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DE2947669C2 - Optisch zündbarer planarer PNPN-Halbleiterschalter - Google Patents

Optisch zündbarer planarer PNPN-Halbleiterschalter

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Publication number
DE2947669C2
DE2947669C2 DE2947669A DE2947669A DE2947669C2 DE 2947669 C2 DE2947669 C2 DE 2947669C2 DE 2947669 A DE2947669 A DE 2947669A DE 2947669 A DE2947669 A DE 2947669A DE 2947669 C2 DE2947669 C2 DE 2947669C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
semiconductor switch
conductive
base
anode
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
Application number
DE2947669A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2947669A1 (de
Inventor
Kazuo Hagimura
Kotaro Chofu Kato
Haruo Mori
Jun Ueda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph And Telephone Corp Oki Electric
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication of DE2947669A1 publication Critical patent/DE2947669A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2947669C2 publication Critical patent/DE2947669C2/de
Expired legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Thyristors (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optisch zündbaren planaren PNPN-Halbleiterschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
  • Aus der DE-OS 26 25 917 ist bereits ein derartiger optisch zündbarer planarer als Thyristor arbeitender PNPN-Halbleiterschalter mit einem integrierten MOSFET bekannt, welcher einen Steueranschluß aufweist, dem entweder ein äußeres Sperrsignal zugeführt wird oder der über einen Widerstand an die Anodenzone des Halbleiterschalters gelegt ist. Es wird dieser Halbleiterschalter durch das äußere Signal so gesteuert, daß sein Zündzustand unabhängig davon verhindert oder beendet wird, ob gleichzeitig ein elektrisches oder optisches Zündsignal vorhanden ist.
  • Ein derartiger Halbleiterschalter besitzt bei speziellen Anwendungen z. B. in elektronischen Schalttafeln, verschiedene Nachteile, die sich entweder in einer mangelnden Empfindlichkeit oder in einem ungünstigen dV/dt-Verhalten äußern, d. h. in Fehlfunktionen bzw. unerwünschten Fehlschaltungen des Halbleiterschalters, die durch Einschaltströme bzw. -vorgänge erzeugt werden können, wenn den Anoden- und Katodenzonen des Halbleiterschalters Spannungen aufgeprägt werden, die sich schnell ändern. Die Unterdrückung der Zündung mit Hilfe eines äußeren Signals kann zwar auch dazu dienen, eine hohe dV/dt -Beständigkeit zu schaffen, es muß jedoch berücksichtigt werden, daß die Steuerungsempfindlichkeit und die dV/dt-Beständigkeit im allgemeinen zwei inkompatible Größen sind, die nicht gleichzeitig erfüllt werden können, d. h. eine hohe dV/dt-Beständigkeit ist keineswegs gleichbedeutend mit einer hohen Steuerungsempfindlichkeit.
  • Beim bekannten Halbleiterschalter beispielsweise ist der Zustand, während welchem der Thyristor nicht zünden kann, sowohl von der Dauer als auch von der Größe des am Steueranschluß liegenden Signals abhängig. Wenn daher beispielsweise das anliegende Signal eine große Amplitude besitzt, um ein ungewolltes Zünden hoher zeitlicher Spannungsänderungen (dV/dt) mit Sicherheit auszuschließen, bedeutet dies gleichzeitig, daß zum gewollten Zünden mittels eines dem Zündanschluß zugeführten elektrischen Steuersignals oder mittels eines optischen Steuersignals eine vergleichsweise große Amplitude des Steuersignals benötigt wird, weil das Steuersignal größer als das Sperrsignal am Steueranschluß sein muß. Eine gute dV/dt-Beständigkeit bedeutet daher eine verminderte Steuerungsempfindlichkeit.
  • Wegen der ohmschen Ankopplung des Steueranschlusses an die Anode ist außerdem das Sperrsignal vergleichsweise lang, d. h., der Zustand, während welchem der Thyristor mit einem Steuersignal kleiner Amplitude zündbar wäre, ist von sehr geringer Dauer und weitgehend vom Verlauf der Spannung zwischen Anode und Katode abhängig. Abgesehen davon hat die direkte Ankopplung des Steueranschlusses an die Anode zur Folge, daß die Gefahr besteht, daß die Isolierfähigkeit der in der Regel nur etwa 100 nm dicken Isolierschicht des MOSFET beeinträchtigt wird, da diese weniger als 100 V beträgt, die Anodenspannung jedoch Werte von 300 V und mehr annehmen kann.
  • Die Aus der genannten Schrift bekannte dV/dt-Unterdrückung stellt somit eine hohe Steuerempfindlichkeit nur in einem kurzen Zeitintervall am Spannungsnulldurchgang her und erscheint auch hinsichtlich der Durchschlagfestigkeit problematisch.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterschalter der genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei hoher Durchschlagfestigkeit einerseits ein ungewolltes Zünden aufgrund hoher zeitlicher Spannungsänderungen auf einfache Weise vermieden wird und andererseits eine hohe Steuerempfindlichkeit möglichst unbeeinträchtigt beibehalten wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters sind somit die zweite Isolierschicht und die Widerstandszone. Die erste und die zweite Isolierschicht bilden einen kapazitiven Spannungsteiler, während außerdem beide Isolierschichten und die Widerstandszone einen Entladekreis bilden.
  • Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters ist im wesentlichen wie folgt: Wird zwischen Anode und Katode eine steil anwachsende Spannung von beispielsweise 300 V gelegt, ohne daß gleichzeitig ein elektrisches oder optisches Steuersignal vorhanden ist, wird der MOSFET durch eine der Steuerelektrode zugeführte Teilspannung derart gesteuert, daß sein Kanal in bekannter Weise einen Kurzschluß bewirkt und ein Zünden des Thyristors aufgrund der hohen zeitlichen Spannungsänderung vermieden wird. Da die erste Isolierschicht jedoch zusammen mit der Widerstandsschicht einen aus einer Kapazität mit einem Widerstand bestehenden Entladeschaltkreis bildet, enthält sich der durch die erste Isolierschicht gebildete Kondensator entsprechend der jeweiligen Zeitkonstante über die Widerstandsschicht, wodurch das Potential an der ersten Steuerelektrode schnell absinkt, bis der durch den MOSFET bewirkte Kurzschluß wieder beseitigt und die hohe Impedanz im MOSFET-Kanal wiederhergestellt ist. In diesem Moment ist der Halbleiterschalter bzw. der Thyristor dann wieder im ursprünglichen Zustand und daher mit einem Steuersignal kleiner Amplitude zündbar. Daraus folgt, daß der Thyristor nur kurzzeitig gesperrt und danach wieder in einen Zustand hoher Steuerungsempfindlichkeit zurückgeführt wird, in dem er durch das Steuersignal wie üblich gezündet werden kann. Auf diese Weise wird ein wirkungsvoller, mit dem bekannten Thyristor nicht erreichbarer Kompromiß zwischen hoher Steuerungsempfindlichkeit bei gleichzeitiger Vermeidung eines ungewollten Zündens aufgrund hoher zeitlicher Spannungsänderungen erzielt.
  • Vorteilhaft ist dabei ferner, daß erfindungsgemäß zwischen die Anode und die erste Steuerelektrode eine weitere Kapazität geschaltet ist, durch die eine Überlastung der dünnen ersten Isolierschicht vermieden wird.
  • Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die halbisolierende Schicht nach Anspruch 2 verhindert Durchbrüche zwischen der Anodenzone und den P-Basiszonen aufgrund der an die Elektroden gelegten Spannungen.
  • Ferner trägt die im Unteranspruch 3 angegebene Festlegung der Dotierungskonzentration in den verschiedenen Bereichen der P-Basiszone dazu bei, eine hohe Steuerungsempfindlichkeit bei einer hohen Durchschlagfestigkeit zu gewährleisten.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
  • Fig. 1(a) das Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
  • Fig. 1(b) einen Schnitt des PNPN-Halbleiterschalters längs der Linie IV b-IV b der Fig. 1(c);
  • Fig. 1(c) eine Draufsicht auf den PNPN-Halbleiterschalter nach Fig. 1(a) und 1(b); und
  • Fig. 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
  • Anhand der Fig. 1(a), 1(b) und 1(c), die sich auf einen Zweirichtungs-PNPN-Halbleiterschalter -beziehen, wird nachfolgend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Der PNPN-Halbleiterschalter enthält einen N-leitenden, als N-Basiszone wirksamen Halbleiterkörper 22, P-leitende Diffusionszonen 23, 24, 25 und 26, N-leitende Diffusionszonen 27, 28, 29 und 30, von denen die Zonen 23 und 25 als Anodenzonen, die Zonen 24 und 26 als P-leitende Basis, die Zonen 27 und 29 als Katodenzonen und die Zonen 28 und 30 als Senken (Drainzonen) wirken, ferner Körper 31 und 32 mit hohem Widerstand, die aus N-leitendem polykristallinen Silicium bestehen und als erste Steuerelektroden wirken, Isolierschichten 33, halbisolierende Schichten 34, Aluminiumelektroden 35, 35 a, 36, 36 a, 37 und 38, wobei die Elektroden 35 und 35 a als Anodenelektroden, die Elektroden 36 und 36 a als Katodenelektroden und die Elektroden 37 und 38 als Steuerelektroden wirken, ferner Elektroden 36 c und 36 d, die als zweite Steuerelektroden wirken, Anschlüsse 39 und 40 und schließlich eine Lumineszenzdiode 41.
  • Weiterhin sind Zonen 42 und 43 mit hohem Widerstand vorgesehen, die die Steuerelektroden 31 und 32 mit den Steuerelektroden 37 und 38 verbinden. Isolierzonen 44 und 46, die auf den Steuerelektroden 31 und 32 liegen, wirken als Kapazitäten. In entsprechender Weise wirken auch Isolierschichten 45 und 47, die zwischen den Steuerelektroden 31, 32 und den Katodenzonen 27, 29 bzw. den Drainzonen 28, 30 angeordnet sind, als Kondensatoren. Diejenige Oberfläche eines Teils der P-leitenden Diffunsionsschicht 24, die als P-leitende Steueroberfläche wirkt und unmittelbar unterhalb der Isolierschicht 45 bzw. zwischen der N-leitenden Katodenzone 27 und der N-leitenden Drainzone 28 angeordnet ist, ist als Kanal 48 bezeichnet, während diejenige Schicht der P-leitenden Diffusionszone 26, die unmittelbar unterhalb der als Kapazität wirksamen Isolierschicht 47 bzw. zwischen der N-leitenden Katodenzone 49 und der Drainzone 30 angeordnet ist, als Kanal 49 bezeichnet ist. Weiterhin ist ein Teil der P-leitenden Basiszone 24, dessen Widerstand durch Modifikation seiner Form vergrößert worden ist, als Widerstand 50, ein Teil der P-leitenden Basiszone 26, dessen Widerstand durch Modifikation seiner Form ebenfalls vergrößert worden ist, dagegen als Widerstand 51 bezeichnet.
  • Die Steuerelektrode 37 ist zur elektrischen Kopplung der P-leitenden Basiszone 24, der N-leitenden Drainzone 28 und des einen Endes der Widerstandszone 42 vorgesehen, wohingegen die Steuerelektrode 38 zur elektrischen Verbindung der P-leitenden Basiszone 26, der N-leitenden Drainzone 30 und des einen Endes der Widerstandszone 43 dient. Die Anodenelektrode 35 ist elektrisch mit der P-leitenden Anodenzone 23, der N-leitenden Katodenzone 29 und dem einen Ende des Widerstands 51 verbunden und wirkt außerdem als eine Elektrode des Kondensators zwischen den Steuerelektroden 36 d und 32. Die Elektrode 36 ist dagegen elektrisch mit der P-leitenden Anodenzone 25 und der N-leitenden Katodenzone 27 verbunden und wirkt außerdem als eine Elektrode des Kondensators zwischen den Steuerelektroden 36 c und 31. Dabei ist zu beachten, daß die P-leitenden Steuerzonen 24 und 26 ausreichend voneinander getrennt sind.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterschalter hat das Betätigen der Lumineszenzdiode 41 für den Fall, daß sich der Anschluß 39 auf einem höheren Potential als der Anschluß 40 befindet, ein Durchschalten desjenigen PNPN- Halbleiterbauelementes zur Folge, das aus der P-leitenden Anodenzone 23 dem N-leitenden Substrat 22, der P- leitenden Basiszone 24 und der N-leitenden Katodenzone 27 besteht.
  • Bei Abwesenheit des von der Lumineszenzdiode 41 abgestrahlten Lichts hat das Anlegen eines Potentials am Anschluß 40, das sich schneller als ein an den Anschluß 39 angelegtes Potential aufbaut, eine fehlerhafte Arbeitsweise eines PNPN-Halbleiterbauelementes zur Folge, welches keinen Schaltkreis zur Verhinderung eines dV/dt-Fehlverhaltens aufweist. Wenn dagegen beim erfindungsgemäßen Halbleiterschalter eine schnell zunehmende Spannung in Vorwärtsrichtung an den Anschluß 39 gelegt wird, dann würde die hohe Spannung auch an die Anodenelektrode 35 gelegt, die mit dem durch die Isolierschicht 44 gebildeten Kondensator verbunden ist. Dadurch wird das Potential V&sub0; der Steuerelektrode 31, die zwischen den Isolierschichten 44 und 45 angeordnet ist, auf ein Potential anwachsen, das durch die Kapazität 45 zwischen ihr und dem Widerstand 42 bestimmt ist. Die Steuerelektrode 31, die Isolierschicht 45, die N-leitende Katodenzone 27, die Drainzone 28 und der Kanal 48 bilden einen MOS-Feldeffekttransistor, und wenn das Potential der Steuerelektrode 31 größer als die Schwellenspannung V T des MOS-Feldeffekttransistors wird, bildet sich im Kanal 48 eine Inversionsschicht.
  • Der Einschaltstrom, der an dem durch die schnell anwachsende Spannung in Rückwärtsrichtung vorgespannten PN- Übergang zwischen der P-leitenden Basiszone 24 und dem N-leitenden Halbleiterkörper 22 erzeigt wird, durchfließt nun nicht auch den PN-Übergang zwischen der P-leitenden Basiszone 24 und der N-leitenden Katodenzone 27, sondern durch die P-leitende Basiszone 24, die Steuerelektrode 37, die N-leitende Drainzone 28, den Kanal 48, die N-leitende Katodenzone 27 und die Katodenelektrode 36, ohne das PNPN-Halbleiterbauelement zu zünden. Nach Beendigung des Einschaltvorgangs nimmt das Potential an der Steuerelektrode 31 mit einer Zeitkonstante, die durch die Isolierschicht 45 und den Widerstand 42 festgelegt ist, allmählich ab, bis es schließlich gleich dem Potential der P-leitenden Basis 24 wird, wodurch die Inversionszone im Kanal 48 verschwindet.
  • Die obige Beschreibung zeigt, daß der erfindungsgemäße Halbleiterschalter Einschaltströme absorbieren kann, indem die Änderung des Potentials der Steuerelektrode 31 ausgenutzt wird. Die zeitliche Änderung des Potentials V&sub0;(t) der Steuerelektrode 31 kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: °=c:60&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz5&udf54; &udf53;vu10&udf54;wobei tr die Aufbauzeit des Potentials am Anschluß 39, V a die aufgebaute Spannung, C&sub1; die von der Isolierschicht 44 gebildete Kapazität, C&sub2; die durch die Isolierschicht 45 gebildete Kapazität und R den Widerstandswert der Widerstandszone 42 bedeuten und das Potential am Anschluß 40 gleich dem Erdpotential ist.
  • Während das Potential V&sub0;(t) größer als die Schwellenspannung V T ist, wird der Einschaltstrom absorbiert, indem er durch den Kanal 48 geleitet wird. Ist der Wert RC&sub1; etwa gleich oder etwas größer als tr, dann ist es möglich, einen ausreichend großen Wert für V&sub0;(t) zu erhalten, der für die Schwellenspannung V T notwendig ist. Außerdem ist es möglich, die beschriebene Absorptionsfähigkeit für den Einschaltstrom auch noch für eine ausreichende Zeitlang nach dem Aufbau der Eingangsspannung bestehen zu lassen. Schließlich ist es erfindungsgemäß möglich, der Widerstandszone 42 irgendeinen Widerstandswert zu geben.
  • Die Schwellenspannung V T ist gegeben durch die Dicke der Isolierschicht 45 und beeinflußt die Möglichkeit, fehlerhaftes dV/dt-Verhalten zu verhindern. Dennoch ist es möglich, durch geeignete Veränderung des Verhältnisses der Dicken der Isolierschichten 44 und 45 möglich, diese Fähigkeit, ein Falschverhalten zu verhindern, angemessen zu steuern, da ein PNPN-Halbleiterbauelement mit einem Widerstand 50 zwischen seiner Steuerzone und seiner Katodenzone bei kleinen sich aufbauenden Spannungen der bei sich langsam aufbauenden Wellenformen kein Falschverhalten zeigt.
  • Wenn der Halbleiterschalter mittels der Lumineszenzdiode 41 dadurch angetrieben wird, daß an seine Anschlüsse 39 und 40 eine konstante Gleichspannung oder eine niederfrequenze Wechselspannung angelegt wird, dann befindet sich die Steuerelektrode 31 für den Fall, daß sich der Anschluß 39 auf einem größeren Potential befindet als der Anschluß 40, auf demselben Potential wie die P-leitende Basiszone 24, und zwar wegen der Anwesenheit der Widerstandszone 42, so daß sich im Kanal 48 keine Inversionschicht bilden würde. Infolgedessen fließt der gesamte Fotostrom, der am rückwärts vorgespannten PN-Übergang zwischen der P-leitenden Basiszone 24 und dem N-leitenden Substrat 22 durch das Licht der Lumineszenzdiode 41 erzeugt wird, durch den PN-Übergang zwischen der P-leitenden Basiszone 24 und der N-leitenden Katodenzone 27 und wirkt dabei als Zündstrom für das PNPN-Halbleiterbauelement. Auf diese Weise ist die Lichtempfindlichkeit dieses Halbleiterschalters durch den Widerstand 50 festgelegt, wodurch eine Abnahme der Lichtempfindlichkeit vermieden wird, welche durch die zusätzliche Verhinderung des dV/dt-Verhaltens verursacht würde.
  • Da der Halbleiterschalter ein Zweirichtungsschalter ist, haben der Fotoantrieb und die ein fehlerhaftes dV/dt-Verhalten verhindernde Funktion dieselbe, oben beschriebene Wirkung, wenn das Potential am Anschluß 40 größer als das Potential am Anschluß 39 ist. In diesem Falle sind die P-leitende Anodenzone 23 durch die Anodenzone 25, die P- leitende Basiszone 24 durch die Basiszone 26, die N-leitende Katodenzone 27 durch die Katodenzone 29, die N-leitende Drainzone 28 durch die Drainzone 30, die Elektrode 35 durch die Elektrode 36 bzw. die Elektrode 36 durch die Elektrode 35, die Steuerelektrode 37 durch die Steuerelektrode 38, die Steuerelektrode 31 durch die Steuerelektrode 32, die Widerstandszone 42 durch die Widerstandszone 43, der Widerstand 50 durch den Widerstand 51, die Isolierschicht 44 durch die Isolierschicht 46, die Isolierschicht 45 durch die Isolierschicht 47 und der Kanal 48 durch den Kanal 49 ersetzt.
  • Der Zweck des Halbisolierfilms 34 besteht darin, Durchgriffe bzw. Durchbrüche zwischen den Zonen 23, 24 bzw. 25, 26 aufgrund der an die Elektroden 35, 36 gelegten Spannungen zu verhindern.
  • Anstelle der aus Teilen von P-leitenden Diffusionszonen bestehenden Widerstände 50, 51 könnte auf der Oberfläche der Isolierschicht 33 eine polykristalline Siliciumschicht ausgebildet werden, und die Enden dieser polykristallinen Siliciumschicht könnten mit den Elektroden 36, 37 bzw. 35, 38 verbunden werden. Durch Anschluß von Eingangsklemmen an die Elektroden 37 und 38 würde der Halbleiterschalter dann als strombetriebener PNPN-Halbleiterschalter mit derselben Fähigkeit wirksam sein, fehlerhaftes dV/dt-Verhalten zu verhindern.
  • Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Verhinderung eines dV/dt-Fehlverhaltens des PNPN-Halbleiterbauelementes in diesem eine N-leitende, von einer Katodenzone unterschiedliche und auf demselben Potential wie die Steuerelektrode gehaltene Diffusionszone vorgesehen, wobei diese N-leitende Diffusionszone und die Katodenzone durch einen MOS-betriebenen Kanal derart kurzgeschlossen werden können, daß dieser Kanal nur kurzgeschlossen wird, wenn an die Anodenelektrode eine sich schnell aufbauende Spannung angelegt wird. Wird dagegen an die beiden Anschlüsse des Halbleiterschalters eine konstante Spannung oder eine niederfrequente Wechselspannung angelegt, bildet sich der besagte Kanal nicht, da sich dann die Steuerelektrode und die Drainelektrode auf demselben Potential befinden, so daß die hohe Steuerempfindlichkeit des PNPN-Bauelementes erhalten bleibt. Durch die Erfindung wird somit ein Foto-PNPN-Halbleiterschalter geschaffen, der den Anforderungen an hohe Verstärkung und hohe dV/dt- Beständigkeit erfüllt.
  • Da außerdem der Schaltkreis zur Verhinderung eines fehlerhaften dV/dt-Verhaltens in dem PNPN-Halbleiterbauelement und auf dessen Oberfläche ausgebildet ist, ist die gesamte Fläche des Halbleiterbauelementes etwa gleich der eines Halbleiterbauelementes, welches die Eigenschaft, Fehler zu verhindern, nicht besitzt. Eine weitere Trennung der Elemente ist weder für den Fall, daß der Halbleiterschalter als Einrichtungsschalter Anwendung findet, noch für den Fall des Betriebs als Zweirichtungsschalter erforderlich. Wenn der Halbleiterschalter mit der Lumineszenzdiode bestrahlt wird, kann die gesamte Oberfläche des Chips bestrahlt werden, ohne daß sich hierdurch irgendwelche Probleme ergeben, so daß der Halbleiterschalter zusammen mit anderen Elementen integrierter Schaltungen hergestellt werden kann, wodurch sich der Zusammenbau vereinfacht.
  • Die erfindungsgemäße Eigenschaft, fehlerhaftes dV/dt-Verhalten zu vermeiden, ist auch bei planaren PNPN-Halbleiterschaltern vorhanden, die ein strombetriebenes , PNPN-Halbleiterbauelement enthalten.
  • Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer erhöhten Durchschlagfestigkeit des Halbleiterschalters, wobei nur die eine Hälfte eines Zweirichtungsschalters dargestellt ist. Der Halbleiterschalter nach Fig. 2 enthält einen N-leitenden Halbleiterkörper 22, eine P-leitende, als Anodenzone 23 wirksame Diffusionszone, weiterhin N-leitende, als Katodenzone 27 bzw. Drainzone 28 wirksame Diffusionszonen, eine Steuerelektrode 31, eine Isolierschicht 33, Elektroden 35, 36 und 37, eine halbisolierende Schicht 34, Anschlüsse 39 und 40, Widerstände 42 und 50, jeweils als Kapazitäten wirksame Isolierschichten 44 und 45 und einen Kanal 48, wobei diese Teile den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform entsprechen. Die P-leitende Basiszone 24 enthält eine Schicht 52 mit hoher Oberflächenkonzentration und einem steilen Übergang und eine Schicht 53 mit einer geringen Oberflächenkonzentration und einem flachen Übergang. Zur Erhöhung der Druchbruchspannung des Halbleiterbauelements ist es erforderlich, die Dicke der als Kapazität wirksamen Isolierschicht zu vergrößern, doch wenn das Verhältnis zwischen den Dicken der als Kapazitäten wirksamen Isolierschichten 44 und 45 zu groß wäre, dann wäre es unmöglich, an die Steuerelektode 31 ein zur Verhinderung des dV/dt-Fehlverhaltens ausreichendes Potential zu legen, weil diese erfordern würde, die Dotierungskonzentration in der P-leitenden Oberfläche des Kanals 48 sehr klein zu machen. Eine zu kleine Oberflächenkonzentration der P-leitenden Basiszone 24 mach es andererseits jedoch schwierig, einen ohmschen Kontakt für die Steuerelektrode 37 vorzusehen. Aus diesem Grund kann ein Foto-PNPN-Halbleiterschalter mit einer niedrigen Schwellenspannung und einer hohen Durchbruchspannung dadurch erhalten werden, daß zunächst eine P-leitende Dotierung mit hoher Dichte in einen den Kanal 48 nicht enthaltenden Teil der Zone und dann eine P-leitende Dotierung mit geringer Dichte in die gesamte Oberfläche der P-leitenden Diffusionsschicht diffundiert wird. Diese zweite Ausführungsform hat dieselben Vorteile wie die erste Ausführungsform, d. h. eine große dV/dt-Beständigkeit, eine hohe Steuerempfindlichkeit, ein hohes Maß an Integration und Einfachheit beim Zusammenbau.
  • Der erfindungsgemäße planare PNPN-Halbleiterschalter ist daher unter anderem als Kreuzpunktschalter eines Telefons für Sprechwege geeignet.

Claims (3)

1. Optisch zündbarer planarer PNPN-Halbleiterschalter, der für den Zweirichtungsbetrieb durch Antiparallelschaltung eines weiteren derartigen Halbleiterschalter in monolithisch integrierter Form geeignet ist, mit einem N-leitenden, als N-Basiszone wirksamen Halbleiterkörper, in dem eine P-leitende Anodenzone, eine von dieser beabstandete P-leitende P-Basiszone, eine in der P-Basiszone angeordnete N-leitende Katodenzone und ein im Bereich der P-Basiszone angeordneter MOS-Feldeffekttransistor ausgebildet sind, wobei der MOS-Feldeffekttransistor die Katodenzone als Sourcezone, eine von dieser beabstandet in der P-Basiszone ausgebildete N-leitende Drainzone, eine auf dem zwischen der Katodenzone und der Drainzone liegenden Oberflächenbereich der P- Basiszone angeordnete erste Isolierschicht und eine auf dieser angeordnete erste Steuerelektrode umfaßt, deren Potential von dem an der Anodenzone anliegenden Potential abgeleitet ist, dadurch gekennzeichnet,
- daß auf der ersten Steuerelektrode (31) eine zweite Isolierschicht (44) und auf dieser eine mit der Anodenzone (23) elektrisch verbundene zweite Steuerelektrode (36 c) angeordnet sind und
- daß die beiden Isolierschichten (44, 45) einen kapazitiven Spannungsteiler und zusammen mit einer Widerstandszone (42), die die erste Steuerelektrode (31) mit der Drainzone (28) und der P-Basiszone (24) verbindet, einen Entladekreis bilden.
2. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem zwischen der Anodenzone (23) und der P-Basiszone (24) liegenden Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers (22) eine halbisolierende Schicht (34) vorgesehen ist.
3. Halbleiterschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration in dem zwischen der Katodenzone (27) und der Drainzone (28) liegenden Bereich (48) der P-Basiszone (24) kleiner als die Dotierungskonzentration im übrigen Bereich der P-Basiszone (24) ist.
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