DE19638769C1 - Emittergesteuerter Thyristor - Google Patents
Emittergesteuerter ThyristorInfo
- Publication number
- DE19638769C1 DE19638769C1 DE19638769A DE19638769A DE19638769C1 DE 19638769 C1 DE19638769 C1 DE 19638769C1 DE 19638769 A DE19638769 A DE 19638769A DE 19638769 A DE19638769 A DE 19638769A DE 19638769 C1 DE19638769 C1 DE 19638769C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- zone
- cathode
- emitter
- thyristor
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 22
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 12
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 241000863814 Thyris Species 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 241000282320 Panthera leo Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D18/00—Thyristors
- H10D18/40—Thyristors with turn-on by field effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D18/00—Thyristors
- H10D18/251—Lateral thyristors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D18/00—Thyristors
- H10D18/60—Gate-turn-off devices
- H10D18/65—Gate-turn-off devices with turn-off by field effect
- H10D18/655—Gate-turn-off devices with turn-off by field effect produced by insulated gate structures
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen emittergesteuerten Thyristor nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Emittergesteuerte Thyristoren haben den Vorteil, sich über ein Gate mit niedrigem
Spannungsabfall leicht steuern zu lassen. Die meisten EST ("Emitter Switched
Thyristor") haben keine ausgeprägte Stromsättigung, weil diese durch die Durch
bruchsspannung des Einschalt-MOSFET, welcher in Reihe mit dem Hauptthyristor
liegt, begrenzt wird. Die EST mit zweifachem Kanal haben den Nachteil eines ho
hen Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung. Ein solcher MOSFET ist in der Veröf
fentlichung M.S. Shekar, B.J. Baliga, M. Nandakumar, S. Tandon und A. Reis
mann: "High-Voltage Current Saturation in Emitter Switched Thyristors", IEEE
ELECTON DEVICE LETTERS, VOL. 12, NO. 7, JULY 1991, beschrieben.
Aus der Veröffentlichung von A. Bhalla, T.P. Chow, K.C. So: "RECEST: A Reverse
Channel Emitter Switched Thyristor", ISPSD-95, Proc. Int. Symp. on Power Semic.
Dev. and ICS, 1995, Yokohama, pp. 24-28, ist ein emittergesteuerter Thyristor be
kannt, welcher einen Hauptthyristor zwischen einem "floatenden" n+-Emitter, einer
p-Wanne, einer n-Driftregion, einer n-Bufferzone und einem p+-Substrat bildet. Der
floatende n+-Emitter ist mit dem n+-Draingebiet des in Reihe liegenden lateralen
MOSFET durch eine floatende Metallverbindung kurzgeschlossen. Dadurch wird
der Thyristorstrom gezwungen, durch den Serien-MOSFET zu fließen. Ein parasi
tärer Thyristor ist zwischen der n+-Source, der p-Wanne, der n-Driftregion, der n-
Bufferzone und dem p+-Substrat vorhanden. Beide Teile des Gates sind mit dem
Rand der Zelle verbunden, welche in z-Richtung einen etwa 100 µm langen Strei
fen bildet. Die p-Wanne unter dem floatenden n+-Emitter ist mit der p+-Region und
der Kathode am Rand der Zelle des Einzelbauelements in z-Richtung kurzge
schlossen (siehe Fig. 1).
Das Einschalten geschieht durch Anlegen einer positiven Spannung an das Gate
und einer positiven Vorspannung an die Anode. Dieses ruft Elektronen-
Inversionsschichten unter dem lateralen Serien-MOSFET und dem DMOS-Gate
hervor. Die Elektronen fließen von der Kathode über den lateralen Serien-
MOSFET, die floatende Metallverbindung, den floatenden n+-Emitter und den
DMOS-Kanal in die Driftregion. Das wiederum verursacht die Injektion von Löchern
aus dem p+-Substrat, von denen einige durch die p-Wanne eingefangen werden.
Dieser Löcherstrom fließt unter den floatenden n+-Emitter in z-Richtung, und polt
den Übergang n+/p-Wanne in Vorwärtsrichtung und schaltet den Hauptthyristor
ein. Da die einzige Quelle von Elektronen für den floatenden n+-Emitter im latera
len Serien-MOSFET zu sehen ist (über die floatende Metallverbindung) muß der
gesamte Thyristorstrom durch den Serien-MOSFET fließen. Dies führt zu einer
Gate-gesteuerten Stromsättigung im eingeschalteten Zustand.
Um das Bauelement abzuschalten, wird eine negative Spannung an das Gate ge
legt. Dieses schaltet den lateralen Serien-MOSFET aus und aktiviert den p-Kanal-
MOSFET, welcher den Löcherstrom umleitet. Dadurch wird ein Pfad für den Lö
cherstrom von der p-Wanne zum Kathodenkontakt hergestellt. Da dieser Löcher
strom nicht unter der n+-Source fließt, wird das dynamische Einrasten des parasi
tären Thyristors unterdrückt. In dem Maße, wie die Anodenspannung während des
Abschaltens ansteigt, wird vor der Erholung des Übergangs zwischen p-Wanne
und n-Driftgebiet das Potential der JFET-Region ansteigen. Sogar wenn das Gate
bei Null Volt festgehalten ist, wird eine Inversionsschicht vom p-Typ induziert. Da
das Gebiet der p-Wanne ebenso bei einem ziemlich hohen Potential (10-20 V)
liegt, wird der PMOS-Verteiler aktiviert und die Löcher über diesen Pfad abgeführt.
Für Emitter-geschaltete Thyristoren sind einige Mechanismen für das Versagen
des Bauelements beim Abschalten festgestellt worden. So z. B. Einrasten des pa
rasitären Thyristors, Durchbruch des lateralen Serien-MOSFET, Durchbruch des
Übergangs zwischen p-Wanne und n+-Gebiet an der Grenze der einzelnen Bau
elementzelle in z-Richtung und strominduzierter Lawinendurchbruch bei hohen
Spanungen. Auch dieses Bauelement kann durch einen dieser Mechanismen zer
stört werden. Dies hängt von den Auslegungs- und Betriebsbedingungen ab:
- 1. Die Stromdichte für das Einrasten des parasitären Thyristors kann allerdings dadurch auf ein höheres Niveau gebracht werden, daß die Dimensionen der Gebiete auf der rechten Seite des p+-Gebiets des Verteiler-MOSFET ver kleinert werden.
- 2. Während des Abschaltens wächst das Potential des floatenden n+-Emitters mit dem Potential der p-Wanne, wodurch es andererseits dem Anodenpo tential folgt, bevor der Übergang zwischen p-Wanne und n+-Emittergebiet sich erholt hat. Da das floatende n+-Emittergebiet mit dem Draingebiet des lateralen Serien-MOSFET kurzgeschlossen ist, kann dies zum Durchbruch des MOSFET führen.
- 3. Wenn der PMOS-Verteiler aktiviert ist, baut der Löcherstrom, welcher durch den p-Kanal fließt, einen lateralen Spanungsabfall auf, nachdem er durch die p-Wannen-Region eingefangen wurde. Dieser Spannungsabfall ist auf der linken Seite des Bauelements am positivsten (siehe Fig. 1, Mitte des floatenden Emittergebiets). Da das Potential des floatenden n+-Emitters auf den Diodenabfall des sehr positiven p-Wannen-Potentials beschränkt ist, ist der Übergang von der p-Wanne zum n+-Gebiet, ausgehend vom Zentrum des floatenden Emitters und bis zur JFET-Region anwachsend, in Sperrich tung gepolt. Nun ist aber außerdem das Gebiet der p-Wanne mit der Katho de in z-Richtung kurzgeschlossen. Daher ist die Vorspannung an dem Über gang zwischen n+-Emittergebiet und p-Wanne am Zellenrand um den Span nungsabfall über den PMOS-Kanal größer als unter dem DMOS-Gate. Die ser Spannungsabfall kann groß genug sein, um zu einem Durchbruch des Übergangs unter dem Gate zu führen. Daher wird der Durchbruch dieses Übergangs an den Zellenrändern beginnen, sehr wahrscheinlich an den räumlich ausgebildeten Übergängen an den Ecken des floatenden Emitter fensters.
Außer der Zerstörung beim Abschalten durch die Sperrpolung des floatenden n+/p-
Wannen-Übergangs und dem geschilderten Lawinendurchbruch, besitzen bekann
te emitter geschaltete Thyristoren den Nachteil, daß die Sättigung des Anoden
stroms im eingeschalteten Zustand nur durch die Sättigung des lateralen
NMOSFET hervorgerufen werden kann. Zur Erzielung einer guten Sättigung muß
der NMOSFET eine hohe Durchbruchspannung besitzen. Dies erhöht jedoch des
sen Widerstand im eingeschalteten Zustand und damit den Spannungsabfall über
dem eingeschalteten Thyristor erheblich. Während des Abschaltens steigt der
Spannungsabfall im lateralen NMOSFET an und droht, diesen zu zerstören. Der
Spannungsabfall ist wesentlich durch den Widerstand im eingeschalteten Zustand
der p-Kanals in der JFET-Region bestimmt. Im hier RECEST genannten Bauele
ment ist dieser als Längskanal ausgeführt, und dessen "On"-Widerstand ist damit
sehr hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem emittergesteuerten Thyristor
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, den Spannungsabfall über dem Über
gang zwischen p-Wanne und floatendem n+-Gebiet sowie über dem lateralen NMOSFET zu reduzieren
und die Sättigung des Anodenstroms im eingeschalteten Zustand auch bei hohen
Anodenspannungen aufrecht zu erhalten.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 an
gegebenen Merkmalen.
Der Gegenstand des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der MOS-gesteuerte Thyri
stor einen sicheren Arbeitsbereich aufweist, wobei das Sättigungsverhalten des
Anodenstroms das Bauelement gegen Überlastungen schützt. Das Bauelement
läßt sich leicht durch unipolare Potentiale einschalten, wobei die p-Basis 4 floaten
kann, d. h., daß ihr Potential nicht von außen festgelegt ist.
Der erfindungsgemäße MOS-gesteuerte Thyristor enthält neben einem Haupt
auch einen Nebenstrompfad.
Der Hauptstrompfad besteht aus einer Thyristorstruktur mit folgenden Gebieten:
p+-Anodenemitter, n-Driftzone, p-Basis, n+-Emitter, und einem nachgeschalteten
Abschalt-MOSFET (NMOS). Die Kathodenseite dieses Thyristors besitzt keinen
Kurzschluß zwischen p-Basis und Kathode. Zum Einschalten des Thyristors ist ein
DMOSFET vorgesehen, dessen Gate mit dem Gates des NMOS kurzgeschlossen
ist. Dieser Hauptstrompfad entspricht etwa dem konventionellen EST, allerdings mit
rückwärts ausgerichtetem Einschaltkanal (DMOS).
Der Nebenstrompfad besteht aus einem Bipolartransistor mit einem p+-Emitter,
einer n-Driftzone und einem p-Kollektor. Die Kollektor p-Basis ist über einen p-
Kanal-MOSFET (PMOS) mit der p-Basis des Thyristors verbünden. Das Gate die
ses PMOS ist mit der Kathode K des Bauelements kurzgeschlossen. Es steuert
sich damit - in Abhängigkeit vom Zustand des gesamten Bauelements - selbst.
Beispiele für die Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher er
läutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein RECEST-Bauelement nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 die grundlegende Struktur des Bauelements nach der Erfindung,
Fig. 3 das zur Fig. 2 gehörende Ersatzschaltbild im Vergleich zum Ersatzschaltbild
des Bauelements nach dem Stand der Technik,
Fig. 4 eine laterale Ausführung mit integriertem lateralen NMOSFET,
Fig. 5 die laterale Ausführung des Bauelements mit integriertem lateralen MOSFET
und dielektrischer Isolationsschicht,
Fig. 6 eine vertikale Ausführung des Bauelements.
Fig. 2 stellt die grundlegende Struktur des erfindungsgemäßen Bauelements im
Querschnitt dar. Diese grundlegende Struktur ist auch an dem dazu equivalenten
Schaltbild in Fig. 3a zu erkennen. Der erfindungsgemäße emittergesteuerte Thyri
stor besitzt parallel zu seiner Thyristorstruktur TH einen parallelen lateralen IGBT T
und liegt in Serie mit einem lateralen NMOSFET M1 wie in allen konventionellen
lateralen emittergesteuerten Thyristoren. Seine Wirkungsweise ist im folgenden
beschrieben. Das in Fig. 1 dargestellte Bauelement nach dem Stand der Technik
weist dagegen eine andere Struktur auf, deren Abweichung von der Erfindung
durch Vergleich der entsprechenden Ersatzschaltbilder 3a und 3b deutlich wird.
Das erfindungsgemäße Bauelement gemäß Fig. 2 und 3a enthält in einem Substrat
S eine laterale Isolierschicht I, oberhalb der sich ein laterales Thyristorelement TH
befindet. Das Thyristorelement enthält eine erste Emitterzone 1 mit p-Leitfähigkeit,
kontaktiert von der Anodenschicht A, die hier beispielsweise von einer n-Buffer
zone 2 umgeben ist, eine erste Basiszone 3 mit n-Leitfähigkeit und mit einer
n-Driftregion 3′, eine zweite Basiszone 4 mit p-Leitfähigkeit und eine zweite Emit
terzone 5 mit n-Leitfähigkeit, die mit dem Drain des N-MOSFET M1 verbunden ist,
sowie eine von der Basiszone 4 getrennte weitere Basiszone 8 mit p-Leitfähigkeit,
in der die Source S2 von M2 als n+-Gebiet eingebettet und von der Kathode K
kontaktiert ist.
Fig. 4 zeigt die Integration vom M1 in die p-Wanne 8 des Bauelements. Zur Herab
setzung des Widerstands sind zwei MOSFET M1 und M1′ mit gemeinsamem
Draingebiet D1 parallelgeschaltet und über die Leiterbahn 6 mit der kathodenseiti
gen Emitterzone 5 des Haupttyristors verbunden. Die n+-Sourcegebiete S1 und S1′
sind von der Kathode K bzw. K′ kontaktiert. Das Gate G1 ist mit dem Gate G2 zu
sammengeschaltet und mit dem Gateanschluß GA verbunden.
Neben dem NMOSFET M1 ist ein DMOSFET M2 vorhanden, dessen Gate G2 mit
dem Gate G1 des NMOSFET M1 kurzgeschlossen ist. Die Gateschicht des
MOSFET M2 befindet sich über der an die Oberfläche des Bauelements herausge
führten Basiszone 3 als Drainzone D2, über der an die Oberfläche herausgeführten
p-Basiszone 9 und über einem Teil der an die Oberfläche herausgeführten Katho
de des Bauelements als Source. Ein dritter MOSFET (PMOSFET) weist eine in die
n-Basiszone 3 eingelagerte p-Basiszone 4 als Source auf, in die eine n-Zone 5 als
Emitter des Hauptthyristors TH eingelagert ist, die von einer metallischen Schicht
kontaktiert ist, die mit der Leiterbahn 6 verbunden ist. Von der Kathodenschicht K
geht eine metallische Schicht aus, die vom Substrat isoliert ist und einen Teil der
an die Oberfläche herausgeführten p-Basiszone 8 als Drain D3 des MOSFET M3,
und die unter der Schicht an die Oberfläche herausgeführte n-Basiszone 3 und
einen Teil der p-Zone 4 überdeckt. Das Gate des MOSFET M3 ist mit der Kathode
des Bauelements kurzgeschlossen.
Im Ersatzschaltbild, Fig. 3a, sind der Thyristor mit TH, der parallele Transistor, der
durch die p-Emitterzone 1, die n-Basiszone 3 und die p-Basiszone 8 gebildet wird,
mit T und die MOSFET mit M1, M2, M3 bezeichnet.
Bei einem positiven Potential an der Anode A relativ zur Kathode K und einer ge
nügend positiven Spannung an der Gate-Elektrode GA, um den lateralen
NMOSFET M1 und den n-Kanal DMOSFET M2 anzuschalten, injiziert die Kathode
K Elektronen, die über den n-Kanal des DMOSFET M2 in das Draingebiet D2 und
über die n-Driftregion 3 zur Anode fließen. Das induziert Löcher von der Anode,
sobald die Anodenspannung 0,7 V überschreitet.
Der eingeschaltete laterale Serien-NMOSFET M1 schließt die floatende n+-
Emitterzone 5 zur Kathode K kurz. Da durch den NMOSFET M1 kein Strom fließt
bevor der Thyristor angeschaltet ist, kann bei diesem Kurzschluß auch kein Span
nungsabfall entstehen. Die p-Basiszone 4 hat ein niedriges Potential und sammelt
die Löcher ein. Diese Löcher sammeln sich auf der p-Seite des Übergangs von der
p+-Basiszone 4 zum floatenden n+-Emitter 5 und polen diesen Übergang in Vor
wärtsrichtung. Wenn diese Vorspannung 0,7 V überschreitet, wird der Hauptthyri
stor eingeschaltet. Im eingeschalteten Zustand fließt der Hauptstrom des Thyristors
durch den lateralen Serien-NMOSFET M1 und führt damit zu dessen Stromsätti
gung. Wenn andererseits die Anode eine hohe Spannung erhält, sorgt das hohe
Potential des Sourcegebietes S3 des parallel geschalteten lateralen PMOSFET M3
zusammen mit dem n-Substrat 3 dafür, daß der PMOSFET M3, dessen Gate auf
Kathodenpotential liegt, mit Hilfe eines Inversionskanals 7 eingeschaltet wird. Der
eingeschaltete PMOSFET leitet die Löcher von der p-Basiszone 4 zur Kathode,
begrenzt deren Potential und damit das Potential der floatenden n+-Emitterzone 5.
Das bedeutet, daß der Spannungsabfall von Drain zu Source des lateralen
NMOSFET M1 durch den PMOSFET M3 begrenzt wird. Damit erhält man ein sehr
gutes Stromsättigungsverhalten des Bauelements.
Wegen der Separierung der p-Basiszone 4 von der p-Basiszone 8 ist während des
Einschaltprozesses kein Weg für von der p-Basiszone 4 eingefangene Löcher vor
handen. Dadurch wird der Hauptthyristor in seinem Einschaltverhalten unterstützt.
Außerdem kann die laterale Ausbreitung der floatenden n+-Emitterzone 5 und der
p-Basiszone 4 unter der n-Emitterzone 5 so weit begrenzt werden, daß Erforder
nisse des Schaltungsdesigns berücksichtigt werden können. Das führt in letzter
Konsequenz zu einer Reduktion der Größe der Bauelementzellen im integrierten
Schaltungsverbund.
Zum Abschalten wird die Vorspannung des Gates G erniedrigt, wobei der laterale
NMOSFET M1 und der n-Kanal DMOSFET M2 ebenfalls abgeschaltet werden.
Wegen der Stetigkeitsbedingung für den Strom wächst das Potential des floaten
den n+-Emitters 5, der p-Basis 4 und damit das Potential des n-Basisgebiets 3 sehr
schnell an. Wenn das Potential der n-Basis 3 über einen bestimmten Wert ange
wachsen ist, schaltet sich der parallele PMOSFET M3 ein. Das schafft einen Weg
für die gespeicherten Löcher in der p-Basis 4 welche von dort zur Kathode fließen.
Damit wechselt der Strom durch den Hauptthyristor zum lateralen PNP-Transistor.
Der laterale PNP-Transistor T besteht aus dem p+-Gebiet 1 unter der Anode A als
Emitter, der n⁻-Driftregion 3′ und der p-Basiszone 8 als Kollektor. Der PNP-
Transistor wird infolge der Rekombination der Löcher mit den Elektronen in der
Driftregion abgeschaltet.
Während des Abschaltens wird M1 und NMOSFET M2 abgeschaltet. Der Strom
durch den Kanal von PMOSFET M3 wächst, weil dieser einschaltet. Der Strom
fließt direkt zur Kathode, d. h. er nimmt keinen Umweg unter einem n+-Gebiet ent
lang. Das ist der Hauptgrund für die Verbesserung des dynamischen Einrast
verhaltens des Bauelements. Andererseits kann die p-Basis 4 sehr stark dotiert
und die Ausbreitung in die laterale Richtung klein gemacht werden, soweit es die
Gesichtspunkte des Designs erfordern. Daraus resultiert ein kleiner Spanungsab
fall in der p-Basis 4 während des Abschaltprozesses.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es anhand der Fig. 2 nur in prinzipieller
Weise geschildert wurde, ist in konkreter Form in Fig. 4 dargestellt. Der n-MOSFET
M1 ist dort in die p-Basiszone (oder p-Wanne) 8 integriert. Die Anordnung der üb
rigen Bauelemente ist gegenüber Fig. 2 unverändert.
Ein weiteres Beispiel für die Anwendungs- und Ausgestaltungsmöglichkeiten der
Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Um den Stromweg für das Einrasten des parasi
tären Transistors zu versperren, ist ein Graben mit Isolationsschicht 10 vorgese
hen. Damit aber der Strom durch den Hauptthyristor fließen kann, ist M2 auf der
Anodenseite angeordnet. An der bekannten Funktionsweise von M2 ändert das
nichts.
Ein vertikales Bauelement ist, wie Fig. 6 zeigt, mit der Erfindung ebenfalls reali
sierbar. Die Anode ist gegenüber Fig. 4 lediglich auf die Unterseite der Halbleiter
scheibe verschoben. Der parasitäre Thyristor, dessen Ausbildung auch in dieser
Anordnung wirksam unterdrückt wird, ist im rechten Teil der Figur dargestellt. Die
Mechanismen der Zündung, Strombegrenzung und Verhinderung des Einrastens
des parasitären Thyristors unterscheiden sich nicht von dem, was vorher zu Fig. 2
bemerkt wurde.
Mit der Erfindung lassen sind drei Vorteile erreichen:
- 1. Der Übergang vom n+-Emitter 5 zur p-Basis 4 wird während des Abschaltpro zesses im Durchbruchverhalten verbessert.
- 2. Der PMOSFET M3 wird durch eine relativ hohe Spannung an der n-Basis 3 ein geschaltet, wobei diese Zone das Substratgebiet von M3 darstellt. M3 verteilt die Löcher aus der p-Basis 4, wodurch der Strom durch M1 reduziert wird. Damit wird auch das Patential der p-Basis 4 erniedrigt und der konstante Spannungsabfall an M1 führt zu einer verbesserten Stromsättigung.
- 3. Während des Abschaltens werden die Löcher von M3 direkt zur Kathode umge leitet. Das dynamische Einrasten des parasitären Thyristors ist damit unterdrückt.
Claims (6)
1. Emittergesteuerter Thyristor mit
- - einem Hauptthyristor (TH), der aus einem p⁺-Anodenemitter (1), einer Driftzone (3′) mit entgegengesetztem Leitungstyp, einer Zone (4), welche im ausgeschalteten Zustand des Thyristors gegenüber der Driftzone (3′) eine Sperrzone aufweist und einem kathodenseitigen Emitter (5) mit wiederum umgekehrtem Leitungstyp gebildet ist, so daß eine Zonenfolge p⁺n⁻pn⁺ entsteht,
- - einer zum Hauptthyristor parallelliegenden Transistorstruktur (T) aus drei Gebieten abwechselnder Leitfähigkeit mit einem Emitter (1), der gleich dem p⁺-Anodenemitter (1) ist, einer n⁻-dotierten Zone (3) als Basis und einem Kollektorgebiet (8),
- - einem NMOSFET (M1) zur direkten Ansteuerung des Kathodenemitters (5), wobei die Source dieses Transistors von einer Kathode (K), die mit einem Kathodenanschluß verbunden ist, ebenso kontaktiert wird wie das Kollektorgebiet (8), welches an der Oberfläche des Halbleiters ein Kanalgebiet des NMOSFET bildet, wobei das zugehörige Draingebiet über einen elektrischen Leiter (6) mit dem Kathodenemitter (5) des Hauptthyristors (TH) verbunden ist,
gekennzeichnet durch
- - einen Einschalt-DMOSFET (M2), dessen Gate (G2) mit dem Gate (G1) des NMOSFET (M1) verbunden ist, einer Source (S2), welche von der Kathode (K) ebenfalls kontaktiert und in einer p-Basis, die gleich dem Kollektorgebiet (8) ist, eingebettet ist, und einem Draingebiet (D2), welches in der n-dotierten Zone (3) eingebettet ist, wobei das Kanalgebiet des DMOSFETs im Kollektorgebiet (8) angeordnet ist,
- - einen PMOSFET (M3), dessen Gate mit der Kathode verbunden ist und dessen Drain (D3) Teil des Kollektorgebiets (8) ist, dessen Sourcegebiet mit der Zone (4) des Hauptthyristors (TH) verbunden ist und dessen Kanalgebiet von einem Teil der n⁻-dotierten Zone (3) gebildet wird, welcher an die Oberfläche des Bauelements grenzt.
2. Emittergesteuerter Thyristor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als Lateralthyristor aufgebaut ist, also Kathode (K), Gate (G) und Anode
(A) auf einer Seite einer Halbleiterscheibe angeordnet sind.
3. Emittergesteuerter Thyristor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß er als Vertikalthyristor aufgebaut ist, also Kathode (k) sowie Gate (G) und
auf der einen und die Anode (A) auf der anderen Seite einer Halbleiterscheibe
angeordnet sind.
4. Emittergesteuerter Thyristor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet
daß unter der Kathode (K) ein mit Oxid gefüllter Graben, der bis
auf eine isolierende Schicht (1) zwischen Substrat (S) und Halbleiterscheibe
herunterreicht, und der MOSFET M2 zwischen Kathode und Anode an
geordnet ist.
5. Emittergesteuerter Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Thyristor ein Substrat (S) aufweist, das vom eigentlichen Bauelement isoliert ist.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19638769A DE19638769C1 (de) | 1996-09-21 | 1996-09-21 | Emittergesteuerter Thyristor |
| PCT/EP1997/005165 WO1998012749A2 (de) | 1996-09-21 | 1997-09-20 | Emittergesteuerter thyristor |
| EP97943875A EP0976157A2 (de) | 1996-09-21 | 1997-09-20 | Emittergesteuerter thyristor |
| US09/269,599 US6118141A (en) | 1996-09-21 | 1997-09-20 | Emitter-switched thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19638769A DE19638769C1 (de) | 1996-09-21 | 1996-09-21 | Emittergesteuerter Thyristor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19638769C1 true DE19638769C1 (de) | 1998-03-05 |
Family
ID=7806465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19638769A Expired - Fee Related DE19638769C1 (de) | 1996-09-21 | 1996-09-21 | Emittergesteuerter Thyristor |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6118141A (de) |
| EP (1) | EP0976157A2 (de) |
| DE (1) | DE19638769C1 (de) |
| WO (1) | WO1998012749A2 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112838084A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 湖南大学 | 一种SiC GTO与MESFET集成结构及其制作方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9921068D0 (en) * | 1999-09-08 | 1999-11-10 | Univ Montfort | Bipolar mosfet device |
| JP2001085463A (ja) * | 1999-09-09 | 2001-03-30 | Rohm Co Ltd | 半導体チップおよびそれを用いた半導体装置 |
| DE19961297A1 (de) * | 1999-12-18 | 2001-06-21 | Bosch Gmbh Robert | Schaltungsanordnung zur Verpolsicherung eines DMOS-Transistors |
| WO2002059478A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-08-01 | Hitachi, Ltd. | Ignition device of internal combustion engine |
| KR100463029B1 (ko) * | 2002-03-25 | 2004-12-23 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 수평형 사이리스터 |
| US6888176B1 (en) * | 2002-10-01 | 2005-05-03 | T-Ram, Inc. | Thyrister semiconductor device |
| WO2007135694A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Stmicroelectronics S.R.L. | Three- terminal power device with high switching speed and manufacturing process |
| JP2008028353A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-02-07 | Sony Corp | 半導体装置およびその駆動方法 |
| US8519432B2 (en) * | 2007-03-27 | 2013-08-27 | Analog Devices, Inc. | Semiconductor switch |
| US10784372B2 (en) * | 2015-04-03 | 2020-09-22 | Magnachip Semiconductor, Ltd. | Semiconductor device with high voltage field effect transistor and junction field effect transistor |
| CN105336767A (zh) * | 2015-10-08 | 2016-02-17 | 深圳市可易亚半导体科技有限公司 | 横向沟槽电极双通道发射极关断晶闸管 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE7407224L (sv) * | 1974-05-31 | 1975-12-01 | Tore Georg Palmaer | Takkonstruktion |
| JPH05283702A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-10-29 | Hitachi Ltd | 複合制御型半導体装置及びそれを使用した電力変換装置 |
| DE4228832C2 (de) * | 1992-08-29 | 1994-11-24 | Daimler Benz Ag | Feldeffekt-gesteuertes Halbleiterbauelement |
| JP3255547B2 (ja) * | 1994-03-09 | 2002-02-12 | 株式会社東芝 | 絶縁ゲート付きサイリスタ |
| JP3180875B2 (ja) * | 1994-04-01 | 2001-06-25 | 富士電機株式会社 | 絶縁ゲート型サイリスタ |
| US5498884A (en) * | 1994-06-24 | 1996-03-12 | International Rectifier Corporation | MOS-controlled thyristor with current saturation characteristics |
| US5665988A (en) * | 1995-02-09 | 1997-09-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Conductivity-modulation semiconductor |
| JPH08274306A (ja) * | 1995-04-03 | 1996-10-18 | Fuji Electric Co Ltd | 絶縁ゲート型サイリスタ |
-
1996
- 1996-09-21 DE DE19638769A patent/DE19638769C1/de not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-09-20 WO PCT/EP1997/005165 patent/WO1998012749A2/de not_active Ceased
- 1997-09-20 US US09/269,599 patent/US6118141A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-09-20 EP EP97943875A patent/EP0976157A2/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BHALLA, A., CHOW, T.P., SO, K.C.: RECEST: A Reverse Channel Emitter Switched Thyristor, in: Proc. of 1995 International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, Yokohama, S. 24-28 * |
| SHEKAR, M.S., BALIGA, B.J., NANDAKUMAR, M., TANDON, S., REISMAN, A.: High-Voltage Current Saturation in Emitter Switched Thyristors, in: IEEE Electron Device Letters, Vol. 12, No. 7, 1991, S. 387-389 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112838084A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 湖南大学 | 一种SiC GTO与MESFET集成结构及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1998012749A2 (de) | 1998-03-26 |
| US6118141A (en) | 2000-09-12 |
| EP0976157A2 (de) | 2000-02-02 |
| WO1998012749A3 (de) | 1999-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69414311T2 (de) | Halbleiteranordnung mit einer Bipolarfeldeffektanordnung mit isoliertem Gate | |
| EP0566639B1 (de) | Integrierte leistungsschalterstruktur | |
| EP0340445B1 (de) | Abschaltbares Leistungshalbleiterbauelement | |
| DE69319549T2 (de) | Spannungsgesteuerte Halbleiteranordnung | |
| DE4130889C2 (de) | Isolierschicht-Thyristor | |
| EP0405200A1 (de) | MOS-gesteuertes, bipolares Leistungshalbleiter-Bauelement | |
| DE19638769C1 (de) | Emittergesteuerter Thyristor | |
| EP0331892B1 (de) | Mos-gesteuerter Thyristor (MCT) | |
| EP0507974B1 (de) | Abschaltbares, MOS-gesteuertes Leistungshalbleiter-Bauelement | |
| DE4039012C2 (de) | Mos-Halbleiterbauelement | |
| DE4310606C2 (de) | GTO-Thyristoren | |
| EP1097482A1 (de) | J-fet-halbleiteranordnung | |
| DE4228832C2 (de) | Feldeffekt-gesteuertes Halbleiterbauelement | |
| DE4433796A1 (de) | Steuerbares Halbleiterbauelement | |
| DE69937665T2 (de) | Halbleiterbauelement mit isoliertem Gate und dessen Betriebsverfahren | |
| DE19511382A1 (de) | Thyristor mit isoliertem Gate | |
| EP1116276A1 (de) | Halbleiterbauelement mit feldformungsgebieten | |
| EP0487869B1 (de) | Abschaltbares Leistungshalbleiter-Bauelement | |
| EP0742957B1 (de) | Mos-gesteuerter thyristor | |
| DE3942490C2 (de) | Feldeffekt-gesteuertes Halbleiterbauelement | |
| DE10007416C1 (de) | Steuerbare Halbleiteranordnung und ihre Verwendung | |
| EP0742958A1 (de) | Abschaltbares leistungshalbleiterbauelement | |
| DE19732912C2 (de) | Kaskoden-MOS-Thyristor | |
| DE19739498C1 (de) | Gate-gesteuerter Thyristor | |
| DE19756324C1 (de) | Durch MOS-Gate schaltbares Leistungshalbleiterbauelement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |