Zone ist.