DE2461207A1

DE2461207A1 - Thyristor

Info

Publication number: DE2461207A1
Application number: DE19742461207
Authority: DE
Inventors: Willi Prof Dr Gerlach; Dieter Dr Silber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2461207C3; DE2461207B2

Description

"Xhyristor" Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Beitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode.
Ein Thyristor mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Beitungstyps weist zwei äußere, metallisch kontaktierte Zonen auf, die als Emitterzonen des Thyristors bezeichnet werden. Die beiden mittleren Zonen werden als Basiszonen bezeichnet, wobei eine dieser beiden Zonen mit einem Steuerkontakt versehen ist und daher die sogenannte Steuerbasiszone darstellt.
Ein Thyristor wird üblicherweise durch einen-über den Steuerkontakt zugeführten Zündstromimpuls in den leitenden Zustand übergeführt. Das Ausschalten erfolgt in der Regel durch sogenanntes Abkommutieren, wobei die Ladungsträger durch einen in entgegengesetzter Richtung fließenden #Laststrom aus den mit Ladungsträgern überschwemmten Gebieten des Halbleiterkörpers abgesaugt werden. Dabei wird der PN-Ubergang zwischen der Steuerbasiszone und der benachbarten Emitterzone in Sperrichtung belastet und kann kurzzeitig in den Durchbruch geraten, wodurch der Abschaltvorgang behindert wird. Das Ausschaltverh'alt'en kann dürc'-h Emitterkurzschlüsse verbessert werden, wobei'da'an die Ladungsträger vorwiegend über diese Bereiche abgesaugt-werden. In diesem Fall wird der Abschaltvorgang dann''besonders effektiv sein, wenn der zwischen der äußeren Emitterzone und der Steuer"basi'szone" gebildete PN-t#ergang nicht durchbricht Andererseits soll ein zu starker lateraler'Strom -in der Steuerbasis vermieden werden, da dieser Strom zu einem lateralen Spannungsabfall fuhrt,-der die Gefahr eines Durchbruchs der in Frage stehenden Sperrschicht erhöt. Zur Vermeidung des lateralen ~S#annungsabfalls werden die Emitterkurzschlußstellen dichter gewählt, was -wiederum'aus anderen 4 Gründen ungünstig ist, wie z.B. eine Behinderung der Zündausbreitung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor verfügbar zu machen, der eih einwandfreies und sicheres Abschalten ermöglicht, ohne daß'andere Eigenschaften verschlechtert werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Steuerbasiszone und der benachbarten äußeren Emitterzone eine Zwischenzone vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen schwach dotiert oder eigenleitend ist, und daß Stellen vorgesehen sind, an denen die Steuerbasiszone und die Emitterzone kurzgeschlossen sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß im Bereich der Emitterkurzschlüsse die Trägerlebensdauer in den beiden Basiszonen durch zusätzliche Rekombinationszentren vermindert wird.
Die Erhöhung der Sperrspannung zwischen der Emitterzone und der Steuerbasiszone erklärt sich in b'ekannter Weise durch die günstigeren Sperreigenschaften einer P-S-N-Struktur bzw. P-I-N-Struktur gegenüber einem,PN-Übergang mit relativ hoher Dotierung. Die Dicke und Dotierung der schwach dotierten oder eigenleitenden Zwischenzone wird zweckmäßig so ~gewählt, daß sich für die aus Emitter, Zwischenzone und Steuerbasis gebildete P-S-N- bzw. P-I-N-Struktur eine Sperrspannung oberhalb 20 V einstellt. Gleichzeitig ergibt sich auch eine Verbesserung der Störsicherheit,d.h. eine Sicherheit gegen das Zünden des Thyristors über die Span nungsanstiegsgeschwindigkeit, indem die schwache Dotierung der Zwischenzone und deren Breite so gewählt werden, daß der Stromverstärkungsfaktor des eiltransistors, der aus der Steuerbasiszone und den beiden benachbarten Zonen entgegengesetzten Beitungstyps gebildet wird, erst bei höheren Strömen ansteigt als bei der konventionellen Bauweise.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Steuerelektrode direkt auf der Steuerbasiszone, so daß nur ein sehr kleiner Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluß und der Steuerbasiszone liegt.
Das Wesen der Erfindung soll anhand der beiden Figuren näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt einen Thyristor gemäß der Erfindung mit einer Mesastruktur; Fig. 2' ist ein Ausführungsbeispiel in planarer Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Thyristor 1 gemäß Fig.1 besteht aus den beiden Emitterzonen 2, 3 und den beiden Basiszonen 4, 5, wobei die Zone 5 als Steuerbasiszone mit dem Steuerkontakt 6 versehen ist.
Die Emitterzonen 2 und 3 sind jeweils mit metallischen Kontakten 7 bzw. 8 versehen. Zwischen der Emitterzone 3 und der Basiszone 5 befindet sich gemäß der Erfindung eine Zwischenzone 9, die eigenleitend oder schwach dotiert ist.
Im letzteren Fall kann die Zwischenzone vom Leitungstyp der Basiszone oder vom Leitungstyp der Emitterzone sein.
Infolge der schwachen Dotierung bilden die Zonen 3, 5 und 9 eine P-S-N- bzw. eine P-I-N-Struktur mit relativ hoher Durchbruchsspannung. Infolge der hohen Durchbruchsspannung des zwischen der Emitterzone und der Basiszone bestehenden PN-Ubergangs wird vermieden, daß aufgrund des beim Aus-, schalten durch Kommutierung auftretenden lateralen Spannungsabfalls diese Sperrschicht an irgend einer Stelle in den Durchbruch geht. Die Kurzschlüsse befinden sich zwischen der Emitterzone 3 und der Steuerbasiszone 5 an den Stellen mit dem Bezugszeichen 10. Wie bereits erwähnt, können vorteilhaft Bereiche 11 unterhalb der Kurzschlußstellen 10 vorgesehen werden, in denen die beiden Basiszonen 4 und 5 eine erhöhte Rekombinationszentrendichte aufweisen.
Eine technologisch besonders vorteilhafte und einfache Struktur ist in Fig.2 dargestellt. Hierbei muß die Zwischenzone 9 jedoch den gleichen Leitungstyp - allerdings mit entsprechend niedrigerer Konzentration - wie die benachbarte Steuerbasiszone 5 aufweisen, damit kein PN-Ubergang zwischen diesen beiden Zonen entsteht.
Da bei Belastung in Durchlaßrichtung die nur schwach dotierte Zone 9 von Ladungsträgern überschwemmt wird und da die Ladungsträgerlebensdauer in schwach dotierten Zonen bei hoher Injektion relativ groß ist gegenüber der Trägerlebensdauer in den höher dotierten Bereichen, muß bei dem Thyristor gemäß der Erfindung auch keine Beeinträchtigung des -Durchlaßverhaltens in Kauf genommen werden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Xhyrisbors gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Steuerbasiszone durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung zur gewiiiischten Dimensionierung des Einschaltstromes eingestellt wird. Auf die Steuerbasiszone wird anschließend die hochohmige Zwischenzone epitaktisch abgeschieden und in diese Zwischenschicht die eigentliche Emitterzone durch Diffusion oder Legierung eingebracht. Zum Anschluß der Steuerbasiszone und zur Herstellung der Emitterkurzschlüsse mittels eines Steuerkontaktes wird an der dafür vorgesehenen Stelle eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung durchgeführt.
Die Herstellung des Thyristors bezüglich der anderen Parameter erfolgt in bekannter Weise.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird die Halbleiterschicht, die bei dem fertigen Thyristor die Zonen 3 und 9 enthält, ebenfalls epitaktisch abgeschieden. In diese Schicht wird selektiv die Zone 3 eindiffundiert, wobei automatisch die Zwischenzone 9 entsteht.

Claims

Pat entansprüche

9 ~hyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerbasiszone (5) und der benachbarten äußeren Emitterzone (3) eine Zwischenzone (9) vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen (3, 5) schwach dotiert oder eigenleitend ist, und daß Stellen (10) vorgesehen sind, an denen die Steuerbasis (5) und die Emitterzone (3) kurzgeschlossen sind.
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (11) unterhalb der Kurzschlußstellen (10) die Konzentration der Rekombinationszentren in den Basiszonen (4, 5) erhöht ist.
3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung der aus Emitterzone (3), Zwischenzone (9) und Steuerbasiszone (5) gebildeten P-S-N-bzw. P-I-N-Struktur oberhalb 20 V liegt.
4. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (6) die Steuerbasiszone (9) direkt kontaktiert.
5. Verfahren zum Herstellen eines Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbasiszone (5) durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung eingestellt wird, daß auf der Steuerbasiszone (5) die Zwischenzone (9) epitaktisch abgeschieden und anschließend die Emitterzone (3) durch Diffusion oder Legierung gebildet wird#
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (5, 9, 3) auf bzw. in einem Halbleitersubstrat ganzflächig ausgebildet werden und die Kontaktierung der Steuerbasiszone und die Bildung der Emitter-'kurzschlüsse durch eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung erfolgen.

L e e r s e i t e