DE2923693A1 - Schalttransistor - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Schalttransistoren und mehr im besonderen auf einen verbesserten Schalttransistor mit einem selektiv kurzgeschlossenen Anodenemitter zur Verminderung des Stromflusses im angeschalteten Zustand sowohl in den zentralen Abschnitten eines oder mehrerer Emitterfinger einer ineinandergreifenden Gatt/Kathodenemitter-Struktur als auch unterhalb eines relativ großen Kathoden-Elektrodenverbindungsbereiches mit einer relativ hohen Stromführungskapazität.

Schalttransistoren, die häufig auch als Gatt-Abschaltthyristoren bezeichnet werden, werden zunehmend als Schaltungselemente in Festkörperleitungssystemen eingesetzt, wie Wechselrichtern, Zerhackern, Schaltnetzgeräten und ähnlichen. Innerhalb ihrer Leistungsmöglichkeiten stellen sie einen merklichen Fortschritt gegenüber üblichen Thyristoren dar, da sie durch Anlegen eines geeignet gepolten Gattsignals an- und abgeschaltet werden können, ohne daß der durch sie gesteuerte Strom auf null reduziert werden muß. Typischerweise ist der zum Schalten eines mittels Gatt abschaltbaren Elementes erforderliche Strom größer, wenn man dieses Element vom leitenden in einen nicht leitenden Zustand schalten will als der Strom, der erforderlich ist, um dieses Element vom nicht leitenden in einen leitenden Zustand zu schalten. Das heißt, der Abschalt-Verstärkungsfaktor ist im allgemeinen geringer als der Anschalt-Verstärkungsfaktor. Die Brauchbarkeit mittels Gatt abschaltbarer Thyristoren wird verbessert, indem man den Abschalt-Verstärkungsfaktor erhöht. Wie z.B. kürzlich von Wolley et al "Characteristics of a 200 Amp Gate Turn Off Thyristor" (IEEE-IAS Conference Record dated 1973) beschrieben, ist vorgeschlagen worden, den Abschalt-Verstärkungsfaktor eines mittels Gatt abschaltbaren Thyristors dadurch zu erhöhen, daß man eine ineinandergreifende Kathodenemitterstruktur schafft, die eine längere Anschalt- und Abschaltlinie ergibt als die konventionellen nicht ineinandergreifenden Strukturen, da dabei mehr Kathodenemitter physisch benachbart dem

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Gattkontakt liegt, als dies bei den davor bekannten Ausführungsformen der Fall war.

Selbst mit relativ schmalen Kathodenemitterfingern ist z.B. in der US-PS 3 504 342 erkannt worden, daß man gewisse Vorteile erzielen kann, indem man eine kurzgeschlossene Anodenemitterstruktur schafft, die den Stromfluß in das Zentrum der Kathodenemi tterfinger einer ineinandergreifenden Struktur begrenzt oder beseitigt. Diese Fähigkeit einer ineinandergreifenden Thyristorstruktur mit Gattabschaltung, einen hohen Strom zu führen, ist zu einem gewissen Ausmaße unverträglich mit einem hohen Abschalt-Verstärkungsfaktor. Werden die Emitterfinger schmaler gemacht, dann nimmt zwar die Leichtigkeit des Abschaltens des Elementes zu, doch nimmt die Fähigkeit ab, einen hohen Strom zu führen.

Bei einem Versuch, sowohl eine hohe Stromführungskapazität als auch einen hohen Abschalt-Verstärkungsfaktor zu schaffen, wird häufig eine kammartige Struktur benutzt, bei der eine Vielzahl relativ schmaler Kathodenemitterfinger sich von einer oder beiden Seiten eines relativ breiteren Kanten- oder zentralen Rückgratabschnittes aus erstreckt, so daß darauf eine Elektrode angebracht werden kann, mit der man einen Draht oder einen anderen Anschluß verbinden kann, der eine relativ hohe Stromführungskapazität aufweist. Die dabei erhaltene Struktur schaltet relativ leicht im Emitterfingerbereich ab, beträchtlich schwieriger jedoch in dem größeren Elektrodenverbindungsbereich. In vielen Fällen ist das Abschalten in dem Bereich des Elementes, der unter dem Elektrodenverbindungsbereich liegt, so schwierig, daß das Element entweder überhaupt nicht abschaltet, nachdem man das Abschaltsignal an das Gatt gelegt hat, oder in den leitenden Zustand zurückkehrt, nachdem man das Gattsignal nicht langer anlegt oder auf Grund der außerordentlich hohen Stromdichte unterhalb des Kontaktbereiches zerstört wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalttransistor zu schaffen, der sowohl eine hohe Stromführungs-

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kapazität aufweist als auch einen hohen Abschalt-Verstärkungsfaktor. Dieser Transistor soll außerdem eine V-I-Charakteristik ohne die Diskontinuitäten der bekannten Transistoren im angeschalteten Zustand haben. Dabei sollen ineinandergreifende Bereiche sicherstellen, daß alle Emitterfinger angeschaltet werden, insbesondere wo das Anschalten nur in einem oder mehreren der Finger beginnt, ohne die Äbschältcharakteristika des Elementes beträchtlich zu beeinträchtigen. Der Transistor soll weiter einen η - leitenden Bereich zwischen dem Anodenbereich und dem einen höheren Widerstand aufweisenden η-leitenden Steuerbereich haben, um die Ausbreitung der Verarmungsschicht des sperrenden p-n-überganges bei hoher Spannung zu begrenzen und so eine Mindestbreite für die η-leitende Basis sicherzustellen, damit der Durchlaßspannungsabfall im angeschalteten Zustand möglichst gering ist. Weiter soll die Emitterwirksamkeit des Anodenemitterüberganges sowohl bei hohen als auch bei geringen Strömen verringert werden, damit die Ladungsspeicherung in dem η-leitenden Basisbereich möglichst gering gehalten wird, damit ein Nachhinken beim Abschalten verringert und dadurch die Abschaltzeit verkürzt wird. Auch soll der Schalttransistor eine Steuerschicht aufweisen, damit man die Anschalt- und Äbschältcharakteristika des Elementes leicht variieren kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ein Schalttransistor geschaffen, der eine ineinandergreifende Kathodenemitter/Gatt-Struktur mit einer Vielzahl von Kathodenemitterfingern und einer Vielzahl von Gattfingern aufweist, die eine ineinander verschachtelte Kammstruktur bilden. Ein selektiv kurzgeschlossener Anodenemitter schafft eine Vierschichtstruktur, die einen Stromfluß nur unter solchen Abschnitten der Kathodenemitterfinger aufrechterhält, die benachbart den Gattfingern liegen, wobei ein Stromfluß besonders nicht in den Zentren der Kathodenemitterfinger oder unterhalb der Kontaktbereiche stattfindet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Schalttransistor eine Vielzahl von Paaren in einem

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engen Abstand zueinander liegender Kathodenemitterbereiche auf, die teilhaben an einer gemeinsamen Kathodenemitterelektrode, wobei ein Bereich jedes Paares mit einem benachbarten Bereich eines nebenstehenden Paares durch einen Überbrückungsbereich gekoppelt ist, um ein positives Ausbreiten des Anschaltbereiches sicherzustellen, wenn der anfängliche Anschaltbereich lokalisiert oder in anderer Weise nicht gleichförmig ist.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Sperr- bzw. Schalttransistors (im Englischen "latching transistor") gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 eine Verbundansicht der Vierschichtstruktur des Transistors nach Figur 1,

Figur 3 eine graphische Darstellung der Verunreinigungskonzentration der verschiedenen Bereiche des Transistors nach Figur 1,

Figur 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines einzelnen Kathodenemitterfingers und des damit verbundenen Anodenemitter— bereiches sowie den dazwischenliegenden Basisbereichen,

Figur 5 eine Ansicht ähnlich der nach Figur 1 von einer anderen Ausführungsform eines Sperrtransistors gemäß der vorliegenden Erfindung und

Figur 6 eine Ansicht des Transistors nach Figur 5 ähnlich der in Figur 2.

Der in Figur 1 gezeigte Sperrtransistor 10 weist vier Halbleiterbereiche abwechselnden Leitfähigkeitstyps auf. Die Anodenregion 12 hat in dieser beispielhaften Ausführungsform p-Leitfähigkeit und sie kann hergestellt werden mittels Diffusion durch eine Maske,wie dem Fachmann gut bekannt. Es kann jedoch eine der

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dargestellten Ausführungsform analoge Struktur geschaffen werden, bei der der Bereich 12 η-Leitfähigkeit hat, wobei dann entsprechende Änderungen in allen anderen Bereichen des Elementes vorgenommen werden.

Der Anodenbereich 12 mit p-Leitfähigkeit wird in dem Basisbereich 14 mit n-Leitfähigkeit gebildet, wobei diese Basisregion vorzugsweise einen relativ gering dotierten oberen Abschnitt 16 auf-

1 4 weist, der eine Verunreinigungskonzentration von etwa 10 Atome/ cm aufweisen kann. Der Basisbereich 14 schließt auch einen stärker dotierten unteren Abschnitt 18 ein, dessen Verunreinigungskonzentration bei etwa 10 Atome/cm liegen kann. Während also die Basisschicht 14, wie bereits erwähnt, n-Leitfähigkeit aufweist, und der geringer dotierte Abschnitt 16 üblicherweise als η-Typ bezeichnet wird, gibt man dem stärker dotierten Abschnitt 18 die Bezeichnung η -Typ.

Durch Schaffen eines Basisbereiches mit einer stärker dotierten Schicht 18 erhält man gewisse Vorteile. Andere Vorteile kann man jedoch mit Elementen erhalten, deren n-Typ-Basisregion ein Verunreinigungsprofil aufweist, wie es dadurch erhalten wird, daß man eine ursprüngliche η-leitende Scheibe benutzt, in welcher die anderen Bereiche gebildet sind, wie dies bereits beschrieben ist bzw. noch mit Bezug auf Figur 1 beschrieben werden wird.

Die p-leitende Anode 12 hat eine im wesentlichen rechteckförmige Gestalt mit einer Vielzahl von langgestreckten Schlitzen, die sich von den Kanten des Bereiches zum Zentrum des Bereiches 12 hin erstrecken. Die Anode 12 kann beschrieben werden als einen zentralen Rückgratbereich 13 mit einer Vielzahl sich davon erstreckender Finger 15 einschließend.

über dem η-leitenden Basisbereich 14 liegt der p-leitende Basisbereich 20. Dieser Bereich 20 kann einfacherweise durch Ein-

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diffusion einer geeigneten Verunreinigung, wie Bor, bis zu einer Verunrei]
bildet werden.

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Zwei unabhängige Kathodenbereiche 22 und 24 sind im Basisbereich 20 gebildet. Der Bereich 22 ist im wesentlichen ein Spiegelbild des Bereiches 24 und schließt eine relativ breite Rückgratfläche 26 , zu der leicht ein Kontakt hergestellt werden kann, und eine Vielzahl fingerartiger Projektionen 28a, 28b, 28c, 28d und 28e ein, die sich von der Rückgratfläche 26 zum Zentrum des Elementes hin erstrecken. Jeder der Fingerabschnitte 28 hat geeigneterweise eine Breite von etwa 300 ,um , während der Rückgratbereich 26 eine Breite von 600 ,um aufweist, um das Anbringen eines relativ dicken Drahtes oder etwas ähnlichem leicht zu ermöglichen, damit dieser Bereich 26 eine beträchtliche Menge des Stromes tragen kann, in der Größenordnung von vielen 10 Amp. Die Bereiche 22 und 24 werden in bekannter Weise am besten durch maskierte Diffusion hergestellt. Elektroden 30 und 32 liegen auf den n-leitenden Kathodenbereichen 22 und 24. Die Elektroden 30 und 32 haben allgemein die gleiche Gestalt wie die Bereiche 22 und 24, doch sind sie schmaler, über dem p-leitenden Basisbereich 20 und eingreifend in die Kathodenbereiche 22 und 24 liegt die Gattelektrode 34. Vorzugsweise werden die Kathodenelektroden 30 und 32 und die Gattelektrode 34 gleichzeitig aufgebracht, z.B. durch Aufdampfen einer Metallschicht auf die Oberfläche 36 des Sperrtransistors 10 unter nachfolgender Bearbeitung zur Bildung der drei Elektroden mittels geeignetem photolithographischem Maskieren und Ätzen. Die Gattelektrode 34 hat vorzugsweise einen seitlichen Abstand von den Grenzen der Kathodenbereiche 22 und 24 von etwa 75 ,um. Die Gattelektrode 34 schließt eine Vielzahl sich nach außen erstreckender Finger 36a, 36b, 36c, 36d, 36e und 36f ein, die in die Kathodenfinger 28 und die Kathodenelektroden 30 und 32 eingreifen. Weiter schließt die Gattelektrode 34 einen relativ breiten (verglichen mit den Fingern 36) zentralen Rückgratbereich ein, an dem in bequemer Weise ein Draht angebracht werden kann, sowie einen relativ schmalen äußeren Abschnitt, der die Kathodenbereiche 22 und 24 umgibt·

Schlitze 38 sind unter den Zentrist! der Kathodenfinger 28 angeordnet und bilden mit Bezug darauf eine kurzgeschlossene Anodenstruktur. Die Schlitze erstrecken sich vorzugsweise von einer

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Linie, die die Zentren der Krümmungsradien der Enden der Kathodenfinger 28 verbindet, bis zu einer Linie, welche die Zentren der Krümmungsradien der Bereiche zwischen den Kathodenfingern 28 verbindet und sie liegen so im wesentlichen nur unterhalb der zentralen Abschnitte der Kathodenfinger und nicht unterhalb der Fläche 26.

Die Struktur des Sperrtransistors 10 bildet eine Vierschichtstruktur analog einem Thyristor nur in jenen Bereichen, wo die Kathode 22 - 24, die Basis 20, die Basis 14 und die Anode 12 vertikal übereinstimmen.

Figur 2 zeigt eine Außenlinienansicht des Abschnittes des Elementes nach Figur 1, der durch das Zusammenfallen der Kathodenbereiche 28, des ersten und zweiten Basisbereiches 20 und 14 und des Anodenemitters 12 definiert ist. Figur 2 veranschaulicht somit den Teil des ganzen Elementes, der ein stromtragender Teil ist, wenn sich das Element in leitendem Zustand befindet. Die stromtragenden Teile 40a-n und 42a-n können als in Paaren ab, cd, ef usw. auftretend betrachtet werden, wobei jedes der Paare die Gestalt und die Außenabmessungen der darüberliegenden Kathodenemitterfinger aufweist, wobei ein zentraler kurzgeschlossener Abschnitt weggelassen ist, der die Gestalt und die Abmessungen des Raumes zwischen den Anodenemitterfingern hat. Die vorgenannte Struktur schließt eine Vielzahl diskreter Vierschichtabschnitte ein, deren jedes Paar mit einem einzelnen Kathodenemitterfinger verbunden ist und deren alle Anteil haben an der Anodenelektrode des Elementes. Zur Erleichterung des Vergleiches wird die Breite jedes der Fingerabschnitte, die ein Paar bilden, als die Halbbreite des Emitters bezeichnet und hierfür die Abkürzung W benutzt. In einem Gattabschaltmodus, d.h. wenn das Element in Durchlaßrichtung leitet und ein Signal an den Gattanschluß gelegt ist, der das Element abschaltet, ist kein Teil der stromleitenden Fläche des Elementes physisch in einem weiten Abstand von der Gattelektrode. Es 1st besonders wichtig, daß der relativ breitere Rückgratabschnitt des Kathodenemitters nicht ein stromtragender Teil eines Elementes nach der vorliegenden Erfindung ist auf

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Grund der Tatsache, daß sich der Anodenemitterbereich 12 nicht über die Basen der Vielzahl von Fingern jedes Kathodenemitterabschnittes hinaus erstreckt. Auf diese Weise ist es sichergestellt, daß alle Teile des Elementes durch Anlegen eines geeignet gepolten Signales an die Gattelektrode abgeschaltet werden und daß ein Zusammenquetschen des Stromes mit großer Zunahme der Stromdichte weder unter den Zentren der Kathodenemitterfinger noch unter den Rückgratabschnitten der Kathodenemitter auftritt, wie es bisher bei den Sperrtransistoren der Art des Standes der Technik häufig der Fall war, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht mit der Folge einer häufigen Zerstörung des Elementes beim Abschalten.

Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung der Verunreinigungskonzentration der verschiedenen Bereiche des in Figur 1 gezeigten Elementes, wie sie entlang einer Linie A-A durch alle vier Schichten des Elementes zu erwarten wären, d.h. durch den Kathodenemitter, die erste und zweite Basis einschließlich des stärker dotierten Abschnittes der zweiten Basis und den Anodenemitter.

Der Kathodenemitter 22 hat eine Oberflächenkonzentration von

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etwa 10 Atomen/cm und eine Tiefe von etwa 14 ,um. Die erste Basisschicht 20 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa

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2 x 10 Atome/cm an der Oberfläche des Elementes und eine Kon-

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zentration von etwa 2 χ 10 Atome/cm unmittelbar benachbart dem Übergang zwischen dieser ersten Basisschicht und dem Kathodenemitter. Die erste Basisschicht 20 weist eine Minimaldicke von etwa 37 ,um auf. Der Kathodenemitterbereich 22 und der erste Basisbereich 20 können wie üblich durch selektive Diffusion einer geeigneten Verunreinigung in eine η-leitende Halbleiterscheibe mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10 Atomen/cm hergestellt werden. Der stärker dotierte Abschnitt des zweiten

1 Basisbereiches 16 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa 10 Atomen/cm und eine Spit2enkonzentration benachbart dem Übergang

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zum Anodenemitter 12 von etwa 1O Atomen/cm . Der Anodenemitter 12 ist p-leitend und hat eine Oberflächenkonzentration von etwa

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10 Atomen/cm und eine Tiefe von etwa 12,um, gemessen von der Bodenoberfläche des Elementes.

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Gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transistors geht man von einer η-leitenden Scheibe mit

14 3 einer Verunreinigungskonzentration von 10 Atomen/cm aus, die den zweiten Basisbereich des Elementes der Figur 1 mit n-Leitfähigkeit umfaßt. Der Abschnitt 18 der zweiten Basisschicht 14 mit η -Leitfähigkeit wird erhalten durch Eindiffundieren einer geeigneten Verunreinigung, wie z.B. Phosphor, von der Bodenoberfläche des Elementes aus, wie es in Figur 1 bezeigt ist, wobei man bis zu einer Oberflächenkonzentration von gerade weniger als etwa

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10 Atomen/cm diffundiert. Danach wird die p-leitende Basisschicht 20 durch Diffusion einer geeigneten Akzeptorverunreinigung, wie z.B. Bor, durch die obere Oberfläche des Elementes bis zu

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einer Oberflächenkonzentration von etwa 2 χ 10 Atomen/cm gebildet. Geeigneterweise werden Kathodenemitterbereiche 22 und 24 zusammen mit dem Anodenemitterbereich 12 gleichzeitig durch maskierte Diffusion von Phosphor bzw. Bor in einer einzigen Diffusionsstufe hergestellt.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines einzelnen Kathodenemitterfingers und des damit verbundenen Anodenemitterbereiches zusammen mit den Basisbereichen dazwischen,um die Wirkung des kurzgeschlossenen Anodenemitters 12 und des stärker dotierten Abschnittes 18 der zweiten Basisschicht darzustellen.

Bekannte Elemente mit Gattabschaltung haben sich häufig als schwierig abschaltbar erwiesen. Der Abschaltmechanismus schloß ein Zusammenquetschen des stromtragenden Plasmas gegen das Zentrum des stromtragenden Abschnittes des Elementes ein. Dieses Zusammenquetschen führte zu sehr hohen Stromdichten im Zentrum der stromtragenden Fläche, was den zum Abschalten erforderlichen Gattstrom erhöhte und im schlimmsten Falle zu einer Zerstörung des Elementes auf Grund zu großer Stromdichte führen konnte. In einigen Fällen, in denen nur ungenügend Gattstrom zur Verfügung stand, blieb das Element an.

Wie leicht ersichtlich, verhindert der Kurzschluß des Anodenemitters 12 durch die Anodenelektrode 17 unter dem Zentrum des

Kathodenemitters 24 die Stromleitung durch den zentralen Abschnitt jedes Emitterfingers des Elementes. Wenn daher das Plasma gegen das Zentrum der Finger durch Anlegen eines Abschaltsignales an das Gatt zusammengequetscht wird, dann sind die bei den Transistoren nach dem Stande der Technik beobachteten außerordentlich hohen Stromdichten am Auftreten gehindert. Da die Anodenemitterfinger enden, ohne sich unter das Rückgrat des Kathodenemitters zu erstrecken, wird außerdem der Strom nicht in den relativ breiteren Bereich geleitet, der die Abschnitte einschließt, die physisch entfernt liegen von der Gattelektrode und die daher schwierig abzuschalten wären.

Der stärker dotierte Bereich 18 der zweiten Basisregion 14 ergibt weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Der Haltestrom eines erfindungsgemäßen Sperrtransistors ist umgekehrt proportional dem Platten-bzw. Schichtwiderstand (im Englischen "sheet resistance") des η -leitenden Abschnittes der zweiten Basisschicht 18 und direkt proportional der Injektionsspannung. Da die Injektionsspannung in der Größenordnung von O,7 Volt im wesentlichen konstant ist, kann man den Haltestrom dadurch einstellen, daß man den Plattenwiderstand variiert, der seinerseits durch Modifizieren der Verunreinigungskonzentration der η -leitenden Schicht 18 variiert werden kann. Es wurde festgestellt,

16 18 daß Verunreinigungskonzentrationen im Bereich von 10 bis 10 Atomen/cm einen Bereich des Plattenwiderstandes ergeben, wie er bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbar ist. Während der genannte bevorzugte Bereich der Verunreinigungskonzentration besonders brauchbar ist gemäß der vorliegenden Erfindung, kann man auch etwas außerhalb dieses Bereiches gehen, ohne die Vorteile der hier beschriebenen besonderen Struktur zu vermindern. Im allgemeinen ergibt eine Erhöhung des Plattenwiderstandes eine höhere Geschwindigkeit, ein rascheres und leichteres Abschalten , dies jedoch etwas auf Kosten des Durchlaßspannungsabfalles , d.h. der Durchlaßspannungsabfall nimmt ebenso zu wie die Sättigung·spannung und die zum Triggern des Gatts erforderliche Spannung. Indem man nur den Plattenwiderstand der η -leitenden Schicht 18 variiert, können gemäß der vorliegenden Erfin-

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dung Sperrtransistoren geschaffen werden, deren Eigenschaften für besondere Anwendungen optimal sind, ohne daß bedeutsame Veränderungen in der physischen Struktur erforderlich sind.

In Figur 5 ist eine andere Ausführungsform eines Sperrtransistors gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die überbrückende Bereiche einschließt, um eine Kupplung zwischen den stromtragenden Bereichen des Elementes zu schaffen und sicherzustellen, daß für den Fall, bei dem das Anschalten zuerst in ein oder mehreren isolierten Stellen der leitenden Vierschichtstruktur stattfindet, dieses Anschalten sich gleichförmig durch den stromtragenden Abschnitt des Elementes ausbreitet. Zu diesem Zwecke erstrecken sich die Vorsprünge 52 von den Enden der Finger 54 des Anodenemitters 12 unter die Rückgratabschnitte der Kathodenemitterbereiche 24 und 26. Die Radien R der vorspringenden Bereiche gemäß der derzeit bevorzugten Ausführungsform dieses Transistors sind etwas größer als die Krümmungsradien r der Verbindung der Kathodenemi tterfinger 24 und des Rückgratabschnittes 26. Auf diese Weise werden leitende Vierschichtbereiche 56 und 6O gebildet (siehe Figur 6), die eine Vielzahl von verbundenen stromtragenden Bereichen einschließen, die wirksam sind bei der Ausbreitung des stromtragenden Plasmas zwischen den verschiedenen Bereichen für den Fall, daß eine oder mehrere der Bereiche vor den anderen anschaltet.

Gemäß der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Krümmungsradien R der vorspringenden Bereiche 52 so ausgewählt, daß sich eine Breite in der leitenden Vierschichtstruktur ergibt, die geringer ist als die Emitterhalbbreite W. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß während des Abschaltens solche Abschnitte der stromtragenden Struktur des Elementes, die unter den Rückgratbereichen der Kathodenemitter 22 und 24 lxegen, mindestens so leicht abgeschaltet werden wie die stromtragenden Abschnitte des Elementes, die unter den Emitterfingern liegen.

Es ist ein weiteres Merkmal der überbrückenden Bereiche 54, daß die Diskontinuitäten der Anschaltcharakteristiken, die häufig

bei durch Gattsignal abgeschalteten Thyristoren nach dem Stande der Technik auftreten, beträchtlich vermindert werden. Dies ist das Ergebnis der verschiedenen stromtragenden Bereiche, die bisher diskret gewesen sind und nur durch die Anodenelektrode verbunden waren, die in der vorliegenden Erfindung jedoch durch die überbrückenden Bereiche 54, die die stromtragenden Vierschichtbereiche sind, verbunden sind und dadurch sicherstellen, daß kontinuierliche Anschaltcharakteristika geschaffen werden.

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Claims (16)

Patentansprüche

1. Halbleiter-Schaltelement der Art mit einem Gatt zum Abschalten und einem steuerbaren Emitterkurzschluß, das mittels eines Gattsignals an- oder abgeschaltet werden kann g e k e η η zeichne't' durch:

einen Halbleiterkörper mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche,

einen ersten Emitterbereich einer ersten Leitfähigkeitsart in der ersten Oberfläche,

einen ersten Basisbereich einer zweiten Leitfähigkeitsart benachbart dem Kathodenbereich und einen ersten p-n-übergang dazwischen bildend, wobei dieser Übergang an der ersten Oberfläche endet.

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einen zweiten Basisbereich der ersten Leitfähigkeitsart benachbart dem ersten Basisbereich und einen zweiten p-n-übergang damit bildend,

einen Steuerbereich der ersten Leitfähigkeitsart benachbart dem zweiten Basisbereich mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als der zweite Basisbereich, um das Ausmaß des Anodenemitterkurzschlusses im Element zu steuern und

einen kurzgeschlossenen zweiten Emitterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem genannten Steuerbereich, der einen dritten p-n-tibergang damit bildet, wobei dieser dritte Übergang in der zweiten Oberfläche endet.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Emitterbereich einen kurzgeschlossenen Bereich einschließt, der unter dem Zentrum des ersten Emitterbereiches liegt.

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter eine erste Elektrode auf der zweiten Oberfläche in ohmschem Kontakt mit dem Steuerbereich und dem zweiten Emitterbereich aufweist und diese Elektrode den dritten p-n-Übergang kurzschließt.

4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter eine erste Emitterelektrode auf der ersten Oberfläche in ohmschem Kontakt mit dem ersten Emitterbereich umfaßt sowie eine Gattelektrode auf der ersten Oberfläche in ohmschem Kontakt mit dem ersten Basisbereich, wobei die Gattelektrode benachbart aber im seitlichen Abstand von dem ersten p-n-Übergang angeordnet ist.

5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Emitterbereich kammförmig gestaltet ist und die Gattelektrode einen kammförmig gestalteten Abschnitt einschließt, der mit dem genannten ersten Emitterbereich ineinandergreift.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Emitterbereich einen kainmförmigen Bereich einschließt mit einer Vielzahl relativ schmaler Fingerbereiche, die von einem relativ breiteren Rückgrat vorspringen und wobei der zweite Emitterbereich im wesentlichen nur unter dem Teil des ersten Emitterbereiches liegt, der die Finger einschließt.

7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Emitterbereich zwei kaminartige Bereiche einschließt, deren Rückgrate im seitlichen Abstand zueinander liegen und wobei die Finger des einen Bereiches sich auf die Finger des anderen Bereiches zu erstrecken, aber nicht auf diese treffen.

8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Emi tterbereich einen zentralen Rückgratbereich einschließt, der unter dem Raum zwischen dem Fingerbereich der beiden kammartigen ersten Emitterbereiche liegt und sich eine Vielzahl von Fingern von dem zentralen Rückgratbereich unter dem Bereich mit den ersten Emitterfingern zu den Rückgraten der ersten Emitterbereiche hin erstreckt aber nicht unter diese.

9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Vielzahl von Fingern, die sich von dem zentralen Rückgratbereich des zweiten Emitters aus erstreckt, eine Vielzahl von relativ engen Räumen dazwischen begrenzen, wobei diese Räume vertikal ausgerichtet sind mit den Zentren der ersten Emitterfinger.

10. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vielzahl von Fingern, der sich von dem zentralen Rückgratbereich aus erstreckt, eine Projektion einschließt, die sich von dem Ende des Fingers unter den Rückgratbereich des ersten Emitterbereiches erstreckt.

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11. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Emitterbereich einen Kathodenbereich mit n-Leitfähigkeit umfaßt, daß der erste Basisbereich einen Bereich mit p-Leitfähigkeit umfaßt, daß der zweite Basisbereich einen Bereich mit n-Leitfähigkeit umfaßt, daß der Steuerbereich einen Bereich mit η -Leitfähigkeit umfaßt und daß der zweite Emitterbereich einen Anodenbereich mit p-Leitfähigkeit umfaßt.

12. Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionen halbkreisförmige Projektionen mit einem Radius umfassen, der größer ist als der Radius der Verbindung der ersten Emitterfinger mit dem Rückgratbereich .

13. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der genannten Radien geringer ist, als die Emitterhalbbreite.

14. Halbleiter-Schaltelement der Art mit einem Gatt zum Abschalten, wobei erster Emitter und Gatt ineinandergreifen und dieses Gatt einen zentralen Rückgratteil einer ersten Breite und eine Vielzahl relativ schmalerer Finger umfaßt,die sich von jeder Seite des Rückgratteiles aus erstrecken, und der erste Emitter zwei im Abstand voneinander angeordnete Rückgratteile einer ersten Breite aufweist sowie eine Vielzahl relativ schmalerer erster Emitterfinger, die sich von jedem Rückgratteil aus in Richtung auf die Gattfinger erstrecken und mit diesen ineinandergreifen und weiter eine zweite Emitterschicht vorhanden ist mit einem zentralen Rückgratbereich in vertikaler Ausrichtung mit dem Rückgratbereich des Gatts und eine Vielzahl zweiter Emitterfinger sich von diesem Rückgratteil nach außen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Emitterfinger eine Länge aufweisen, daß sie sich zwar in Richtung auf die Rückgratbereiche des ersten Emitters aber nicht unter diese erstrecken und daß sie weiter eine Vielzahl von Kurzschlüssen in vertikaler Ausrich-

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tung mit den Zentren der ersten Emitterfinger aufweisen, um die Stromleitung in die Zentren der ersten Emitterfinger während des Abschaltens zu verhindern.

15. Schaltelement nach Anspruch 14 weiter gekennzeichnet durch einen Basisbereich, der zwischen dem zweiten Emitterbereich und dem ersten Emitterbereich angeordnet ist, wobei dieser Basisbereich einen ersten relativ gering dotierten Abschnitt nahe dem ersten Emitterbereich aufweist sowie einen zweiten relativ stärker dotierten Steuerabschnitt benachbart dem zweiten Emitterbereich aufweist und einen ersten p-n-Übergang damit bildet, der an einer Hauptoberfläche des Elementes endet.

16. Element nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Emitterbereich einen Kathodenbereich mit n-Leitfähigkeit umfaßt, wobei der Basisbereich einen Bereich von n-Leitfähigkeit umfaßt, der Steuerbereich einen Bereich von η -Leitfähigkeit umfaßt und der zweite Emitterbereich einen Anodenbereich von p-Leitfähigkeit umfaßt.

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