CS251097B2 - Semiconductor device - Google Patents

Description

(54) Polovodičové zařízení

Řešení se týká polovodičového zařízení, obsahujícího· nejméně jednu oblast vysoce dotovaného materiálu prvního typu vodivosti, uloženého v jámě materiálu druhého typu vodivosti, aby byl možný průchod proudu mezí uvedenou jámou a oblastí.

Podle řešení je v uvedené jámě daná oblast alespoň částečně obklopena pásmem vysoce dotovaného· materiálu druhého typu vodivosti, aby proud mohl procházet mezi jámou a uvedeným pásmem.

Vynález se týká polovodičového¹ zařízení obsahujícího nejméně jednu oblast vysoce dotovaného' materiálu prvního typu vodivosti, uloženého v jámě materiálu druhého typu vodivosti, aby byl možný průchod proudu mezi uvedenou jámou a oblastí.

Takové polovodičové zařízení je již známo z článku „Planární tyristory s izolovaným hradlem: Struktura I a základní činnost“ od J. D. Plummet aj., uveřejněného v IEEE Transactions on Elektronic Devices, sv. ED-27, číslo 2, únor 1980, str. 380 — 287 a zejména obr. 11.

Toto známé zařízení obsahuje tyristor zahrnující tranzistor PNP a tranzistor NPN, které jsou propojeny mezi dvěma svorkami tvořícími emitory těchto tranzistorů, přičemž přechod báze — emitor tranzistoru NPN je přemostěn odpínacím tranzistorem PMOS a tak zvaným zaškrceným. spouštěcím odporem. Kolektor tranzistoru PNP, báze tranzistoru NPN a emitor tranzistoru PMOS jsou tvořeny shora uv-edenou jámou, která obsahuje materiál typu P a emitor tranzistoru NPN je tvořen shora uvedenou oblastí, která obsahuje vysoce dotovaný materiál typu N, tj. materiál N+.

Když se u tohoto¹ známého zařízení po uvedení tranzistoru PMOS do vodivého stavu k odpojení tyristoru odebírá proud z jámy typu P pod oblastí materiálu N+ pod kanálem a kolektorem tranzistoru PMOS, tj’, ze sloučení kolektoru tranzistoru PNP, báze tranzistoru NPN a emitoru tranzistoru PMOS ke kanálu a kolektoru tohoto· tranzistoru. Proud, který může být přerušen tímto tranzistorem pMos je snížen, jelikož jáma typu P má poměrně vysoký odpor zapojený do série s emitorem tranzistoru PMOS.

Účelem vynálezu je vytvořit polovodičové zařízení shora uvedeného typu tak, aby nemělo takovou nevýhodu, tj. aby umožnilo odvádět nebo vypínat vyšší proud.

Podle vynálezu se tohoto účelu dosáhne v důsledku skutečnosti, že v uvedené jámě je daná oblast alespoň částečně obklopena pásmem vysoce dotovaného materiálu druhého typu vodivosti, aby proud mohl procházet mezi jámou a uvedeným pásmem.

Dalším rysem polovodičového zařízení podle vynálezu je, že jáma obsahuje materiál typu P, oblast obsahuje materiál N+ a pásmo obsahuje materiál P+.

Dalším znakem zařízení podle vynálezu je, že zahrnuje tyristor obsahující tranzistor PNP a tranzistor NPN, které jsou propojeny mezi dvěma svorkami tvořícími příslušné emitory těchto tranzistorů, přičemž přechod báze — emitor tranzistoru NPN j’e přemostěn vypínacím zařízením, a že báze tranzistoru NPN je stejně jako kolektor tranzistoru PNP tvořena uvedenou j‘ámou, přičemž emitor tranzistoru NPN je tvořen uvedenou oblastí a dané pásmo tvoří vstupní elektrodu vypínacího zařízení.

V důsledku toho, že vstupní elektroda vypínacího zařízení je tvořena pásmem materiálu P+, který alespoň částečně obklopuje oblast materiálu N+, pak po· spuštění vypínacího zařízení se odebírá proud od jámy typu P pod uvedenou oblastí N+ k jámě typu P+ přilehlé k oblasti N+. V důsledku nižšího odporu jámy P+ je vypínací zařízení schopné přerušovat větší proud.

Jiným znakem zařízení podle vynálezu je, že uvedené pásmo úplně obklopuje shora uvedenou oblast.

Ještě dalším rysem polovodičového zařízení podle vynálezu je, že obsahuje větší ' počet oblastí, z nichž každá je úplně obklopena uvedeným pásmem.

V těchto' případech se vytvoří ještě nižší odporová dráha pro proud opouštějící jámu P—, pročež je zařízení schopné přerušovat ještě větší proudy.

Další výhodou polovodičového zařízení podle vynálezu je, že nevyžaduje použití shora uvedeného přídavného zaškrceného spouštěcího· odporu.

Vynález bude popsán na příkladu provedení znázorněném na připojených výkresech.

Obr. 1 znázorňuje ekvivalentní elektrický obvod polovodičového zařízení podle vynálezu.

Obr. 2 je pohled v průřezu na jedno provedení takového zařízení.

Obr. 3 a 4 po jejich sestavení s obr. 4 nahoře znázorňuje půdorys dalšího provedení zařízení podle vynálezu.

Obr. 5 znázorňuje část obr. 3 ve zvětšeném měřítku.

Obr. 6, 7 a 8 jsou průřezy podle čar VI— VI, VII—VII a VIII—VIII na obr. 4, avšak rozměry jsou zkreslené.

Obr. 9 znázorňuje možné diagramy činnosti zařízení podle obr. 1.

Elektrický obvod znázorněný na · obr. 1 obsahuje dva elektronické polovodičové spínače nebo hradla SW1 a SW2, které jsou navzájem identické, avšak jsou zapojeny antiparalelně mezi svorkami SI a S2. Tyto spínače mají společnou hradlovou svorku G a jsou již popsány v belgickém pat. spisu číslo 897 772.

Spínač SW1 obsahuje tranzistor typu PNP o značce TI, dále NPN tranzistor T2, parazitní PNP tranzistor T3, DMOS tranzistor DM a PMOS tranzistor PM. Tranzistory TI, T2 dohromady tvoří tyristor, který může být spouštěn do· jeto vodivého stavu tranzistorem DM a může být vypínán tranzistorem PM, jak bude vysvětleno níže.

Podobně obsahuje spínač SW2 tranzistory T‘l, T‘2, T‘3, DM‘ a PM‘.

Jak je uvedeno ve shora uvedeném· belgickém pat. spisu, spustí se spínač SW1, když svorka S1 je na vyšším napětí než svorka S2 a když se připojí vhodné pozitivní napětí ke společné hradlové elektrodě G spínačů SW1, SW2. Totéž platí pro spínač SW2, když svorka S2 je na vyšším napětí než svorka Sl.

Je-li například svorka S1 na dostatečně vysokém napětí vůči svorce S2 a hradlová elektroda G je uvedena v činnost, pak oba tranzistory DM‘, DM, které jsou zapojeny v sérii mezi svorkami Sl, S2 (kde tranzistor DM‘ přemosťuje tranzistor Tlj se stanou vodivými.

Tranzistor TI se stane vodivým, když poklesne napětí na tranzistoru DM‘ dosáhne 0,7 voltu. Jakmile se tranzistor TI stane vodivým, je sledován tranzistorem T2 a oba tranzistory pak udržují jeden činnost druhého. Pro vypnutí spínače musí se připojit vhodné negativní napětí k tranzistoru PM, jelikož, když se tento tranzistor stane vodivým, odebírá proud z báze tranzistoru T2 a pak uvede tento tranzistor do nevodivého stavu, což je sledováno tranzistorem T2.

Polovodičové spínací zařízení může být integrováno a průřez jednoho provedení takového integrovaného spínacího zařízení je znázorněn na obr. 2. Obsahuje vanu 1, která je provedena z izolační vrstvy kysličníku křemičitého uložené v polysilikonové vrstvě 2 a obklopující substrát 3, který sestává z velmi nepatrně dotovaného materiálu typu N, který je označen N--. Ve vaně 1 a v horním povrchu jejího substrátu 3 jsou provedeny spínací členy SPI, SP2. Tyto spínací členy tvoří navzájem zrcadlový obraz vůči středu vany 1. Avšak neodpovídají shora uvedeným spínačům SW1, SW2, jelikož každý z nich obsahuje části každého z těchto spínačů, jak bude uvedeno níže.

Spínací člen SPI se zhotoví, jak níže stručně uvedeno, přičemž všechny jeho části jsou tvořeny podélnými díly.

Nejdříve se budicí desky 4, 5 a hradlová deska 6, provedené vesměs z polysilikonového materiálu, vytvoří na vrstvě 7 kysličníku křemičitého, umístěné na horním povrchu vany 1. Jámy 8 a 9 obsahující nepatrně dotovaný materiál typu P, označený P—, jsou například vytvořeny implantací iontů, za kterou následuje vyvolání jejich vniknutí. Oblasti 10, 11, 12 se provedou analogickým způsobem. Oblasti 10, 11 jsou tvořeny vysoce dotovaným materiálem typu P, označeným P+, a oblast 12 je tvořena vysoce dotovaným materiálem typu N, označeným N+. Oblast 10 je vytvořena v jámě 8 a obě oblasti 11, 12 jsou vytvořeny v jámě 9. Hliníkové vodicí proužky 13, 14 se provedou tak, že proužek 13 je v kontaktu s budicí deskou 4 a oblastí 10 podíl ploch 15, popřípadě 16, a že vodivý proužek 14 je v kontaktu s budicí deskou 5 a oblastí 12 podél jejich ploch 17, popřípadě 18. Je třeba poznamenat, že vrstva 7 kysličníku křemičitého je také zavedena mezi součásti 4, 5, 6, 12, 14 a také je pokrývá. Konečně se proužky 13, 14 elektricky spojí se svorkou S2 a hradlová deska 6 se elektricky spojí s hradlovou svorkou G.

Spínací člen SP2 je podobný spínacímu členu SPI a zahrnuje části 19 až 21 a 22 až

32, které odpovídají součástem 4 až 6, popřípadě 8 až 18 spínacího členu SPI. Vrstvy 7 je rovněž použito ve spínacím členu SP2.

Shora uvedené tranzistory TI, T2, DM, PM spínacího členu SPI a tranzistory T‘l, T‘2 spínacího členu SP2 jsou schematicky znázorněny na obr. 2. Tranzistory DM‘ a PM‘ nejsou znázorněny, jelikož jsou identické se shora uvedenými, a tranzistory T3 a T‘3 nejsou znázorněny, jelikož pro vynález nemají význam. Elektrody tranzistorů TI, T2, DM, pM a T‘l, T‘2 jsou následující:

— báze emitor a kolektor tranzistoru TI jsou tvořeny materiálem N sbbstrát u 2, popřípadě materiálu P— a P+ jámy 22 a oblasti 24, popřípadě materiálem P— jámy

9, — báze, emitor a kolektor tranzistoru T2 jsou tvořeny materiálem P— jámy 9, popřípadě materiálem N-h ' oblasti 12, popřípadě materiálem N subsráátu 2, — hradlo, emitor a kolektor tranzistoru DM, který je vytvořen na horním povrchu vany 1, jsou tvořeny hradlem G nebo- hradlem 6, ' popřípadě materiálem N+ oblasti 12, popřípadě materiálem N subrárut u 2. Kanál je tvořen materiálem P—- jámy 9, — hradlo, emitor a kolektor tranzistoru PM, který je také vytvořen na horním povrchu vany 1, jsou tvořeny hradlem G, popřípadě materiálem P— a P+ jámy 3 a oblastí 11, popřípadě materiálem P+ oblasti

10. Kanál je tvořen materiálem N--, — báze, emitor a kolektor tranzistoru T‘l jsou tvořeny materiálem N uusí^l^N^tu 2, popřípadě materiálem P+ oblasti 10, popřípadě materiálem P— jámy 23, — báze, emitor a kolektor tranzistoru T2‘ jsou tvořeny materiálem P— jámy 23, materiálem N+ oblasti 26, popřípadě materiálem N subsrrátu 2.

U tohoto známého provedení, když se například tranzistor PM stane vodivým, odebírá se proud z báze tranzistoru T2 a z kolektoru tranzistoru TI ke svorce S2 přes emitor, kanál a kolektor tranzistoru PM. Zejména prochází proud z materiálu P— jámy 9 k materiálu P+ oblasti 10, a jak vyplývá z obr. 2, zjistí se největší odpor v tomto materiálu P—, když tento proud vychází z dolní části pásma 12 typu N+. Ve skutečnosti takový proud prochází z dolní části tohoto pásma 12 typu N+ k P+ oblasti 10, na jedné straně, přes P— materiál 9 a kanál tranzistoru PM umístěný pod hradlem 6 a na druhé straně přes P+ oblast 11 na povrch vany 1 a neznázorněnou P+ oblast v blízkosti kanálu tranzistoru PM a tímto kanálem. V důsledku přítomnosti P+ materiálu 9 se značně sníží odpor emitoru PMOS tranzistoru PM, takže účinek tohoto tranzistoru se značně zdůrazní, tj. tento tranzistor může vypínat větší proud. Nevýhodou tohoto provedení spínacího zařízení podle obr.

je okolnost, že má podlouhlý povrch, který není tak vhodný pro vytvoření optimálního povrchového naplnění, když se kombinuje s větším počtem takových spínacích obvodů a s řídicími obvody v podstatě čtvercovými, přičemž je třeba mít na zřeteli, že spínací obvody musí být spojeny se svorkovými čipy umístěnými podél délky čipu.

Z toho důvodu bylo konstruováno výhodné druhé provedení, které zabírá povrch v podstatě čtvercový a má ještě menší emitorový odpor tranzistoru PM, takže dovoluje vypínat větší proudy. Má také jiné další významné rysy. Toto druhé provedení bude nyní popsáno v souvislostí s obr. 3 až 8.

Obr. 3 a 4, při postavení obr. 4 nahoře, znázorňuje dva identické spínací členy SPI, SP2, které jsou uspořádány tak, že do sebe navzájem pronikají a pokrývají plochu v podstatě čtvercovou. Spínací člen SPI je spojen s přívodní svorkou S2 relativně širokým hliníkovým vodicím proužkem 33 (obr. 4], a spínací člen SP2 je podobně spojen s přívodní svorkou S1 relativně širokým hliníkovým vodivým proužkem 34 (obr. 3). Tyto spínací členy SPI, SP2 jsou také spojeny k hradlové svorce G nebo 6 pomocí hliníkových vodivých proužků · 35 (obr. 4), popřípadě 36 (obr. 3).

Jelikož oba spínací členy SPI, SP2 jsou identické, bude níže podrobně uvažován · pouze spínací člen SPI.

Při pohledu na obr. 3 až 5 je patrno, že vodivé proužky jsou znázorněny šrafovanými částmi, že obr. 6 je průřez podél čáry VI—VI středem oblasti D náležející k navzájem sousedícím· oblastem A až L tvořící část levého dolního úseku spínacího· členu SPI, znázorněného na obr. 5, že obr. 7 je průřez oblastí D podél čáry VII—VII rovnoběžné s čárou VI—VI, a že obr. 8 je průřez podél čáry VIII—VIII středem oblasti A. Tato oblast je identická s oblastí B a každá z těchto dvou oblastí obsahuje tři za sebou jdoucí pásma, jejichž průřezy jsou stejné jako průřezy podle obr. 7, popřípadě podle obr. 8 a opět podle obr. 7. Podobně každá z oblastí C až L, které jsou také identické, obsahuje tři za sebou následující pásma, jejichž průřezy jsou stejné jako průřezy podle obr. 7, popřípadě podle obr. 6, popřípadě opět podle obr. 7.

Spínací člen SPI se zhotoví postupem podobným postupu shora stručně popsanému v souvislosti s obr. 2. Jak bude zřejmé později, je horní strana jámy 1 tvořena Pp materiálem 10, 11 a Np materiálem 12, 46, s výjimkou oblasti pod hradlem 6 a také oblasti v blízkosti okrajů spínacího členu SPI, kde Pp materiál je oddělen od Nmateriálu P— materiálem, který má větší poloměr křivosti za účelem zabránění průrazu.

Jak je znázorněno na obr. 3 a 4, pokrývá spínací člen SPI oblast vymezenou stranou tvaru S, která má zakřivené konce, z nichž jeden je spojen dalším zakřiveným úsekem s jednou z obou přímočarých stran, které jsou umístěny v pravém úhlu. Druhá přímočará strana je oddělena od horního zakřiveného konce strany tvaru S mezerou umožňující průchod shora uvedeného· vodivého proužku 35.

Hradlo 6 je tvořeno hadovitě utvářeným vláknem majícím dolní úsek 38, který probíhá podél dolní strany spínacího členu Spi, a úsek 39, který pokrývá střední plochu spínacího členu SPI a obsahuje několik vlnitých prstů. Na jeho horní pravé části má hradlo 6 svorku 40, ke které je připojen vodivý proužek 35 v místě 41. Jak bude vysvětleno níže, je hadovitě utvářené hradlo umístěno nad hadovitě utvářeným kanálem materiálu N oddělujímho oblastP+ materiálu 10 od oblasti Pp materiálu 11. Oblast Pp materiálu umístěná v blízkosti horní křivky spínacího· členu SPI, je poměrně velká, jelikož v· tomto místě opisuje hradlo 6 velkou křivku rovnoběžnou s jeho horní křivkou.

Vodivý proužek 63 je spojen s horním povrchem hradla 6 za účelem zkratování jeho levé a pravé části (obr. 8). Tyto části byly dotovány materiálem P, popřípadě materiálem N při postupu výroby . spínače a hradlo 6 by tak tvořilo diodu, kdyby nebylo dalších opatření.

P— oblast 8 a Pp oblast 10 obě probíhají podél přímočarých stran spínacího· členu SPI. Jejich průřezy jsou rovné průřezům znázorněným na obr. 6 až 8, z čehož výplývá, že na· vnějším okraji obou těchto stran je Pp materiál oblasti 10 oddělen od materiálu substrátu typu N o^omoc í P— materiálu jamky 8. Na vnitřním okraji těchto přímočarých stran probíhá Pp materiál oblasti 10 částečně pod hradlem G a za P'— materiálem. Zejména na dolní přímočaré straně spínacího členu SPI vyčnívá Pp materiál 10 mezi hadovitý úsek 38 hradla 6 a částečně pod něj, zatímco na pravé přímočaré straně spínacího členu 1 vyčnívá Pp materiál 10 mezi prsty zvlněného úseku 39 tohoto· hradla.

Jak je také znázorněno na obr. 3 až 8, jsou vodivý proužek 13, který je spojen s vodivým proužkem 33 vedoucím k přívodní svorce S2, a budicí deska 4 uspořádány podél přímočarých stran spínacího členu SPI a tento proužek 13 . je spojen s budicí deskou 4 na místech 15 a je ve styku s Pp materiálem oblasti 10 v místech 16. Přímočará pravá část vodivého· proužku 13 má kromě toho větší počet proužkovitých prstů, například 42, 43, které · jsou ve styku se spodním Pp materiálem 10 na velkém počtu míst, jako jsou místa označená značkami 44, 45 na obr. 3, 4. Prvky 42, 44 jsou také znázorněny na obr. 5¹.

P— jamka 9 má tvar S a tvoří stranu tvaru S spínacího členu SPI. Obsahuje Pp oblast 11, větší počet čtvercových Np oblastí

46, které jsou také uspořádány podél vlák251097 na tvaru S, a dvě obdélníkové N+ oblasti 12, umístěné poblíž shora uvedené křivky 37 na levém konci spínacího členu SPI. Tyto jamky a oblasti 9, 11, 12, 46 jsou znázorněny na levé straně shora uvedených obr. 6 až 8, z nichž vyplývá, že v oblasti A — L spínacího členu SPI jsou N4- oblasti 46 úplně obklopeny P+ materiálem oblasti 11, a že obdélníkové N-i- oblasti 1+ jsou obklopeny Pf- materiálem oblasti 11 na třech stranách a P— materiálem jamky 9 na straně přilehlé к hradlu 6. Na vnějším okrají této strany tvaru S spínacího členu SPI je P4materiál oblasti 11 oddělen od materiálu substrátu typu N--P— materiálem jamky 9. Na vnitřním okraji této strany tvaru S spínacího členu SPI probíhá P-H materiál oblasti 11 částečně pod hradlem G a za materiál (obr. 6, 7} nebo N-H materiál oblasti 12 a přiléhající P— materiál jamky 9 obojí vyčnívají pod hradlo (obr. 8).

V důsledku skutečnosti, že P-н materiál oblastí 10, 11 pod hradlem 6 (obr. 7) má malou hloubku, může být umístění jejich vnějších okrajů přesně určeno, a totéž platí pro okraje hradla 6 nad těmito okraji. Kromě toho P-н materiál oblasti 11 mezi N4materiálem a P— materiálem jamky 9 na straně budicí desky 5 (obr. 8) působí jako zarážecí difúze, která zabraňuje prosakování mezi tímto N+ materiálem a N—· materiálem.

Jak je také znázorněno 11a obr. 3 až 8 jsou vodivý proužek 14 tvaru S a budicí deska 5 uspořádány podél strany tvaru S spínacího členu SPI a tento proužek je spojen s vodivým proužkem 13 ve shora uvedeném zakřivení 37. Proužek 14 jak je také spojen s budicí deskou 5 v místech 17 a s N+ materiálem oblastí 12, 46 v místech 18. Proužek 14 je dále spojen širokým můstkovým dílem 47 s rozšířenou hlavou 4fe proužkovitého prstu 49, přičemž tato rozšířená hlava 48 je sama ve styku se shora uvedenou velkou oblastí spodního Ph materiálu 10 ve velkém počtu míst, například 50. Konečně je vodivý proužek 14 také spojen s proužkovitým prstem 51, který je také ve styku s tímto P4materiálem 10 ve větším počtu míst, označených 52.

Je třeba poznamenat, že každé z míst, například 44 (obr. 4) a 52 je na proužkovitém prstu, například 42, 51, který je ve styku se spodním P+ materiálem, přičemž hradlo 6 je odtohoto spojení ve větší vzdálenosti, postačující pro zabránění průrazu.

Další vodivý proužek 53/54 tvaru S probíhá rovnoběžně s vodivým proužkem 14 tvaru S a obsahuje dva úseky 53, 54, které jsou přerušeny shora uvedeným můstkovým dílem 47. Proužek 53/54 je ve styku s P-ь materiálem oblasti 11 ve velkém počtu míst, označených značkami 55, (obr. 3 až 8). Zejména je úsek 53 proužku 53/54 spojen s větším počtem proužkovitých prstů, například 56, 57, které jsou ve styku se spodním P-h materiálem 11 na jedné straně hradla ve větším poctu míst, jako 58, 59. Osek 54 je podobně spojen s proužkovitým prstem 60, který je sám ve styku se spodním P-H materiálem 11 ve velkém počtu míst, například 61o Aby tento prst 60 byl na stejném potenciálu jako prsty spojené s úsekem 53, propojuje vodivý můstkový díl 62 prsty 60, 59.

Průřezy zbývající části tvaru S spínacího členu SPI jsou podobné průřezům znázorněným v levé části obr. ϋ a 7, až na to, že v různých z těchto průřezů není ve styku ani P-H materiál ani N+ materiál.

Ze shora uvedeného a ze srovnání obr. 2 a 6 až 8 vyplývá, že DMOS tranzistor DM, zvlášť znázorněný na obr. 8, je vytvořen v každé z oblastí А, В spínacího členu SPI, přičemž oba tyto tranzistory jsou zapojeny paralelně. Byl také proveden větší počet tranzistorů TI (emitor, kolektor), T2, PM, T‘l (báze, emitor], přičemž homologické tranzistory jsou zapojeny paralelně. Tranzistor TI, T2, DM, T‘l a PM jsou znázorněny na obr. 8, popřípadě na obr. 7. Zejména je kolektor tranzistoru TI a báze tranzistoru T2 tvořeny P— materiálem jamky 9, kdežto emitor tranzistoru PM je tvořen P-н materiálem oblasti 11. Tak tomu také bylo na obr. 2.

Když například se tranzistor PM stane vodivým, odebírá se proud z báze tranzistoru T2 a kolektoru tranzistoru TI ke svorce S2 přes emitor, kanál a kolektor tranzistoru PM. Tento proud prochází od P - materiálu jamky 9 к P-+- materiálu oblasti 10 a největší odpor zjištěný v tomto P— materiálu je tenkrát, když tento proud vychází zpod čtverečku 46 N4- materiálu. Takový proud prochází ze spodku tohoto N4- pásma 46 к P-H oblasti 10 přes P4- materiál 11 na všech stranách čtverečku 46 a N--kanálu spínacího členu PM. V důsledku přítomnosti P4- materiálu na všech stranách N4- materiálu je odpor emitoru PMOS tranzistoru PM značně nižší než odpor u provedení podle obr. 2, takže účinek tohoto tranzistoru se dále zesílí. To znamená, že tranzistor PM může odpínat větší proudy.

Je třeba poznamenat, že provedení podle obr. 2 by mohlo být pozměněno takovým způsobem, že i tam je N4- materiál oblastí 12, 26 úplně obklopen P4- materiálem.

Ze shora uvedených obr. 6 až 8 vyplývá, že P4- materiál 10 tvoří emitor tranzistoru T‘l, jehož kolektor je tvořen, jak je znázorněno na obr. 2, P— materiálem 23, který takě tvoří bázi tranzistoru T'2, jehož emitor je tvořen N4- materiálem 26. Proto může procházet proud od emitoru tranzistoru T‘l к emitoru tranzistoru T‘2, to znamená od P-H materiálu 10 к N4- materiálu 26. Jelikož povrch zakřiveného vlákna N4- materiálu oblasti 26 v horní části spínacího členu SP2 je poměrně velký, může tam protékat velký proud, takže bylo nutné umístit před tímto zakřiveným vláknem velkou oblast P-H materiálu 10, která je ve styku se stejně velkým povrchem 50.

Stejná úvaha také zřejmé platí pro tranzistory TI, T2 a z toho důvodu má spínací člen SP2 kontaktní povrch, odpovídající kontaktnímu povrchu 50 spínacího členu SPI.

Shora bylo uvedeno, že čím je emitorový odpor PMOS tranzistoru nižší, tím větší je proud, který může být tímto tranzistorem přerušován. Bylo zjištěno, že nazveme-li „RE“ kombinaci odporu kolektoru tranzistoru TI, báze tranzistoru T2 a dráhy od emitoru ke kolektoru tranzistoru PM, potom maximální přerušovatelný proud je dán vztahem _{1 =} 0,5 (Д-1) ^RE kde

1/31 a /32 jsou zesilovací činitelé proudu při hodnotě I tranzistoru TI, popřípadě T2. Naneseime-li RE ve funkci I, ukáže se, že se vzrůstajícími hodnotami I nejdříve RE poměrně rychle klesá a potom klesá pomaleji·

Jak bylo shora popsáno, je hlavním rysem spínače podle vynálezu skutečnost, že emitor tranzistoru T2 je tvořen větším počtem čtverečků 46 N+ materiálu, úplně obklopených P+ materiálem. Struktura každého ze spínacích členů SPI, SP2 je založena na tomto rysu a na následující úvaze:

— jelikož emitor tranzistoru T2 tvořícího část spínacího členu SPI je tvořen velkým počtem malých čtverečků 46 z materiálu typu N+ a tento emitor má mít dostatečný povrch pro dané rozměry spínače, je třeba uspořádat tyto čtverečky 46 podél vlnitého vlákna, které má poměrně velkou délku oproti těmto rozměrům, — stejná úvaha platí pro spínací člen SP2, jelikož oba uvedené členy mají být identické, — z důvodu souvisejících s průrazem nemá být poloměr těchto zvlnění uvedených vláken příliš malý, — aby spínací členy SPI, SP2 kryly v podstatě obdélníkový nebo čtvercový povrch v podstatě bez volného prostoru mezi nimi, mají tato zvlněná vlákna do sebe navzájem pronikat, — každý ze spínacích členů má mít hradlo s dostatečně velkou maximální šířkou vůči rozměrům spínacího Členu, — pro zabránění průrazu napětí má ve spínacích členech SPI, SP2 být P+ materiál připojený na svorku Sl (S2) na jedné straně hradla v dostatečné vzdálenosti od N+ materiálu spojeného se svorkou S2 (Sl) na druhé straně tohoto hradla a tato vzdálenost má být s výhodou konstantní. Totéž platí pro všechny jamky, oblasti a pásma náležející к odlišným spínacím členům.

Z těchto všech důvodů je spínací konstrukce podle vynálezu opatřena dvěma identickými spínacími členy SPI, SP2, kde čtverečky N+ materiálu jsou uspořádány podél vláken tvaru S, která jsou navzájem rovnoběžná a do sebe navzájem pronikají takovým způsobem, že kryjí v podstatě čtvercový povrch a poskytují dostatek místa pro úpravu poměrně dlouhých hadicovitých hradel. Také vlákna N+ materiálu spínacích členů SPI (SP2) jsou ve vzdálenosti v podstatě konstantní od P+ materiálu spínacích členů SP2 (SPI).

je také třeba poznamenat, že budicí desky 4, 5 snižují nebezpečí průrazu napětí, jelikož zmenšují maximální elektrické pole na okrajích spínače.

Kromě toho je třeba к volbě tranzistorů DM, DM* poznamenat následující:

Jak bylo již shora uvedeno, jsou tranzistory DM, DM* identické a dráha emitor — kolektor tranzistoru DM* přemosťuje dráhu kolektor — emitor PNP tranzistoru TI a je zapojena v sérii s dráhou kolektor — emitor tranzistoru DM. V důsledku toho musí napětí na dráze kolektor — emitor tranzistoru DM* dosáhnout hodnoty 0,7 voltu dříve, než PNP tranzistor TI může pracovat. To znamená, že když tranzistor DM* a tím také tranzistor DM je poměrně příliš velký, a z toho důvodu má poměrně malou impedanci, musí jím protékat relativně vysoký proud pro dosažení tohoto poklesu napětí 0,7 voltu. V tomto případě pracuje spínač v podstatě tak, jak je znázorněno na obr. 9 I/V-charakteristikou 2. Z této charakteristiky vyplývá, že spuštění tyristoru je zrychleno, avšak také, že při nižších úrovních proudu pracuje spínač v podstatě, jako DMOS tranzistor a nikoli jako tyristor. Když naopak je tranzistor DM* (a tím také DM) poměrně příliš malý, a proto poskytuje poměrně vysokou impedanci, musí jím procházet poměrně malý proud, aby se dosáhlo shora uvedeného úbytku napětí 0,7 voltu. V tomto případě pracuje spínač v podstatě tak, jak je znázorněno na obr. 9 I/V-charakterístikou

1. Z této charakteristiky vyplývá, že přepnutí od modu DMOS na MOD tyristoru je velmi náhlé.

Bylo nyní zjištěno, že pro zajištění hladkého přechodu od modu DMOS к tyristoru (charakteristika 3), musí být napětí na spínači co nejbližší к napětí V_BE přechodu báze — emitor u tranzistoru TI nebo T*l, přičemž napětí V je dáno vztahem:

VBE v = (R_b + Rd) (-=— + i_b) + VBE, Kd kde i_b je minimální proud báze, potřebný ke spuštění tyristoru,

R_b je kombinovaný celkový odpor N-materiálu v bázi tranzistoru TI nebo T‘l a kolektoru tranzistoru T2 nebo T*2,

R_d je kanálový odpor tranzistoru DM nebo

DM*.

251ř>»7

Z tohoto vztahu vyplývá, že V je minimální, když

V_BE. Rb avšak určení velikosti tranzistorů DM, DM‘

Claims (21)

1. РЙ E ОЕТ

   1. Polovodičové zařízení obsahující nejméně jednu oblast vysoce dotovaného materiálu prvního^ typu vodivosti v jámě materiálu druhého typu vodivosti pro umožnění průchodu proudu mezi uvedenou jámou a oblastí, vyznačující se tím, že v jámě (9) je oblast (12) alespoň částečně obklopena pásmem (11) vysoce dotovaného materiálu druhého typu vodivosti (P) pro umožnění průchodu proudu mezi jámou a pásmem.
2. 2. Polovodičové zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že pásmo (11) úplně obklopuje oblast (12).
3. 3. Polovodičové zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že obsahuje množinu oblastí (12), z nichž každá je úplně obklopena pásmem (11).
4. 4. Polovodičové zařízení podle bodu 3, vyznačující se tím, že množina oblasti (12) je uspořádána podél vlnitého vlákna obklopeného pásmem (11).
5. 5. Polovodičové zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že jáma (9) obsahuje materiál typu vodivosti P—, oblast (12) obsahuje materiál typu vodivosti N4- a pásmo (11) obsahuje materiál typu vodivosti P4-.
6. 6. Polovodičové zařízení podle bodu 5, vyznačující se tím, že obsahuje tyristor, sestávající z PNP tranzistoru (TI) a NPN tranzistoru (T2), které jsou propojeny mezi dvěma svorkami (Sl, S2), tvořícími každá emitor jednoho z těchto tranzistorů, přechod báze — emitor NPN tranzistoru (T2) je přemostěn vypínacím ústrojím (PM) a kolektor PNP tranzistoru (TI) a báze NPN tranzistoru (T2) jsou tvořeny jámou (9), emitor NPN tranzistoru (T2) je tvořen uvedenou oblastí (12) a pásmo (11) tvoří vstupní elektrodu vypínacího ústrojí.
7. 7. Polovodičové zařízení podle bodu 6, vyznačující se tím, že vypínací ústrojí je tvořeno PMOS tranzistorem (PM).
8. 8. Polovodičové zařízení podle bodu 7, vy- značující se tím, že PMOS tranzistor (PM) má emitor tvořený pásmem (11) P4- materiálu, kolektor tvořený druhým pásmem (10) P+ materiálu a mezi těmito pásmy (10, 11) má hadicovitě utvářený kanál tvořený slabě dotovaným materiálem vodivosti typu N (N--), přičemž hadicovitě utvářené hradlo (6) je umístěno nad kanálem a okraji uvedených pásem.
9. 9. Polovodičové zařízení podle bodu 8, vyznačující se tím, že pásma (10, 11) P+ materiálu mají menší hloubku, než je hloubka jámy (9).

   z tohoto vzorce není vždy jednoduché v důsledku nesnází s určováním hodnoty i_b.

   U výhodného provedení je povrch zaujímaný každým z DMOS tranzistorů roven 0,35 mm².

   Vynález není ovšem omezen na popsaný a znázorněný přístroj.

   ynAlezu
10. 10. Polovodičové zařízení podle bodu 9, vyznačující se tím, že část prvního pásma (11) P+materiálu probíhá podél povrchu tvaru S„ zatímco část druhého pásma (10) P4- materiálu probíhající podél dvou kolmých povrchů spojuje konce povrchu tvaru S.
11. 11. Polovodičové zařízení, podle bodu 10, vyznačující se tím, že další části prvního pásma (11) a druhého pásma (10) P-μ materiálu vymezují hadicovitý krniál probíhající v povrchu uzavřeném uvedenými kolmými stranami a stranou tvaru S.
12. 12. Polovodičové zařízení podle bodu 11, vyznačující se tím, že obsahuje první vodivý proužek (53/54) tvaru S, opatřený větším počtem prvních proužkovitých prstů (56, 57), přičemž tento první proužek a první prsty jsou ve styku s povrchem tvaru S, popřípadě s druhou částí prvního pásma.
13. 13. Polovodičové zařízení podle bodu 11, vyznačující se tím, že obsahuje druhý vodivý proužek (13, 14), opatřený větším počtem druhých proužkovitých prstů (42, 43), přičemž druhý proužek a druhé prsty jsou ve styku s uvedenými kolmými plochami, popřípadě s druhou částí druhého pásma.
14. 14. Polovodičové zařízení podle bodu 13, vyznačující se tím, že druhý vodivý proužek (13, 14) je také ve styku s oblastí (12) N4materiálu a tvoří jednu svorku (S2) z uvedených svorek (Sl, S2).
15. 15. Polovodičové zařízení podle bodu 13, vyznačující se tím, že jeden prst (49, 43) z uvedených druhých proužkovitých prstů je přerušen a má první část s rozšířenou hlavou (48) ležící proti křivce povrchu tvaru S a je spojen s druhým vodivým proužkem (13).
16. 16. Polovodičové zařízení podle bodu 15, vyznačující se tím, že hlava (48) je spojena s druhým vodivým proužkem (13, 14) přes první vodivý díl (47) přerušující první vodivý proužek (53, 54) pro vytvoření dvou částí (53, 54), přičemž jeden druhý proužkovitý prst je spojen alespoň pomocí druhého vodivého dílu (62) s jednou částí (54) z částí přerušeného prvního vodivého proužku.
17. 17. Polovodičové zařízení podle bodu 7, vyznačující se tím, že

    I ₌ °>⁵ íffi-i) kde kde

    I je maximální proud, který může být přerušen tranzistorem PMOS, a /32 jsou zesilovací činitelé proudu tranzistorů PNP a NPN při příslušném proudu,

    Re je kombinovaný odpor kolektoru tranzistoru PNP, báze tranzistoru NPN a dráhy báze — kolektor tranzistoru PMOS.
18. 18. Polovodičové zařízení podle bodu 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje tranzistor DMOS (DM) s emitorem tvořeným jednou oblastí (12) z množiny oblastí (12) N+ materiálu, kanál tvořený P— materiálem a kolektor tvořený slabě dotovaným materiálem vodivosti typu N.
19. 19. Polovodičové zařízení podle bodu 18, vyznačující se tím, že

    Rd je odpor kanálu tranzistoru DMOS,

    Vb_E je napětí přechodu báze — emitor uvedeného tranzistoru PNP,

    Rb je kombinovaný odpor báze a kolektoru tranzistorů PNP, popřípadě NPN.
20. 20. Polovodičové zařízení vyznačující se tím, že obsahuje dvě polovodičová zařízení podle kteréhokoliv z bodů 6 až 19, kterážto zařízení jsou spojena antiparalelně přes uvedené svorky (Sl, S2) a jsou opatřena příslušnou svorkou z uvedených svorek.
21. 21. Polovodičové uspořádání podle bodů 10 a 20, vyznačující se tím, že uvedené povrchy tvaru S materiálu vodivostního typu P+ každého z uvedených zařízení vnikají jeden do druhého.