DE3002526C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Induktions­ thyristor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 24 133 ist bereits ein derartiger feldge­ steuerter Thyristor bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen statischen Induktionsthyristor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß eine Verbesserung der Ausschalt­ verstärkung erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich­ nungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnitts eines ersten erfindungsgemäß ausgebildeten statischen Induktionsthyristors;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels eines statischen Induktions­ thyristors;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines statischen Induktionsthyristors;

Fig. 4 schematische einen Schnitt eines vierten Ausführungs­ beispiels eines statischen Induktionsthyristors.

In Fig. 1 repräsentieren p⁺-Zonen 11 und 14 jeweils eine Anodenzone bzw. eine Gatezone. Eine n⁺-Zone 13 repräsentiert eine Kathodenzone. Eine n^--Zone 12 mit sehr niedriger Stör­ stellenkonzentration repräsentiert eine Zone zum Aufbau eines Kanals. Eine n-Zone 15 mit einer relativ hohen Störstellenkon­ zentration ist zwischen der n^--Zone 12 und der Anodenzone 11 angeordnet. Die Bezugszeichen 11′, 13′ und 14′ bezeichnen eine Anodenelektrode, eine Kathodenelektrode und eine Gate-Elek­ trode, die aus einer Lage aus Al, Mo, W, Au oder anderen Metallen oder einem einen niedrigen Widerstandswert aufwei­ senden Polysilizium bestehen. Mit 16 ist eine Isolierlage bezeichnet, die aus SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃, AlN oder ähnlichen Substanzen oder ihren Mischungen hergestellt sein kann.

Erfindungsgemäß ist eine Isolierlage 17 auf der Oberfläche der Gatezone vorgesehen, die zur Anodenzone 11 hinweist. Infolge der Tatsache, daß die Isolierlage 17 auf der Bodenoberfläche der Gatezone 14 vorgesehen ist, wird die Menge derjenigen Löcher, die von der Anodenzone in die Gatezone fließen, verringert und ein statischer Induktionsthyristor mit einer großen Stromverstärkung (Ausschaltverstärkung) wird erhalten. In dieser Struktur muß der Hauptteil der Gatezone 14 kein Einkristall sein, sondern kann polykristallin sein.

Die Fig. 2 und 3 zeigen statische Induktionsthyristoren mit sogenannten Split-Gate-Strukturen. Die Gatezone ist in zwei oder mehr Zonen aufgespalten. In den Figuren wird eine der p⁺-Typ-Gatezonen auf ein festes Potential (einschließlich Null) gelegt, um eine subsidiäre Potentialverteilung in der Kanalzone aufzubauen, und gleichzeitig damit dient diese p⁺-Typ-Gatezone als eine Elektrode zum Absorbieren von Löchern. In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 sind Strukturen gezeigt, bei denen eine feste Potential-Gatezone direkt mit der Kathodenzone gekoppelt ist.

Fig. 2 zeigt einen Fall, bei dem die Isolierlage 17 auf der Unterseite einer Treiber-Gatezone vorgesehen ist, um die Stromverstärkung weiter zu erhöhen. Gemäß dieser Struktur wird die Größe der in die Treiber-Gatezone fließenden Löcher sehr klein, so daß die Stromverstärkung stark verbessert werden kann, und somit eine Erhöhung der Ausschaltverstärkung erreicht wird.

Einer der Nachteile der Split-Gate-Strukturen kann darin bestehen, daß dann, wenn eine große Rückwärtsvorspannung an die Treiber-Gatezone angelegt wird, um eine hohe Anoden­ spannung zu sperren und um den "Aus"-Zustand der Vorrichtung beizubehalten, ein großer Punch-Through-Strom zwischen der festen Potential-Gatezone und der Treiber-Gatezone fließen kann.

Fig. 3 zeigt, daß bei Ausnutzung der Merkmale der Split-Gate-Struktur der Punch-Through-Strom zwischen den Gatezonen, der als der einzige Nachteil der Split-Gate-Struk­ tur angesehen werden kann, extrem minimiert wird. In Fig. 3 ist eine Isolierlage auf einer Seitenoberfläche der ein festes Potential aufweisenden Gatezone angeordnet, und zwar längs der Kanalzone. Gemäß dieser Struktur wird ein beträchtlicher Teil der von der Anodenzone abfließenden Löcher in die Unterseite der festen Potential-Gatezone eintreten, um sich mit dem Strom der Kathoden-Elektrode zu vereinigen.

Fig. 4 zeigt eine weitere verbesserte Struktur, bei der die Isolierlage 17 auf der Unterseite jeder der p⁺-Typ-Gatezone 14 ausgebildet ist, um so die Stromverstärkung zum Ausschaltzeit­ punkt der Vorrichtung zu erhöhen. Der Abstand zwischen den Gatezonen 14 ist zweckmäßigerweise je kleiner je besser, um eine große Vorwärtssperrspannung durch eine kleine Gate-Vor­ spannung zu erreichen. Es ist zweckmäßig, diesen Abstand dadurch klein zu machen, daß man die Gatezonen und die Kathodenzonen dicht genug zueinander in einem solchen Ausmaß anordnet, daß die Gate-Kathoden-Durchbruchspannung nicht tiefer abfällt als auf den gewünschten Pegel. Ein übermäßig kleiner Abstandswert ergibt eine Erhöhung des Widerstands im leitenden Zustand.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Zonen können auch Leitfähigkeitstypen entgegengesetzt zu den gezeigten haben. In einem solchen Falle wird die Zone 11 durch eine n⁺-Typ-Zone gebildet und somit wird eine negative Spannung daran im Vorwärts-Vorspannzustand angelegt. In der vorliegenden Beschreibung wird diese Zone 11 als Anodenzone unabhängig von der Polarität der angelegten Spannung bezeichnet.

Claims (3)

1. Statischer Induktionsthyristor, der einen Halbleiterkörper besitzt, der folgendes aufweist:
zwischen zwei einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen eine erste Halbleiterschicht (12) von einem ersten Leitungstyp mit gleichförmiger sehr niedriger Störstellenkonzentration, welche die erste Hauptoberfläche definiert,
eine an der ersten Hauptoberfläche in der ersten Halbleiter­ schicht angeordnete erste Halbleiterzone (13) vom ersten Leitungstyp und mit hoher Störstellenkonzentration, sowie mindestens eine neben der ersten Halbleiterzone ebenfalls an der ersten Hauptoberfläche angeordnete zweite, als Gatezone wirkende Halbleiterzone (14) vom zweiten, entgegengesetzten Leitungstyp mit hoher Störstellenkonzentration,
eine zweite dünne Halbleiterschicht (15) vom ersten Leitungstyp mit einer Störstellenkonzentration, die mindestens zwei Größen­ ordnungen höher ist als diejenige der ersten Halbleiterschicht, die an die erste Halbleiterschicht gegenüberliegend der ersten Hauptoberfläche anliegt,
eine an die zweite Halbleiterschicht angrenzende dritte Halbleiterschicht (11) vom zweiten Leitungstyp mit hoher Stör­ stellenkonzentration, deren freie Oberfläche die zweite Hauptoberfläche bildet,
eine erste Hauptelektrode (13′) auf der ersten Halbleiter­ zone,
eine zweite Hauptelektrode (11′) auf der dritten Halbleiter­ schicht, und
eine Gateelektrode (14′) auf der zweiten Halbleiterzone,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Gatezone zur zweiten Hauptoberfläche hinweisend eine Isolierlage (17) vorgesehen ist.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gatezone (14′′) vorgesehen ist, die mit der ersten Halb­ leiterzone (13) metallverdrahtet ist.

3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der ersten Halbleiterzone (13) metallverdrahtete Gatezone (14′′) an der Seitenwand eine Isolierlage aufweist.