DE2115953C2

DE2115953C2 - Thyristor

Info

Publication number: DE2115953C2
Application number: DE2115953A
Authority: DE
Inventors: Richard Anthony Skaneateles N.Y. Kokosa
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-04-01
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1983-07-14
Also published as: DE2115954A1; DE2115953A1; DE2115954C2

Description

Emitterschicht 218 den zweiten Emitterubergang 226. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Basisschicht 214 und die zweite Emitterschicht 218 sowie die Steuerzone 209 und die Hllfszone 211 N-Ieltend, wohingegen die erste Emitterschicht 212 und die zweite s Basisschicht 219 P-Ieltend sind. Die Schichten können aber auch umgekehrt leitend sein, so daß es sich um einen komplementären Thyristor handeln würde.

Wegen der allgemein üblichen Herstellungsverfahren haben normalerweise die erste Basisschicht 214 den großten. die erste Emitterschicht 212 und die zweite Baslsschlcht 216 einen mittleren und die erste Außenschicht 210 und die zweite Emitterschicht 218 den geringsten spezifischen Widerstand. Dies folgt daraus, daß der Halbleiterkristall zunächst Leitfähigkeitseigenschaften aufweist, die denen der ersten Basisschicht 214 entsprechen, wohingegen die erste Emitterschicht 212 und die zweite Baslsschlchi 216 durch eine erste Dotlerungsdlffuslon und die Außenschichten 210. 218 durch eine oder mehrere nachfolgende Diffusionen gebildet werden.

Die abgeschrägte Umfangsfläche 206 bildet normalerweise an Ihrer Randschnlltstelle mit dem ersten Emitterübergang 222 einen positiven Neigungswinkel, während die abgeschrägte Umfangsfläche 208 mit dem Basisübergang 224 einen negativen Neigungswinkel bildet. Obwohl geneigte Umfangsflächen für die Anordnung nicht unbedingt erforderlich sind. Ist es zweckmäßig, mit dem ersten Emitterübergang 222 einen positiven Neigungswinkel von weniger als 90° und normalerweise weniger als 45° zu bilden, da die Sperrfähigkeit bezüglich Oberflächenspannungen an dem ersten Emitterübergang um so größer Ist, je flacher der spitze Winkel zwischen der geneigten Umfangsfläche 206 und dem ersten Emitterübergang Ist. Der negative spitze Neigungswinkel zwischen dem Basisübergang 224 und der abgeschrägten Umfangsfläche 208 liegt vorzugsweise In einem Bereich von 4 bis 20", u. 7. insbesondere zwischen 4 und 9°. Die Neigungswinkel der Umfangsflächen werden vorzugsweise derart gewählt, daß die Sperriähigkelt bezüglich Oberflächenspannungen der Übergänge besser Ist als diejenige bezüglich Lawinendurchbruchs Im Inneren des Halbleiterkörpers. Wenn übermäßig hohe Spannungsunterschiede (oder übermäßig schnelle Spannungsanstiege) zwischen den Hauptflächen des Halbleiterkörpers auftreten, durch die der Halbleiterkörper ohne Steuersignal in den leitenden Zustand gebracht wird, tritt aufgrund der obigen Bedingung ein nichtzerstörendes Durchschalten des Bauelements ein und nicht eine zerstörende Oberflächenstromleitung.

Die Hllfszone 211 der ersten Außenschicht 210 liegt zwischen einem Hauptabschnitt 228 und einem Hllfsabschnitt 230 der ersten Emitterschicht 212. die durch einen Injektionsabschnitt 232 integral miteinander verbunden sind. Der Injektionsabschnitt 232 liegt unter der Hilfszone 211 der ersten Außenschicht 210. Ein zweiter Injektionsabschnitt 233 liegt unter der Steuerzone 209 der ersten Außenschicht 210. Die zweite Basisschicht 216 weist mehrere punktartige Kurzschlußverbindungen 234 auf, die sich durch Öffnungen in der zweiten Emitterschicht 218 bis zur zweiten Hauptoberfläche 204 erstrekken. Die punktartigen Kurzschlußverbindungen 234 sind im allgemeinen gleichmäßig auf dem Oberfläcjienbereich verteilt, der von der zweiten Emitterschicht 218 überspannt wird, haben jedoch vorzugsweise vom Außenrand der Hilfszone 209 nach außen zu einen gewissen Abstand, um unangemessene Beeinträchtigungen der Ste uerempfindUchkeit zu vermeiden. Die dem Innenrand der zweiten Emitterschicht 218 am nächsten kommende punktartige Kurzschlußverbindung 234 Ist mindestens um 0,375 mm von diesem Rand entfernt. Zur Erklärung der Funktion des Halbleiterkörper kann man sich außerdem vorstellen, daß die erste und die zweite Basisschicht 214, 216 sowie die zweite Emitterschicht 218 aus Integral verbundenen Hauptabschnitten und Hilfsabschnltten bestehen, wobei die Hauptabschnitte außerhalb des Innenrandes der Hllfszone 211 und die Hllfsabschnltte Innerhalb des Innenrandes der Hllfszone 211 liegen.

In der Mitte der ersten Hauptoberfläche 202 des Halbleiterkörper Ist eine ohmsche Steuerelektrode 102 angeordnet. Die Steuerelek:rode 102 hat eine begrenzte seitliche Ausdehnung und liegt nur auf der Innerhalb der ersten Emitterschicht 212 angeordneten Steuerzone 209 auf. Die Steuerelektrode 102 dient dazu, eine niederohmlge Leitungsbahn zwischen einer .Steueranschlußleitung 104 und der Steuerzone 209 vorzusehen. Mit dem Innenrand der Hllfszone 211 und einem benachbarten Abschnitt des Hllfsabschnitts 2.10 der ersten fmltterschlcht 212 Ist eine ohmsche Hilfselektrode 106 In Form einer Metallschicht verbunden, die den Innenrand des der Hllfszone 211 zugeordneten ί bergangs 2211 umschließt.

Mit der ersten Hauptoberfläche 202 des Halbleiterkörpers 1st eine ohmsche Hauptelektrode 108 verbunden, die nahezu aiif dem gesamten Hauptabschnitt 228 der ersten Emitterschl'-hi 212 liegt, jedoch einen seitlichen Absland von dem Außenrand des Übergangs 220 hat und diesen daher nicht kurzschließt. Eine zweite ohmsche Hauptelektrode MO lsi mit der zweiten Hauptfläche verbunden. Diese schließt den Übergang 226 dort kurz, wo er den Umfang der punktartigen Kurzschlußverbindungen 234 bildet, und kann seitlich über die zweite Emltterschlcht 218 hinausragen und auch den Außenrand des zweiten Emitterübergangs 234 kurzschließen.

Die Steuerelektrode 102, die Hilfselektrode 106 und die Hauptelektrodcn 108, 110 sind zwar als einheitliche Metallschlchten dargestellt, können jedoch aus einer oder mehreren Schichten aus gleichen oder ähnlichen Metallen bestehen. Diese Elektroden werden aufplattiert oder In einer anderen Weise direkt mit den einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers verbunden, bevor die übrigen Teile an dem Halbleiterbauelement befestigt werden, so daß die Elektroden mit dem Halbleiterkörper eine nlederohmlge Grenzfläche bilden.

Sowohl die Hilfselektrode 106 als auch der Hllfsabschnitt 230 liegen einem Abschnitt der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers gegenüber, der dem Hllfsabschnitt der zweiten Emitterschicht und einem Teil ^J-er zweiten Hauptelektrode 110 zugeordnet ist. Mit anderen Worten sind unmittelbar seitlich der Hllfszone 211 die Hilfselektrode 106, der Hilfsabschnitt 230, die Hllfsabschnitte der ersten und zweiten Basisschicht sowie der zweiten Emitterschicht und die zweite Hauptelektrode 110 in einer senkrecht zu den Hauptoberflächen 202, 204 stehenden Richtung übereinander angeordnet, wodurch eine PNPN-Schichtfolge gebildet Ist. In ähnlicher Weise grenzen der Hauptabschnitt der ersten Emitterschicht 212 und die erste Hauptelektrode 108 an einen Abschnitt der ersten Hauptoberfläche 202 an. der einem Abschnitt der zweiten Hauptoberfläche gegenüber liegt, der an die zweite Emitterschicht 218 und die zweite Hauptelektrode angrenzt. Auf diese Weise wird eine seitlich versetzte zweite PNPN-Schichtfoige gebildet.

Die erste Hauptelektrode 108 ist mit einer ringförmigen Stützplatte 112 und die zweite Hauptelektrode 110 ist mit einer scheibenförmigen Stützplatte 114 verbunden.

Die Siüizplaiten erstrecken sich seitwärts genausoweil «ie die zugeordneten llauptelektroden. Wenn der Halbleiterkörper 200 aus einem Slllclumkristall besteht, wird ein Metall vorgezogen, beispielsweise Wolfram, Molybdiln oder Tantal, das einen Wärmedehnungskoeffizienten von weniger als 1.0 ■ 10 ⁵ grd', jedoch vorzugsweise von weniger als 0.5 · 10 * grd ' aufweist. Anstatt einer festen Verh'ndung kann die eine oder können auch beide Stützplatter 112. 114 ohne direkte Verbindung auf den Hauplelektroden aufsitzen. Die äußeren Hauptflächen der Stützplatten sind mit Schichten 116 und 118 aus einem geschmeidigen, dehnbaren oder verformbaren, leitenden Metall überzogen, beispielsweise Silber oder Gold.

Der Zusammenbau des Halbleiterbauelements erfolgt \(ir/ui!stteise dadurch, dal) zunächst die Slül/platte 112 mit dem Halbleiterkörper 2(10 verbunden wird, nachdem die Hekimden 11(2, Hifi. 108 und MO aufgebracht sind, so dal¹ -ine Tcilanordnung entsteht. F.ln dielektrischer Körper 120 aus einem l'assivierung^werkstoff wird dann um den I'mfang der Teilanordnung gegossen. Der Passivlerungswerkstoff ist derart gewühlt, daß er einen verhältnismäßig hohen Isolierungswiderstand und eine verhältnismäßig große Durchschlagfestigkeit aufweist und für Verunreinigungen nahe/u undurchlässig ist, die für die (Hergänge schädlich sind. Vorzugswelse wird ein Passivlerungswc-rkstüff mit einer Durchschlagfestigkeit von mindestens 4000 V/mm mit einem Isolierungswidersland |0^|rl Olim cm verwendet. Im Handel sind zahlreiche Siliconk.iutschukarien erhältlich, die diese elektrischen Klgenschaften haben. Glas und andere bekannte Pasi'vierungswerksioHc können zwischen dem gegossenen dielektrischen Körper 120 und der Oberfläche des Halbleiterkörper 200 .ingeordnet werden. In diesem I alle wird die Funktion der Übergangspasslvierung und

äenc des

in erster Linie durch das dazwischengelegte Passivierungsmitiel vorgenommen, und die elektrischen und passi\ ierenden [Eigenschaften des gegossenen dielektrischen Körpers 120 sind von untergeordneter Bedeutung.

Gemäß Fig. I enthalt das Gehäuse für das Halbleiterbauelement ein unteres Anschlußstück 124 aus einem leitenden Metall, beispielsweise Kupfer. Das untere Anschlullstück ist mit einem abgesetzten Teil 126 versehen, dessen Außenumfang sich an den dielektrischen Körper 120 anlegt - und somit die untere Stützplatie 112 und den Halbleiterkörper 200 gegenüber dem Anschlußstück 124 zentriert.

Der Innenrand eines ringförmigen Flansches 130 ist an dem Umfang des Anschlußstücks 124 befestigt. Der Außenrand des Flansches 130 ist mit einem ringförmigen Isolierkörper 132 verbunden, der an seiner äußeren Umfangsfläche mit Vorsprüngen versehen ist, um die Kriechstrecke zu erhöhen. Der Isolierkörper 132 hat einen seitlichen Abstand von dem Halbleiterkörper 200 und dem unteren Anschlußstück 124. Das entgegengesetzte Ende des Isolierkörpers 132 ist an einem ringförmigen, flanschartigen Dichtungsring 134 befestigt. Das untere Anschlußstück 124, der ringförmige Flansch 130, der Isolierkörper 132 und der flanschartige Dichtungsring 134 bilden vorzugsweise eine Teil- oder Unteranordnung, die die Teilanordnung aufnimmt, die aus dem Halbleiterkörper 200, der Stützplatte 112. den Elektroden und dem dielektrischen Körper 120 besteht. Die Stützplatte 114 kann lose zwischen der Hauptelektrode 110 und dem Teil 126 angeordnet oder an der einen oder an der anderen Teiianordnung befestigt sein. Die geschmeidige verformbare Schicht 118 auf der äußeren Hauptoberfläche der Stützplatte 114 gewährleistet einen innigen, niederohmigen elektrischen Kontakt zwischen dem unteren Anschlußstück 124 und dem Halbleiterkörper 200.

In den Isolierkörper 132 Ist eine nach außen geschlossene, leitende Hülse 136 abgedichtet eingepaßt, die als Steueranschlußklemme für das Bauelement dient. Das eine Ende der federnden Steueranschlußleitung 104 Ist In das von Innen offene Ende der Hülse 136 geschoben. Das andere Ende der Steueranschlußleitung 104 Ist auf der Steuerelektrode 102 angeordnet. Durch die Elastizität der Steueranschlußleitung 104 wird sichergestellt, daß eine hinreichend hohe Druckkraft auf die Steuerelektrode 102 ausgeübt und über die Grenzflächen zwischen der Steueranschlußleitung 104 und der Halse 136 sowie der Steuerelektrode 102 eine nlederohmlge Steueranschlußverbindung zur ersten Basisschicht 114 erhalten wird. Zwischen den Innenrand der Stützplatte 112 und die Steueranschlußleitung ist ein isolierender Abstandshalter 138 eingepaßt, um diese Teile auf Abstand zu halten.

Fin oberes Anschlußstück 140 kann in gleicher Weise aufgebaut sein wie das untere Anschlußsiück 124. jedoch In seinem abgesetzten Teil einen diametralen Schlitz 144 aufweisen. Durch diesen Schlitz 144 ist ein Abstand zwischen der Steueranschlußleitung 104 und dem oberen Anschlußstück 140 festgelegt. Um sicherzustellen, daß die Steueranschlußleitung 104 von dem oberen Anschlußstück NO stets elektrisch isoliert ist, weist der Schlitz 144 eine isolierende Auskleidung 146 auf. Am Außenrand des oberen Anschlußstücks 140 ist ein ringförmiger Dichtungsflansch 148 befestigt, der mit dem Dichtungsring 134 dicht verbunden ist.

Zum Zusammenbau des Bauelements wird zunächst das Gehäuse zu zwei voneinander getrennten Teil- oder Unteranordnungen zusammengesetzt, von denen die eine das obere Ansi-hlußstück 140 und den ringförmigen Dichtungsflansch 148 enthält. Die übrigen Teile des Gehäuses bilden, wie oben erwähnt, eine zweite Teilanordnung. Die Teilanordnung, die den Halbleiterkörper, die Elektroden und die Slützplatien enthält, wird auf das abgesetzte Teil 126 des unteren Anschlußstücks 124 aufgesetzt. Danach wird die Steueranschlußleitung 104 in ihre Lage gebracht. Abschließend wird die obere Teilanordnung mit der oberen Stützplatte aufgesetzt und zur Fertigstellung des Bauelements der ringförmige Dichtungsflansch 148 mit dem Dichtungsring 134 dicht verbunden, beispielsweise durch Schweißen. Das Gehäuse des Bauelements schließt den Halbleiterkörper vorzugsweise hermetisch ab.

Zur Erläuterung der Arbeltsweise des Halbleiterbauelements 100 wird angenommen, daß die erste Außenschicht 210, die erste Basisschicht 214 und die zweite Emitterschicht 218 N-Ieitend sind, wohingegen die erste Emitterschichi 212 und die zweite Basisschicht 216 P-IeI-tend sind. In diesem Falle dient das untere Anschlußstück 124 als Katode und das obere Anschlußstück 140 als Anode. Die Steueranschlußleitung 104 wird dann auf das Anodenpotential bezogen. Wenn an das untere Anschlußstück 124 ein im Vergleich zum oberen Anschlußstück 140 positives Potential gelegt w!rd, befindet sich das Bauelement in seinem Rückwärtssperrzustand und leitet keinen Strom. Der Stromfluß durch das Halbleiterbauelement wird durch eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung am Emitterübergang 222 gesperrt. Ein Stromfluß zwischen der Katode und der Anode über den Umfangsrand des Halbleiterkörpers wird durch die Abschrägung des Randes 206 des Halbleiterbauelements verhindert, die den Oberflächenpotentialgradienten am Emitterübergang vermindert. Der dielektrische Körner

120 tragt zur Unterblndung eines Stromflusses über den Außenrand des Halbleiterbauelements bei.

Wenn man das Halbleiterbauelement bei nichtvorhandenem Steuersignal In Durchlaßrichtung vorspannt, verhindert der Basisübergang 224, daß ein Strom durch den Halbleiterkörper fließ'.. Der abgeschrägte oder geneigte Rand 208 und der dielektrische Körper 120 verhindern, daß am BaslsUbergang 224 über die äußere Umfangsfläche des Halbleiterkörper ein Strom fließt. Bei In Vorwärtsrichtung vorgespanntem Bauelement hat die Anode gegenüber der Katode ein positives Potential.

Um das Halbleiterbauelement bei anliegender Vorwärtsspannung In den leitenden Zustand zu schalten, wird der Steueranschlußklemme 136 bezüglich des oberen Anschlußstücks 140 ein negatives Potential zugeführt. Dadurch werden Elektronen von der Steuerzone 209 In den Basisübergang 224 Injiziert, die das Zentrum des Halbleiterkörper In den leitenden Zustand treiben.

DIcScS Zcfiirüm Ist ΓΓιίί einem ι iiitStiijTiSiGr VCrgiCiCnuljr,

der Integral von einem den Hauptstroni führenden Thyristor umgeben ist. Der Hllfsabschnltt 230 der ersten Emitterschicht 212 sowie diejenigen Abschnitte der ersten Basisschicht 214, der zweiten Basisschicht 216 und der zweiten Emitterschicht 218, die Innerhalb des Innenrandes der Hllfszone 211 und des Injektionsübergangs 220 liegen, bilden nämlich zusammen eine PNPN-Folge von Zonen, die wie ein Thyristor durchschalten. Dabei fließt der Strom von der zweiten Emitterschicht 218 über die zweite Hauptelektrode UO, die Stützplatte 114 und die

IO

von dem Bauelement ohne örtliche Überhitzung oder Beschädigung tolerlurten Stromanstiegs dl/dt. Da das Ausgangssignal des Hllfsthyrlstors mit Indirekter Steuerelektrode dazu benutzt wird, das Steuersignal für den Hauptthyristor mit indirekter Steuerelektrode zu liefern, braucht das Steuersignal lediglich hinreichend stark sein, um den Hllfsthyrlstor in den leitenden Zustand zu schalten. Das Steuersignal braucht nicht so stark zu sein, daß es den Hauptthyristor direkt, ohne Zwischenverstärkung In den leitenden Zustand schalten kann.

Das Einleiten oder Auslösen des seitwärts fließenden Stroms von der ersten Hauptelektrode 108 seitlich durch die erste Emitterschicht 212. durch den Injektionsübergang 220, seitwärts durch die Hllfszone 211. seitwärts

durch den Außenrand der Hilfselektrode 106, den Hllfsabschnltt 230 der ersten Emitterschicht 212, die erste Basisschicht 214. die zweite Baslsschlcht 216 und die zweite Emitterschicht 218 zur Katode des Bauelements wird dadurch erreich!, riaR die leitende Schicht »anschlußfrei« gelassen, d. h. nicht mit einer äußeren ohmschen Verbindung, beispielsweise zur Anode, versehen wird. Weiterhin überlappt die Hilfselektrode 106 vorzugsweise nur den Innenrand der Hilfszone 211. Dadurch werden der Potentlaiabfall In Querrichtung durch die Hllfszone 211 betont, die Elektroneninjektion schärfer auf den Außenrand der Hllfszone gerichtet, als es normalerweise beim Zünden eines Thyristors mit Indirekter Steuerelektrode der Fall Ist, und die Wirksamkeit der Elektroneninjektion der Hllfszone 211 verbessert. Ein

leitende Schicht 118 zu dem unteren Anschlußstück 124. 30 weiteres wichtiges Merkmal Ist der Abstand zwischen

Die Hilfselektrode 106 kann man als Anode des Hllfsthyrlstors ansehen. Es Ist für den Thyristor gemäß Flg. 1/2 wesentlich, daß diese Hilfselektrode von der Anode bzw. vom oberen Anschlußstück 140 Isoliert Ist, dem Außenrand des Injektionsübergangs 220 und dem Innenrand der ersten Hauptelektrode 108. Wenn man einen absolut gleichförmigen Abstand annimmt, dann ist der von der Anode über den Injektionsübergang 220 zur

wenn man von der Verbindung über den Halbleiterkörper 35 Hilfselektrode 106 fließende Strom längs des Umfangs

absieht. Der zentrale dielektrische Abstandshalter 138 trägt zu dieser Beziehung bei und kann an der ersten Hauptoberfläche befestigt sein. Um eine Stromleitung von der Anode des Halbleiterbauelements zur Hilfselektrode 106 zu erhalten, dehnt sich diese seitwärts derart aus, daß sie den Innenrand der Hllfszone 211 überdeckt und den Übergang 220 kurzschließt. Dadurch kann von der Anode über die Metallschicht 116, die Stützplatte 112, die erste Hauptelektrode 108, die erste Emitterschicht 212 und die Hllfszone 211 zum Außenrand der Hilfselektrode Strom fließen. Bezüglich der Hllfszone 211 verursacht der Strom eine Potentialdifferenz, so daß von der Hilfszone 211 längs Ihres Außenrandes Elektronen in die erste Emitterschicht 212 Injiziert werden. Die injizierten Elektronen werden vom ersten Emitterübergang 222 gesammelt und dienen dazu, den Basisübergang 224 In den leitenden Zustand zu bringen. Die Stromleitung pflanzt sich vom Außenrand der Hilfszone 211 nach außen fort, wodurch der übrige Teil des Halbleiterkörpers in den leitenden Zustand geschaltet wird.

Das Durchschalten des Halbleiterkörpers erfolgt daher analog zu einem zentral angeordneten Hilfsthyristor mit indirekter Steuerelektrode (remote gate). Der von dem Hllfsthyrlstor erzeugte Strom dient dazu, einen den Hauptstrom führenden, konzentrischen, ringförmigen Hauptthyristor mit indirekter Steuerelektrode durchzuschalten. Das Durchschalten des Halbleiterbauelements aus seinem Sperrzustand mit anliegender Vorwärtsspannung In seinen Durchschaltzustand erfolgt äußerst schnell, da das Ausgangssignal des Hllfsthyristors &\s verstärktes Steuersignal dient, das den Hauptthyrir^:or in den leitenden Zustand treibt. Die Erhöhung der Durchschaltgeschv^idlgkeit bedeutet eine Verbesserung des gleichförmig verteilt, selbst wenn für den Strom kein seitlicher Widerstand vorhanden würe. der von der ersten Emitterschicht 212 angeboten wird. In der Praxis Ist jedoch der Abstand stets geringfügig ungleichmäßig, so daß der Strom die Neigung hat, dort durch den Injektionsübergang 220 zu fließen, wo dieser der ersten Hauptelektrode 108 am nächsten kommt. Diese Neigung des Stromes wird vermieden und eine auf den Umfang gleichmäßig verteilte Stromleitung durch den Injektlonsübergang 220 sichergestellt, indem die Hllfszone 211 gegenüber dem Innenrand der ersten Hauptelektrode 108 um einen hinreichend großen Abstand versetzt wird, so daß Innerhalb des vom Strom durchflossenen Abschnitts der ersten Emitterschicht 212 ein bedeutender seitlicher Widerstand erhalten wird. Dadurch liegt mit jedem leitenden Abschnitt des Injektionsübergangs 220 ein Widerstand In Reihe, so daß der Strom längs des Umfangs welter verteilt wird und keine Stromkonzentration auftritt, was sonst der Fall wäre. Der Querwiderstand Ist derart gewählt, daß zwischen dem Injektionsübergang 220 und dem Innenrand der ersten Hauptelektrode 108 eine Potentialdifferenz in der ersten Emitterschicht 212 erzeugt wird, die mindestens dem halben Wert des Kontaktpotentials des Injektionsübergangs 220 entspricht.

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das bis auf einige Ausnahmen der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 gleicht und insbesondere die Steuerelektrode 102, die Steueransc'ilußleitung 104, die Hilfselektrode 106. die erste Hauptelektrode 108, die Stützplatte 112, die Metallschicht 116, den Abstandshalter 138 und das untere Anschiußstück 124 ebenfalls aufweist.

Dtr In Flg. 3 dargestellte Halbleiterkörper 300 weist eine erste Hauptoberfläche 302 uiid eine zweite Hauptoberfkk he 304 auf und enthält außerdem eine erste Außenschicht 310 mit einer Steuerzone 309 und einer ringförmigen Hllfszone 311, eine erste Emitterschicht 312, eine erste Basisschicht 314, eine zweite Basisschicht 316 und eine zweite Emlttersehlcht 318. Da diese Schichten aus anelnandergrenzenden Zonen vom entgegengesetzten Leitungstyp bestehen, befindet sich zwischen der ersten Außenschicht 310 und der ersten Emlttersehlcht 312 ein Injektlonsübergang 320, zwischen der ersten Hmlttcrschlcht 312 und der ersten Basisschicht 314 ein erster Fmltterübergang 322, zwischen der ersten Baslssehlcht 314 und der zweiten Baslsschlchl 316 ein Basisübergang .t24 und zwischen der zweiten Basisschicht 316 '5 und der zweiten tmitterschlcht 318 ein zweiter Emitterübergang 326. Die erste Emitterschicht 312 enthält einen ringförmigen Hauptabschnitt 328 und einen ringförmigen llillsabschnltt 330, die durch einen ringförmigen Injektionsabschnlt¹ 532 integral verbunden sind. Ein weiterer Injektlonsatnchnltt 334 Hegt unterhalb der Steuerzone 309. Die erste Außenschicht 310, die erste Emitterschicht 312, die erste Basisschicht 314, der Injektionsübergang 320. der erste Emitterübergang 322 und der Basisübergang 324 sind entsprechend Flg. 1 und 2 ausgebildet.

Der Halbleiterkörper 300 hat eine abgeänderte zweite Emitterschicht 318, die durch einen Zwischenabschnitt 336 der zweiten Basisschicht 316 In einen zentralen Hilfsabschnltt 338 und einen Hauptabschnitt 340 unterteilt Ist. Der Außenrand des Injektionsübergangs 320 und der Hllfszone 311 liegen in seitlicher Richtung nahe beim Innenrand des Hauptabschnitts 340. Vorzugsweise befinden sich der Außenrand der Hllfszone 311 und der innenrand des Hauptabschnitts 340 auf einer gemeinsamen ringförmigen Grenze, die senkrecht zur den Hauptflächen des Halbleiterkörpers gedacht ist. Eine geringfügige seitliche Überlappung oder Versetzung des Hauptabschnitts 340 und der Hllfszone kann man zulassen, wenn die seitliche Nachbar- *o schaft aufrechterhalten bleibt. Der Hlifsabschnltt 338 der zweiten Emitterschicht 318 Hegt Infolge der radialen Breite des Zwischenabschnitts 336 mit Abstand Innerhalb des Außenrandes der Hllfszone 311. Der Innenrand des Hllfsabschnitts 338 erstreckt sich nach innen über den Innenrand der Hilfszone 311 hinaus. Eine leitende Hilfselektrode 150 in Form einer Metallschicht befindet sich auf der zweiten Hauptoberfiäche 304 des Halbleiterkörpers In einem Bereich, der beim angrenzenden Zwischenabschnitt der zweiten Basisschicht 316 beginnt, jedoch seitwärts nach Innen vom Hauptabschnitt 340 beabstandet Ist, und an einer Stelle endet, die seitlich nach Innen vom Innenrand des Injektionsübergangs 320 beabstandet Ist, jedoch seitwärts außerhalb des Innenrandes des Hilfsabschnltts 338 liegt. Die Hilfselektrode 150 stellt einen vom Hllfsabschnitt 338 über den Außenrand des zugeordneten Übergangs zum Zwischenabschnitt 336 der zweiten Basisschicht 316 führenden niederohmlgen Leitungspfad dar.

Im übrigen grenzen der Hilfsabschnltt 330 der ersten Emitterschicht 312 und die Hilfselektrode 106 einerseits und der Hllfsabschnitt 338 der zweiten Emitterschicht 318 und die Hilfselektrode 150 an sich gegenüberliegende Bereiche der beiden Hauptoberflächen 302, 304 an. Innerhalb der Hilfszone 311 ist daher eine PNPN-Folge von Zonen vorhanden, die einen Hlifsthyrlstor mit indirekter Steuerelektrode darstellen, wobei die Hilfselektrode 106 als Anode und die Hilfselektrode 150 als Katode dient.

wenn die erste Emlttersehlcht 312 vom P-Leltungstyp Ist.

Die zweite Hauptelektrode HOn, die Stützplatte 114a und die Metallschicht 118a sind derart abgeändert, daß sie 'licht nach Innen über den innenrand des Hauptabschnitts der zweiten Emlttersehlcht hinausragen, sondern in Richtung nach außen einen geringen Abstand davon haben. In ähnlicher Welse wie beim Halbleiterkörper 200 schließen sich die erste Hauptelektrode und der Hauptabschnitt der ersten Emlttersehlcht an einen Abschnitt der ersten Hauploberfläche an, der von der zweiten Hauptoberfläche einen Abschnitt überlappt, an den sich der Hauptabschnitt der zweiten Emltterschlchi und die zweite Hauptelektrode anschließen. Der außerhalb des Innenrandes der Hllfszone liegende Teil des Halbleiterkörpers 300 kann daher als hauptstromführender Thyristor mit indirekter Steuerelektrode angesehen werden.

Die In Flg. 3 dargestellte Ausfuhrungsform der Erfindung sperrt den Strom, wenn der Halbleiterkörper 300 !n Rückwärtsrichtung oder bei fehlendem Steuersignal in Vorwärisrlc.htung vorgespannt ist, wie es bereits In Verbindung mit der Ausführungsform nach Flg. 2 beschrieben Ist. Das Ausführungsbeispiel der Flg. 3 unterscheidet sich jedoch hinsichtlich der Eigenschaften beim Umschalten bei anliegender Vorwärtsspannung vom Sperrzustand In den leitenden Zustand. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß die erste Emlttersehlcht vom P-Leltungstyp Ist. Das obere Anschlußstück stellt dann die Anode des Halbleiterbauelements dar. Wird der Tor- oder Steuer?nschluß bezüglich der Anode mit einem negativen Potential beaufschlagt, wird der Hllfsthyrlstorabschnitt mit Indirekter Steuerelektrode, der Innerhalb des Innenrandes der Hilfszone 311 liegt, in den leitenden Zustand geschaltet. Dadurch fließt ein Strom von der ersten Hauptelektrode 108 seitlich durch die erste Emitterschicht 312, seitlich durch die Hllfszone 311, durch die Hilfselektrode 106, durch den Hllfsabschn.tt 330, durch den zentralen Abschnitt der Basisschichten, durch den Hllfsabschnitt 338 der zweiten Emitterschicht, durch die Hauptelektrode 150, durch den Zwischenabschnitt 336 der zweiten Basisschicht und durch den Hauptabschnitt 340 der zweiten Emitterschlcht zur zweiten Hauptelektrode und zur Katode des Halbleiterbauelements. Wie beim Halbleiterkörper 200 veranlaßt der durch die Hilfszone 311 seitwärts fließende Strom, daß von dem Hilfssegment In die zweite Basisschicht 216 Elektronen injiziert werden, um die Verarmungs- oder Sperrschicht am zweiten Basisübergang 324 zu durchbrechen. Gleichzeitig erzeugt der seitwärts fließende Strom am Innenrand des Hauptabschnitts der zweiten Emlttersehlcht einen seitwärts gerichteten Potentialabfall. Auf diese Weise werden auch von der zweiten Emitterschicht In die zweite Basisschicht Elektronen Injiziert, um die Verarmungs- oder Sperrschicht am Basisübergang 324 zu durchbrechen. Dadurch wird die Wirksamkeit des Hilfsthyristors beim Einschalten des Hauptthyristors beträchtlich verstärkt, weil dem sperrenden Basisübergang 324 gleichzeitig von beiden Seiten Ladungen zugeführt werden. Weiterhin treffen diese Ladungen auf Flächenabschnitte auf, die mit dem Basisübergang identisch sind oder sehr dicht bei ihm liegen. Dadurch werden die Geschwindigkeit und die Zuverlässigkeit, mit der das Halbleiterbauelement in den leitenden Zustand geschaltet wird, um ein beträchtliches Maß erhöht.

Die Hilfselektroden 106 und 150 stehen mit den Anschlußklemmen des Halbleiterbauelements nicht in direkter leitender Verbindung, sondern sind mit diesen nur Über den Halhleiterkflrne.r vprhiinHpn Pin HIsIAUtfι

scher Körper 122α Oberdeckt die Hilfselektrode 150 In der Mitte der Stützplatte 114«. Diese Anordnung 1st deswegen von Vorteil, weU die Stützplatte nach Ihrer Befestigung an der zweiten Hauptoberflache des Halbleiterkörpers als Begrenzung beim Gießen des dielektrischen Materials dienen kann, mn ähnlicher dielektrischer Körper kann in der Mitte «er Stfltzplatte 112 auf der Hilfselektrode 106 und der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörper ausgebildet werden. Diesen dielektrischen Körper kann man an dem Abstandshalter 138 befestigen. Eine vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß beide Hllfselektroden 106 und 150 »schweben« bzw. potentlalfrel sind, also keine direkte ohmsche Verbindung mit den Anschlußklemmen des Halbleiterbauelements haben, sondern lediglich über den Halbleiterkörper ver- is bunden sind. Sofern es gewünscht wird, kann man die Schichten allerdings mit Süßeren Zuleitungen versehen. Man könnte darin durch eine derartige Zuleitung beispielsweise einen Strom leiten, um einen oder mehrere zusatzliche Thyristoren zu triggern. Wie bereits erwähnt, ist der Abstand zwischen der Hllfszone 311 und dem Innenrand der ersten Hauptelektrode 108 derart gewählt, daß der dazwischenliegende Abschnitt der ersten EmItterschlcht 312 für den durch den Hilfsthyrlstor fließenden Strom einen hinreichenden Widerstand bietet, um an diesem.eine Potentialdifferenz von mindestens der halben Kontaktspannung des Injektionsübergangs zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, daß der durch den Hilfsthyrlstor fließende Strom um den gesamten Umfang des AuUenrandes der Hilfselektrode 106 gleichmaßig verteilt ist. In ähnlicher Welse ist o'er Abstand zwischen dem Außenrand der Hilfselektrode 150 und dem Innenrand des Hauptabschnitts 340 der zweiten Emitterschicht 318 derart gewählt, daß sich ein hinreichend großer Widerstand durch den Zwischenabschnitt 336 der zweiten Basisschicht 316 in senkrechter Richtung ergibt, um In Reihe mit dem Innenrand des zweiten Emitterübergangs eine Potentialdifferenz von mindestens der halben Kontaktspannung dieses Übergangs zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, daß der vom Außenrand der Hilfselektrode 150 zum Innenrand der zweiten Injektlonsschlcht fließende Strom gleichmäßig verteilt Ist, ohne daß an Stellen minimalen Abstands zwischen diesen Teilen eine Stromzusammenballung auftritt.

Die Figuren 4, S, 6A und 6B zeigen ein weiteres Ausftthrungsbelsplel der Erfindung. Diejenigen Teile dieser Ausfßhrungsform, die entsprechenden Teilen des Halbleiterbauelements 100 ähnlich sind, werden der Einfachheit halber nicht beschrieben und slr.d auch In den Zeichnungen weggelassen. so

Ein Halbleiterkörper 400 weist eine erste Hauptoberflache 402 und eine zweite Hauptoberflflche 404 auf. Beide sind Ober eine positiv abgeschrägte Umfangsflache 406 und eine negativ abgeschrägte Umfangsflache 408 mit· einander verbunden. Der Halbleiterkörper enthalt zwlsehen den einander gegenüberliegenden Hauptoberflachen fünf aufeinanderfolgende Schichten. Eine erste Außenschicht 410 sehließt sich an die erste Hauptober* flache 402 an. Die erste Außenschicht 410 enthalt eine Steuerzone 409 und eine Hllfszone 411. Eine daran angrenzende erste Emitterschicht 412 grenzt ebenfalls an die erste Hauptoberflache 402 an. Eine erste Basisschicht 414 grenzt an die erste Emitterschicht 412 an. Eine zweite Basslschlcht 416 1st zwischen der ersten Baslsschlcht'414 und einer zweiten Emitterschicht 418 ange- ordnet, die eine zweite Außenschicht bildet und an die zweite Hauptoberflache 404 grenzt. Die aufeinanderfolgenden Schichten sind jeweils vom entgegengesetzten Leitungstyp, so daß zwischen den Schichten pn-Übergänge vorhanden sind. Ein Injektionsübergang 420 befindet sich zwischen der ersten Außenschicht 410 und der eisten Emitterschicht 412. Zwischen der ersten Emitterschicht 412 «nd der ersten Basisschicht 414 Ist ein erster Emltterübergang 422. Ein Basisübergang 424 befindet sich zwischen der ersten Basisschicht 414 und der zweiten Basisschicht 416. Ein zweiter Emitterübergang 426 ist zwischen der zweiten Basisschicht 416 und der zweiten Emitterschicht 418 angeordnet.

Die Hilfszone 411 enthalt eine Innere aktive Ringzone 411a und eine äußere aktive Ringzone 4116, die voneinander getrennt sind. Die Ringzonen sind über radiale Stegzonen 411c zu einem Bauteil verbunden. Die Hllfszone unterteilt die erste Emitterschicht 412 In mehrere Hauptabschnitte 412a. Ein erster Hilfsabschnltt 4126 liegt innerhalb des inneren Abschnitts der Hllfszone 411. Ein zweiter Hilfsabschnitt 412c liegt außerhalb des äußeren Abschnitts der Hllfszone 411. Ein Injektionsabschnitt 412rf grenzt in Integraler Welse an die Haupt- und Hllfsabschnltte an. Eine leitende Hilfselektrode 106a bedeckt den ersten Hüfsabschnlti 412Ö an der ersten Haupioberfläche und überlappt den Innenrand des Injektionsübergangs 420. Eine zweite leitende Hilfselektrode 1066 befindet sich auf dem Innenabschnitt des zweiten Hllfsabschnltts 412c und überlappt den Außenrand des Injektionsübergangs 420. Mehrere leitende Hllfselektroden 106c, die zwischen den beiden Hllfselektroden 106a und 1066 angeordnet sind, verbinden diese zu einem integralen Bauteil. Die Hllfselektroden 106c liegen auf den radialen Fingerabschnitten 411c und sind vom Injektionsübergang 420 getrennt.

Die zweite Emitterschicht 418 Ist In einen Hllfsabschnltt 438 und mehrere Hauptunterabschnitte 440 unterteilt, die zusammen einen Hauptabschnitt bilden. Der Hilfsabschnltt 438 enthalt einen zentralen Rlngabschnltt 438a und einen äußeren Ringabschnitt 4386. Die in einem seitlichen Abstand voneinander angeordneten Ringabschnitte sind über mehrere radial verlaufende Stegabschnitte 438c Integral verbunden. Eine leitende Hllfslektrode 150a befindet sich auf dem Ringabschnitt 438a und erstreckt sich seitwärts nach außen über den Rand des Ringabschnitts hinaus, um einen Abschnitt der zweiten Basisschicht 416 zu berühren, der zwischen dem Ringabschnitt 438a und dem Inneren Rand der Hauptun* terabschnltte 440 an die zweite Hauptoberfläche angrenzt. Die Hilfselektrode 150a liegt mit Abstand Innerhalb des Innenrundes des Hauptabschnitts. Eine leitende Hilfselektrode 1506 liegt auf dem Ringabschnitt 4386 und erstreckt sich nach innen, um von der zweiten Basisschicht 416 einen Abschnitt zu berühren, der zwl' sehen dem Ringabschnitt 4386 und dem Außenrand des Hauptabschnitts an die zweite Hauptoberflache 404 grenzt. Die Hilfselektrode 1506 Ist also mit seitlichem Abstand vom Rand des Hauptabschnitts angeordnet. Die Hllfselektroden 150a und 1506 schließen also den dem Hauptabschnitt 440 am nächsten kommenden Rand des zweiten Emitterübergangs kurz. Sie sind außerdem durch leitende Stegabschnitte 150c Integral verbunden, die auf den radial verlaufenden Stegabschnitten 438c Hegen und von der zweiten Baslssshls'..! 416 beabstandet sind,

Die radialen Stegabschnitte 41 Ir der Hllfszone 411 und die leitenden Stegabschnitte 106c grenzen an einen Abschnitt der ersten Hauptoberfläche 402 des Halbleiterkörper an, der einem Abschnitt der zweiten Hauptoberflache 404 gegenüberliegt, an den die Stegabsehnltte 438r der zweiten Emitterschicht 418 und die Stegabsehnltte 15Or angrenzen. Das bedeutet, daß die Muster der radla-

|en Stegabschnitte an den entgegengesetzten Hsuptoperflächen des Halbleiterkörpers in einer zu den Hauptflachen senkrechten Richtung aufeinander ausgerichtet sind. Die Hilfselektrode 106a und der HUfsabschnltt 4126 grenzen an einen Abschnitt der ersten HauptoberflSche an, der einem Abschnitt der zweiten Hauptflache gegenüberliegt, an den der Ringabschnitt 438a und die Hilfselektrode 150a angrenzen. Der Halbleiterkörper bildet daher einen mittleren HHfsthyristor, der Innerhalb des Innenrandes des Injektionsübergangs 420 liegt, und einen äußeren HHfsthyristor, der außerhalb des Außenrandes des Injektionsobergangs 420 Hegt. Diese beiden Hllfsthyrlstoren sind über die radial verlaufenden Stegabschnitte 106c und 150c der HUfselektroden leitend miteinander verbunden.

Hauptthyristorabschnitte des Halbleiterkörpers befinden sich zwischen dem inneren und äußeren HHfsthyristor und zwischen den Abschnitten, die diese Hllfsthyristorabschnltte radial verbinden. Eine erste Hauptelektrode enthalt mehrere Segmente 108a, die an die Hauptabschnitte 412a der ersten Emitterschicht 412 angrenzen. Eine zweite Hauptelektrode enthält mehrere Segmente 1106, die denjenigen Abschnitten der zweiten Hauptoberfläche zugeordnet sind, die von den Hauptunterabschnitten 440 gebildet sind. Die zweiten Hauptsegmente 1106 liegen seitwärts innerhalb des Randes der Hauptunterabschnitte, ausgenommen am Außenrand, wo sie sich genausoweit wie die Hauptsegmente erstrecken oder nach Art einer Kurzschlußverbindung den zweiten EmItterObergang leicht überlappen. Die Segmente 108a sind den Hauptabschnitten der ersten Emitterschicht Ober Abschnitte der ersten Hauptoberfläche zugeordnet, die gegenüber von Teilen der zweiten Hauploberfläche liegen, die den Hauptabschnitten der zweiten Emitterschient 418 und den Segmenten der zweiten Hauptelektrode zugeordnet sind. Auf diese Weise werden mehrere, den Hauptstrom führende Thyrlstorabschnltte gebildet.

Um eine unbeabsichtigte Berührung der Stützplatten 112a und 114fr mit den leitenden Stegabschnitten 106c und ISOr zu vermelden, weisen die Stützplatten an Ihren Innenflächen Rillen oder Ausnehmungen 152 auf. Da die äußeren Hauptflächen der Stützplatten nicht beeinträchtigt werden, können die Metallschichten 116a und 1186 den bereits beschriebenen Schichten 116 und 118 ähnlich sein. Die Steuerelektrode 102 und Anschlußleitung 104 können ebenfalls in der bereits beschriebenen Welse ausgeführt sein. Der dielektrische Körper 12Oe kann wie der dielektrische Körper 120 ausgebildet sein. Der dargestellte dielektrische Körper 1226 kann aus einem Glasplasslvierungswerkstoff bestehen, der vor dem Anbringen der Stützplatte 1146 auf der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers angebracht werden kann.

Die In den Flg. 4, 5, 6A und 6B dargestellte Ausfuhrungsform der Erfindung Ist bezüglich der Betriebseigenschaften der In der Flg. 3 dargestellten Ausfuhrungsform ähnlich, weist jedoch hinsichtlich der Durchschaltelgenschafien weitere Vorteile auf. Wenn das Halbleiterbau· element mit einem Steuersignal In den leitenden Zustand geschaltet wird, verhalt sich der mittlere HHfsthyristor des Halbleiterkörper« 400 In ahnlicher Welse wie der Hllfsthvrlstor des Halblelterkörpers 300. Zusätzlich wird allerdings ein Teil des durch die HUfselektroden 106a und ISOa fließenden Stroms seitwärts durch die leitenden Siegabschnitte 106c und ISOc zu den äußeren ringförmigen HUfselektroden 1066 und 1506 abgezweigt. Dadurch wird der äußere ringförmige Hllfsthyrlstorabschnltt gezündet. Der Durchbruch des Basisübergangs 424 Infolge Ladungsinjektion In auf entgegengesetzten Selten des Übergangs liegende Schlcliiten breitet sich dann nicht nur seitwärts nach außen aus, sondern gleichzeitig von außen nach Innen, so daß die Verarmungs- oder Sperrschicht des Basisübergangs 424 auch vom Außenrand der Hauptunterabschnitte her durchbrochen wird, um die ThyrJstorhauptabschnltte zu zünden. Da bei dieser Ausfohrungsform das Durchschalten der den Hauptstrom führenden Thyristorabschnitte sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen fortschreitet, wird eine schnellere Durchschaltzelt erreicht

Ein weiterer entscheidender Betriebsvorteil des Halblelterkörpers 400 ergibt sich, wenn das Halbleiterbauelement durch Oberflächenströme, einen hohen Spannungsanstieg oder einen durch eine übermäßig hohe Potential's differenz an den Hauptelektroden ausgelösten Lawinendurchbruch, d. h. nicht durch ein Steuersignal, sondern durch einen anderen Vorgang in den leitenden Zustand geschaltet wird. Wenn beispielsweise der Halbleiterkörper an seiner äußeren Umfangsfläche nicht richtig abge- schrägt oder passlviert ist, kann es vorkommen, daß ein Spannungsstoß das Bauelement an seinem Außenrand durchschallet. Infolge der dabei entstehenden hohen örtlichen Stromdichte kann ein herkömmlicher Thyristor an dieser Stelle überhitzt und zerstört werden. Selbst bei den Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der zentrale HHfsthyristor vom Außenrand des Halblelterkörpers seitlich entfernt angeordnet ist, kann der HHfsthyristor das Bauelement nicht vor einem übermäßigen Stromanstieg di/dt schützen, da dieser am Außenrand des HaIb- leiterkörpers stattfindet. Der Süßere ringförmige Hllfsthyristorabschnitt wird jedoch durch einen solchen Randstrom sofort gezündet und schützt daher das Bauelement vor einer Beschädigung bei einem Ortlichen Durchbruch am oder nahe beim Rand des Halbleiterkör pers. Selbst wenn der Halbleiterkörper richtig abgeschrägt und passlvlert Ist, um zu verhindern, daß er durch Obernachenströme gezündet wird, könnten an örtlich begrenzten Stellen Infolge von Lawinendurchbrüchen durch die Masse des Halbleiterkörpers Zündungen statt-

finden, die das Bauelement beschädigen, wenn nicht Infolge einer schnellen Stromverteilung die Stromdichte auf einem annehmbar niedrigen Wert gehalten wird. Wenn man die Hilfsthyrfstorabschnlite derart verteilt, daß sie sowohl in der Mitte als auch am Rand des HaIb leiterkörpers vorhanden sind, besteht eine hohe Wahr scheinlichkeit, daß irgendein Hllfsthyrlstorabschnltt gezündet und die Stromverteilung beschleunigt wird, bevor der Halbleiterkörper Schaden erleidet. In der Flg. 7 Ist eine weitere Ausführungsform der

Erfindung dargestellt, die der Ausfüferjngsform nach Flg. 3 ähnlich Ist, jedoch mit einer neuen Ballast· oder Ausgleichsanordnung versehen Ist. Infolge der Ähnlichkeit mit der Ausführungsform nach Flg.3 werden der Einfachheit halber nur die abgeänderten Teile beschrie·

ben.

Der Halbleiterkörper SOO weist eine erste Hauptoberfläche 502 und eine zweite Hauptoberfläche 504 auf, die Ober eine positiv abgeschrägte Umfangsfläche 506 und eine negativ abgeschrägte Umfangsfläche 508 verbunden

sind. Eine erste Außenschicht SlO Ist In eine Steuerzone 509 und eine Hllfszone unterteilt, die wiederum In eine aktive äußere Hllfszone SUa und eine Innere Ausglelchszone 5116 unterteilt Ist. An die Außenschicht 510 schließt sich eine erste Emitterschicht 512 an. Der ersten

Emitterschicht folgen eine Basisschicht 514 und eine zweite Basisschicht 516. An die zweite Hauptoberfläche 504 schließt sich eine zweite Emitterschicht 518 an. Die anelnandergrenzenden Schichten sind vom entgegenge-

setzten Leitungstyp, so daß sich zwischen der ersten AuBenschlcht 510 und der ersten Emltterschlcht 512 ein Injektionsübergang 5*0, zwischen der ersten Emitter' schicht 512 und der ersten Basisschicht 514 ein erster EmltterObergang 522, zwischen der ersten und der zweiten Basisschicht e|n Basisübergang 524 und zwischen der zweiten Basisschicht 516 und der zweiten Emitterschicht 518 ein zweiter EmltterObergang 526 befindet. Die zweite Emitterschicht 518 ist In einen Hauptabschnitt 540 und einen Hllfsabschnltt unterteilt, der seinerseits In einen aktiven HllfsabscnniU 538» und einen Ausgleichsabschnitt 5386 unterteilt 1st.

Die Sperrspannungseigenschaften des Halbleiterkörpers 500 sind den entsprechenden Eigenschaften des Halbleiterkörpers 300 ähnlich. Wenn die erste Emitterschicht is 512 vom P-Leitungstyp ist und die angrenzende erste Elektrode Im Vergleich zum Potential der zweiten Hauptelektrode mit einem positiven Potential beaufschlagt wird, kann der Halbleiterkörper 500 In den leitenden Zustand geschaltet werden, Indem der Steuerelek- trade 102 ein bezeuch der ersten Hauptelektrode 108 negatives Potential zugeführt wird. Dadurch wird zunächst ein Hilfsthyristor, der seitlich Innerhalb der äußeren Hilfszone 5Ua liegt. In den leitenden Zustand geschaltet. Die Anode dieses Hllfsthyristors wird von 2s einer ringförmigen Hilfselektrode 154 gebildet, wahrend die Katode von einer ringförmigen hilfselektrode 156 gebildet wird. Die Katodenemltterschicht des Hllfsthyristors wird von dem Hllfsabschnltt 538a gebildet. Die Hilfselektrode 154 ist gegenüber dem Hllfsabschnltt 538(7 seitlich versetzt. Der den Hilfsthyristor speisende Strom fließt von der ersten Ffauptelektrode seitlich durch die erste Emltterschlcht 512 zur Süßerer Hilfszone 5Ua, seitlich durch dieses hindurch zur Hilfselektrode 154, von dort diagonal durch die erste Emittersphlcht 512 und die Basisschichten zum Inneren Hllfsabschnltt 538a der zweiten Emltterschlcht 518, seitlich durch die Hilfselektrode 156 und seitlich durch die zweite Basisschicht 516 zum Innenrand des Hauptabschnitts 540 der zweiten Emltterschlcht 518 und zur zweiten Hauptelektrode. Normalerwelse fließt durch die Innere Ausgleichszone 5116 und den äußeren Ausgleichsabschnitt 5386 der zweiten Emltterschlcht 518 kein beachtlicher Teil des Stroms. Das Zünden oder Durchschalten des den Hauptstrom führenden Thyristorabschnitts des Halbleiterkör- pers 500, der dem Halbleiterkörper 300 ähnlich Ist, wird durch eine gleichzeitige Elektronenlnjektlon vom Außenrand der Hilfszone 5Ha und vom Innenrand des Hauptabschnitts 540 der zweiten Emitterschicht erreicht.

Der Vorteil des anhand des Halbleiterkörpers 500 gezeigten Aufbaus besteht darin, daß die Ladungsinjektion längs des gesamten Innenrandes des Hauptabschnitts der zweiten Emltterschlcht und längs des gesamten Außenrandes der Steuerzone stattfindet und nicht auf begrenzte Stellen beschrankt Ist. Bei den vorangegan- ^5S genen Ausführungsbelsplelen wurde ein minimaler Widerstand für denjenigen Abschnitt der ersten Emitterschicht 512 gefordert, über den der Strom der ersten Hauptelektrode zum Hilfsthyristor fließt. Bei der Ausführungsform nach Flg. 7 Ist durch den seitlichen Ver- ^ω satz der Hilfselektrode 1S4 gegenüber dem inneren Hllfsabschnltt 538ύ der zweiten Emltterschlcht 518 ein ReI-henwldersland vorgesehen. Die Innere Ausglelchszone 5116 der ersten Außenschicht, die die für den Strom verfügbare Breite der ersten Emltterschlcht 512 vermindert, tragt zum Wert des Reihenwiderstands bei. Ein gleichförmiges Durchschalten des Innenrandes des Hauptabschnitts 540 der zweiten Emltterschlcht wird durch die Reihenwiderstandserhöhung des Süßeren Hllfsubschnltts 5386 der zweiten Emltterschlcht 518 sichergestellt, der für den Strom nicht verfügbar Ist, so daß die Breite der zweiten Basisschicht 518, die for den Stromfluß verfügbar ist, beschrankt wird.,

In Fig. 8 und 9 Ist ein Triac mit einem Halbleiterkörper 600 und den zugehörigen Elektroden dargestellt. In Flg.9 ist auch das dem Halbleiterkörper zugeordnete dielektrische Material gezeigt. Der Halbleiterkörper 600 weist eine erste Hauptoberitache 602 und eine zweite Hauptoberflache 604 auf. Der Halbleiterkörper enthalt fünf aufeinanderfolgende Schichten von abwechselndem Leitungstyp, einschließlich einer Außenschicht 606, einer ersten Emitterschicht 608, einer ersten Basisschicht 61G, einer zweiten Basisschicht 612 und einer zweiten Emfcierschlcht 614. Zwischen der Außenschicht 606 und der ersten Emltterschlcht 608 befindet sich ein erster Übergang 616, zwischen der ersten Emitterschicht 608 und der ersten Basisschicht 610 ein zweiter Übergang 618, zwischen der ersten Basisschicht 610 und der zweiten Basisschicht 612 ein dritter Übergang 620 und zwischen der zweiten Basisschichl 612 und der zweiten Emitterschicht 614 ein vierter Übergang 622.

Die Außenschicht 606 Ist In eine Hauptzone 624 mit halbringförmiger Gestalt, eine in seitlichem Abstand dazu angeordnete, ebenfalls halbringförmige erste Hilfszone 626, eine von dieser seitlich versetzt angeordnete und halbkreisförmige Steuerzone 628 und eine zweite Hilfszone 630 unterteilt, die seitlich versetzt von der Steuerzone 628 angeordnet Ist und ebenfalls eine halbringförmige Gestalt ha).

Eine erste Hauptelektrode 632 bedeckt die Hauptzone 624 der ersten Außenschicht und den Teil der ersten Emitterschicht 608, der an die erste Hauptoberflache angrenzt. Die erste Hauptelektrode 632 hat eine ringförmige Gestalt, und der Innenrand liegt in einem Abstand außerhalb des Innenrandes der Hauptzone, um zu verhindern, daß der erste Übergang 616 an seinem Rand kurzgeschlossen wird. Eine zweite Hauptelektrode 634 bedeckt die gesamte zweite Haupluberfliu^ie. Die zweite Emitterschicht 614 hat eine halbkreisförmige Gestalt. Die erste Außenschicht 606 und die zweite Emitterschicht 614 sind seitlich versetzt, wobei die In Flg. 8 gestrichelt eingezeichnete Linie 636 die sich gleichweit erstreckenden Rander dieser Schichten 606, 614 abgrenzt. Die erste Hauptelektrode 632 arbeitet daher mit der ersten Außenschicht 606 längs eines Flachenabschnitts der ersten Hauploberflache zusammen, der denjenigen Flachenabschnitt der zweiten Hauploberfläche 604 überlappt, der der zweiten Hauptelektrode 634 und der zweiten Emltterschlcht 612 zugeordnet Ist.

Zwischen diesen sich überlappenden Flächenabschnitten befindet sich eine erste PNPN-Schlchtenfolge, die einen ersten Hauptthyristor ΜΛ bildet. Der In Flg.9 dargestellte erste Hauptthyristor M-X erstreckt sich seitlich vom Außenrand der ersten Hilfszone 626 bis zum Rand des Halbleiterkörper. Der erste Hauptthyristor hat daher eine halbringförmige Gestalt. In entsprechender Welse befindet sich auf der linken Seite der Begrenzungslinie 636 ein zweiter Hauptthyristor A/-2, da auch auf dieser Seite zwischen den Hauptelektroden eine PNPN-Schlchtenfolge vorhanden Ist. Die Folge der P- und N-Schlchten Ist In den beiden Hauptthyristoren entgegengesetzt. Der In Flg. 9 dargestellte zweite Hauptthyristor M-I erstreckt sich seitwärts vom Innenrand der zweiten Hilfszone 630 bis zum Außenrand des Halbleiterkörper. Der zweite Hauptthyristor hat ebenfalls eine halbringförmige Gestalt.

In der Mitte der Bleien HaupUhyrötoren befindet sich ein Hllfsthyrtstor, In der Mitte Ist eine Steuerelektrode 638 angeordnet, die einen Teil der Steuerzone 628 und eines Hllfsabschnltts 640 bedeckt, der die erste Hllfszone 626 und die Steuerzone 628 trennt. Eine Steueranschlußleitung 104 berührt die Steuerelektrode elektrisch leitend. Bei dem HUfsthyrlstor handelt es sich In Wirklichkeit um zwei HUfsthyrJätorabschnltte A-X und A-T, mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung. Der erste Hllfsthyristorabschnitt A-X bat eine halbkreisförmige Gestalt und ent- hält die Steuerzone 628 und die erste HHfszone 626 sowie die darunterliegenden Abschnitte der ersten Emitterzone 608 und der beiden Basisschichten 610 und 612. In dem von der eisten HHfszone 626 definierten Bereich des ersten Hllfsthyristorabschnltts Hegt eine PNPN-Schichtenfolge vor. Eine erste Hilfselektrode 642 erstreckt sich von der eisten HHfszone 626 zu einem ersten Hilfsabschnitt 644 der ersten Emitterschicht 608, die dem ersten Hauptthyristorabschnitt zugeordnet Ist.

Der Zweite Hilfsthyrfstorabschnlu A-I weist in einem Flächenbereich, der von einem zweiten Hilfsabschnltt 646 begrenzt Ist, der die Steuerzone 628 von der zweiten HHfszone 630 trennt, ebenfalls eine PNPN>Sch!chtenfolge auf. Eine zweite Hilfselektrode 648 erstreckt sich von der zweiten HHfszone 646 zum Außenrand der zweiten Hilfszone 630, das dem zweiten Hauptthyristor M-I zugeordnet Ist.

Um den Halbleiterkörper an seinem Umfang gegenüber Oberflächenströmen zu schützen, ist am Umfangsrand eine Passivierungsschicht 650 aus Glas vorgesehen, die die Spannungssperrenden Übergänge 618 und 620 bedeckt. Ferner ist ein dielektrischer Körper 652 aus dielektrischem Material innerhalb der ersten Hauptelektrode auf der ersten Hauptoberfläche 602 vorgesehen, um an dieser Stelle Oberflächenströme zu vermeiden. Die in Fig. 9 dargestellte Teilanordnung kann In das in Fig. 1 dargestellte Gehäuse oder in irgendein anderes übliches Gehäuse für Trlacs eingesetzt werden.

Zur Erläuterung der Betriebsweise des dargestellten Triac wird angenommen, daß die erste Außenschicht 606 vom N-Leri ungstyp ist. Obwohl dies vorgezogen wird, kann die Schicht auch vom entgegengesetzten Leitungstyp sein. Wenn die erste Hauptelektrode 632 In bezug auf die zweite Hauptelektrode 634 an ein negatives Potential gelegt wird, fließt bei Abwesenheit eines Steuerslgnals kein Strom, da der zweite Übergang 618 In Rückwärtslichtung vorgespannt Ist. Die die positive Abschrägung des sperrenden Übergangs 618 und durch die Passivierungsschicht 650 werden Oberflächenströme am Umfang des Halbleiterkörpers vermieden. so

Wenn die erste Hauptelektrode 632 in bezug auf die zweite Hauptelektrode 634 auf einem negativen Potential liegt, kann der Halbleiterkörper jedoch dadurch In den leitenden Zustand geschaltet werden, daß an die Steueranschlußleitung 104 in bezug auf die erste Hauptelek- trode ein positives Potential gelegt wird. Dadurch wird der Hllfsthyrlstorabschnltt A-X In den leitenden Zustand geschaltet. Dieser Hllfsthyristorabschnltt liefert dann über die erste Hilfselektrode 642 ein positives Steuersignal zum ersten Hilfsabschnltt 644, so daß der erste « Hauptthyristor MA In den leitenden Zustand geschaltet wird. In diesem Falle dient die zweite Hauptelektrode 634 als Anode sowie für den Hllfsthyrlstorabschnltt A-X als auch den Hauptthyristorabschnitt M-X. Die Hilfselektrode 642 dient als Katode für den Hllfsthyrlstorabschnltt es und als Steuerverbindung für den Hauptthyrlstor M-I. Die erste Hauptelektrode 632 dient als Katode für den Hauptthyrlstor M-1. Der i-lllfsthyrlstorabschnltt A-X verstärkt und verteilt des Steuersignal, das Qber die Steuerartschlußleitung zugeführt wird, Wenn nämlich der Hursthyrlstorabschnitt A-X in den leitenden Zustand gelangt, nähert sich das Potential der Hilfselektrode 642 dem positiven Potential der zweiten Hauptelektrode 634 an. Solange die erste Hauptelektrode 632 bezüglich der zweiten Hauptelektrode 634 auf negativem Potential Ist, werden der Hllfsthyristorabachnltt A-I und der Hauptthyristorabschnitt M-I picht aktiv.

Wenn die erste Hauptelektrode 632 bezüglich der zweiten Hauptelektrode 634 positiv ist, bleibt der Halbleiterkörper bei Abwesenheit eines Steuersignals im nichtleitenden Zustand, da der dritte Übergang 620 in Rückwärtsrichtung vorgespannt 1st. Die Glaspasslvjerungsschlcht 650 und die positive Neigung der Randfläche des Halbleiterkörpers an diesem Übergang verhindern, daß ein Oberflächenstrom fließt. Die Mittelschicht 610 weist einen höheren spezifischen Widerstand auf als die übrigen Schichten, wie es im allgemeinen üblich Ist.

Wenn die erste Hauptelektrode in bezug auf den zweiten Hauptkontakt positiv ist, kam- der Halbleiterkörper jedoch in den leitenden Zustand geschaltet werden, Indem an die Steueranschlußleitung 104 bezüglich der Anode oder der ersten Hauptelektrode 632 ein negatives Potential gelegt wird. Dadurch wird dem zweiten Hilfsthyrlstorabschnltt A-I ein negatives Steuersignal zugeführt, das den Hauptthyrlstor M-I zündet. Dieser Vorgang braucht im einzeihen nicht beschrieben zu werden, da er In bereits beschriebener Weise abläuft.

Der besondere Vorteil der In den FSg. 8 und 9 dargestellten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß sie unabhängig davon, welche Richtung der den Hauptelektroden zugeführte Potentialgradient hat, die Verstärkung des Steuersignals in der Welse erlaubt, daß einer der steuerbaren Hauptthyristoren in seinen leitenden Zustand gelangt. Darüber hinaus wird dies mit einem einzigen Steueranschluß erreicht.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können in mannigfacher Welse abgeändert werden. So kann man anstelle des in Fig. 1 gezeigten Gehäuses zahlreiche andere Gehäuse benutzen, die zu einem einziges Stück vorgefertigt oder aus mehreren Teilen, bestehen können. Das Gehäuse braucht nicht hermetisch abgeschlossen zu sein. Wenn das Gehäuse hermetisch abgeschlossen wird, kann der dielektrische Körper. 120 weggelassen werden. Die Betriebswelse des Bauelements wurde anhand einer P-ieltenden ersten Emitterschicht und mit dem unteren Anschlußstück als Katode beschrieben. Die erste Emitterschicht kann aber auch vom N-Leitungstyp sein, und das untere Anschlußstück kann als Anode dienen. Die Bezeichnung unteres und oberes Anschlußstuck wurde lediglich der Einfachheit halber gewählt und soll nicht dazu dienen, die Orientierung des Bauelements festzulegen.

Bei den Ausführungsbeispielen befindet sich der Steueranschluß In der Mitte des Halbleiterkörpers. Er kann aber auch am Rand, Irgendwie seitlich versetzt oder verteilt angeordnet sein. Die Steuereinrichtung kann auch eine andere beliebige geometrische Form haben. Bei einer perlpheren oder verteilten Steuereinrichtung kann man beispielsweise den Steueranschluß bei einer Ausführungsforrn nach FI g. 4, S, 6A und 6B am Umfang außerhalb der ersten Hauptelektrode anbringen. Unter der Steuermetalllslerung der ersten Hauptoberfläche kann man ein oder mehrere Steuersegmente anbringen.

In diesem Fall kann man den Inneren Hilfsabschnltt der zweiten Emitterschicht und die Innere Steuerzone weglassen. Wenn die Steuereinrichtung In der Mitte

angeordnet Ist, kann man entweder den Außenabschnitt der Hllfszone oder den äußeren Hllfsabschnltt der zweiten Emitterschicht weglassen, ohne daß dabei die Fähigkeit verloren geht, das Bauelement mit nicht torgesteuerten Strömen zu zünden. Die Stegabschnitte der Hllfszone kann man beibehalten, selbst wenn die Süßeren oder Inneren Abschnitte des Hllfsabschnltis weggelassen werden, da die Stegabschnitte der Hllfsabschnltte wahrend des Zündens des Bauelements aktiv sind. Die Anzahl der radial verlaufenden Stegabschnitte, die der ersten und zweiten Hauptoberflache zugeordnet sind, Ist nicht kritisch. Die gezeigten vier Abschnitte sollen lediglich zur Erläuterung dienen. Die In den Stutzplatten vorgesehenen Nuten oder Rillen, die einen Kontakt mit den radial verlaufenden Stegabschnitten der leitenden Schichten verhindern sollen, sind nicht unbedingt notwendig. Die Stegabschnitte kann man nBmllch auch mit einer dünnen Isolierschicht bedecken oder im Vergleich zur Dicke der Hauptelektroden derart dünn ausbilden, daß die Stützplatten diese Schichten nicht herOhren. Andererseits kann man die leitenden radialen Stegabschnitte auf Flachenabschnitten des Halbleiterkörper anbringen, die In bezug auf die Hauptoberfläche weggeätzt sind, so daß zwischen den leitenden Schichten und den Stutzplatten ein Abstand entsteht. Die radial verlaufenden Stegabschnitte der Hllfsabschnltte und die Hllfszonen kann man völlig weglassen, wenn die radialen Abschnitte der leitenden Schichten weggelassen werden. In diesem Fall kann man die leitenden Kurzschlußverbindungen zwischen dem Inneren und äußeren Ringabschnitt der leitenden Schichten durch getrennte, geeignet isolierte Kurzschlußdrähte oder andere einzelne Leiter vornehmen. Man kann auch die radial verlaufenden Abschnitte der leitenden Schichten von den Hauptoberflachen des Halbleiterkörper elektrisch isolieren, obwohl sie von diesem getragen werden. In diesem Fall kann man auch die radialen Abschnitte der Steuerzone und der Hllfszone weglassen. Dies hat den Vorteil, daß man den Hauptthyristor einstückig ausbilden kann und Ihn nicht In einzelne Quadranten zu unterteilen braucht. Der Widerstandswert zwischen dem Außenrand der

ίο Hllfszone und dem Innenrand der ersten Hauptelektrode kann durch Ätzen des Halbleiterkörpers an der ersten Hauptoherflüche erhöht werden. In ähnlicher Welse kann der Widerstandswert zwischen dem Außenrand der Hilfselektrode und dem Innenrand des Hauptabschnitts der zweiten Emitterschicht durch Ätzen des Halbleiterkörper an der zweiten Hauptoberfläche erhöht werden. Die Einbeziehung von diffundierten Segmenten, wie es In Flg. 5 gezeigt Ist, wird jedoch vorgezogen, da man die Dlffuslonstlefe mit einer höheren Genauigkeit als die Ä'.ztlefe bestimmen ksr.r.. Zusätzlich zu der Kurzscbauverbindung zwischen der zweiten Basisschicht und der zweiten Hauptelektrode, wie es gezeigt ist, kann die erste Basisschicht mit der ersten Hauptelektrode In einer ähnlichen Welse kurzgeschlossen werden. Obwohl dies zu einem stabileren Betrieb führt, Ist ein Kurzschließen der einen oder von beiden Basisschichten In bezug uuf die Hauptelektroden nicht unbedingt erforderlich. Die verschiedenen baulichen Abänderungen an der Ausführungsfc.ii nach Flg. I, die anhand die Flg. 3. 4, 5, 6A.

μ 6B und 7 beschrieben sind, können auch auf die Ausführungsform der Flg. 8 und 9 angewendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

gegenüberliegenden Teilen der beiden Hauptoberfla-

^etentansprflche; chen (302,3(M) zugeordnet sind (Fi g, 3),

6. Thyristor nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

1. Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der zwl- zeichnet, daß der Hllfsabschnltt (538) der zweiten

sehen zwei Hauptoberflächen (202, 204) vier auf- s Emitterschicht (518) einen mit der Hilfselektrode

einanderfolgende Schichten abwechselnd entgegen- (i56) versehenen Teilabschnitt (538s) und einen dazu

gesetzten Leitungstyps In Form einer einen Haupt- seitwärts versetzten und zwischen diesem und dem

abschnitt (228) enthaltenden ersten Emitterschicht Hauptabschnitt (540) angeordneten Ausgleüchsab-

(212), einer ersten und zweiten Basisschicht (214, schnitt (5386) aufweist, durch den die Stärke der zwei-

216) und einer zweiten Emitterschicht (218) auf- to ten Basisschicht (516) vermindert und deren Querwl-

welst, wobei in den den Hauptabschnitt nicht ent- derstand erhöht Ist (Flg.7),

haltenden Bereich der ersten Emitterschicht (212) 7. Thyristor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch mit freiliegender Oberfläche eine Steuerzone gekennzeichnet, daß In die erste Emitterschicht (412) (209) vom Leitungstyp der ersten Basiszone (214) rnlt seiülchem Abstand von der Hilfszone (411a) eingelassen Ist, und der Hauptabschnitt (228) 15 we-.ilgstens eine weitere Hilfszone (4116) vom Leider ersten Emitterschicht (212) und die zweite Emit- tungstyp der ersten Basiszone (414) eingelassen Ist, terschlcht (218) mit ohmschen Hauptelektroden daß der Hauptabschnitt (412a) der ersten Emitter-(108, 110) und die Steuerzone (209) mit einer ohm- schicht (412) zwischen diesen beiden Hilfszonen sehen Steuerelektrode (102) versehen sind, da- (411a, 6) angeordnet und durch die weitere Hilfszone durch gekennzeichnet, daß in die erste Emitter- 20 (4H₀) von einem weiteren Hllfsabschnltt (412c) der schicht (212) zwischen deren Hauptabschnitt (228) ersten Emitterschicht (412) getrennt ist, daß die pn- und die Steuerzone (209) mit seitlichem Abstand von übergänge zwischen beiden Hilfszonen (411a, 6) und der Steuerzone (209) und mit freiliegender Oberfläche beiden Hllfsabschnltten (4126, c) durch Hllfselektroeine Hilfszone (211) vom Leitungstyp der Steuerzone den (106a, 1066) kurzgeschlossen sind und daß die (209) eingelassen Ist, daß der μπ-Übergang (220) zwl- 25 zweite Emitterschicht (418) aus wenigstens einem sehen der Hilfszone (211) und einem zwischen der Hauptabschnitt (440) und wenigstens einem Hilfsab-Hilfszone und Steuerzone (209) gelegenen Hllfsab- schnitt (438a, 6) bestehr, wobei wenigstens die Hilfsschnltt (230) der ersten Emitterschicht (212) durch abschnitte (4126, c bzw. 438a. 6) der beiden Emiiterelne Hilfselektrode (106) kurzgeschlossen Ist, und daß schichten (412, 418) und die Hilfselektroden (106a, 6, zwischen der Hilfszone (211) bzw. der Steuerzone 30 isoa, 6) einerseits sowie die beiden Hauptelektroden (209) und der «Tiien Basisschicht (214) jeweils ein (io8a, 1106) und die Hauptabschnitte (412a, 440) der Abschnitt (232 bzw. 233) der ersten Emitterschicht beiden Emitterschichten (412, 418) jeweils einander (212) angeordnet Ist. gegenüberliegenden Abschnitten der beiden Haupt-

2_T Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- oberflächen (402, 404) zugeordnet sind (Flg. 4).

zeichnet, daß die Hilfselektrode (lOo) nur durch den 35 8. Thyristor nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

Halblelterkörper mit den Hauptelektroden (108, 110) zeichnet, daß die pn-Übergänge zwischen den Hllfsab-

verbunden und zur Vermeidung einer direkten leiten- schnitten (438a, 6) der zweiten Emitterschicht (418)

den Verbindung mit diesen durch einen Isolierkörper und der zweiten Basisschicht (416) auf der dem

(138) abgedeckt Ist (Flg. 2). Hauptabschnitt (440) zugewandten Seltv jeweils durch

3: Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 40 eine Hilfselektrode (150a, 6) kurzgeschlossen sind

gekennzeichnet, daß die Steuerzone (209) zentral (Flg.4).

angeordnet Ist und die Hilfszone (211) die Steuerzone 9. Thyristor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch

(209) mit Abstand ringförmig umgibt (Flg. 2). gekennzeichnet, daß die Hilfszonen (411a. 6) Integral

4. Thyristor nach wenigstens einem der Ansprüche miteinander verbunden sind (Fig. 5, 6A).

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß In die erste *s 10. Thyristor nach Anspruch 10, dadurch gekenn-

Emltterschicht (512) mit seitlichem Abstand ein von zeichnet, daß die Hilfselektroden (106a, 6) Im Bereich

deren Hauptabschnitt durch die Hilfszone (Silo) derjenigen Abschnitte des Halbleiterkörpers (400)

getrenntes Hllfssegment (5116) mit freiliegender Ober- angeordnet sind, die die Hilfszonen (41 la. 6) miteln-

fläche eingelassen Ist, das die Breite der ersten Emit- ander verbinden (Fl g. 6A).

terschlcht (512) verringert und deren Querwiderstand 50 |] Thyristor nach einem der Ansprtlche 7 bis 10,

erhöht (F I g. 7). dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfszonen (41 la. 6)

5. Thyristor nach wenigstens einem der Ansprüche an weltlich beabstandeten Rändern des Haupiab-1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Emit- schnitte (412o) angeordnet und durch Stegabschnitte terschlcht (318) einen In seitlicher Richtung nahe bei (41Ic) miteinander verbunden sind (Flg. 6A).

der Hilfszone (311) angeordneten Hauptabschnitt⁵⁵ 12. Thyristor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, (340) und einen von diesem durch einen Zwlschenab- dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Emitterschnitt (336) der zweiten Basisschicht (316) getrenn- schicht (418) mehrere, Integral miteinander verbunten Hllfsabschnltt (338) aufweist, wobei der pn-Über- dene Hllfsabschnltte (438a, b) aufweist (Flg. 6B). gang zwischen dem Hllfsabschnltt (338) und dem 13. Halbleiterbauelement mit einem Thyristor nach ZwlsehenabsehnlU (336) auf der dem Hauptabschnitt *° wenigstens einem der Ansprüche I₁ 2 und 4 bis 12 (340) zugewandten Seite durch eine Hilfselektrode und ausgebildet als ein In zwei Richtungen schaltbares (150) kurzgeschlossen und die eine Hauptelektrode Schaltelement (triac), dadurch gekennzeichnet, daß In (HOa) dem Hauptabschnitt (340) der zweiten Emitter- je einem Teil eines Halbleiterkörper (600) je ein schicht (318) zugeordnet Ist, und daß die beiden Hauptthyristor (Λί-3, M-I) mit entgegengesetzter Hauptelektroden (108, 110a) und die Hauptabschnitte ⁶⁵ Schichtenfolge und zwischen beiden Hauptthyristoren (328, 338) der beiden Emitterschichten (312, 318) zwei Hllfsthyrlstoren M-I, A-I) mit entsprechender einerseits sowie die beiden Hilfselektroden (106, 150) Schlchtenfolge angeordnet slr.d. Indem der eine und die Hllfsabschnltte (330, 338) andererseits jeweils Hauptthyristor (Λ-/-2) durch den Hauptabschnitt der

21 15 933

ersten Emltterschlchi (608), die zwei zugehörigen Teile der beiden Basisschichten ((1O₁ (12) und die zweite Emitterschicht (614), der zweite Hauptthyristor (Λ/-1) dagegen durch einen an die Oberfläche tretenden und auch mit der Hauptelektrode (634)^der zweiten Emitterschicht (614) bedeckten Teil der zweiten Basisschicht (612), zugeordnete Teile der ersten Basisschicht (610) und der ersten Emitterschicht (608) und eine auf der von deren Hauptabschnitt abgewandten Seite der Steuerzone (628) in die erste Emitterschicht (608) eingelassene und an Ihrer freiliegenden Oberfläche auch mit deren Hauptelektrode (632) belegte weitere Schicht (606) vom Leitungstyp der ersten Basisschicht (610) gebildet ist und Indem der eine Hllfsthyristor (A-I) durch den Hilfsabschnltt (646), die zugeordneten Teile dsr beiden Bastsschichten (610, 612) und die zweite Emitterschicht (614), der zweite Hlifsthyristor (A-I) dagegen durch eine zwischen der Steuerzone (628) und der weiteren Schicht (606) in die erste Emitterschicht (608) eingelassene weitere Hllfszcne (626) mit freiliegender Oberfläche und die zugeordneten Teile der ersten Emitterschicht 1608) und der beiden Basiszonen (610, 612) gebildet ist, wobei der pn-übergang zwischen der Steuerzone (628) und einem zwischen dieser und der weiteren Hilfszone (626) liegenden zweiten Hilfsabschnltt (640) der ersten Emitterschicht (608) durch die Steuerelektrode (638) und der pn-übergang zwischen der weiteren Hilfszone (626) und einem zwischen dieser und der weiteren Schicht (606) liegenden dritten Hilfsabschnltt (644) der ersten Emitterschicht (608) durch eine weitere Hilfselektrode (642) kurzgeschlossen sind (Fig. 9).

14. Thyristor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfszone (211) ringförmig vom Hauptabschnitt (228) der ersten Emitterschicht (212) umgeben und zwischen beiden ein ausreichend großer Abstand zur Bildung eines das gleichmäßige Durchschalten des Hauptabschnitts (228) auf seinem gesamten Umfang sicherstellenden Querwiderstands vorgesehen I'·'..

Die Erfindung betrifft einen Thyristor der im Oberbegriff des Patentanspruchs I definiert η Gattung.

Thyristoren dieser Art werden als Thyristoren mit Indirekter Steuerelektrode (remote gate) bezeichnet (Heumann/Stumpe »Thyristoren«, 2. Aufl. 1970, Stuttgart, Selten 34, 35). Beim Durchschalten derartiger Thyristoren In den leitenden Zustand darf ein zulässiger Höchstwert des Stromansllegs di/dt nicht aberschritten werden. Dadurch sind die Schalteigenschaften unbefriedigend und Insbesondere die erzielbaren Schaltgeschwindigkeiten gering.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die Schallgeschwindigkeit des Thyristors der Im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß In einem Halbleiterkörper zwischen einem Haupttranslstorabschnltt, der den Hauptstrom führt, und einem dta Steuerzone und die Steuerelektiode umfassenden Steuerabschnitt ein Hllfsthjr.storabschnltt gebildet ist, der beim Zündvorgang das Steuersignal transistorartig ver

ι υ

stärkt, eine zusätzliche Elektronenlnjektlon In den jsnerrenden pn-übergang hervorruft und dsher sowpRI die Anwendung schwächerer Steuersignale als such Höhere dl/dt-Werte ermöglicht.

Es sind zwar bereits Halbleiterbauelemente mjt pn-Übergänge kurzschließenden Haupt- oder Hljfsejpktroden bekannt (US-PS 34 76 989 und GB-PS 12 20 894V Dort wird jedoch einerseits kein Hinweis aufweinen Thyristor mit indirekter Steuerelektrode gegeben⁷ und Ist andererseits zusätzlich zu der üblichen katodenseltigen Emitterschicht noch eine zusätzliche katodenseitige Emitterschicht vorgesehen, .

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen mit eineiiSteuerzone gesteuerten Thyristor, :'

Fig.2 einen Teilschnitt durch, den in Fig. 1 dargestellten Thyristor, ■ ;

Fig. 3 einen Tellschnitt durch eine andere Ausfüfirungsform der Erfindung, wobei ''.digllch die abgeänderten Teile dargestellt sind, ' ν

Fig. 4 und 5 im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, _?

Fl g. 6A und 6B Ansichten des zu dem Ausführungsbelsplel nach Fig.4 und 5 gehörigen Halbleiterkörper, der Kontakte und der leitenden Schichten, wobei Flg. 6A die Ansicht der ersten Hauptoberfläche und Flg. 6B die Ansicht der zweiten Hauptoberfläche zeigen,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine weitere Ausfühxungsform der Erfindung, ■

Fig. 8 eine Ansicht des Halbleiterkörpers, der Kontakte und der leitenden Schichten eines Triac,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch den Halbleiterkörper, die Kontakte, die leitenden Schichten und einen zusätzlichen dielektrischen Körper des Triac gemäß Fl g. g.

Die in den Flg. 1 bis 7 dargestellten Halbleiterkörper, Kontakte und Leitungsschichten sind symmetrisch zu einer Mittelachse angeordnet. Der besseren Übersicht halber wurde teilweise auf Querschnlttsschrafflerungen verzichtet. Die Stärke oder Dicke der Halbleiterkörper ist K den Zeichnungen übertrieben groß dargestellt, so daß die einzelnen Zonen und Schichten besser zu sehen sind.

In der Flg. 1 Ist ein steuerbarer Gleichrichte)· oder Thyristor 100 mit einem Halbleiterkörper 200 dargestellt. Gemäß Fig.2 hat der monokristalline Halbleiterkörper 200 zwei einander gegenüberliegende Hauptoberflächen 202 und 204, die durch ringförmige, schräg verlaufende Umfangsflächen 206 und 208 miteinander verbunden sind. Der Halbleiterkörper 200 besteht aus einem einzigen Halbleiterkristall, vorzugsweise aus einem Slliclumkrlstall, der in fünf aufeinanderfolgende Schichten 210, 212, 214, 216 und 218 aufgeteilt Ist. Die jeweils anelnanderrrenzenden Schichten sind vom entgegengesetzten Leitungstyp, d. h. zwischen den Zonen eines ersten Leitungstyps befinden sich Zonen vom entgegengesetzten Leitungstyp, so daß mehrere pn-Übergilnge 220, 222, 224 und 226 zwischen den angrenzenden Schichten Vorhanden sind. Die erste Außenschicht 210 grenzt an dje erste Hauptoberfläche 202 an und bildet mit der angrenzenden ersten Emitterschicht 212 den übergang 220, Die erste Außenschicht 210 Ist außerdem in eine Steuerzcrne 209 und eine In einem gleichförmigen Abstahd dazu angeordnete, ringförmige Hilfszone 211 unterteilt. Die erste Basisschicht 214 bildet mit der ersten Emltterschieht 212 den ersten Emitterübergang 222 und mit der zweiten Basisschicht 216 den ersten Emitterübergang 222 und mit der zweiten Basisschicht 216 den zweiten Bdisübergang 224. Die zweite Basisschicht bildet mit der zweiten