DD147897A5 - DIELECTRICALLY INSULATED HIGH VOLTAGE SOLID BODY SWITCH - Google Patents
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Abstract
Ein Hochspannungs-Festkoerperschalter,der fuer den Wechselstrom und den Gleichstrombetrieb geeignet ist und eine Sperrung in zwei Richtungen ermoeglicht, besteht aus einem p-leitenden Halbleiterkoerper 16, der durch eine dielektrische Schicht 14 von einem Halbleitersubstrat 12 getrennt ist, wobei ein p+leitender Anodenbereich 18, ein n+leitender Katodenbereich 24 und ein n+leitender Torelektrodenbereich 20 auf einer gemeinsamen Hauptflaeche des Halbleiterkoerpers angeordnet sind. Ein zweiter p-leitender Bereich 22 mit einer groeszeren Stoerstellenkonzentration als der Halbleiterkoerper umgibt den Katodenbereich. Zu den Anoden-, Katoden- und Torelektrodenbereichen bestehen gesonderte niederohmige elektrische Kontakte.A high voltage solid state switch suitable for AC and DC operation and capable of bi-directional blocking consists of a p-type semiconductor body 16 which is separated from a semiconductor substrate 12 by a dielectric layer 14, where a p + type anode region 18, an n + -type cathode region 24 and an n + -type gate electrode region 20 are arranged on a common main surface of the semiconductor body. A second p-type region 22 with a larger perturbation concentration than the semiconductor body surrounds the cathode region. Separate low-resistance electrical contacts exist for the anode, cathode and gate electrode regions.
Description
GZ: 12 725 57 Dielektrisch isolierter Hochspannungs-FestkörperschalterGZ: 12 725 57 Dielectric insulated high voltage solid state switch
Diese Erfindung betrifft Festkörperstrukturen und insbesondere Hochspannungs-Festkörperstrukturen, die für Fernsprechvermittlungsschaltsysteme und viele andere Anwendungen geeignet sind.This invention relates to solid state structures and, more particularly, to high voltage solid state structures suitable for telephone switching systems and many other applications.
In einem Artikel mit der Überschrift "A Field Terminated Diode" (Eine Feldanschlußdiode) von Douglas E# Houston u.a., der in IEEE Transactions on Electron Devices Band ED-23, Nr, 8, August 1976 veröffentlicht wurde, wird ein diskreter Hochspannungs-Festkörperschalter beschrieben, der eine vertikale Geometrie aufweist und einen Bereich umfaßt, der zur Schaffung eines AUS-Zustandes abgeschnürt oder mit Hilfe der Doppelladungsträgerinjektion stark leitend gemacht werden kann, um einen EIN-Zustand zu schaffen. Ein im Zusammenhang" mit diesem Schalter auftretendes Problem besteht darin, daß er nicht ohne weiteres integriert, d.h. mit anderen ähnlichen Schaltbauelementen auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden kann. Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Abstand zwischen den Gittern und der Katode klein gehalten werden muß, um die Größe der Steuergitterspannung zu begrenzen. Dadurch wird jedoch der nützliche Spannungsbereich begrenzt, da die Gitter-Katoden-Durchschlagsspannung herabgesetzt wird. Durch diese Begrenzung wird die Anwendung der beiden antiparallelgeschalteten Bauelemente drastisch auf verhältnismäßig niedrige Spannungen begrenzt, wobei hier Antiparallelschaltung bedeutet, daß jeweils die Katode mit der Anode des anderen Bauelements gekoppelt ist« Eine derartige Doppelelementstruktur wäre als Hochspannungs-Festkörper-Zweirichtungsschalter sehr geeignet. Ein weiteres Problem besteht darin, daß derIn 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, becomes a discrete high voltage solid state switch described which has a vertical geometry and includes an area which can be pinched off or rendered highly conductive by means of the double charge carrier injection to provide an OFF state to provide an ON state. A problem associated with this switch is that it can not readily be integrated, ie made with other similar switching devices on a common substrate Another problem is that the spacing between the gratings and the cathode is kept small However, this limits the useful voltage range as the grid-to-cathode breakdown voltage is lowered, limiting the application of the two anti-parallel devices drastically to relatively low voltages, in this case anti-parallel switching. that each cathode is coupled to the anode of the other device. "Such a double element structure would be very suitable as a high voltage solid state bidirectional switch
Basisbereich idealerweise stark dotiert sein muß, um ein Durchgreifen von der Anode zum Gitter zu verhindern; dies führt jedoch zu einer niedrigen Durchschlagsspannung zwischen Anode und Katode. Eine Verbreiterung des Basisbereichs bewirkt eine Begrenzung des Durchgreifeffektes, sie vergrößert jedoch auch den Widerstand der Bauelemente im EIN-Zustand.Ideally, the base region must be heavily doped in order to prevent a penetration from the anode to the grid; However, this leads to a low breakdown voltage between the anode and cathode. A broadening of the base area causes a limitation of the punch-through effect, but it also increases the resistance of the components in the ON state.
Es wird ein Festkörperschalter angestrebt, der einfach integrierbar ist, so daß zwei oder mehrere Schalter gleichzeitig auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden können, wobei jeder Schalter in der Lage ist, verhältnismäßig hohe Spannungen in zwei Richtungen zu sperren.What is desired is a solid state switch that is easily integrated so that two or more switches can be fabricated simultaneously on a common substrate, with each switch capable of blocking relatively high voltages in two directions.
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel besteht aus einer Struktur, die einen Halbleiterkörper umfaßt, dessen Volumen von dem einen Leitfähigkeitstyp ist und der eine Hauptfläche besitzt, innerhalb welcher der Halbleiterkörper den örtlich begrenzten Anodenbereich des einen Leitfähigkeitstyps sowie den örtlich begrenzten Torelektroden- und Katodenbereich, die beide vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind, einschließt. Die Anoden-, Torelektroden- und Katodenbereiche sind voneinander entfernt und sind untereinander durch gesonderte Elektrodenanschlüsse verbunden; sie weisen im Vergleich zum "Bulk", dem Volumen des Halbleiterkörpers einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand auf. Die Struktur ist so beschaffen, daß während des Betriebs eine Doppelladungsträgerinjektion stattfindet, und sie ist des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Bereiche einen Abschnitt besitzt, der einen Teil der Hauptfläche des Halbleiterkörpers bildet.An embodiment of the invention consists of a structure comprising a semiconductor body whose volume is of the one conductivity type and which has a major surface within which the semiconductor body defines the localized anode region of one conductivity type and the localized gate electrode and cathode regions, both of which are opposite Conductivity type includes. The anode, gate electrode and cathode regions are spaced apart and interconnected by separate electrode terminals; they have a relatively low resistance compared to the "bulk", the volume of the semiconductor body. The structure is such that a double charge carrier injection occurs during operation, and is further characterized in that each of the three regions has a portion forming part of the main surface of the semiconductor body.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper durch eine dielektrische Schicht vom Halbleiterträger getrennt und eine Vielzahl von diesen Halbleiterkörpern sind auf diesem Träger gebildet worden, die zumindest durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt sind.In a preferred embodiment, the semiconductor body is separated from the semiconductor carrier by a dielectric layer, and a plurality of these semiconductor bodies have been formed on this carrier, which are separated from each other at least by a dielectric layer.
Die erfindungsgemäße Struktur kann bei geeignetem Entwurf als ein Schalter betrieben werden, der gekennzeichnet ist durch einen niederohmigen Pfad zwischen Anode und Kathode, wenn er sich im EIN-Zustand (leitendem Zustand) befindet, und durch einen hochohmigen Pfad zwischen Anode und Katode, wenn er sich im AUS-Zustand (Sperrzustand) befindet. Das an den Torelektrodenbereich angelegte Potential bestimmt den Zustand des Schalters. Während des EIN-Zustandes findet eine Doppelladungsträgerinjektion statt, die bewirkt, daß der Widerstand zwischen Anode und Katode verhältnismäßig niedrig ist.The structure of the present invention, when properly designed, may be operated as a switch characterized by a low resistance path between the anode and cathode when in the ON state (conductive state) and by a high resistance path between the anode and cathode when it is is in the OFF state (locked state). The potential applied to the gate electrode region determines the state of the switch. During the ON state, a dual charge carrier injection occurs, causing the anode to cathode resistance to be relatively low.
Diese Struktur, die als Diodentorschalter (GDS) bezeichnet werden kann, ist bei geeignetem Entwurf in der Lage, im AUS-Zustand verhältnismäßig große Potentialunterschiede zwischen Anoden- und Katodenbereich ungeachtet der Polarität zu sperren, und ist im EIN-Zustand in der Lage, verhältnismäßig große Strommengen bei verhältnismäßig niedrigen Spannungsabfällen zwischen Anode und Katode zu leiten.This structure, which may be termed a diode gate switch (GDS), when properly designed, is capable of blocking relatively large potential differences between the anode and cathode regions, regardless of polarity, in the OFF state, and is capable of being relatively ON in the ON state to conduct large amounts of current at relatively low voltage drops between the anode and cathode.
Die Gruppenschaltungen dieser Diodentorschalter GDS können zusammen mit anderen Hochspannungs-Schaltbauelementen auf einem einzigen integrierten Schaltkreis-Chip hergestellt werden. Die Eigenschaft der Zweirichtungssperrung dieser Struktur erleichtert ihre Anwendung bei einem Zweirichtungsschalter, der aus zwei erfindungsgemäßen Strukturen gebildet wird, wobei die Katode der einen mit der AnodeThe group circuits of these diode gate switches GDS can be fabricated together with other high voltage switching devices on a single integrated circuit chip. The feature of bidirectional blocking of this structure facilitates its use in a bi-directional switch formed of two structures according to the invention, the cathode of which is connected to the anode
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der anderen Struktur gekoppelt ist und die Torelektroden miteinander gekoppelt sind.the other structure is coupled and the gate electrodes are coupled together.
Diese und weitere neue Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung besser verständlich sein.These and other novel features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Fig, 1 eine Struktur in Obereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 1 shows a structure in accordance with an embodiment of the invention;
Fig. 2 ein vorgeschlagenes elektrisches Schaltkreissymbol für die Struktur gemäß Fig» 1;Fig. 2 is a proposed electrical circuit diagram for the structure of Fig. 1;
Fig. 3 einen Zweirichtungsschaltkreis in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 3 shows a bidirectional circuit in accordance with another embodiment of the invention;
Fig. 4 eine Struktur in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ;Fig. 4 shows a structure in accordance with another embodiment of the invention;
Fig. 5 eine Struktur in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; undFig. 5 shows a structure in accordance with still another embodiment of the invention; and
Fig. 6 eine Struktur in Obereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 6 shows a structure in accordance with still another embodiment of the invention;
Fig. 7 eine Struktur in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 7 shows a structure in accordance with another embodiment of the invention;
Fig. 8 eine Draufsicht der Struktur gemäß Fig. 6.8 is a plan view of the structure of FIG. 6.
In Fig, 1 wird eine Struktur IO dargestellt, die ein Trägerteil 12 vom n--Leitfähigkeitstyp mit einer Hauptfläche 11 und einem monokristallinen Halbleiterkörper 16, dessen Volumen vom p--Leitfähigkeitstyp ist und der vom Trägerteil durch eine dielektrische Schicht 14 getrennt ist, umfaßt.1, there is shown a structure IO comprising an n-type conductivity carrier 12 having a main surface 11 and a monocrystalline semiconductor body 16 whose p-type conductivity volume is separated from the carrier by a dielectric layer 14 ,
Ein örtlich begrenzter Anodenbereich 18 vom p+-Leitfähigkeitstyp ist in den Halbleiterkörper 16 einbezogen und hat einen Abschnitt, der sich zur Hauptfläche 11 erstreckt. Ein örtlich begrenzter Torelektrodenbereich 20 vom n+-Leitfähigkeitstyp ist ebenfalls in den Halbleiterkörper 16 einbezogen und besitzt einen Abschnitt, der sich bis zur Hauptfläche 11 erstreckt. Ein örtlich begrenzter Katodenbereich 24 vom n+-Leitfähigkeitstyp ist in den Halbleiterkörper 16 einbezogen und besitzt einen Abschnitt, der sich bis zur Hauptfläche 11 erstreckt. Ein Beispiel 22, der vom p+-Leitfähigkeitstyp ist und einen Abschnitt hat, der sich bis zur Hauptfläche 11 erstreckt, umschließt den Bereich 24 und wirkt als Verarmungsschicht-Durchgreifabschirmung. Darüber hinaus verhindert er die Inversion der Abschnitte des Halbleiterkörpers 16 bei oder 'nahe der Hauptfläche 11 zwischen den Bereichen 20 und 24. Torbereich 20 befindet sich zwischen Anodenbereich 18 und Bereich 22 und ist von beiden durch Volumenabschnitte des Halbleiterkörpers 16 getrennt. Die spezifischen Widerstände der Bereiche 18, 20 und 24 sind im Vergleich zu jenen der Volumenabschnitte des Halbleiterkörpers 16 niedrig. Der spezifische Widerstand des Bereichs 22 liegt wertmäßig zwischen dem des Katodenbereichs 24 und dem des Volumenabschnitts des Halbleiterkörpers 16.A localized p + type conductivity anode region 18 is incorporated in the semiconductor body 16 and has a portion extending to the main surface 11. A localized n + conductivity type gate electrode region 20 is also included in the semiconductor body 16 and has a portion extending to the main surface 11. A localized n + -type cathode region 24 is included in the semiconductor body 16 and has a portion extending to the main surface 11. An example 22, which is of the p + conductivity type and has a portion extending to the main surface 11, encloses the region 24 and acts as a depletion layer punch through shield. In addition, it prevents the inversion of the portions of the semiconductor body 16 at or near the main surface 11 between the regions 20 and 24. The gate region 20 is located between the anode region 18 and region 22 and is separated from both by volume portions of the semiconductor body 16. The resistivities of the regions 18, 20, and 24 are low compared to those of the volume portions of the semiconductor body 16. The specific resistance of the region 22 is in terms of value between that of the cathode region 24 and that of the volume section of the semiconductor body 16.
Die Elektroden 28, 30 und 32 sind Leiter, die einen niederohmigen Kontakt zu den Flächenabschnitten der Bereiche 18, 20 bzw. 24 herstellen. Eine dielektrische Schicht 26 bedeckt die Hauptfläche 11 und trennt auf diese Weise die Elektroden 28, 30 und 32 von allen Bereichen mit Ausnahme von jenen, zu denen eine elektrische Verbindung bestehen soll. Eine Elektrode 36 sorgt für einen niederohmigen Kontakt zum Träger 12 über einen stark dotierten Bereich 34, der vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Träger 12 ist.The electrodes 28, 30 and 32 are conductors which make a low resistance contact with the surface portions of the regions 18, 20 and 24, respectively. A dielectric layer 26 covers the major surface 11 and thus separates the electrodes 28, 30 and 32 from all areas except those to which an electrical connection is to be made. An electrode 36 provides low resistance contact to the carrier 12 over a heavily doped region 34 which is of the same conductivity type as the carrier 12.
Vorteilhafterweise sind der Träger 12 und der Halbleiterkörper 16 beide aus Silizium, und der Träger 12 kann entweder £- oder £-leitend sein» Vorteilhafterweise überlappen die Elektroden 28, 30 und 32 den Halbleiterbereich, zu welchem sie einen niederohmigen Kontakt herstellen. Die Elektrode 32 überlappt auch den Bereich 22. Dieses als "Field Plating" (Feldplattieren) bekannte Überlappen erleichtert den Hochspannungsbetrieb, da es die Spannung heraufsetzt, bei welcher der Durchschlag stattfindet. Die dielektrische Schicht 14 besteht aus Siliziumdioxid, und die Elektroden 28, 30, 32 und 36 bestehen alle aus Aluminium. Es kann auf Leitfähigkeiten zurückgegriffen werden, die zu den beschriebenen komplementär sind.Advantageously, the carrier 12 and the semiconductor body 16 are both made of silicon, and the carrier 12 can be either ε or ε-conducting. Advantageously, the electrodes 28, 30 and 32 overlap the semiconductor region to which they produce a low-resistance contact. The electrode 32 also overlaps the region 22. This overlap, known as "field plating," facilitates high voltage operation because it increases the voltage at which breakdown occurs. The dielectric layer 14 is made of silicon dioxide, and the electrodes 28, 30, 32 and 36 are all made of aluminum. It is possible to resort to conductivities which are complementary to those described.
In einem gemeinsamen Träger 12 kann eine Vielzahl von gesonderten Halbleiterkörpern 16 gebildet werden, um eine Vielzahl von Schaltern zu schaffen. Bezeichnenderweise können Planarprozeßverfahren zur Herstellung vieler Bauelemente als eine integrierte Schaltung auf einer gemeinsamen Fläche Anwendung finden.In a common carrier 12, a plurality of separate semiconductor bodies 16 may be formed to provide a plurality of switches. Significantly, planar processing techniques may be used to fabricate many devices as an integrated circuit on a common area.
Struktur 10 wird gewöhnlich als ein Schalter betrieben, der durch einen niederohmigen Pfad zwischen Anodenbereich 18 und Katodenbereich 24 gekennzeichnet ist für den Fall, daß er sich im EIN-Zustand (im leitenden Zustand) befindet, und als ein hochohmiger Widerstand zwischen den beiden Bereichen, wenn er sich im AUS-Zustand (im Sperrzustand) befindet. Das an den Torelektrodenbereich 20 angelegte Potential bestimmt den Zustand des Schalters, Es kommt zur Stromleitung zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24, wenn das am Torelektrodenbereich' 20 anliegende Potential kleiner ist als das am Anodenbereich 18 und Katodenbereich 24 anliegende Potential* Während des EIN-Zustandes werden vom Anodenbereich 18 aus Löcher in den Halbleiterkörper injiziert, und vom Katodenbereich 24 aus werden ElektronenStructure 10 is commonly operated as a switch characterized by a low impedance path between anode region 18 and cathode region 24 in the case of being in the ON state (conductive state) and as a high resistance resistor between the two regions. when it is in the OFF state. The potential applied to the gate electrode region 20 determines the state of the switch. The current conduction between the anode region 18 and the cathode region 24 occurs when the potential applied to the gate electrode region 20 is smaller than the potential applied to the anode region 18 and cathode region 24 State, holes are injected into the semiconductor body from the anode region 18, and electrons are generated from the cathode region 24
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in den Halbleiterkörper 16 injiziert. Diese Löcher und Elektronen können in hinreichender Zahl vorliegen und ein Plasma bilden, dessen Leitfähigkeit den Halbleiterkörper 16 moduliert. Dadurch wird der Widerstand des Halbleiterkörpers so herabgesetzt, daß der Widerstand zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24 klein ist, wenn Struktur IO im EIN-Zustand betrieben wird. Diese Art von Betrieb wird als Doppelladungsträgerinjektion bezeichnet. Die hierin beschriebene Art von Struktur wird als Diodentorschalter (GDS) bezeichnet.injected into the semiconductor body 16. These holes and electrons can be present in sufficient numbers and form a plasma whose conductivity modulates the semiconductor body 16. Thereby, the resistance of the semiconductor body is lowered so that the resistance between the anode region 18 and the cathode region 24 is small when the structure IO is operated in the ON state. This type of operation is referred to as double charge carrier injection. The type of structure described herein is referred to as a diode gate switch (GDS).
Der Bereich 22 unterstützt die Begrenzung des Durchgreifens einer Verarmungsschicht, die während des Betriebs zwischen dem Torelektrodenbereich 20 und dem Katodenbereich 24 gebildet wird und trägt dazu bei, die Bildung einer Oberflächeninversionsschicht zwischen diesen beiden Bereichen zu verhindern. Dies gestattet eine Verkleinerung des Abstandes zwischen dem Torelektrodenbereich 20 und dem Katodenbereich 24 und führt während des EIN-Zustandes zu einem verhältnismäßig kleinen Widerstand zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 22.The region 22 assists in limiting the breakdown of a depletion layer formed between the gate electrode region 20 and the cathode region 24 during operation and helps prevent the formation of a surface inversion layer between these two regions. This allows for a reduction in the distance between the gate electrode region 20 and the cathode region 24 and, during the ON state, results in a relatively small resistance between the anode region 18 and the cathode region 22.
Substrat 12 wird gewöhnlich auf dem möglichst positivsten Potentialpegel gehalten. Die Stromleitung zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24 wird verhindert oder unterbrochen, wenn das Potential des Torelektrodenbereichs 20 hinreichend positiver ist als das des Anodenbereichs 18 und des Katodenbereichs 24. Der Betrag, um welchen das Potential positiver sein muß, um die Stromleitung zu verhindern oder zu unterbrechen, ist eine Funktion der räumlichen Abmessungen und des Störstellenkonzentrationsgrads (Dotierungsgrad) der Struktur 10, Dieses positive Potential der Torelektrode verursacht eine Stromträgerverarmung des Abschnitts des Halbleiterkörpers 16 zwischen dem Torelektrodenbereich 20 und der dielektrischen Schicht 14, so daß dasSubstrate 12 is usually maintained at the most positive potential level possible. The current conduction between the anode region 18 and the cathode region 24 is prevented or interrupted when the potential of the gate electrode region 20 is sufficiently more positive than that of the anode region 18 and the cathode region 24. The amount by which the potential must be more positive to prevent the current conduction This positive potential of the gate electrode causes a current carrying depletion of the portion of the semiconductor body 16 between the gate electrode region 20 and the dielectric layer 14, so that the., or interrupting, is a function of the spatial dimensions and the impurity concentration degree (doping degree) of the structure
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Potential dieses Abschnitts des Halbleiterkörpers 16 positiver ist als das Potential des Anodenbereichs 18 und des Katodenbereichs 24. Dieser positive Potentialwall verhindert die Leitung von Löchern aus dem Anodenbereich 18 zum Katodenbereich 24. Er schnürt den Halbleiterkörper 16 im wesentlichen zur dielektrischen Schicht 14 im Volumenabschnitt (Sperrschichtabschnitt) zwischen Torelektrodenbereich 20 und dielektrischer Schicht 14 ab. Er dient ebenfalls der Ansammlung von im Katodenbereich 24 emittierten Elektronen, bevor diese den Anodenbereich 18 erreichen.Potential of this portion of the semiconductor body 16 is more positive than the potential of the anode region 18 and the cathode region 24. This positive potential barrier prevents the conduction of holes from the anode region 18 to the cathode region 24. It constricts the semiconductor body 16 substantially to the dielectric layer 14 in the volume portion (barrier layer portion ) between Torelektrodenbereich 20 and dielectric layer 14 from. It also serves to accumulate electrons emitted in the cathode region 24 before they reach the anode region 18.
Während des EIN-Zustandes von Struktur 10 wird die Flächendiode, die den Halbleiterkörper 16 und den Bereich 20 umfaßt, in Durchlaßrichtung vorgespannt. Zur Begrenzung der Stromleitung durch die in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode werden vorzugsweise (nicht dargestellte) Strombegrenzungseinrichtungen einbezogen.During the ON state of structure 10, the area diode comprising the semiconductor body 16 and region 20 is forward biased. To limit the current conduction through the forward biased diode, current limiting devices (not shown) are preferably included.
Ein vorgeschlagenes elektrisches Symbol für diese Art von Schalter wird in Fig. 2 dargestellt. Die Elektroden Anode, Tor und Katode des Diodentorschalters GDS werden durch die Anschlüsse 28, 30 bzw. 32 wiedergegeben.A proposed electrical symbol for this type of switch is shown in FIG. The electrodes anode, gate and cathode of the diode gate switch GDS are represented by the terminals 28, 30 and 32, respectively.
Ein Ausführungsbeispiel der Struktur 10 wurde in der folgenden Art hergestellt. Das Trägerteil 12 ist ein ^-leitendes Siliziumsubstrat mit einer Dicke zwischen 0,457 und 0,559 mm,An embodiment of the structure 10 was made in the following manner. The support member 12 is a p-type silicon substrate having a thickness between 0.457 and 0.559 mm,
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mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 χ 10 Störstellen/cm und einem spezifischen Widerstand größer als 100 Ohm-Zentimeter. Die dielektrische Schicht 14 ist eine Siliziumdioxidschicht 14 mit einer Dicke von 2...4 Mikrometer, Der Halbleiterkörper 16 ist gewöhnlich 30...50 Mikrometer dick, etwa 430 Mikrometer lang, 300 Mikrometer breit und ist bei einer Störstellenkonzentration im Bereich vonwith an impurity concentration of about 2 χ 10 impurities / cm and a resistivity greater than 100 ohm-centimeters. The dielectric layer 14 is a silicon dioxide layer 14 having a thickness of 2... 4 microns. The semiconductor body 16 is usually 30 to 50 microns thick, about 430 microns long, 300 microns wide and is in the range of impurity concentration
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etwa 5...9 χ 10 Störstellen/cm £-leitend. Der Anodenbe-about 5 ... 9 χ 10 defects / cm £ -derive. The anode
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bereich 18 is p+-leitend, gewöhnlich 2...4 Mikrometer dick, 44 Mikrometer breit, 52 Mikrometer lang und hat eine Stör-Range 18 is p + -type, usually 2 ... 4 microns thick, 44 microns wide, 52 microns long, and has a noise
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Stellenkonzentration von etwa IO Störstellen/cm . Die Elektrode 28 besteht gewöhnlich aus Aluminium und hat eine Dicke von 1 1/2 Mikrometer, eine Breite von 84 Mikrometer und eine Länge von 105 Mikrometer. Der Bereich 20 ist n+-leitend und gewöhnlich 2.«.4 Mikrometer dick, 15 Mikrometer breit, 300 Mikrometer lang und weist eine Störstel-Point concentration of about IO impurities / cm. The electrode 28 is usually made of aluminum and has a thickness of 1 1/2 microns, a width of 84 microns and a length of 105 microns. The region 20 is n + -type and usually 2 .mu.m.-4 microns thick, 15 microns wide, 300 microns long, and has an aberration.
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lenkonzentration von etwa 10 Störstellen/cm auf. Die Elektrode 30 besteht aus Aluminium, ist 1 1/2 Mikrometer dick, 50 Mikrometer breit und 210 Mikrometer lang. Der Abstand zwischen den benachbarten Kanten der Elektroden 28 und 30 und zwischen den benachbarten Kanten der Elektroden 30 und 32 beträgt gewöhnlich in beiden Fällen 40 Mikrometer, Der Bereich 22 ist £-leitend und ist gewöhnlich 3...6 Mikrometer dick, 64 Mikrometer breit, 60 Mikrometer lang und hatsteering concentration of about 10 impurities / cm. The electrode 30 is made of aluminum, is 1 1/2 microns thick, 50 microns wide and 210 microns long. The distance between the adjacent edges of the electrodes 28 and 30 and between the adjacent edges of the electrodes 30 and 32 is usually 40 microns in both cases. The region 22 is ε-conducting and is usually 3 ... 6 microns thick, 64 microns wide , 60 microns long and has
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eine Störstellenkonzentration von etwa 10 ...10 Störstellen/cm . Der Katodenbereich 24 ist n+-leitend und ist gewöhnlich 2 Mikrometer dick, 48 Mikrometer breit und 44 Mikrometer lang und weist eine Störstellenkonzentration vonan impurity concentration of about 10 ... 10 impurities / cm. The cathode region 24 is n + -type and is usually 2 microns thick, 48 microns wide, and 44 microns long, and has an impurity concentration of
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etwa 10 Störstellen/cm auf. Die Elektrode 32 besteht aus Aluminium, ist 1 1/2 Mikrometer dick, 104 Mikrometer breit und 104 Mikrometer lang. Der Abstand zwischen den Enden der Bereiche 18 und 22 und den betreffenden Enden des Bereiches 16 beträgt gewöhnlich 55 Mikrometer. Der Bereich 34 ist n+-leitend und gewöhnlich 2 Mikrometer dick, 26 Mikrometer breit, 26 Mikrometer lang und weist eine Störstellenkonzen-about 10 defects / cm on. The electrode 32 is made of aluminum, is 1 1/2 microns thick, 104 microns wide and 104 microns long. The distance between the ends of the regions 18 and 22 and the respective ends of the region 16 is usually 55 microns. The region 34 is n + -type and usually 2 microns thick, 26 microns wide, 26 microns long, and has impurity concentration.
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tration von 10 Störstellen/cm auf. Die Elektrode 36 besteht aus Aluminium und ist 1 1/2 Mikrometer dick, 26 Mikrometer breit und 26 Mikrometer lang.of 10 impurities / cm. The electrode 36 is aluminum and is 1 1/2 microns thick, 26 microns wide and 26 microns long.
Die Struktur 10 mit den oben genannten Parametern wurde als Diodentorschalter (GDS) mit 500 Volt zwischen Anode und Katode betrieben. Eine (nicht dargestellte) Schicht aus Siliziumnitrid wird durch chemisches Aufdampfen auf die Siliziumdioxidschicht 26 aufgebracht, die wie eine Natriumsperrschicht wirken soll. Anschließend wurden die Elektro-The structure 10 with the above parameters was operated as diode gate switch (GDS) with 500 volts between anode and cathode. A layer of silicon nitride (not shown) is applied by chemical vapor deposition to the silicon dioxide layer 26, which is intended to act as a sodium barrier layer. Subsequently, the electrical
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den 28, 30, 32 und 36 gebildet, und daran anschließend wurde auf der gesamten Oberfläche der Struktur 10 mit Ausnahme an jenen Stellen, an welchen elektrische Kontakte hergestellt werden sollten, eine mittels Hochfrequenzplasma angelagerte (nicht dargestellte) Siliziumnitridschicht aufgebracht. Die Siliziumnitridschichten dienen der Verhinderung des Hochspannungsüberschlags in Luft zwischen benachbarten Elektroden,28, 30, 32 and 36, and thereafter a silicon nitride layer (not shown) deposited on the entire surface of the structure 10 except for those locations where electrical contacts should be made. The silicon nitride layers serve to prevent the high-voltage flashover in air between adjacent electrodes,
Gewöhnlich wurde an die Anode eine Spannung von +250 Volt, an die Katode eine Spannung von -250 Volt und an das Substrat 12 eine Spannung von +280 Volt angelegt. An die Anode können auch -250 Volt und an die Katode +250 Volt angelegt werden. Auf diese Weise sperrt die Struktur 10 die Spannung zwischen Anode und Katode in zwei Richtungen. Ein an die Torelektrode 30 angelegtes Potential von +280 Volt unterbricht (sperrt) einen Stromfluß von 350 mA zwischen Anodenbereich 15 und Katodenbereich 24. Der EIN-Widerstand des Diodentorschalters GDS bei einem Stromfluß von 100 mA zwischen Anode und Katode beträgt etwa 15 Ohm, und der Spannungsabfall zwischen Anode und Katode beträgt gewöhnlich 2,2 Volt,Typically, a voltage of +250 volts was applied to the anode, a voltage of -250 volts to the cathode and a voltage of +280 volts to the substrate 12. -250 volts can be applied to the anode and +250 volts to the cathode. In this way, the structure 10 blocks the voltage between anode and cathode in two directions. A potential of +280 volts applied to gate electrode 30 interrupts (disables) a current flow of 350 milliamps between anode region 15 and cathode region 24. The ON resistance of diode gate switch GDS at a current flow of 100 milliamps between anode and cathode is approximately 15 ohms, the voltage drop between anode and cathode is usually 2.2 volts,
In Fig, 3 wird eine Zweirichtungsschalterkombination dargestellt, die zwei erfindungsgemäße Diodentorschalter (GDS und GDSa) mit Elektrode 28 (die Anodenelektrode von GDS), die elektrisch mit der Elektrode 32a (der Katodenelektrode von GDSa) verbunden ist, und Elektrode 32 (die Katodenelektrode von GDS), die elektrisch mit der Elektrode 28a (der Anodenelektrode von GDSa) verbunden ist, umfaßt. Diese Schalterkombination ist in der Lage, Signale von den Elektroden 28 und 32a zu den Elektroden 28a und 32 oder umgekehrt zu leiten. Die Eigenschaft der bilateralen Sperrung der Struktur 10 erleichtert diese Zweirichtungsschalterkombination. Zwei gesonderte Halbleiterkörper 16 können in3, there is shown a bidirectional switch combination comprising two diode gate switches (GDS and GDSa) according to the invention with electrode 28 (the anode electrode of GDS) electrically connected to electrode 32a (the cathode electrode of GDSa) and electrode 32 (the cathode electrode of FIG GDS) electrically connected to the electrode 28a (the anode electrode of GDSa). This switch combination is capable of conducting signals from the electrodes 28 and 32a to the electrodes 28a and 32 or vice versa. The bilateral blocking feature of structure 10 facilitates this bi-directional switch combination. Two separate semiconductor bodies 16 can in
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einem gemeinsamen Träger 12 gebildet werden, und es können geeignete elektrische Anschlüsse hergestellt werden, die es ermöglichen, den obenbeschriebenen Zweirichtungsschalter herzustellen. Es kann eine Vielzahl von gesonderten Halbleiterkörpern 16 in einem gemeinsamen Träger 12 zur Bildung einer Gruppe von Schaltern hergestellt werden.a common carrier 12 are formed, and it can be made suitable electrical connections, which make it possible to produce the above-described bidirectional switch. A plurality of separate semiconductor bodies 16 may be fabricated in a common carrier 12 to form a group of switches.
In Fig, 4 wird eine Struktur 410 dargestellt, die der Struktur 10 sehr ähnlich ist, wobei alle im wesentlichen identischen oder im Vergleich zu jenen der Struktur 10 sehr ähnlichen Bauelemente durch dieselbe Bezugszahl unter Voransetzung einer "4" gekennzeichnet werden. Der Hauptunterschied zwischen Struktur 410 und 10 besteht darin, daß bei Struktur 410 der .Halbleiterbereich 22 gemäß Fig. 1 weggelassen wurde. Durch eine angemessene Vergrößerung des Abstandes des Bereichs 424 zum Bereich 420 wird ein hinreichender Schutz gegen ein Verarmungsschicht-Durchgreifen zum Bereich 424 gewährleistet und so der Einsatz der Struktur 410 als ein Hochspannungsschalter ermöglicht.4, a structure 410 is shown, which is very similar to the structure 10, wherein all components that are substantially identical or very similar to those of the structure 10 are identified by the same reference number, prefixing a "4". The major difference between structure 410 and FIG. 10 is that in structure 410, the semiconductor region 22 of FIG. 1 has been omitted. By adequately increasing the spacing of region 424 to region 420, adequate protection against depletion layer penetration to region 424 is ensured, thus permitting the deployment of structure 410 as a high voltage switch.
In Fig. 5 wird eine Struktur 510 gezeigt, die der Struktur 10 sehr ähnlich ist, wobei alle Bauelemente, die im wesentlichen die gleichen oder sehr ähnlich sind, mit derselben Bezugszahl unter Voransetzung einer "5" gekennzeichnet sind. Der Hauptunterschied zwischen Struktur 510 und Struktur 10 besteht in der Anwendung eines Halbleiterschutzringbereiches 524. Der durch die Strichlinie gekennzeichnete Abschnitt des Schutzringes 540 deutet darauf hin, daß er so erweitert werden kann, daß er Kontakt zum Katodenbereich 524 herstellt, Durch die Kombination des Bereichs 522 und des Schutzringes 540 wird ein Schutz gegen die Inversion der betreffenden Abschnitte des Bereichs 516 bei oder nahe der Fläche 511, und zwar besonders zwischen dem Torelektrodenbereich 520 und dem Katodenbereich 524 sowie ein Schutz gegen das Verarmungsschicht-Durchgreifen zum Katodenbereich 524 hin geschaffen. Der Schutzring 540 ist vonIn Fig. 5, a structure 510 is shown that is very similar to the structure 10, wherein all components that are substantially the same or very similar are identified with the same reference numeral, prefixing a "5". The main difference between structure 510 and structure 10 is the use of a semiconductor guard ring area 524. The portion of guard ring 540 indicated by the dashed line indicates that it can be extended to make contact with cathode area 524 by the combination of area 522 and guard ring 540 provides protection against inversion of the respective portions of region 516 at or near surface 511, particularly between gate electrode region 520 and cathode region 524, as well as protection against depletion layer penetration to cathode region 524. The guard ring 540 is of
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der gleichen Leitfähigkeit wie der Bereich 522, er hat jedoch einen geringeren spezifischen Widerstand. Diese Art der Doppelschutzstruktur, die den Katodenbereich 524 umschließt, ist die bevorzugte Schutzstruktur.of the same conductivity as region 522, but has a lower resistivity. This type of dual protection structure enclosing the cathode region 524 is the preferred protection structure.
Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung. Es sind verschiedene Modifikationen möglich, die mit dem Inhalt der Erfindung übereinstimmen. Zum Beispiel können die Trägerteile 12, 412 und 512 der beschriebenen Ausführungen auch aus p-leitendem Silizium, Galliumarsenid, Saphir, einem Leiter oder einem elektrisch inaktiven Material bestehen. Sind die Bereiche 12, 412 und 512 aus elektrisch inaktiven Materialien, so können die dielektrischen Schichten 14, 414 und 514 weggelassen werden. Des weiteren können die Halbleiterkörper 16, 416 und 516 als luftisolierte Strukturen hergestellt werden. Dies gestattet die Weglassung der Trägerteile 12, 412 und 512 und der dielektrischen Schichten 14, 414 und 514. Die Elektroden können aus dotiertem Polysilizium, Gold, Titan oder anderen Arten von Leitern bestehen. Des weiteren können die Störstellenkonzentrationsgrade, die Abstände zwischen verschiedenen Bereichen und weitere Abmessungen der Bereiche verändert werden, so daß sich wesentlich andere Betriebsspannungen und -ströme als die beschriebenen möglich sind. Anstelle des Siliziumdioxids können andere Arten von dielektrischem Material wie beispielsweise Siliziumnitrid verwendet werden. Der Leitfähigkeitstyp aller Bereiche innerhalb der dielektrischen Schicht läßt sich umkehren unter der Voraussetzung, daß die Spannungspolaritäten in einer auf diesem Fachgebiet hinlänglich bekannten Art entsprechend verändert werden. Es muß hervorgehoben werden, daß die erfindungsgemäße Struktur sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstrombetrieb gestattet«The embodiments described herein are to illustrate the general principles of the invention. Various modifications are possible that are consistent with the content of the invention. For example, the support members 12, 412, and 512 of the embodiments described may also be made of p-type silicon, gallium arsenide, sapphire, a conductor, or an electrically inactive material. If the regions 12, 412 and 512 are of electrically inactive materials, the dielectric layers 14, 414 and 514 may be omitted. Furthermore, the semiconductor bodies 16, 416 and 516 can be manufactured as air-insulated structures. This permits the omission of the support members 12, 412 and 512 and the dielectric layers 14, 414 and 514. The electrodes may be made of doped polysilicon, gold, titanium or other types of conductors. Furthermore, the impurity concentration levels, the distances between different areas and other dimensions of the areas can be changed, so that substantially different operating voltages and currents are possible than those described. Instead of the silicon dioxide, other types of dielectric material such as silicon nitride may be used. The conductivity type of all regions within the dielectric layer can be reversed provided that the voltage polarities are changed accordingly in a manner well known in the art. It must be emphasized that the structure according to the invention allows both AC and DC operation. "
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In Fig. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit den Bezugszahlen in der 600er Reihe gezeigt, bei welchem der Halbleiterkörper 616 von der dielektrischen Schicht 614 durch eine Halbleiterzwischenschicht 638 getrennt ist, deren Leitfähigkeit vom entgegengesetzten Typ der Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers 616 ist. Die Elektroden 628, 630 und 632 sind Leiter, die einen niederohmigen Kontakt zu den Oberflächenabschnitten der Bereiche 618, 620 bzw. 624 herstellen. Die Hauptfläche 611 ist von einer dielektrischen Schichtt26 bedeckt, die die Elektroden 628, 630 und 632 von allen anderen Bereichen bis auf jene trennt, zu denen ein elektrischer Kontakt beabsichtigt ist. Die Elektrode 630 stellt hinter oder vor dem Halbleiterkörper 616 (nicht dargestellt) einen elektrischen Kontakt zum Bereich 638 an der Hauptfläche 611 her.Referring now to Figure 6, there is shown another embodiment of the invention with the reference numerals in the 600 series in which the semiconductor body 616 is separated from the dielectric layer 614 by a semiconductor interlayer 638 whose conductivity is of the opposite conductivity type of the semiconductor body 616. Electrodes 628, 630 and 632 are conductors that make low resistance contact with the surface portions of regions 618, 620 and 624, respectively. The major surface 611 is covered by a dielectric layer 26 which separates the electrodes 628, 630 and 632 from all other areas except those intended for electrical contact. The electrode 630 makes electrical contact with the region 638 on the main surface 611 behind or in front of the semiconductor body 616 (not shown).
Die Schicht 638 kann so modifiziert werden, daß sie nur, wie durch Bereich 638a gezeigt, auf dem unteren Abschnitt des Halbleiterkörpers 16 vorhanden ist. Durch diese Modifikation wird ein (nicht dargestellter) geeigneter diffundierter Bereich bzw. ein Bereich mit implantierten Ionen zwischen der Hauptfläche 611 und der modifizierten Schicht 638a gebildet. Die Elektrode 630 würde sich zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes bis zu diesem Bereich auf der Oberfläche 611 erstrecken.The layer 638 may be modified to be present on the lower portion of the semiconductor body 16 only as shown by region 638a. By this modification, a suitable diffused region (not shown) or an implanted ion region is formed between the main surface 611 and the modified layer 638a. Electrode 630 would extend to surface 611 to establish electrical contact up to this area.
Die Schicht 638 dient der Abkapselung des Halbleiterkörpers 616 gegen die Eigenschaften der dielektrischen Schicht 614 und vereinfacht das Fertigungsverfahren in der Weise, daß die Toleranzen bei der Bildung der dielektrischen Schicht 14 etwas großzügiger sein können. Dadurch werden die Fertigungserträge vergrößert und die Kosten herabgesetzt. Darüber hinaus dient die Schicht 638 als ein unterer Torelektrodenbereich zur Herabsetzung des Torelektrodenpo-The layer 638 serves to encapsulate the semiconductor body 616 against the properties of the dielectric layer 614 and simplifies the fabrication process such that the tolerances in the formation of the dielectric layer 14 may be somewhat more generous. This increases manufacturing yields and reduces costs. In addition, the layer 638 serves as a lower gate electrode area for reducing the Torelektrodenpo-
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tentials, das für die Verhinderung oder die Unterbrechung der Stromleitung zwischen dem Anodenbereich 618 und dem Katodenbereich 624 erforderlich ist. Die Verwendung nur eines Abschnittes 638a der Schicht 638 dient der Trennung des Halbleiterkörpers 616 vom Bereich 614 in dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 616, der sich unterhalb des Bereichs 620 befindet. Dieser bestimmte Abschnitt des Halbleiterkörpers 616 ist der kritischste Abschnitt, da der Halbleiterkörper 616 im wesentlichen in diesem Abschnitt "abgeschnürt" wird, wenn die Struktur 610 im AUS-Zustand betrieben wird.tentials required for the prevention or interruption of the power line between the anode region 618 and the cathode region 624. The use of only a portion 638a of the layer 638 serves to separate the semiconductor body 616 from the region 614 in the portion of the semiconductor body 616 that is below the region 620. This particular portion of the semiconductor body 616 is the most critical portion because the semiconductor body 616 is "pinched off" substantially in that portion when the structure 610 is operated in the OFF state.
Die Schicht 638a bewirkt keine vollständige Trennung von der dielektrischen Schicht 14, aber sie reduziert das Torelektrodenpotential, das für die Abschaltung erforderlich ist, wobei die Durchschlagsspannung der Struktur dadurch im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Die Schicht 638 sorgt für eine vollständige Trennung von der dielektrischen Schicht 614, sie setzt die Durchschlagsspannung der Struktur jedoch etwas herab. Bei Verwendung der Schicht 638 wird gewöhnlich die Dicke des Halbleiterkörpers 616 größer gewählt, um die Durchschlagsspannungen auf den vorbestimmten Pegeln beizubehalten.The layer 638a does not cause complete separation from the dielectric layer 14, but reduces the gate electrode potential required for the shutdown, thereby substantially not affecting the breakdown voltage of the structure. The layer 638 provides complete separation from the dielectric layer 614, but somewhat reduces the breakdown voltage of the structure. Typically, using layer 638, the thickness of semiconductor body 616 is chosen to be greater to maintain the breakdown voltages at the predetermined levels.
Die Schicht 638 muß nicht unbedingt mit der Elektrode 630 direkt in Verbindung stehen, denn innerhalb der Schicht 626 befindet sich positive Ladung, die in der Nähe der Hauptfläche 611 des Halbleiterkörpers 616 zwischen der Schicht 638 und dem Torelektrodenbereich 620 eine Oberflächeninversionsschicht bildet, welche die beiden elektrisch koppeln kann. Selbst ohne die positive Ladung wird angenommen, daß infolge des Durchgreifens Elektrode 630 und Schicht 638 elektrisch gekoppelt sein können.The layer 638 need not necessarily be directly connected to the electrode 630 because there is positive charge within the layer 626 which forms a surface inversion layer near the main surface 611 of the semiconductor body 616 between the layer 638 and the gate electrode region 620 can couple electrically. Even without the positive charge, it is believed that electrode 630 and layer 638 may be electrically coupled due to punch through.
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In den Figuren 7 und 8 wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Bezugszahlen in der 700er Reihe jenen der Fig. 1 entsprechen und bei welchem der Torelektrodenbereich 720 nicht zwischen dem Anodenbereich 718 und dem Katodenbereich 724 angeordnet ist. Die Struktur 710 ist so beschaffen, daß der Anodenbereich 18 und der Katodenbereich 724 verhältnismäßig dicht nebeneinander angeordnet werden können, um den Widerstand zwischen den beiden während des EIN-Zustandes (des leitenden Zustandes) zu vermindern. Ein Leiter 738, der wahlweise vorhanden ist, wird auf der Schicht 726 zwischen den Elektroden 728 und 732 angeordnet. Der Leiter 738 ist elektrisch mit der Elektrode 730 gekoppelt; er ist dafür bestimmt, die für den Betrieb der Struktur 710 erforderliche Torelektrodenspannung zu reduzieren; fü-r den Betrieb ist er jedoch nicht erforderlich«Still another embodiment is shown in FIGS. 7 and 8, whose reference numbers in the 700 series correspond to those of FIG. 1 and in which the gate electrode region 720 is not disposed between the anode region 718 and the cathode region 724. The structure 710 is such that the anode region 18 and the cathode region 724 can be arranged relatively close together to reduce the resistance between the two during the ON state (the conductive state). A conductor 738, optionally present, is placed on the layer 726 between the electrodes 728 and 732. The conductor 738 is electrically coupled to the electrode 730; it is designed to reduce the gate electrode voltage required to operate the structure 710; but it is not required for operation «
Ein Ausführungsbeispiel der Struktur 710 wurde in folgender Weise gefertigt. Das Halbleiterplättchen (Substrat) ist ein η-leitendes Siliziumsubstrat mit einer Dicke von 457,,.559 Mikrometer, mit einer StörstellenkonzentrationAn embodiment of structure 710 was fabricated in the following manner. The semiconductor die (substrate) is an η-type silicon substrate having a thickness of 457 μm, 559 μm, with an impurity concentration
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von etwa 5 χ 10 Störstellen/cm und es besteht aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand von 100 Ohm-Zentimeter, Die dielektrische Schicht 714 besteht aus Siliziumdioxid und ist gewöhnlich 2.,.4 Mikrometer dick. Der Halbleiterkörper 716 ist im allgemeinen 30,.,40 Mikrometer dick, etwa 430 Mikrometer lang, 170 Mikrometer breit, er ist p-leitend und besitzt eine Störstellenkonzentration von etwa 5.,,9 χ 10 Störstellen/cm , Der Anodenbereich 718 ist p+-leitend, gewöhnlich 2.,,4 Mikrometer dick, 28 Mikrometer breit, 55 Mikrometer lang und hat eine Störstellen-The dielectric layer 714 is made of silicon dioxide and is usually 2 to 4 microns thick. The semiconductor body 716 is generally 30, 40 microns thick, about 430 microns long, 170 microns wide, p-type, and has an impurity concentration of about 5... 9 χ 10 impurities / cm. The anode region 718 is p + conductive, usually 2 ", 4 microns thick, 28 microns wide, 55 microns long, and has an impurity
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konzentration von etwa 10 Störstellen/cm .Die Elektrode 728 besteht aus Aluminium, hat eine Dicke von 1 1/2 Mikrometer, eine Breite von 55 Mikrometer und eine Länge von 95 Mikrometer. Der Torelektrodenbereich· 720 ist n+-leitend, hat gewöhnlich eine Dicke von 2.,.4 Mikrometer, eineThe electrode 728 is made of aluminum, has a thickness of 1 1/2 microns, a width of 55 microns and a length of 95 microns. The gate electrode region 720 is n + -type, usually has a thickness of 2, 4 microns, one
Breite von 38 Mikrometer, eine Länge von 55 Mikrometer undWidth of 38 microns, a length of 55 microns and
19 eine Störstellenkonzentration von etwa 10 Störstellen/ cm · Die Elektrode 730 besteht aus Aluminium, hat eine Dicke von 1 1/2 Mikrometer, eine Breite von 76 Mikrometer und eine Länge von 95 Mikrometer, Der Abstand zwischen den Kanten der benachbarten Elektroden 728 und 732 beträgt gewöhnlich 40 Mikrometer (wenn kein Leiter 738 vorgesehen ist) , und der Abstand zwischen den Kanten der benachbarten Elektroden 728 und 730 beträgt gewöhnlich 40 Mikrometer, Der Bereich 722 ist £-leitend und gewöhnlich 3,5 Mikrometer dick, 44 Mikrometer breit, 44 Mikrometer lang und hat eine Oberflächenstörstellenkonzentration von etwa 10 Störstellen/cm , Der Katodenbereich 724 ist n+-leitend, gewöhnlich 2 Mikrometer dick, 30 Mikrometer breit, 30 Mikrometer19 has an impurity concentration of about 10 impurities / cm. The electrode 730 is made of aluminum, has a thickness of 1 1/2 microns, a width of 76 microns and a length of 95 microns, the distance between the edges of the adjacent electrodes 728 and 732 is usually 40 microns (if no conductor 738 is provided), and the spacing between the edges of adjacent electrodes 728 and 730 is usually 40 microns. The region 722 is ε-conducting and usually 3.5 microns thick, 44 microns wide, 44 Microns long and has a surface impurity concentration of about 10 impurities / cm. The cathode region 724 is n + -type, usually 2 microns thick, 30 microns wide, 30 microns
19 lang und hat eine Störstellenkonzentration von etwa 10 Störstellen/cm , Die Elektrode 32 besteht aus Aluminium, ist 1 1/2 Mikrometer dick, 82 Mikrometer breit und 82 Mikrometer lang. Der Abstand zwischen den Enden der Elektroden 728 und 732 und den betreffenden Enden des p—leitenden Halbleiterkörpers 716 beträgt 50 Mikrometer, Der Leiterbereich 738 aus Aluminium ist von den Elektroden 728 und 732 30 Mikrometer entfernt angeordnet, er ist 10 Mikrometer breit, 1 1/2 Mikrometer dick und 75 Mikrometer lang. Der Leiterbereich 738 stellt vor oder hinter dem Bereich 16 einen elektrischen Kontakt zur Elektrode 730 her. Es muß hervorgehoben werden, daß bei dieser Ausführung der Abstand zwischen Katode und Anode beträchtlich vermindert ist,19 and has an impurity concentration of about 10 impurities / cm. The electrode 32 is made of aluminum, is 1 1/2 microns thick, 82 microns wide and 82 microns long. The spacing between the ends of the electrodes 728 and 732 and the respective ends of the p-type semiconductor body 716 is 50 microns. The conductor region 738 of aluminum is 30 microns away from the electrodes 728 and 732. It is 10 microns wide, 1 1 / 2 microns thick and 75 microns long. The conductor region 738 establishes an electrical contact with the electrode 730 in front of or behind the region 16. It must be emphasized that in this embodiment the distance between cathode and anode is considerably reduced,
Die Struktur 710 mit den oben angegebenen Parametern wurde als ein Diodentorschalter mit 400 Volt zwischen Anode und Katode betrieben. An die Anode wurden +200 Volt und an die Katode -200 Volt angelegt. Wie zuvor erwähnt, können auch -200 Volt an die Anode und +200 Volt an die Katode angelegt werden, um die Sperrung der Spannung in beiden Richtungen zu ermöglichen. Ist der Bereich 738 vorgesehen, ist für die Unterbrechung eines Stromflusses von 1 mA zwischen AnodeThe structure 710 with the parameters given above was operated as a 400 volt diode gate switch between anode and cathode. +200 volts were applied to the anode and -200 volts to the cathode. As previously mentioned, -200 volts can also be applied to the anode and +200 volts to the cathode to enable voltage blocking in both directions. If the area 738 is provided, it is for the interruption of a current flow of 1 mA between the anode
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und Katode ein Potential von +210 Volt erfahrungsgemäß ausreichend. Es wird eingeschätzt, daß diese Spannung um 20 Volt höher sein müßte, würde der Leiter 738 weggelassen. Der Widerstand des Diodentorschalters im EIN-Zustand bei einem Stromfluß von 100 mA zwischen Anode und Katode betrug etwa 10,.«12 Ohm, und der Spannungsabfall zwischen Anode und Katode betrug gewöhnlich 2,2 Volt. Es wurde durch chemisches Aufdampfen auf der Siliziumdioxidschicht 26 eine (nicht dargestellte) Siliziumnitridschicht aufgebracht, die wie eine Natriumsperrschicht wirken sollte. Anschließend wurden die Elektroden 728, 730, 732 und 736 gebildet und auf der gesamten Fläche der Struktur 710 wurde eine mittels Hochfrequenzplasma abgelagerte Siliziumnitridschicht (nicht dargestellt) aufgebracht, die mit dazu beitragen sollte, den Hochspannungsüberschlag in Luft zwischen benachbarten Elektroden zu verhindern«and cathode, a potential of +210 volts experience sufficient. It is estimated that this voltage would have to be 20 volts higher, the conductor 738 would be omitted. The on-state diode gate switch resistance at 100 mA current flow between the anode and cathode was about 10.sup.-12 ohms, and the voltage drop between the anode and cathode was typically 2.2 volts. A silicon nitride layer (not shown), which should act like a sodium barrier layer, was deposited on silicon dioxide layer 26 by chemical vapor deposition. Thereafter, the electrodes 728, 730, 732, and 736 were formed, and a silicon nitride layer (not shown) deposited by radio frequency plasma was deposited on the entire surface of the structure 710 to help prevent high voltage flashover in air between adjacent electrodes.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann ein Schutzring Anwendung finden, der entweder den Katodenbereich 724 umgibt oder ihn einschließt und einen Kontakt zu diesem herstellt, oder es kann, wie in Fig. 4 dargestellt der Bereich 722 weggelassen werden, wenn der Anoden-Katoden-Abstand hinreichend groß ist«, Der Torelektrodenbereich 20 kann wie durch die Strichlinien gemäß Fig. 7 angegeben, rechts vom Katodenbereich angeordnet werden, oder aber vor oder hinter dem Halbleiterkörper 716, wie dies durch die Strichlinie gemäß Fig. 2 angegeben wird. Der Torelektrodenbereich 720 kann von der dielektrischen Schicht 714 getrennt sein oder; wie durch die Strichlinien gemäß Fig. 7 dargestellt, sich so weit erstrecken, daß er die dielektrische Schicht 714 berührt. Andere Modifikationen können, wie zuvor erwähnt, Anwendung finden.As shown in Figure 5, a guard ring may be used which either surrounds or encloses the cathode region 724 and makes contact therewith, or as shown in Figure 4, the region 722 may be omitted if the anode cathode The gate electrode area 20 can be arranged to the right of the cathode area, as indicated by the dashed lines according to FIG. 7, or in front of or behind the semiconductor body 716, as indicated by the dashed line in FIG. 2. The gate electrode region 720 may be separate from the dielectric layer 714 or; As shown by the dashed lines in FIG. 7, extend so far that it contacts the dielectric layer 714. Other modifications may be applied as mentioned above.
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