DE2462500C3

DE2462500C3 - Thyristor

Info

Publication number: DE2462500C3
Application number: DE2462500A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. 6055 Hausen 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: 1981-09-24
Also published as: DE2462500B2; DE2462500A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode.

Ein Thyristor mit vier Zonen abwechselnd entgegen gesetzten Leitungstyps 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 kl der Regel durch sogenanntes Abkommutieren, wobei die Ladungsträger durch einen in entgegengesetzter Richtung fließenden Laststrom aus den mit Ladungsträgern überschwemmten Gebieten des Halbleiterkörpers ■bgesaugt werden. Dabei wird der PN-Übergang «wischen der Steuerbasiszone und der benachbarten Emitterzone in Sperrichtung belastet und kann kurzzeitig in den Durchbruch geraten, wodurch der Abschaltvorgang behindert wird. Das Ausschaltverhalten kann durch Emitterkürzschlüsse verbessert Werden, wobei dann die Ladungsträger vorwiegend Über diese Bereiche abgesaugt werden; vgl. US-PS 33 37 783. In diesem Fall wird der Abschaltvorgang dann besonders effektiv sein, Wenn der zwischen der äußeren Erriitterzo' ne und der Steuerbasiszone gebildete PN-Übergang nicht durchbricht.

Andererseits soll ein zu starker lateraler Strom in der Steuerbasis vermieden werden, da dieser Strom zu einem lateralen Spannungsabfall führt, der die Gefahr eines Durchbruchs der in Frage stehenden Sperrschicht erhöht. Zur Vermeidung des lateralen Spannungsabfalls werden die Emitterkurzschlußstellen dichter gewählt, was wiederum aus anderen Gründen ungünstig ist, wie z. B. eine Behinderung der Zündausbreitung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

ίο einen Thyristor verfügbar zu machen, der ein 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 schwach dotiert ist und den gleichen Leitungstyp wie die Steuerbasiszone aufweist, und daß Stellen vorgesehen sind, an denen die Zwischenzone und die Emitterzone kurzgeschlossen sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß im Bereich der Kurzschlüsse die Trägeriebensdauer in den beiden Basiszonen durch zusätzliche Rekombinationszentren vermindert wird.
Die Erhöhung der Sperrspannung zwischen der Emitterzone und der Steuerbasiszone erklärt sich in bekannter Weise durch die günstigeren Sperreigenschaften einer P-S-N-Struktur gegenüber einem PN-Übergang mit relativ hoher Dotierung. Die Dicke und Dotierung der schwach dotierten Zwischenzone wird zweckmäßig so gewählt, daß sich für die aus Emitter, Zwischenzone und Steuerbasis gebildete P-S-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 Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, indem die schwache Dotierung der Zwischenzone und deren Breite so gewählt werden, daß der Stromverstärkungsfaktor des Teiltransistors, der aus der Steuerbasiszone und den beiden benachbarten Zonen entgegengesetzten Leitungsi/ps gebildet wird, erst bei höheren Strömen ansteigt als bei der konventionellen Bauweise.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Figur näher erläutert werden.

Ί5 Der Thyristor 1 besteht aus den beiden Emitterzonen 2,3 und den beiden Basiszonen 4,5. Die Emitterzonen 2 und 3 sind jeweils mit metallischen Kontakten 7 bzw. 8 versehen. Zwischen der Emitterzone 3 und der Basiszone 5 befindet sich eine Zwischenzone 9, die schwach dotiert ist und den gleichen Leitungstyp wie die Steuerbasiszone aufweist. Die Zwischenzone 9 ist mit dem Steuerkontakt 6 versehen. Infolge der schwachen Dotierung bilden die Zonen 3, 5 und 9 eine P-S-N-Struktir mit relativ hoher Durchbruchsspannung.

Infolge der hohen Durchbruchsspannung des zwischen der Emitterzone und der Basiszone bestehenden PN-Übergangs wird vermieden, daß aufgrund des beim Ausschalten durch Kommutierung auftretenden lateralen Spannungsabfalls diese Sperrschicht an irgendeiner Stelle in den Durchbruch geht. Die Kurzschlüsse befinden sigh zwischen der Emitterzone 3 und der Zwischenzone 9 an den Stellen mit dem Bezugszeichen m Wie: bereits erwähnt, können vorteilhaft Bereiche Il Unterhalb der Kurzschiußstellen 10 Vorgesehen werden, in denen die beiden Basiszonen 4 und 5 eine erhöhte Rekombinationszentrendichte aufweisen*

Da bei Belastung in Durchlaßrichtung die nur schwäch dotierte Zone 9 Von Ladungsträgern über-

schwemmt 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 Figur auch keine Beeinträchtigung des Durchlaßverhaltens in Kauf genommen werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Thyristors gemäß der Figur besteht darin, daß die Steuerbasiszone durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung zur gewünschten Dimensionierung des Einschaltstromes eingestellt

wird. Auf die Steuerbasiszone wird anschließend die hochohmige Zwischenzone epitaktisch abgeschieden und in diese Zwischenschicht die eigentliche Emitterzone durch Diffusion oder Legierung eingebracht Die epitaktisch abgeschiedene Schicht enthält bei dem fertigen Thyristor die Zonen 3 und 9, indem in diese Schicht selektiv die Zone 3 eingebracht wird, wobei automatisch die Zwischenzone 9 entsteht Die Herstellung des Thyristors bezüglich der anderen Parameter erfolgt in bekannter Weise.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerbasiszone (5) und der benachbarten äußeren Emitterzone (3) eine Zwischenzone (9) vorgesehen ist, die schwach dotiert ist und den gleichen Leitungstyp wie die Steuerbasiszone (5) aufweist, und daß Stellen (10) vorgesehen sind, an denen die Zwischenzone (9) und die Emitterzone (3) kurzgeschlossen sind.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußstellen (10) planar ausgebildet sind.

3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (11) unterhalb der Kurzschlußstellen (10) die Konzentration der Rekombinationszentren in den Basiszonen (4,5) erhöht ist.

4. Thyrisinr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und Dotierung der Zwischenzone (9) so gewählt ist, daß die Durchbruchsspannung der aus Emitterzone (3), Zwischenzone (9) und Steuerbasiszone (5) gebildeten P-S-N-Struktur oberhalb 20 V liegt.

5. Verfahren zum Herstellen vines 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 urr¹ anschließend die Emitterzone (3) durch Diffusion oder Legierung gebildet wird.