CH659152A5 - SOLID BODY SWITCHING DEVICE AND CIRCUIT ARRANGEMENT WITH AT LEAST TWO SUCH A SOLID BODY SWITCHING DEVICE. - Google Patents

SOLID BODY SWITCHING DEVICE AND CIRCUIT ARRANGEMENT WITH AT LEAST TWO SUCH A SOLID BODY SWITCHING DEVICE. Download PDF

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CH659152A5
CH659152A5 CH6267/80A CH626780A CH659152A5 CH 659152 A5 CH659152 A5 CH 659152A5 CH 6267/80 A CH6267/80 A CH 6267/80A CH 626780 A CH626780 A CH 626780A CH 659152 A5 CH659152 A5 CH 659152A5
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zone
zones
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semiconductor body
gate
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CH6267/80A
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Adrian Ralph Hartman
Bernard Thomas Murphy
Terence James Riley
Peter William Shackle
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Western Electric Co
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Schaltvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere auf Hochspannungs-Festkörper-Schaltvorrichtungen die in Telefon-Schaltsystemen verwendbar sind, sowie eine Schaltungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 7. The invention relates to a solid-state switching device according to the preamble of claim 1, in particular to high-voltage solid-state switching devices which can be used in telephone switching systems, and a circuit arrangement according to the preamble of claim 7.

In einem Artikel mit dem Titel «A Field Terminated Diode» von Douglas E. Houston u.a., veröffentlicht in «IEEE Transactions on Electron Devices», Vol. ED-23, Nr. 8, August 1976 ist ein diskreter Festkörper-Hochspannungsschalter beschrieben, der eine Vertikalgeometrie besitzt und der eine Zone enthält, die abgeklemmt werden kann, um einen «AUS»-Zustand zu schaffen, oder die mittels Doppel-Trägerinjektion in hohem Masse leitend gemacht werden kann, um einen «EIN»-Zustand zu schaffen. «Doppel-Trägerinjektion» bezieht sich auf die Injektion sowohl von Löchern als auch von Elektronen zur Bildung eines leitenden Plasmas in dem Halbleiter. Ein Problem bei diesem Schalter besteht darin, dass er nicht einfach mit anderen ähnlichen Schaltvorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat herstellbar ist. An article entitled "A Field Terminated Diode" by Douglas E. Houston et al., Published in "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-23, No. 8, August 1976 describes a discrete solid-state high-voltage switch that has a vertical geometry and contains a zone that can be pinched off to create an “OFF” state, or that can be made highly conductive by double-carrier injection to create an “ON” state. "Double carrier injection" refers to the injection of both holes and electrons to form a conductive plasma in the semiconductor. A problem with this switch is that it is not easy to manufacture on a common substrate with other similar switching devices.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Abstand zwischen den Steuerelektroden und der Kathode klein sein sollte, um die Stärke der Steuerelektrodenspannung zu begrenzen; dies jedoch beschränkt den brauchbaren Spannungsbereich, weil es die Steuerelektroden-Kathoden-Durchbruchspannung herabsetzt. Diese Beschränkung wiederum beschränkt die Verwendung von zwei antiparallel geschalteten Vorrichtungen, das heisst von Vorrichtungen, deren Kathode jeweils mit der Anode der anderen Vorrichtung gekoppelt ist, auf relativ niedrige Betriebsspannungen. Derartige Festkörperschalter sind beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 3 722 079, 3 657 616 und 3 911 463 beschrieben. Bei solchen bekannten Festkörperschaltern mit hoher Dotierung der Basiszone führt dies jedoch zu einer geringen Spannungsdurchschlagfestigkeit zwischen Anode und Kathode. Der Durchbruch-Effekt kann zwar durch eine Verbreiterung der Basiszone begrenzt werden, doch wird dadurch auch der Widerstand des Schalters im «EIN»-Zustand erhöht. Another problem is that the distance between the control electrodes and the cathode should be small to limit the strength of the control electrode voltage; however, this limits the useful voltage range because it lowers the control electrode-cathode breakdown voltage. This limitation in turn limits the use of two devices connected in anti-parallel, that is to say devices whose cathode is respectively coupled to the anode of the other device, to relatively low operating voltages. Solid-state switches of this type are described, for example, in US Pat. Nos. 3,722,079, 3,657,616 and 3,911,463. In such known solid-state switches with high doping of the base zone, however, this leads to a low dielectric strength between anode and cathode. The breakthrough effect can be limited by widening the base zone, but this also increases the resistance of the switch when it is in the "ON" state.

Es ist wünschenswert, eine Festkörperschaltvorrichtung zur Verfügung zu haben, die leicht integrierbar ist, so dass zwei oder mehrere Schaltvorrichtungen gleichzeitig auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden können, und wobei jede Schaltvorrichtung in der Lage ist, relativ hohe Spannungen beidseitig zu sperren. It is desirable to have a solid-state switching device that is easy to integrate so that two or more switching devices can be manufactured simultaneously on a common substrate, and each switching device is capable of blocking relatively high voltages on both sides.

Die erfindungsgemässe Festkörper-Schaltvorrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. The solid-state switching device according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist gekennzeichnet durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 7 angeführten Merkmale. The circuit arrangement according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 7.

Die Struktur ist derart ausgelegt, dass während des Betriebs eine Doppel-Trägerinjektion stattfindet. Der Körper ist in Kontakt mit dem Substrat, und das Substrat kann so ausgelegt sein, dass das Anbringen einer Elektrode an ihm, die als das Gate der Struktur dient, erleichtert wird. The structure is designed in such a way that a double carrier injection takes place during operation. The body is in contact with the substrate and the substrate can be designed to facilitate the attachment of an electrode thereon that serves as the gate of the structure.

Diese Struktur kann, wenn sie geeignet ausgelegt ist, als Schalter betrieben werden, der im EIN-(leitenden)Zustand gekennzeichnet ist durch einen Pfad niedriger Impedanz zwischen Anode und Kathode, und der im AUS-(blockierenden)Zustand gekennzeichnet ist durch einen Pfad hoher Impedanz zwischen Anode und Kathode. Das an das Gate angelegte Potential bestimmt den Zustand des Schalters. Während des Ein-Zustands gibt es eine Doppel-Trägerinjektion, die den Widerstand zwischen Anode und Kathode vermindert. This structure, if suitably designed, can be operated as a switch which is characterized in the ON (conductive) state by a low impedance path between the anode and cathode and in the OFF (blocking) state is characterized by a high path Impedance between anode and cathode. The potential applied to the gate determines the state of the switch. During the on-state there is a double carrier injection which reduces the resistance between anode and cathode.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Halbleiterkörper, wie er oben beschrieben wurde, und der die erste und zweite Zone aufweist, mit Ausnahme seines Hauptoberflächenabschnitts von einer Halbleiterzone des entgegenges In another embodiment of the invention, a semiconductor body, as described above, and which has the first and second zones, with the exception of its main surface portion, is opposed to a semiconductor zone

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

659 152 659 152

setzten Leitfähigkeitstyps umgeben. Mehrere Halbleiterkörper, von denen jeder eine umgebende, separate Halbleiterzone aufweist, sind auf einem gemeinsamen Halbleiter-Wafer des einen Leitfähigkeitstyps gebildet, wobei Teile des HalbleiterTWafers sämtliche Halbleiterkörper trennen. surrounded conductivity type. A plurality of semiconductor bodies, each of which has a surrounding, separate semiconductor zone, are formed on a common semiconductor wafer of one conductivity type, parts of the semiconductor wafer separating all the semiconductor bodies.

Diese Strukturen, die als torgesteuerte Diodenschalter (gated diode switches) (GDSs) bezeichnet werden, vermögen, wenn sie in geeigneter Weise ausgelegt sind, im AUS-Zustand unabhängig von der Polarität relativ grosse Potentialunterschiede zwischen Anode und Kathode zu blockieren, und sie sind in der Lage, im EIN-Zustand relativ hohe Ströme zu leiten, wobei zwischen Anode und Kathode ein relativ geringer Spannungsabfall vorliegt. These structures, referred to as gated diode switches (GDSs), if properly designed, can block relatively large potential differences between the anode and cathode in the OFF state regardless of polarity, and they are in able to conduct relatively high currents in the ON state, there being a relatively low voltage drop between the anode and cathode.

Die doppelseitige Blockiereigenschaft dieser GDS-Struktu-ren machen diese für viele Anwendungsfälle besonders brauchbar. Zwei der oben beschriebenen GDSs können zusammengekoppelt werden, wobei die Gates gemeinsam sind und die Kathode jedes GDS an die Anode des anderen gekoppelt ist. Diese Kombination bildet einen bidirektionellen Hochspannungsschalter. Auf einem gemeinsamen Halbleiter-Wafer können Felder von GDSs hergestellt werden, um Kreuzungspunkte auszubilden, oder es können zwei GDSs mit einem gemeinsamen Gate hergestellt werden, um einen bidirektionellen Schalter zu schaffen. The double-sided blocking properties of these GDS structures make them particularly useful for many applications. Two of the GDSs described above can be coupled together, the gates being common and the cathode of each GDS coupled to the anode of the other. This combination forms a bidirectional high voltage switch. Fields of GDSs can be fabricated on a common semiconductor wafer to form cross points, or two GDSs can be fabricated with a common gate to create a bidirectional switch.

Fig. 1 zeigt eine Struktur gemäss einer Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a structure according to an embodiment of the invention;

Fig. 2 zeigt ein vorgeschlagenes elektrisches Symbol für die Struktur von Fig. 1; Fig. 2 shows a proposed electrical symbol for the structure of Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht von oben einer Struktur gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 3 shows a top view of a structure according to another embodiment of the invention;

Fig. 4 zeigt eine Struktur gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 4 shows a structure according to a further embodiment of the invention;

Fig. 5 zeigt eine Struktur gemäss noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 5 shows a structure according to yet another embodiment of the invention;

Fig. 6 zeigt eine Struktur gemäss einer noch weiteren Aus-führungsform der Erfindung; und 6 shows a structure in accordance with yet another embodiment of the invention; and

Fig. 7 zeigt eine Struktur gemäss einer noch weiteren Schaltvorrichtung der Erfindung. Fig. 7 shows a structure according to still another switching device of the invention.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 1, die eine Halbleiterstruktur 10 zeigt, die zwei im wesentlichen identische torgesteuerte Diodenschalter GDS1 und GDS2 aufweist, die innerhalb von mit gestrichelten Linien gezogenen Rechtecken dargestellt sind und die beide in einem Halbleiter-Wafer oder -Substrat 12 gebildet sind. Die Halbleiterstruktur 10 besitzt eine Hauptoberfläche 11. Das Substrat 12 ist von dem einen Leitfähigkeitstyp und dient als gemeinsames Gate und Träger für GDS1 und GDS2. Reference is now made to FIG. 1, which shows a semiconductor structure 10 that has two substantially identical gated diode switches GDS1 and GDS2, shown within dashed lines and both in a semiconductor wafer or substrate 12 are formed. The semiconductor structure 10 has a main surface 11. The substrate 12 is of the one conductivity type and serves as a common gate and carrier for GDS1 and GDS2.

Eine Epitaxieschicht des dem Leitfähigkeitstyp des Substrats 12 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ist durch Halbleiterzonen 20 in Halbleiterkörpern 16 und 16a getrennt. Auf dem Substrat 12 können zusätzlich zu den zwei dargestellten Körpern viele Körper 16, 16a ausgebildet sein. Die Zonen 20 sind vom selben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 12, weisen aber eine höhere Fremdstoffkonzentration (nachstehend Störstellenkonzentration genannt) auf und erstrecken sich von der Hauptoberfläche 11 hinab zum Substrat 12. Innerhalb des Körpers 16 ist ferner eine Halbleiter-Anodenzone 18 desselben Leitfähigkeitstyps wie der Körper 16, jedoch mit höherer Störstellenkonzentration, enthalten. Eine Halbleiterzone 22 ist vom selben Leitfähigkeitstyp wie der Körper 16, besitzt jedoch einen geringeren spezifischen Widerstand als der Körper 16. Eine Halbleiter-Kathodenzone 24 ist in einem Abschnitt der Zone 22 enthalten und weist einen Abschnitt auf, der sich zu der Hauptoberfläche 11 hin erstreckt. Die Zone 24 ist vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Zone 20 und besitzt im wesentlichen dieselbe Störstellenkonzentration. Elektroden 28, 30 und 32 machen mit den Zonen 18, 24 bzw. 20 Kontakt geringen Widerstands. Die Zone 20 macht mit dem Substrat 20 einen Kontakt geringen Widerstands. Somit hat die Elektrode 30 mit dem Substrat 12 Kontakt bei geringem Widerstand und dient als gemeinsame Gateelektrode für GDS1 und GDS2. Eine wahlweise vorzusehende Elektrode 38, die aus Metall oder Halbleitermaterial bestehen kann, ist zwischen der Anodenelektrode 28 und der Kathodenelektrode 32 angeordnet. Die Elektrode 38 ist mittels eines elektrischen Anschlusses an der Elektrode 30 mit dem Substrat elektrisch gekoppelt. An epitaxial layer of the conductivity type opposite to the conductivity type of the substrate 12 is separated by semiconductor zones 20 in semiconductor bodies 16 and 16a. In addition to the two bodies shown, many bodies 16, 16a can be formed on the substrate 12. The zones 20 are of the same conductivity type as the substrate 12, but have a higher impurity concentration (hereinafter called impurity concentration) and extend from the main surface 11 down to the substrate 12. Also within the body 16 is a semiconductor anode zone 18 of the same conductivity type as that Body 16, but with a higher impurity concentration. A semiconductor zone 22 is of the same conductivity type as the body 16, but has a lower resistivity than the body 16. A semiconductor cathode zone 24 is contained in a portion of the zone 22 and has a portion that extends toward the main surface 11 . Zone 24 is of the same conductivity type as zone 20 and has substantially the same impurity concentration. Electrodes 28, 30 and 32 make low resistance contact with zones 18, 24 and 20, respectively. Zone 20 makes low resistance contact with substrate 20. Thus, the electrode 30 is in contact with the substrate 12 with low resistance and serves as a common gate electrode for GDS1 and GDS2. An optional electrode 38, which can be made of metal or semiconductor material, is arranged between the anode electrode 28 and the cathode electrode 32. The electrode 38 is electrically coupled to the substrate by means of an electrical connection on the electrode 30.

In dem Körper 16a sind die Halbleiterzonen 18a, 22a und 24a enthalten. An die Zonen 18a, 22a und 24a sind Elektroden 28a, 32a bzw. 30 angeschlossen. Diese Zonen sind im wesentlichen dieselben wie die entsprechenden Zonen des Körpers 16. Eine Isolierschicht 26 trennt sämtliche oben beschriebenen Elektroden elektrisch von Abschnitten der Struktur 10, mit Ausnahme jener Abschnitte, deren elektrische Kontaktierung beabsichtigt ist. The semiconductor regions 18a, 22a and 24a are contained in the body 16a. Electrodes 28a, 32a and 30 are connected to zones 18a, 22a and 24a. These zones are substantially the same as the corresponding zones of the body 16. An insulating layer 26 electrically isolates all of the electrodes described above from portions of the structure 10, except for those portions which are intended to be electrically contacted.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Substrat 12 vom n-Leitfähigkeitstyp, die Zonen 20 und 24 (24a) sind vom n +-Leitfähigkeitstyp, der Körper 16 (16a) ist von p—Leitfähigkeitstyp, die Zone 18 (18a) vom p +-Leitfähigkeitstyp, die Zone 22 (22a) ist vom p-Leitfähigkeitstyp und hat einen kleineren spezifischen Widerstand als der Körper 16 (16a), und die Elektroden 28 (28a) 32 (32a) sowie 30 bestehen aus Aluminium. Bei dieser Ausführungsform ist die Anodenelektrode 28 elektrisch an die Kathodenelektrode 32a gekoppelt, und die Kathodenelektrode 32 ist an die Anodenelektrode 28a gekoppelt. In an exemplary embodiment, substrate 12 is n-type, zones 20 and 24 (24a) are n + -type, body 16 (16a) is p-type, zone 18 (18a) is p + - Conductivity type, zone 22 (22a) is of the p-conductivity type and has a smaller resistivity than body 16 (16a), and electrodes 28 (28a) 32 (32a) and 30 are made of aluminum. In this embodiment, the anode electrode 28 is electrically coupled to the cathode electrode 32a and the cathode electrode 32 is coupled to the anode electrode 28a.

Vorgeschlagene elektrische Symbole für GDS1 und GDS2 sind in Fig. 2 dargestellt. Die Anoden-, Kathoden- und Gateelektrodenanschlüsse von GDS1 sind 28, 32 bzw. 30. Die entsprechenden Anschlüsse von GDS2 sind 28a, 32a und 30. Diese Kombination von GDS1 und GDS2 arbeitet als ein bidirektionaler Schalter, der in der Lage ist, beidseitig Potentiale zu blockieren, unabhängig davon, ob die Anode oder Kathode eines der torgesteuerten Diodenschalter auf mehr positivem Potential liegt. Proposed electrical symbols for GDS1 and GDS2 are shown in FIG. 2. The anode, cathode, and gate electrode connections of GDS1 are 28, 32 and 30, respectively. The corresponding connections of GDS2 are 28a, 32a and 30. This combination of GDS1 and GDS2 works as a bidirectional switch that is capable of mutual potentials block, regardless of whether the anode or cathode of one of the gate-controlled diode switches is at a more positive potential.

GDS1 und GDS2 sind beide im wesentlichen identisch und arbeiten im wesentlichen in derselben Weise. Folglich ist die nachstehende Beschreibung von GDS1 gleichermassen anwendbar auf GDS2. GDS1 ist gekennzeichnet durch einen Pfad relativ niedrigen Widerstands zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24, wenn er sich im EIN-(leiternden)Zustand befindet und er ist gekennzeichnet durch eine wesentlich höhere Impedanz, wenn er sich im AUS-(blockierenden)Zustand befindet. Im EIN-Zustand liegt das Potential der Gateelektrode 30 typischerweise bei oder unter dem Potential der Anode 28. Von der Anodenzone 18 werden Löcher in den Körper 16 injiziert, und von der Kathodenzone 24 werden in den Körper 16 Elektronen injiziert. Diese Löcher und Elektronen können in ausreichender Anzahl vorhanden sein, um ein Plasma zu bilden, dessen Leitfähigkeit den Körper 16 moduliert. Dies setzt wirksam den Widerstand des Körpers 16 herab, so dass der Widerstand zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 relativ klein ist, wenn GDS1 im EIN-Zustand arbeitet. Diese Betriebsart, bei der sowohl Löcher als auch Elektronen als Stromträger dienen, wird als Doppel-Trägerinjektion bezeichnet. Die Art der hier beschriebenen Struktur wird als torgesteuerter Diodenschalter (GDS, gated diode switch) bezeichnet. GDS1 and GDS2 are both essentially identical and operate in essentially the same way. Thus, the description of GDS1 below is equally applicable to GDS2. GDS1 is characterized by a relatively low resistance path between anode zone 18 and cathode zone 24 when it is in the ON (conducting) state and is characterized by a significantly higher impedance when it is in the OFF (blocking) state . In the ON state, the potential of the gate electrode 30 is typically at or below the potential of the anode 28. Holes are injected into the body 16 from the anode zone 18 and electrons are injected into the body 16 from the cathode zone 24. These holes and electrons can be present in sufficient numbers to form a plasma, the conductivity of which modulates the body 16. This effectively reduces the resistance of the body 16 so that the resistance between the anode zone 18 and the cathode zone 24 is relatively small when GDS1 is operating in the ON state. This mode of operation, in which both holes and electrons serve as current carriers, is referred to as double carrier injection. The type of structure described here is referred to as a gated diode switch (GDS).

Die Zone 22 hilft, den Durchgriff einer während des Betriebs gebildeten Verarmungsschicht zu begrenzen, die während des Betriebs zwischen der Zone 20 und dem Substrat 12 und der Kathodenzone 24 gebildet wird. Die Zone 22 hilft ferner, die Bildung einer Oberflächen-Inversionsschicht zwischen den Zonen 24 und 20 zu verhindern. Zusätzlich gestattet sie, dass die Anodenzone 18 und die Kathodenzone 24 relativ dicht beabstandet werden. Dies ergibt im EIN-Zustand einen relativ niedrigen Widerstand zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24. Zone 22 helps limit the penetration of an operational depletion layer that is formed between zone 20 and substrate 12 and cathode zone 24 during operation. Zone 22 also helps prevent the formation of a surface inversion layer between zones 24 and 20. In addition, it allows the anode zone 18 and the cathode zone 24 to be spaced relatively closely. This results in a relatively low resistance between the anode zone 18 and the cathode zone 24 in the ON state.

Die Leitung zwischen der Anodenzone 18 und der Katho- The line between the anode zone 18 and the cathode

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

659 152 659 152

4 4th

denzone 24 wird verhindert oder gesperrt, wenn das Potential der Gateelektrode 30 ausreichend mehr positiv ist als das der Anodenelektrode 28 und der Kathodenelektrode 32. Der Betrag, um den das positive Potential grösser sein muss, um die Leitung zu verhindern oder zu sperren, ist eine Funktion der Geometrie und der Störstellenkonzentrationgrade der Struktur 10. Dieses positive Gatepotential verursacht, dass der Abschnitt des Körpers 16 zwischen der Gatezone 12 und einem Abschnitt der Oxidschicht 26 verarmt wird, so dass das Potential dieses Abschnitts des Körpers 16 mehr positiv ist als das der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24. Diese positive Potentialsperre verhindert die Leitung von Löchern von der Anodenzone 18 zur Kathodenzone 24. Sie dient ferner zum Sammeln von Elektronen, die bei der Kathodenzone 24 emittiert werden, bevor diese die Anodenzone 18 erreichen können. Dies klemmt den Körper 16 im wesentlichen gegen die dielektrische Schicht 26 in dem Hauptteil des Körpers ab, der zwischen der Anoden- und Kathodenzone 18, 24 liegt und sich von der Zone 12 zu dielektrischen Schicht 26 erstreckt. The zone 24 is prevented or blocked if the potential of the gate electrode 30 is sufficiently more positive than that of the anode electrode 28 and the cathode electrode 32. The amount by which the positive potential must be greater in order to prevent or block the line is one Function of geometry and impurity concentration levels of structure 10. This positive gate potential causes the portion of body 16 between gate region 12 and a portion of oxide layer 26 to become depleted, so the potential of that portion of body 16 is more positive than that of the anode zone 18 and the cathode zone 24. This positive potential barrier prevents the conduction of holes from the anode zone 18 to the cathode zone 24. It also serves to collect electrons which are emitted at the cathode zone 24 before they can reach the anode zone 18. This essentially clamps the body 16 against the dielectric layer 26 in the main part of the body that lies between the anode and cathode zones 18, 24 and extends from the zone 12 to the dielectric layer 26.

Die Verwendung der Elektrode 38 vermindert die Potentialstärke, die notwendig ist, um die Leitung zu verhindern oder zu sperren. Im AUS-Zustand ist GDS1 in der Lage, relativ hohe Potentiale zwischen der Anoden- und Kathodenzone zu blockieren, unabhängig davon, welche Zone das mehr positive Potential aufweist. The use of the electrode 38 reduces the potential strength necessary to prevent or block the line. In the OFF state, GDS1 is able to block relatively high potentials between the anode and cathode zones, regardless of which zone has the more positive potential.

Während des EIN-Zustands von GDS1 wird die pn-Über-gang-Diode bestehend aus dem Körper 16 und der Zone 20 in Durchlassrichtung vorgespannt. Strombegrenzungseinrichtungen (nicht dargestellt) können dazu verwendet werden, die Leitung durch die in Durchlassrichtung vorgespannte Diode zu begrenzen. During the ON state of GDS1, the pn junction diode consisting of the body 16 and the zone 20 is biased in the forward direction. Current limiting devices (not shown) can be used to limit the conduction through the forward biased diode.

GDS1 und GDS2 brauchen nicht mit den Anoden und Kathoden zusammengeschaltet zu sein. GDS1 oder GDS2 können individuell verwendet werden, jedoch sind die Gates gemeinsam. GDS1 and GDS2 need not be connected together with the anodes and cathodes. GDS1 or GDS2 can be used individually, but the gates are common.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 3, die eine Ansicht von oben einer bevorzugten Ausführungsform einer Doppel-GDS-Halbleiterstruktur 100 darstellt, welche hergestellt wurde. Die Struktur 100 ähnelt der Struktur 10 mit der Ausnahme, Reference is now made to FIG. 3, which illustrates a top view of a preferred embodiment of a dual GDS semiconductor structure 100 that has been fabricated. Structure 100 is similar to structure 10 except that

dass die Anoden- und Kathodenzonen gekrümmt sind. Diese Geometrie hat die Tendenz, eine örtlich begrenzte Spannungsfeldkonzentration zu begrenzen, welche einen Spannungsdurchbruch verursacht, und sie fügt zusätzlich einen gemeinsamen Umkreis für die Anoden- und Kathodenzonen hinzu, um den niedrigen EIN-Widerstand zu erleichtern und dadurch den Betrieb bei hohem Strom zu vereinfachen. Die Struktur 100 wurde auf einem n-Substrat mit einer Stärke von 457 bis 559 Mikrometer und einer Leitfähigkeit von 1015 bis 1016 Störstellen/cm3 hergestellt. Die Körper 160 und 160a sind vom p-Leitfähigkeits-typ und haben eine Stärke von 30 bis 40 Mikrometer, eine Breite von 720 Mikrometer, eine Länge von 910 Mikrometer und eine Störstellenkonzentration im Bereich von 5 - 9 X 1013 Störstellen/cm3. Die gekrümmten Anodenzonen 180 und 180a sind vom p + -Leitfähigkeitstyp und haben eine Stärke von 2 bis 4 Mikrometer sowie eine Störstellenkonzentration vonlO19 Störstellen/cm3. Die gekrümmten Kathodenzonen 240 und 240a sind vom n +-Leitfähigkeitstyp und haben eine Stärke von 2 bis 4 Mikrometer und eine Störstellenkonzentration von 1019 Störstellen/cm3. Die Gesamtlänge und -breite der hergestellten Schaltung beträgt 1910 Mikrometer mal 1300 Mikrometer. Der Abstand zwischen Anode und Kathode beträgt typischerweise 120 Mikrometer. that the anode and cathode zones are curved. This geometry tends to limit a localized voltage field concentration that causes a voltage breakdown, and additionally adds a common perimeter for the anode and cathode zones to facilitate the low ON resistance and thereby simplify high current operation . The structure 100 was produced on an n-substrate with a thickness of 457 to 559 micrometers and a conductivity of 1015 to 1016 impurities / cm 3. The bodies 160 and 160a are of the p-conductivity type and have a thickness of 30 to 40 micrometers, a width of 720 micrometers, a length of 910 micrometers and an impurity concentration in the range of 5-9 X 1013 impurities / cm 3. The curved anode zones 180 and 180a are of the p + conductivity type and have a thickness of 2 to 4 micrometers and an impurity concentration of 1019 impurities / cm3. The curved cathode zones 240 and 240a are of the n + conductivity type and have a thickness of 2 to 4 micrometers and an impurity concentration of 1019 impurities / cm 3. The total length and width of the circuit produced is 1910 microns by 1300 microns. The distance between the anode and cathode is typically 120 micrometers.

Einige der hergestellten Strukturen enthielten Leiterzonen 380, 380a, die 60 Mikrometer breit waren, und andere Strukturen enthielten diese Zonen nicht. Die ohne Zonen 380 und 380a hergestellten Strukturen benötigten ein Potential von 22 Volt mehr an dem Gate als an der Anode, um die Leitung zwischen Anode und Kathode zu verhindern oder zu sperren. Die mit Some of the structures fabricated contained conductor zones 380, 380a that were 60 microns wide, and other structures did not contain these zones. The structures fabricated without zones 380 and 380a required a potential of 22 volts more at the gate than at the anode in order to prevent or block the line between the anode and cathode. With

Leiterzonen 380 und 380a hergestellten Strukturen machten es erforderlich, dass das Gatepotential lediglich 7,5 V über dem Anodenpotential lag, um eine Abschaltung zu erzielen. Die hergestellte Struktur war in der Lage, 300 V zu blockieren und 500 Milliampere zu leiten mit einem Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode von 2,2 Volt. Diese Struktur war in der Lage, bei Stromstössen von 10 Ampere mit einer Dauer von einer Millisekunde zu arbeiten. Structures made of conductor zones 380 and 380a required that the gate potential was only 7.5 V above the anode potential in order to achieve a shutdown. The fabricated structure was able to block 300 V and conduct 500 milliamps with an anode-cathode voltage drop of 2.2 volts. This structure was able to operate at a current of 10 amps with a duration of one millisecond.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo eine Struktur 1.000 dargestellt ist, die der Struktur 10 sehr ähnlich ist, und sämtliche Teile der Struktur, die im wesentlichen identisch oder ähnlich den Elementen der Struktur 10 sind, sind durch dieselbe Bezugszahl kenntlich gemacht, wobei am Ende zwei «Oen» hinzugefügt sind. Der grundlegende Unterschied zwischen den Strukturen 1000 und 100 besteht darin, dass in der Struktur 1000 die Halbleiterzonen 22 und 22a der Struktur 10 gemäss Fig. 1 fortgelassen sind. Eine zweckmässige Beabstandung der Zonen 2400, 2400a von der Zone 2000 ergibt einen ausreichenden Schutz vor dem Verarmungsschicht-Durchgriff auf die Zonen 2400, 2400a und ermöglicht, dass die Struktur 1000 als Hochspannungsschalter arbeitet. Referring now to FIG. 4, a structure 1,000 is shown that is very similar to structure 10, and all parts of the structure that are substantially identical or similar to the elements of structure 10 are identified by the same reference number , with two "Oen" added at the end. The basic difference between the structures 1000 and 100 is that in the structure 1000 the semiconductor zones 22 and 22a of the structure 10 according to FIG. 1 are omitted. Appropriate spacing of zones 2400, 2400a from zone 2000 provides adequate protection against depletion layer access to zones 2400, 2400a and enables structure 1000 to operate as a high voltage switch.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 5, in der eine Struktur 10.000 dargestellt ist, die der Festkörperstruktur 10 sehr ähnlich ist, und sämtliche Elemente dieser Struktur, die im wesentlichen identisch zu den Elementen der Struktur 10 sind, Reference is now made to FIG. 5, which shows a structure 10,000 that is very similar to the solid structure 10 and all elements of this structure that are essentially identical to the elements of the structure 10,

sind mit derselben Bezugszahl gekennzeichnet, wobei drei «Oen» hinzugefügt sind. Der grundlegende Unterschied zwischen den Strukturen 10.000 und 10 besteht in der Verwendung der Halbleiter-Schutzringzonen 40 und 40a, welche die Zonen 24.000 und 24.000a kreisförmig umgeben, und die von diesen durch Abschnitte der Körper 16.000 und 16.000a getrennt sind. Die Schutzringzonen 40 und 40a bieten dieselbe Art von Schutz gegen Oberflächenschichtinversion wie die Zone 22, 22a der Struktur 10. Der Schutz wird in einigen Fällen als angemessen betrachtet für die Schaffung eines Hochspannungs-Festkörper-schalters. Die Schutzringe 40 und 40a sind vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Körper 16.000 und 16.000a, haben jedoch einen kleineren spezifischen Widerstand. Die Schutzringe 40 und 40a können erweitert werden (wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist), um die Kathodenzonen 24.000 und 24.000a zu kontaktieren. are identified by the same reference number, with three "oen" added. The basic difference between structures 10,000 and 10 is the use of semiconductor guard ring zones 40 and 40a which circularly surround zones 24,000 and 24,000a and which are separated from them by sections of bodies 16,000 and 16,000a. Guard ring zones 40 and 40a provide the same type of protection against surface layer inversion as zones 22, 22a of structure 10. Protection is in some cases considered adequate for the creation of a high voltage solid state switch. Guard rings 40 and 40a are of the same conductivity type as bodies 16,000 and 16,000a, but have a smaller resistivity. The guard rings 40 and 40a can be expanded (as shown by the dashed lines) to contact the cathode zones 24,000 and 24,000a.

Nun wird Bezug genommen auf Fig. 6, wo eine Struktur 100.000 gezeigt ist, die der Struktur 10 ähnelt. Sämtliche Teile der Struktur 100.000, die entsprechenden Teilen der Struktur 10 ähnlich oder mit diesen im wesentlichen identisch sind, sind durch dieselbe Bezugszahl bezeichnet, wobei vier «Oen» am Ende hinzugefügt sind. Ein Unterschied zwischen der Struktur 100.000 und der Struktur 10 besteht in der Verwendung von Halbleiter-Schutzringzonen 400 und 400a, die die Kathodenzonen 240.000 und 240.000a kreisförmig umgeben. Die Schutzringe 400 und 400a sind ähnlich den Halbleiter-Schutzringzonen 40 und 40a der Struktur 10.000. Der gestrichelt linierte Teil der Schutzringe 400 und 400a veranschaulicht, dass die Ringe erweitert werden können, um die Kathoden 240.000 und 240.000a zu kontaktieren. Die Kombination der Zonen 220.000, 220.000a und der Schutzringe 400, 400a ergibt Schutz gegen Inversion der Körper 160.000, 160.000a, besonders zwischen der Gatezone 200.000 und der Kathodenzone 240.000, 140.000a, und sie schafft Schutz gegen einen Verarmungsschicht-Durchgriff auf die Kathodenzone 240.000, 240.000a. Diese Art von Doppelschutz um die Kathodenzone 240.000, 240.000a ist die bevorzugte Schutzstruktur. Die Zonen 220.000, 220.000a und 400, 400a sind sämtlich vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Körper 160.000, 160.000a, haben jedoch einen niedrigeren spezifischen Widerstand. Die Zonen 400, 400a besitzen einen geringeren spezifischen Widerstand als die Zonen 220.000, 220.000a. Ein weiterer Unterschied zwischen der Struktur 100.000 und der Struktur 10 besteht in den Halbleiterzonen 70, 70a, die vom selben Reference is now made to FIG. 6, where a structure 100,000 that is similar to structure 10 is shown. All parts of structure 100,000 that are similar or substantially identical to corresponding parts of structure 10 are identified by the same reference numeral, with four "oes" added at the end. A difference between structure 100,000 and structure 10 is the use of semiconductor guard ring zones 400 and 400a which circularly surround the cathode zones 240,000 and 240,000a. Guard rings 400 and 400a are similar to semiconductor guard ring zones 40 and 40a of structure 10,000. The dashed line portion of guard rings 400 and 400a illustrates that the rings can be expanded to contact cathodes 240,000 and 240,000a. The combination of zones 220,000, 220,000a and guard rings 400, 400a provides protection against inversion of bodies 160,000, 160,000a, particularly between gate zone 200,000 and cathode zone 240,000, 140,000a, and provides protection against depletion layer penetration of the cathode zone 240,000, 240,000a. This type of double protection around the cathode zone 240,000, 240,000a is the preferred protective structure. Zones 220,000, 220,000a and 400, 400a are all of the same conductivity type as bodies 160,000, 160,000a, but have a lower resistivity. Zones 400, 400a have a lower specific resistance than zones 220,000, 220,000a. Another difference between structure 100,000 and structure 10 is in the semiconductor zones 70, 70a, which are the same

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

659 152 659 152

Leitfähigkeitstyp sind wie die Kathodenzonen 240.000, Conductivity type are like the cathode zones 240,000,

240.000a. Die Zonen 70, 70a stehen in elektrischem Kontakt mit Elektroden 380.000, 380.000a und dienen als obere Gates. Die Verwendung der Gatezonen 70, 70a führt zu einer Verminderung der Grösse des Potentials, das notwendig ist, um die s Leitung zwischen den Anodenzonen 180.000 und 180.000a und den Kathodenzonen 240.000 und 240.000a zu sperren oder zu verhindern. 240,000a. Zones 70, 70a are in electrical contact with electrodes 380,000, 380,000a and serve as upper gates. The use of the gate zones 70, 70a leads to a reduction in the size of the potential which is necessary in order to block or prevent the conduction between the anode zones 180,000 and 180,000a and the cathode zones 240,000 and 240,000a.

Nun wird Bezug genommen auf Fig. 7, wo eine Halbleiterstruktur 42 dargestellt ist, die mehrere im wesentlichen identi- io sehe torgesteuerte Diodenschalter (GDSs) aufweist, von denen lediglich zwei, GDS3 und GDS4 (in gestrichelten Rechtecken dargestellt) gezeigt sind. Die Halbleiterstruktur 42 enthält ein Halbleiter-Tragstück (Substrat) 44, das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und eine Hauptoberfläche 46 aufweist. Innerhalb 15 eines Abschnitts des Substrats 44 sind Separatzonen 48 und 48a angeordnet, die vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind wie das Substrat. 44, und die voneinander durch Abschnitte des Substrats 44 sowie durch Zonen 50 getrennt sind, welche vom selben Leitfähigkeitstyp sind wie das Substrat 44, jedoch eine 20 höhere Störstellenkonzentration besitzen. Die Zonen 50 sind optional. Innerhalb der Zonen 48 und 48a sind im wesentlichen identische Halbleiterkörper 52 und 52a enthalten. Reference is now made to FIG. 7, where a semiconductor structure 42 is shown which has a plurality of essentially identically gated diode switches (GDSs), of which only two, GDS3 and GDS4 (shown in dashed rectangles) are shown. The semiconductor structure 42 includes a semiconductor support piece (substrate) 44, which is of a first conductivity type and has a main surface 46. Separate zones 48 and 48a, which are of the opposite conductivity type to the substrate, are disposed within 15 of a portion of the substrate 44. 44, and which are separated from one another by sections of the substrate 44 and by zones 50, which are of the same conductivity type as the substrate 44, but have a 20 higher impurity concentration. Zones 50 are optional. Essentially identical semiconductor bodies 52 and 52a are contained within the zones 48 and 48a.

Die Körper 52 und 52a sind von dem selben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 44. Innerhalb des Körpers 42 liegt eine An- 25 odenzone 54, die vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie der Körper 52, jedoch eine höhere Störstellenkonzentration aufweist. Ferner ist in dem Körper 52 eine Zone 56 vorhanden, die vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie der Körper 52, jedoch eine höhere Störstellenkonzentration aufweist und von der Zone 54 30 durch Abschnitte des Körpers 52 getrennt ist. Innerhalb eines Abschnitts der Zone 56 ist eine Kathodenzone 58 vorhanden, die vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie die Zone 48. Elektroden 60, 62, 64 und 66 machen mit den Zonen 48, 54, 58 bzw. 50 Kontakt geringen Widerstands. Wenn die Zonen 50 fortge- 35 lassen werden, gibt die Elektrode 66 direkt oder über eine Halbleiterzone (nicht dargestellt) niedrigen Widerstands, ähnlich der Zone 54, jedoch in einem Abschnitt des Substrats 44 enthalten, mit der Zone 44 Kontakt. Eine Isolierschicht 68, typischerweise aus Siliciumdioxid, isoliert elektrisch sämtliche Elektroden der 40 Struktur 42 von der Hauptoberfläche 46 mit Ausnahme derjenigen Zonen, von denen gewünscht ist, dass mit ihnen ein Kontakt niedrigen Widerstands besteht. The bodies 52 and 52a are of the same conductivity type as the substrate 44. Within the body 42 there is an anode zone 54, which is of the same conductivity type as the body 52, but has a higher impurity concentration. There is also a zone 56 in the body 52 which is of the same conductivity type as the body 52 but has a higher impurity concentration and is separated from the zone 54 30 by portions of the body 52. Within a portion of zone 56 is a cathode zone 58 which is of the same conductivity type as zone 48. Electrodes 60, 62, 64 and 66 make low resistance contact with zones 48, 54, 58 and 50, respectively. If zones 50 are left out, electrode 66 contacts zone 44 directly or through a low resistance semiconductor zone (not shown) similar to zone 54 but contained in a portion of substrate 44. An insulating layer 68, typically silicon dioxide, electrically isolates all of the electrodes of the structure 42 from the major surface 46 except for the areas that are desired to have low resistance contact with them.

Der Körper 52a, die Zonen 54a, 56a und 58a sowie die Elektroden 60a, 62a und 64a des GDS4 sind im wesentlichen iden- 45 tisch den entsprechenden Zonen des GDS3. The body 52a, the zones 54a, 56a and 58a and the electrodes 60a, 62a and 64a of the GDS4 are essentially identical to the corresponding zones of the GDS3.

Das Substrat 44 wird typischerweise auf dem am meisten negativen verfügbaren Potential gehalten. Dies dient dazu, die von den Zonen 48, 48a und dem Substrat 44 gebildeten pn- The substrate 44 is typically kept at the most negative available potential. This serves to ensure that the pn- formed by the zones 48, 48a and the substrate 44

Übergänge in Sperrichtung vorzuspannen, so dass sämtliche GDSs in dem Substrat 44 voneinander sperrschichtgetrennt sind. Bias transitions in the reverse direction so that all GDSs in the substrate 44 are isolated from each other.

GDS3 und GDS4 arbeiten in im wesentlichen derselben Weise, wie es für den Betrieb von GDS1 und GDS2 gemäss Fig. 1 beschrieben wurde. Die Zone 48 dient als das Gate, wobei die Zonen 54 und 58 als Anode bzw. Kathode dienen. Es ist anzumerken, dass die Gatezonen 48 und 48a physikalisch und elektrisch getrennt sind, und dass folglich GDS3 und GDS4 im wesentlichen vollständig unabhängig voneinander betrieben werden können, da die jeweiligen Gates, Anoden und Kathoden elektrisch getrennt sind. Somit erleichtert die Struktur 42 die Herstellung eines Feldes bestehend aus GDSs, wobei jeder GDS in der Lage ist, unabhängig von allen anderen GDSs des Feldes betrieben zu werden. GDS3 and GDS4 operate in essentially the same manner as was described for the operation of GDS1 and GDS2 according to FIG. 1. Zone 48 serves as the gate, with zones 54 and 58 serving as the anode and cathode, respectively. It should be noted that gate zones 48 and 48a are physically and electrically separate, and consequently GDS3 and GDS4 can operate essentially completely independently of one another since the respective gates, anodes and cathodes are electrically separated. Structure 42 thus facilitates the creation of a field consisting of GDSs, each GDS being able to operate independently of all other GDSs in the field.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Beispielsweise können die Störstellen-Konzentrationsgrade, die Abstände zwischen den Zonen und andere Grössen der Zonen so eingestellt werden, dass spürbar höhere Betriebsspannungen und -ströme möglich sind als beschrieben wurde. Zwischen die Zonen 48 und 48a und die Zone 44 kann eine dielektrische Schicht eingefügt werden, oder die dielektrische Schicht kann an die Stelle der Zonen 44 und 50 treten. Ferner können andere Arten von dielektrischen Materialien, so z.B. Siliciumnitrid an die Stelle des Siliciumdioxids treten. In die Strukturen von Fig. 3, 4, 5, 6 und 7 können Leiterzonen, wie die Zone 38 gemäss Fig. 1 aufgenommen werden. Die Zonen 56 und 56a können fortgelassen werden. Dies setzt die Spannungsbelastbarkeit der sich ergebenden GDS-Strukturen herab; jedoch kann der Abstand zwischen der Anode und Kathode und zwischen benachbarten GDS-Strukturen erhöht werden, um die brauchbaren Spannungsbereiche zu vergrössern. Ferner können die Zonen 56 und 56a ersetzt werden durch Schutzringe von beispielsweise der Art, wie sie in Fig. 5 um die Kathode 24.000 dargestellt ist. Weiterhin können beispielsweise eine Zone wie die Zone 220.000 und ein Schutzring ähnlich dem Schutzring 400 gemäss Fig. 6 an die Stelle der Zonen 56, 56a gemäss Fig. 7 treten. Die Elektroden können dotiertes Polysilicium, Gold, Titan oder andere Leitertypen sein. Die Leitfähigkeit sämtlicher Halbleitersubstrate und Zonen kann umgekehrt werden, vorausgesetzt, dass die Spannungspolaritäten entsprechend in aus dem Stand der Technik bekannter Weise geändert werden. In einem solchen Fall werden die Zonen 18, 18a, 180, 180a, 1800, 1800a, 18.000, 18.000a, 54, 54a, 180.000 und 180.000a Kathoden, und die Zonen 24, 24a, 240, 240a, 2400, 2400a, 24.000, 24.000a, 58, 58a, 240.000 und 240.000a werden Anoden. Man erkennt, dass die Strukturen gemäss der vorliegenden Erfindung Wechseloder Gleichstrombetrieb ermöglichen. The embodiments described herein are intended to illustrate the basic principles of the invention. For example, the degree of impurity concentration, the distances between the zones and other sizes of the zones can be set so that noticeably higher operating voltages and currents are possible than was described. A dielectric layer may be interposed between zones 48 and 48a and zone 44, or the dielectric layer may replace zones 44 and 50. Furthermore, other types of dielectric materials, e.g. Silicon nitride takes the place of silicon dioxide. 3, 4, 5, 6 and 7, conductor zones such as zone 38 according to FIG. 1 can be included. Zones 56 and 56a can be omitted. This reduces the resilience of the resulting GDS structures; however, the distance between the anode and cathode and between adjacent GDS structures can be increased to increase the useful voltage ranges. Furthermore, the zones 56 and 56a can be replaced by protective rings of the type, for example, as shown in FIG. 5 around the cathode 24,000. Furthermore, for example, a zone such as zone 220,000 and a guard ring similar to guard ring 400 according to FIG. 6 can take the place of zones 56, 56a according to FIG. 7. The electrodes can be doped polysilicon, gold, titanium or other types of conductors. The conductivity of all semiconductor substrates and zones can be reversed, provided that the voltage polarities are changed accordingly in a manner known from the prior art. In such a case, zones 18, 18a, 180, 180a, 1800, 1800a, 18,000, 18,000a, 54, 54a, 180,000 and 180,000a become cathodes, and zones 24, 24a, 240, 240a, 2400, 2400a, 24,000 , 24,000a, 58, 58a, 240,000 and 240,000a become anodes. It can be seen that the structures according to the present invention enable AC or DC operation.

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4 Blätter Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims (8)

659 152 659 152 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 1. Festkörper-Schaltvorrichtung, mit einem Halbleiterkörper (16), dessen Hauptteil von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist, einer ersten Zone (18) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Zone (24) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, einer Gatezone (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste, die zweite und die Gatezone einen kleineren spezifischen Widerstand aufweisen als der Hauptteil und voneinander durch Abschnitte des Halb-leiterkörper-Hauptteils getrennt sind, und die Parameter der Vorrichtung derart sind, dass sich, wenn an die Gatezone eine erste Spannung gelegt wird, in dem Halbleiterkörper eine Verarmungszone ausbildet, die einen Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Zone verhindert, und dass, wenn an die Gatezone eine zweite Spannung und an die erste und zweite Zone geeignete Spannungen gelegt werden, zwischen der ersten und zweiten Zone durch Doppel-Trägerinjektion ein Strompfad mit einem kleineren Widerstand als im spannungslosen Zustand entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Zone (18, 24) jeweils eine in einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (16) enthaltende Oberfläche aufweisen, und dass die Gatezone ein Halbleiterstück (12) ist, das den Halbleiterkörper entlang einer zweiten, der ersten Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche kontaktiert. Solid-state switching device, having a semiconductor body (16), the main part of which is of a first conductivity type, a first zone (18) of the first conductivity type, a second zone (24) of a second conductivity type, which is opposite to the first conductivity type, a gate zone (12) of the second conductivity type, wherein the first, second and gate regions have a smaller resistivity than the main part and are separated from each other by portions of the semiconductor body main part, and the parameters of the device are such that when on the gate zone is set with a first voltage, in the semiconductor body forms a depletion zone which prevents current flow between the first and second zones, and that when a second voltage is applied to the gate zone and suitable voltages are applied to the first and second zones, between the first and second zones by double-carrier injection a current path with a smaller resistance and than in the de-energized state, characterized in that the first and second zones (18, 24) each have a surface contained in a first main surface of the semiconductor body (16), and in that the gate zone is a semiconductor piece (12) which forms the semiconductor body contacted along a second surface opposite the first surface. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (16) eine lokalisierte dritte Zone (22) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, deren spezifischer Widerstand zwischen demjenigen des Hauptteils des Halbleiterkörpers (16) und demjenigen der ersten Zone (18) liegt, und dass die dritte Zone (22) derart angeordnet ist, dass sie die zweite Zone (24) umgibt. 2. Device according to claim 1, characterized in that the semiconductor body (16) has a localized third zone (22) of the first conductivity type, the specific resistance of which lies between that of the main part of the semiconductor body (16) and that of the first zone (18), and that the third zone (22) is arranged such that it surrounds the second zone (24). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatezone (48) zwischen dem Halbleiterkörper-Hauptteil (52) und einem Wafer-Substratabschnitt (44) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist (Fig. 7). 3. The device according to claim 1, characterized in that the gate zone (48) between the semiconductor body main part (52) and a wafer substrate portion (44) of the first conductivity type is arranged (Fig. 7). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeiten des Halbleiterkörpers (16), der ersten Zone (18), der zweiten Zone (24) und der dritten Zone (22) vom (P—)-. (P + K (n+)- bzw. (p)-Typ sind. 4. The device according to claim 2, characterized in that the conductivities of the semiconductor body (16), the first zone (18), the second zone (24) and the third zone (22) from (P -) -. (P + K (n +) - or (p) -type are. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (16.000) eine lokalisierte vierte Zone (40) aufweist, die die zweite Zone umgibt, jedoch nicht kontaktiert, und dass die vierte Zone vom ersten Leitfähigkeitstyp ist und einen geringeren spezifischen Widerstand aufweist als der Hauptteil (16.000). 5. The device according to claim 1, characterized in that the semiconductor body (16,000) has a localized fourth zone (40) which surrounds but does not contact the second zone, and that the fourth zone is of the first conductivity type and has a lower resistivity than the main body (16,000). 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper eine in der dritten Zone (220.000) enthaltene vierte Zone (400) aufweist, die die zweite Zone (240.000) umgibt, jedoch nicht kontaktiert, und dass die vierte Zone vom ersten Leitfähigkeitstyp ist und einen geringeren spezifischen Widerstand hat als die dritte Zone. 6. The device according to claim 2, characterized in that the semiconductor body has a fourth zone (400) contained in the third zone (220,000), which surrounds the second zone (240,000) but does not contact, and that the fourth zone of the first conductivity type and has a lower specific resistance than the third zone. 7. Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Festkörper-Schaltvorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatezone für die zwei Festkörper-Schaltvorrichtungen gemeinsam ist, wobei die erste Zone (18) der einen Vorrichtung an die zweite Zone (24a) der anderen Vorrichtung angeschlossen ist und die zweite Zone (24) der ersten Vorrichtung an die erste Zone (18a) der zweiten Vorrichtung angeschlossen ist. 7. Circuit arrangement with at least two solid-state switching devices according to claim 1, characterized in that the gate zone is common to the two solid-state switching devices, the first zone (18) of one device being connected to the second zone (24a) of the other device and the second zone (24) of the first device is connected to the first zone (18a) of the second device. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Festkörper-Schaltvorrichtungen auf einem Wafer-Substrat (44) angeordnet sind, und dass das Wafer-Substrat mehrere Zonen (50) des ersten Leitfähigkeitstyps, jedoch mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als das Wafer-Substrat aufweist. 8. The circuit arrangement according to claim 7, characterized in that a plurality of solid-state switching devices are arranged on a wafer substrate (44), and in that the wafer substrate has a plurality of zones (50) of the first conductivity type, but with a lower resistivity than the wafer Substrate.
CH6267/80A 1978-12-20 1979-12-06 SOLID BODY SWITCHING DEVICE AND CIRCUIT ARRANGEMENT WITH AT LEAST TWO SUCH A SOLID BODY SWITCHING DEVICE. CH659152A5 (en)

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