DD147898A5 - HIGH VOLTAGE FESTKOERPERFLAECHENSCHALTER - Google Patents

HIGH VOLTAGE FESTKOERPERFLAECHENSCHALTER Download PDF

Info

Publication number
DD147898A5
DD147898A5 DD79217695A DD21769579A DD147898A5 DD 147898 A5 DD147898 A5 DD 147898A5 DD 79217695 A DD79217695 A DD 79217695A DD 21769579 A DD21769579 A DD 21769579A DD 147898 A5 DD147898 A5 DD 147898A5
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
region
semiconductor body
conductivity type
semiconductor
switching device
Prior art date
Application number
DD79217695A
Other languages
German (de)
Inventor
Adrian R Hartmann
Bernard T Murphy
Terence J Riley
Peter W Shackle
Original Assignee
Western Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Western Electric Co filed Critical Western Electric Co
Publication of DD147898A5 publication Critical patent/DD147898A5/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/761PN junctions
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G25/00Watering gardens, fields, sports grounds or the like
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/0817Thyristors only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7391Gated diode structures
    • H01L29/7392Gated diode structures with PN junction gate, e.g. field controlled thyristors (FCTh), static induction thyristors (SITh)
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Ein Hochspannungs-Festkoerperschalter, der fuer den Gleich- und den Wechselstrombetrieb geeignet ist und eine Sperrung in zwei Richtungen ermoeglicht, besteht aus einem ersten p-leitenden Halbleiterkoerper auf einem n-leitenden Halbleiterplaettchensubstrat. Ein p+-leitender Anodenbereich und ein n+-leitender Katodenbereich befinden sichin Abschnitten d. Halbleiterkoerpers. Ein zweiter p-leitender Bereich mit einer groeszeren Stoerstellenkonzentration als der Halbleiterkoerper kreist den Katodenbereich ein. Der Anodenbereich und der zweite p-leitende Bereich sind durch einen Abschnitt des Halbleiterkoerpers voneinander getrennt. Das Halbleiterplaettchensubstrat, das wie eine Torelektrode wirkt, ist so beschaffen, dasz es zu diesem einen niederohmigen Kontakt herstellt. Zu dem Anodenbereich und dem Katodenbereich werden gesonderte niederohmige Kontakte hergestellt.A high-voltage solid-state switch suitable for DC and AC operation and capable of blocking in two directions consists of a first p-type semiconductor body on an n-type semiconductor chip substrate. A p + -type anode region and an n + -type cathode region are in sections d. Halbleiterkoerpers. A second P-type region with a larger Stoerstellenkonzentration than the semiconductor body circles the cathode region. The anode region and the second p-type region are separated by a portion of the semiconductor body. The semiconductor chip substrate, which acts like a gate electrode, is designed to make a low-resistance contact thereto. Separate low-resistance contacts are made to the anode region and the cathode region.

Description

57 -'--217 69 5 57 -'- 217 69 5

Hochspannungs-FestkörperflachenschalterHigh-voltage solid-state flat switch

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Diese Erfindung betrifft Festkörperbauelemente und insbesondere Hochspannungs-Festkörperbauelemente, die für Fernsprechvermittlungsschaltsysteme und viele andere Anwendungen geeignet sind.This invention relates to solid state devices, and more particularly to high voltage solid state devices suitable for telephone switching systems and many other applications.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

In einem Artikel mit der Oberschrift "A Field Terminated Diode" (Eine Feldanschlußdiode) von Douglas E, Houston u.a. , der in IEEE Transactions on Elect ron 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. Die "Doppelladungsträgerinjektion" bezieht sich sowohl auf die Injektion von Löchern als auch von Elektronen, die ein leitendes Plasma im Halbleiter bilden. Ein im Zusammenhang mit diesem Schalter auftretendes Problem besteht darin, daß er nicht ohne weiteres mit anderen ähnlichen Schaltbauelementen auf einem gemeinsamen Substrat herstellbar ist. 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 nutzbare 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 Antiparallelschaltung bedeutet, daß jeweils die Katode mit der Anode des anderen Bauelementes ge-In 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, a discrete high voltage A solid-state switch is described that has a vertical geometry and includes an area that can be pinched off or rendered highly conductive by means of the dual charge carrier injection to provide an OFF state to provide an ON state. The "double charge carrier injection" refers to both the injection of holes and electrons that form a conductive plasma in the semiconductor. A problem associated with this switch is that it can not readily be manufactured with other similar switching devices on a common substrate. Another problem is that the spacing between the gratings and the cathode must be kept small in order to limit the size of the control grid voltage. However, this limits the usable voltage range because the grid-to-cathode breakdown voltage is lowered. By this limitation, the application of the two anti-parallel components is drastically limited to relatively low voltages, where anti-parallel connection means that in each case the cathode is connected to the anode of the other component.

-2- 217-2- 217

koppelt ist. Eine derartige Schaltung wäre als Hochspannungs-Festkörper-Zweirichtungsschalter sehr geeignet« Ein weiteres Problem besteht darin, daß der 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,is coupled. Such a circuit would be very suitable as a high-voltage solid-state bidirectional switch. Another problem is that the base region must ideally be heavily doped in order to prevent the anode from passing through to the grid; however, this leads to a low breakdown voltage between the anode and the cathode. A widening of the base region causes a limitation of the punch-through effect, but it also increases the resistance of the components in the ON state,

Ziel der Erfindung;Aim of the invention;

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 sein muß, 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 being capable of blocking relatively high voltages in two directions.

Darlegung des Wesens der Erfindung:Explanation of the essence of the invention:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Festkörperbauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen Volumen von dem einen Leitfähigkeitstyp ist und der eine Hauptfläche besitzt, innerhalb welcher der Halbleiterkörper auf einem Halbleiterträger (-substrat), der vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist, gebildet wird. Gesonderte örtlich begrenzte erste und zweite Bereiche sind im Halbleiterkörper vorhanden* Der erste Bereich ist von dem einen Leitfähigkeitstyp und der zweite Bereich ist vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp. Oeder Bereich besitzt einen Abschnitt, der sich bis zur Hauptfläche erstreckt. Beide Bereiche haben einen verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem des Volumens des Halbleiterkörpers. Die ersten und zweiten Bereiche dienen als Anode und Katode des Festkörperbauelementes. Zu den Anoden- und Katodenbereichen bestehen gesonderte niederohmige elektrische Kontakte. DasThe present invention relates to a solid-state device having a semiconductor body whose volume is of the one conductivity type and has a major surface within which the semiconductor body is formed on a semiconductor substrate (substrate) of the opposite conductivity type. Separate localized first and second regions are present in the semiconductor body * The first region is of one conductivity type and the second region is of the opposite conductivity type. Oeder area has a section that extends to the main area. Both regions have a relatively low resistivity compared to the volume of the semiconductor body. The first and second regions serve as the anode and cathode of the solid state device. Separate low-resistance electrical contacts exist for the anode and cathode regions. The

217-69.5217-69.5

Bauelement ist so beschaffen, daß während des Betriebs eine Doppelladungsträgerinjektion stattfindet. Der Halbleiterkörper befindet sich mit dem Substrat in Kontakt, und das Substrat ist so beschaffen, daß es einer mit ihm gekoppelten Elektrode die Möglichkeit bietet, als Torelektrode des Bauelementes zu dienen.Component is designed so that a double charge carrier injection takes place during operation. The semiconductor body is in contact with the substrate, and the substrate is adapted to provide an electrode coupled thereto with the ability to serve as the gate electrode of the device.

Das Bauelement kann bei geeignetem Entwurf als ein Schalter betrieben werden, der gekennzeichnet ist durch einen niederohmigen Strompfad zwischen Anode und Katode, wenn er sich im EIN-Zustand (leitendem Zustand) befindet, und durch einen hochohmigen Strompfad zwischen Anode und Katode, wenn er sich im AUS-Zustand (Sperrzustand) befindet. Das an die Torelektrode angelegte Potential bestimmt den Zustand des Schalters. Während des EIN-Zustandes findet eine Doppelladungsträgerinjektion statt, die den Widerstand zwischen Anode und Katode vermindert.The device, when properly designed, may be operated as a switch characterized by a low resistance current path between the anode and cathode when in the ON state (conductive state) and by a high resistance current path between the anode and cathode when it is is in the OFF state (locked state). The potential applied to the gate electrode determines the state of the switch. During the ON state, a double charge carrier injection occurs which reduces the resistance between the anode and cathode.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Halbleiterkörper der oben beschriebenen Art, der den ersten und zweiten Bereich umfaßt; mit Ausnahme des Hauptflächenabschnitts desselben mit einem Halbleiterbereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps umgeben. Eine Vielzahl von Halbleiterkörpern, die alle von einem gesonderten Halbleiterbereich umgeben sind, sind in einem gemeinsamen Halbleiterplättchen des einen Leitfähigkeitstyps gebildet, wobei Abschnitte des Halbleiterplättchens alle Halbleiterkörper voneinander trennen.In another embodiment of the invention, a semiconductor body of the type described above, comprising the first and second regions; with the exception of the main surface portion of the same with a semiconductor region of the opposite conductivity type surrounded. A plurality of semiconductor bodies, which are all surrounded by a separate semiconductor region, are formed in a common semiconductor chip of the one conductivity type, wherein sections of the semiconductor wafer separate all the semiconductor bodies from each other.

Diese Festkörperbauelemente, die als Diodentorschalter (GDS) zu bezeichnen sind, können bei geeignetem Entwurf ungeachtet der Polarität im AUS~Zustand verhältnismäßig große Potentialunterschiede zwischen Anode und Katode sperren, und sie können im EIN-Zustand verhältnismäßig große Ströme bei einemThese solid state devices, referred to as diode gate switches (GDS), when properly designed, may lock relatively large potential differences between the anode and cathode regardless of the polarity in the OFF state, and they may have relatively large currents in the ON state

217695217695

verhältnismäßig niedrigen Spannungsabfall zwischen Anode und Katode leiten.conduct relatively low voltage drop between anode and cathode.

Die Eigenschaft der zweiseitigen Sperrung macht diese GDS-Bauelemente für viele Anwendungen besonders geeignet« Zwei der oben beschriebenen GDS-Bauelemente können miteinander gekoppelt werden, wobei für beide Bauelemente nur eine gemeinsame Torelektrode vorgesehen ist und die Katoden jeweils mit den Anoden des anderen Bauelements gekoppelt sind. Diese Kombination stellt einen Zweirichtungs-Hochspannungsschalter dar. Baugruppen von GDS-Bauelementen können auf einem gemeinsamen Halbleiterplättchen zur Bildung von Koppelpunkten hergestellt werden, oder zwei GDS-Bauelemente können mit einer gemeinsamen Torelektrode zur Bildung eines Zweirichtungsschalters hergestellt werden.The two-sided blocking feature makes these GDS devices particularly suitable for many applications. "Two of the GDS devices described above can be coupled together with only one common gate electrode for both devices and the cathodes coupled to the anodes of the other device, respectively , This combination is a bidirectional high voltage switch. Assemblies of GDS devices may be fabricated on a common die to form crosspoints, or two GDS devices may be fabricated with a common gate electrode to form a bi-directional switch.

Ausführunqsbeispiele:EXEMPLARY EMBODIMENTS:

Fig. 1 zeigt ein Festkörperbauelement in Obereinstimmung mit einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;Fig. 1 shows a solid-state device in accordance with an embodiment of the invention;

Fig. 2 zeigt ein vorgeschlagenes elektrisches Symbol für das Bauelement gemäß Fig, 1;FIG. 2 shows a proposed electrical symbol for the component according to FIG. 1; FIG.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht eines Bauelementes gemäß eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;Fig. 3 shows the plan view of a component according to another embodiment of the invention;

Fig. 4 zeigt das Bauelement in Übereinstimmung mit einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;Fig. 4 shows the device in accordance with another embodiment of the invention;

Fig. 5 zeigt ein Bauelement in Übereinstimmung mit noch einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;Fig. 5 shows a device in accordance with yet another embodiment of the invention;

Fig« 6 zeigt ein Bauelement in Übereinstimmung mit noch einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; undFig. 6 shows a device in accordance with yet another embodiment of the present invention; and

217 69 5217 69 5

Fig* 7 zeigt ein Bauelement in Obereinstimmung mit noch einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.FIG. 7 shows a component in accordance with yet another embodiment of the invention.

In Fig. 1 wird ein Halbleiterbauelement IO mit zwei im wesentlichen identischen Diodentorschaltern GDSl und GDS2, die innerhalb der Strichliniendreiecke dargestellt sind und die beide in einem Halbleiterplättchen oder Substrat 12 gebildet wurden, gezeigt. Das Halbleiterbauelement 10 besitzt eine Hauptfläche 11, Das Substrat 12 ist von dem einen Leitfähigkeitstyp und wirkt wie eine gemeinsame Torelektrode und Träger für GDSl und GDS2.In Fig. 1, a semiconductor device IO having two substantially identical diode gate switches GDS1 and GDS2, shown within the dashed line triangles and both formed in a die or substrate 12, is shown. The semiconductor device 10 has a main surface 11, the substrate 12 is of the one conductivity type and acts as a common gate electrode and carrier for GDS1 and GDS2.

Eine Epitaxieschicht von entgegengesetzter Leitfähigkeit des Substrates 12 ist durch Halbleiterbereiche 20 von den Halbleiterkörpern 16 und 16a getrennt. Zusätzlich zu den beiden dargestellten Halbleiterkörpern können viele weitere Halbleiterkörper 16 und 16a im Substrat 12 gebildet werden. Die Bereiche 20 sind von der gleichen Leitfähigkeit wie das Substrat 12; sie haben jedoch eine größere Störstellenkonzentration und erstrecken sich von der Hauptfläche 11 aus hinab zum Substrat 12. Zu dem Halbleiterkörper 16 gehört ebenfalls ein Halbleiteranodenbereich 18 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Halbleiterköper 16; er weist jedoch eine größere Störstellenkonzentration auf. Ein Halbleiterbereich 22 ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Halbleiterkörper 16; er hat jedoch einen geringeren spezifischen Widerstand als der Halbleiterkörper 16. Ein Halbleiterkatodenbereich 24 ist in einen Abschnitt des Bereichs 22 einbezogen und besitzt einen Abschnitt, der sich zur Hauptfläche 11 erstreckt. Der Bereich 24 ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp und besitzt im wesentlichen die gleiche Störstellenkonzentration wie die Bereiche 20. Die Elektroden 28, 32 und 30 stellen einen niederohmigen Kontakt zu den Bereichen 18, 24 bzw, 20 her. Der Bereich 20 stellt einen niederohmigen Kontakt zum Substrat 12 her. Auf diese Weise stellt die Elektrode 30 einen niederohmigen Kontakt zumAn epitaxial layer of opposite conductivity of the substrate 12 is separated from the semiconductor bodies 16 and 16a by semiconductor regions 20. In addition to the two illustrated semiconductor bodies, many further semiconductor bodies 16 and 16a can be formed in the substrate 12. The regions 20 are of the same conductivity as the substrate 12; However, they have a larger impurity concentration and extend from the main surface 11 down to the substrate 12. To the semiconductor body 16 also includes a semiconductor anode region 18 of the same conductivity type as the semiconductor body 16; however, it has a larger impurity concentration. A semiconductor region 22 is of the same conductivity type as the semiconductor body 16; however, it has a lower resistivity than the semiconductor body 16. A semiconductor cathode region 24 is included in a portion of the region 22 and has a portion extending to the main surface 11. The region 24 is of the same conductivity type and has substantially the same impurity concentration as the regions 20. The electrodes 28, 32 and 30 establish a low-resistance contact with the regions 18, 24 and 20, respectively. The region 20 establishes a low-resistance contact with the substrate 12. In this way, the electrode 30 provides a low-resistance contact to

- 6 - 217- 6 - 217

Substrat 12 her und dient als gemeinsame Torelektrode für GDSl und GDS2» Eine Elektrode 38, die wahlweise vorhanden ist, kann aus einem Metall oder Halbleitermaterial bestehen und zwischen Anodenelektrode 28 und Katodenelektrode 32 angeordnet sein. Die Elektrode 38 ist durch eine elektrische Verbindung zur Elektrode 30 mit dem Substrat elektrisch gekoppelt»Substrate 12 and serves as a common gate electrode for GDS1 and GDS2. An electrode 38, which is optional, may be made of a metal or semiconductor material and disposed between anode electrode 28 and cathode electrode 32. The electrode 38 is electrically coupled to the substrate by an electrical connection to the electrode 30 »

Der Halbleiterkörper 16a enthält Halbleiterbereiche 18a, 22a und 24a, Die Elektroden 28a, 32a und 30 sind mit den Bereichen 18a, 22a bzw* 24a gekoppelt. Diese Bereiche sind im wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden Bereiche des Halbleiterkörpers 16. Eine Isolationsschicht 26 sorgt für eine elektrische Trennung aller oben beschriebenen Elektroden von den Abschnitten der Struktur 10 mit Ausnahme jener Abschnitte, die elektrisch in Verbindung stehen sollen.The semiconductor body 16a includes semiconductor regions 18a, 22a and 24a. The electrodes 28a, 32a and 30 are coupled to the regions 18a, 22a and * 24a, respectively. These regions are substantially the same as the corresponding regions of the semiconductor body 16. An insulating layer 26 provides for electrical isolation of all electrodes described above from the portions of the structure 10 except those portions which are to be electrically connected.

Bei einem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 12 vom Leitfähigkeitstyp £, die Bereiche 20 und 24 (24a) sind vom Leitfähigkeitstyp n+, der Halbleiterkörper 16 (16a) ist vom Leitfähigkeitstyp p-, der Bereich 18 (18a) ist vom Leitfähigkeitstyp p+, der Bereich 22 (22a) ist vom Leitfähigkeitstyp £ und weist einen geringeren spezifischen Widerstand auf als der Halbleiterkörper 16 (16a), und die Elektroden 28 (28a), 32 (32a) und 30 bestehen aus Aluminium. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anodenelektrode 28 elektrisch mit der Katodenelektrode 32a gekoppelt, und die Katodenelektrode 32 ist mit der Anodenelektrode 28a gekoppelt.In one illustrated embodiment, the substrate 12 is of the conductivity type £, the regions 20 and 24 (24a) are of the conductivity type n +, the semiconductor body 16 (16a) is of the conductivity type p-, the region 18 (18a) is of the conductivity type p +, the region 22 (22a) is of the conductivity type ε and has a lower specific resistance than the semiconductor body 16 (16a), and the 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.

Die für GDSl und GDS2 vorgeschlagenen elektrischen Symbole werden in Fig. 2 dargestellt. Der Anoden-, Katoden- und Torelektrodenanschluß des GDSl werden durch 28, 32 bzw. 30 wiedergegeben. Die betreffenden Anschlüsse des GDS2 sind 28a, 32a und 30, Diese Kombination von GDSl und GDS2 wirktThe electrical symbols proposed for GDS1 and GDS2 are shown in FIG. The anode, cathode and gate electrode terminals of the GDS1 are represented by 28, 32 and 30, respectively. The relevant ports of the GDS2 are 28a, 32a and 30, this combination of GDSl and GDS2 acts

217 69 5217 69 5

wie ein Zweirichtungsschalter, der in der Lage ist, Potentiale zu sperren, ganz gleich, ob an der Anode oder der Katode der beiden Diodentorschalter das positivere Potential anliegt.like a bidirectional switch capable of blocking potentials regardless of whether the positive potential is applied to the anode or the cathode of the two diode gate switches.

GDSl und GDS2 sind beide im wesentlichen identisch und arbeiten im wesentlichen in der gleichen Weise. Demgemäß trifft die nachfolgende Beschreibung von GDSl auch für GDS2 zu. GDSl zeichnet sich durch einen verhältnismäßig niederohmigen Strompfad zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24 aus, wenn er sich im EIN-Zustand (leitenden Zustand) befindet, und durch einen beträchtlich größeren Widerstand, wenn er sich im AUS-Zustand (Sperrzustand) befindet. Im EIN-Zustarid ist das Potential der Torelektrode 30 gewöhnlich gleich oder kleiner als das Potential der Anode 28. Aus dem Anodenbereich 18 werden Löcher in den Halbleiterkörper 16 injiziert, und aus dem Katodenbereich 24 werden Elektronen in den Halbleiterkörper 16 injiziert. Diese Löcher und Elektronen können in hinreichender Zahl vorhanden sein und ein Plasma bilden, dessen Leitfähigkeit den Halbleiterkörper 16 moduliert. Dadurch wird der Widerstand des Halbleiterkörpers 16 wirksam herabgesetzt, so daß der Widerstand zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24 verhältnismäßig gering ist, wenn GDSl im EIN-Zustand arbeitet. Diese Art von Betriebszustand, bei welchem sowohl Löcher als auch Elektronen als Stromträger wirken, wird als Doppelladungsträgerinjektion bezeichnet. Das hierin beschriebene Bauelement wird als Diodentorschalter (GDS) bezeichnet.GDS1 and GDS2 are both essentially identical and operate in much the same way. Accordingly, the following description of GDSl also applies to GDS2. GDS1 is characterized by a relatively low resistance current path between the anode region 18 and the cathode region 24 when in the ON state (conducting state) and by a considerably larger resistance when in the OFF state (blocking state). In the ON state, the potential of the gate electrode 30 is usually equal to or smaller than the potential of the anode 28. Holes are injected into the semiconductor body 16 from the anode region 18, and electrons are injected into the semiconductor body 16 from the cathode region 24. These holes and electrons can be present in sufficient numbers and form a plasma whose conductivity modulates the semiconductor body 16. As a result, the resistance of the semiconductor body 16 is effectively reduced, so that the resistance between the anode region 18 and the cathode region 24 is relatively low when GDS1 operates in the ON state. This type of operating state, in which both holes and electrons act as current carriers, is referred to as double charge carrier injection. The device described herein is referred to as a diode gate switch (GDS).

Der Bereich 22 trägt dazu bei, das Durchgreifen einer Verarmungsschicht, die während des Betriebs zwischen dem Bereich 20 und dem Substrat 12 und dem Katodenbereich 24 gebildet wird, einzuschränken. Der Bereich 22 trägt ebenfalls dazu bei, die Bildung einer OberflächeninversionsschichtThe region 22 helps to restrict the penetration of a depletion layer formed between the region 20 and the substrate 12 and the cathode region 24 during operation. Region 22 also contributes to the formation of a surface inversion layer

217217

zwischen den Bereichen 24 und 20 zu verhindern. Darüber hinaus gestattet er, den Abstand zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24 verhältnismäßig klein zu halten. Dadurch ergibt sich während des EIN-Zustandes ein verhältnismäßig geringer Widerstand zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24,between areas 24 and 20. In addition, it allows to keep the distance between the anode region 18 and the cathode region 24 relatively small. This results in a relatively low resistance between the anode region 18 and the cathode region 24 during the ON state.

Die Stromleitung zwischen dem Anodenbereich 18 und dem Katodenbereich 24 wird verhindert oder unterbrochen, wenn das Potential der Torelektrode 30 beträchtlich positiver als das der Anodenelektrode 28 und der Katodenelektrode 32 ist« Der Betrag, um den das Potential positiver sein muß, um die Stromleitung zu verhindern oder zu unterbrechen, ist eine Funktion der Geometrie und der Störstellenkonzentrationen der Struktur 10. Dieses positive Torelektrodenpotential bewirkt eine Verarmung des Abschnitts des Halbleiterkörpers 16 zwischen dem Torelektrodenbereich 12 und einem Abschnitt der Oxidschicht 26, so daß das Potential dieses Abschnitts des Halbleiterkörpers 16 positiver als jenes der Bereiche von Anode 18 und Katode 24 ist. Diese positive Potentialbarriere verhindert die Leitung von Löchern vom Anodenbereich 18 zum Katodenbereich 24, Sie dient ebenfalls der Ansammlung von aus dem Katodenbereich 24 emittierten Elektronen, bevor diese den Anodenbereich 18 erreichen können. Dadurch wird der Halbleiterkörper 16 in seinem Volumenabschnitt zur dielektrischen Schicht 26 hin im wesentlichen eingeschnürt, wobei sich der Volumenabschnitt zwischen dem Anoden- und dem Katodenbereich (18 und 24) befindet und sich vom Bereich 12 bis zur dielektrischen Schicht 26 erstreckt.The current conduction between the anode region 18 and the cathode region 24 is prevented or interrupted when the potential of the gate electrode 30 is considerably more positive than that of the anode electrode 28 and the cathode electrode 32. The amount by which the potential must be more positive to prevent the current conduction or interrupting is a function of the geometry and impurity concentrations of the structure 10. This positive gate potential causes depletion of the portion of the semiconductor body 16 between the gate electrode region 12 and a portion of the oxide layer 26 such that the potential of that portion of the semiconductor body 16 is more positive than that the areas of anode 18 and cathode 24 is. This positive potential barrier prevents the conduction of holes from the anode region 18 to the cathode region 24, and also serves to accumulate electrons emitted from the cathode region 24 before they can reach the anode region 18. As a result, the semiconductor body 16 is substantially constricted in its volume to the dielectric layer 26, wherein the volume portion between the anode and the cathode region (18 and 24) and extends from the region 12 to the dielectric layer 26.

Unter Zuhilfenahme von Elektrode 38 läßt sich die Größe des Potentials herabsetzen, das für die Verhinderung oder Unterbrechung des Leitvorganges erforderlich ist. Im AUS-Zustand ist GDSl in der Lage, in zwei Richtungen' verhältnismäßig große Potentiale zwischen Anoden- und Katodenbereich zu sper-With the aid of electrode 38, the size of the potential required to prevent or interrupt the conduction process can be reduced. In the OFF state, GDS1 is capable of blocking relatively large potentials between the anode and cathode regions in two directions.

217 59 5217 59 5

ren, und zwar unabhängig davon, an welchem Bereich das positivere Potential anliegt.irrespective of which area the more positive potential is present.

Während des EIN-Zustandes von GDSl wird die p-n-Flächendiode, die den Halbleiterkörper 16 und den Bereich 20 umfaßt, in Durchlaßrichtung vorgespannt. Für die Einschränkung der Stromleitung durch die in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode kann eine Strombegrenzungseinrichtung (nicht dargestellt) Anwendung finden.During the ON state of GDS1, the p-n junction diode comprising the semiconductor body 16 and the region 20 is forward biased. For the restriction of the power line through the forward biased diode, a current limiting device (not shown) find application.

Die Anoden und Katoden von GDSl und GDS2 müssen nicht miteinander verbunden sein, GDSl und GDS2 können individuell eingesetzt werden; die Torelektroden jedoch haben sie gemeinsam.The anodes and cathodes of GDS1 and GDS2 do not need to be interconnected, GDS1 and GDS2 can be used individually; however, they have the gate electrodes in common.

In Fig, 3 wird eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines hergestellten doppelten GDS-Halbleiterbauelementes 100 gezeigt. Bauelement 100 ist mit dem Bauelement 10 identisch mit der Ausnahme, daß der Anoden- und der Katodenbereich gekrümmt sind. Mit Hilfe dieser Geometrie kann die örtliche Spannungsfeldkonzentration, die einen Spannungsdurchschlag verursacht, begrenzt werden und sie sorgt für einen zusätzlichen Umfang, der dem Anoden- und dem Katodenbereich gemeinsam ist, so daß der niederohmige Widerstand im EIN-Zustand einfacher zu realisieren ist und der Hochstrombetrieb erleichtert wird. Das Bauelement 100 wurde auf einem jv-leitenden Substrat mit einer Dicke von 457,,, 559 Mikrometer und einer Leitfähigkeit von 10 ,,,1O Störstellen/cm hergestellt. Die Halbleiterkörper 160 und 160a sind p-leitend und haben eine Dicke von 30,,,40 Mikrometer, eine Breite von 720 Mikrometer, eine Länge von 910 Mikrometer und eine Störstellenkonzentration im Bereich von 5,,,9 χ 10 Störstellen/cm · Die gekrümmten Anodenbereiche 180 und 180a sind p+-leitend und haben eine Dicke von3, a top view of a preferred embodiment of a fabricated dual GDS semiconductor device 100 is shown. Device 100 is identical to device 10 except that the anode and cathode regions are curved. With the aid of this geometry, the local stress field concentration causing a voltage breakdown can be limited and provides an additional circumference, which is common to the anode and the cathode region, so that the low-resistance in the ON state is easier to implement and the high-current operation is relieved. Device 100 was fabricated on a jv-type substrate having a thickness of 457 μm, 559 μm, and a conductivity of 10 μm, 1O impurities / cm. The semiconductor bodies 160 and 160a are p-type and have a thickness of 30 microns, 40 microns, a width of 720 microns, a length of 910 microns, and an impurity concentration in the range of 5, 9, 9, 10 impurities / cm.sup.-1 curved anode regions 180 and 180a are p + -type and have a thickness of

217 69 5217 69 5

19 2,,,4 Mikrometer und eine Störstellenkonzentration von 10 Störstellen/cm . Die gekrümmten Katodenbereiche 240 und 240a sind n+-leitend und haben eine Dicke von 2.,.4 Miktrometer19 2 ,,, 4 microns and an impurity concentration of 10 impurities / cm. The curved cathode regions 240 and 240a are n + -type and have a thickness of 2. 4 microns

19 319 3

und eine Störstellenkonzentration von 10 Störstellen/cm « Die Gesamtlänge und -breite der hergestellten Schaltung beträgt 1910 Mikrometer mal 1300 Mikrometer, Der Abstand zwischen Anode und Katode beträgt gewöhnlich 120 Mikrometer,and an impurity concentration of 10 impurities / cm "The total length and width of the fabricated circuit is 1910 microns by 1300 microns. The distance between the anode and cathode is usually 120 microns.

Einige der hergestellten Bauelemente enthielten Leiterbereiche 380 und 380a, die 60 Mikrometer breit waren, und einige enthielten keine. Die ohne die Bereiche 380 und 380a hergestellten Bauelemente erforderten ein Torelektrodenpotential, das um 22 Volt höher als das an der Anode sein mußte, damit die Stromleitung zwischen Anode und Katode verhindert oder unterbrochen werden konnte. Die Bauelemente, die mit den Leiterbereichen 380 und 380a hergestellt wurden, erforderten für die Erzielung des Ausschalteffektes ein Torelektrodenpotential, das nur um 7,5 Volt höher sein mußte als das Anodenpotential, Das hergestellte Bauelement war in der Lage, 300 Volt zu sperren und 500 Milliampere zu leiten, wobei der Spannungsabfall zwischen Anode und Katode 2,2 Volt betrug. Dieses Bauelement hielt Stromstößen von 10 Ampere über eine Dauer von einer Millisekunde stand.Some of the devices produced included lead areas 380 and 380a that were 60 microns wide, and some contained none. The devices fabricated without the regions 380 and 380a required a gate electrode potential which was 22 volts higher than that at the anode to prevent or interrupt the anode-to-cathode power line. The devices fabricated with the conductor regions 380 and 380a required a gate electrode potential which was only 7.5 volts higher than the anode potential to achieve the turn-off effect. The fabricated device was capable of blocking 300 volts and 500 volts To conduct milliamps, wherein the voltage drop between the anode and cathode was 2.2 volts. This device withstood 10 amps of current over a period of one millisecond.

In Fig. 4 wird ein Bauelement 1000 dargestellt, das dem Bauelement 10 sehr ähnlich ist, wobei alle Bestandteile desselben, die im wesentlichen denen des Bauelementes 10 ähnlich oder mit diesen identisch sind, mit der gleichen Bezugszahl unter Nachstellen zweier Nullen gekennzeichnet werden. Der Hauptunterschied zwischen den Bauelementen 1000 und 10 besteht darin, daß bei der Struktur 1000 die Halbleiterbereiche 22 und 22a des Bauelementes 10 gemäß Fig, I weggelassen sind* Die betreffenden Abstände zwischen den Bereichen 2400 und 2400a vom Bereich 2000 bieten einen hinreichenden Schutz gegen das Durchgreifen der Verarmungsschicht zu den Berei-In Fig. 4, a device 1000 is shown, which is very similar to the device 10, wherein all components thereof, which are substantially similar to those of the component 10 or identical to those are identified by the same reference number with adjusting two zeros. The main difference between the devices 1000 and 10 is that in the structure 1000, the semiconductor regions 22 and 22a of the device 10 according to FIG. 1 are omitted. The respective distances between the regions 2400 and 2400a from the region 2000 provide adequate protection against penetration the depletion layer to the regions

21769 521769 5

chen 2400 und 2400a und gestatten den Betrieb des Bauelementes 1000 als Hochspannungsschalter.chen 2400 and 2400a and allow the operation of the device 1000 as a high voltage switch.

In Fig« 5 wird ein Bauelement 10 000 dargestellt, das dem Festkörperbauelement 10 sehr ähnlich ist, wobei alle Bestandteile desselben, die jenen des Bauelementes 10 im wesentlichen identisch sind, mit der gleichen Bezugsnummer unter Nachsetzen dreier Nullen gekennzeichnet werden« Der Hauptunterschied zwischen den Bauelementen 10 000 und 10 besteht in der Anwendung von Halbleiterschutzringbereichen 40 und 40a, die die Bereiche 24 000 und 24 000a einkreisen und von diesen durch die Abschnitte der Halbleiterkörper 16 000 und 16 000a getrennt sind. Die Schutzringbereiche 40 und 40a sorgen .für die gleiche Art von Schutz gegen die Oberflächenschichtinversion wie die Bereiche 22 und 22a des Bauelementes 10« Der Schutz wird in einigen Fällen für die Schaffung eines Hochspannungs-Festkörperschalters als angemessen betrachtet. Die Schutzringe 40 und 40a sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterkörper 16 000 und 16 000a, sie weisen jedoch einen geringeren spezifischen Widerstand auf. Die Schutzringe 40 und 40a können erweitert werden (wie dies durch die Strichlinien dargestellt wird), so daß sie die Katodenbereiche 24 000 und 24 000a berühren.In Fig. 5, a device 10 000 is shown, which is very similar to the solid state device 10, wherein all components thereof, which are substantially identical to those of the device 10, are identified with the same reference number by adding three zeros «The main difference between the components 10 000 and 10 consists in the application of semiconductor protective ring regions 40 and 40a, which surround the regions 24 000 and 24 000 a and are separated from them by the sections of the semiconductor bodies 16 000 and 16 000 a. The guard ring portions 40 and 40a provide the same type of protection against the surface layer inversion as the portions 22 and 22a of the device 10. The protection is considered to be adequate in some cases to provide a high voltage solid state switch. The guard rings 40 and 40a are of the same conductivity type as the semiconductor bodies 16,000 and 16,000a, but have a lower resistivity. Guard rings 40 and 40a may be expanded (as shown by dashed lines) so as to contact cathode regions 24,000 and 24,000a.

In Fig. 6 wird ein Bauelement 100 000 dargestellt, das dem Bauelement 10 ähnlich ist. Alle Abschnitte des Bauelementes 100 000, die den betreffenden Abschnitten des Bauelementes ähnlich oder mit diesen im wesentlichen identisch sind, werden durch die gleiche Bezugszahl unter Nachstellen vierer Nullen gekennzeichnet, Ein Unterschied zwischen dem Bauelement 100 000 und dem Bauelement 10 ist die Anwendung von Halbleiterschutzringbereichen 400 und 400a, die die Katodenbereiche 240 000 und 240 000a einkreisen. Die Schutzringe 400 und 400a sind den Halbleiterschutzringbereichen 40 und 40a des Bauelementes 10 000 ähnlich. Der Strichlinienabschnitt der Schutzringe 400 und 400a veranschaulicht, daßIn Fig. 6, a device 100 000 is shown, which is similar to the device 10. All portions of the device 100,000 that are similar or substantially identical to the respective portions of the device are identified by the same reference numeral with four zeros. A difference between the device 100,000 and the device 10 is the use of semiconductor guard regions 400 and 400a, which encircle the cathode regions 240,000 and 240,000a. The guard rings 400 and 400a are similar to the semiconductor guard regions 40 and 40a of the device 10000. The dashed line portion of the guard rings 400 and 400a illustrates that

217695217695

sie so erweitert werden können, daß sie die Katoden 240 und 240 000a berühren. Die Kombination der Bereiche 220 und 220 000a und die Schutzringe 400 und 400a sorgen für den Schutz gegen die Inversion der Halbleiterkörper 160 000 und 160 00Oa1 und zwar besonders zwischen dem Torelektrodenbereich 200 000 und dem Katodenbereich 240 000 und 240 000a sorgt für den Schutz gegen das Durchgreifen der Verarmungsschicht zum Katodenbereich 240 000 und 240 000a. Diese Art des doppelten Schutzes um den Katodenbereich 240 000 und 240 000a herum ist die bevorzugte Schutzart, Die Bereiche 220 000 und 220 000a und 400 und 400a sind alle vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterkörper 160 000 und 160 000a, sie besitzen jedoch einen geringeren spezifischen Widerstand. Die Bereiche 400 und 400a besitzen einen geringeren spezifischen Widerstand als die Bereiche 220 000 und 220 000a. Ein weiterer Unterschied zwischen dem Bauelement 100 000 und dem Bauelement 10 sind die Halbleiterbereiche 70 und 7Oa1 die vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind wie die Katodenbereiche 240 000 und 240 000a. Die Bereiche 70 und 70a stehen im elektrischen Kontakt mit den Elektroden 380 und 380 000a und wirken wie obere Torelektroden. Die Anwendung der Torelektrodenbereiche 70 und 70a führt zu einer Herabsetzung des Potentialbetrages, der für die Unterbrechung und Verhinderung der Stromleitung zwischen den Anodenbereichen 180 000 und 180 000a und den Katodenbereichen 240 000 und 240 000a erforderlich ist.they can be extended so that they touch the cathodes 240 and 240 000a. The combination of the regions 220 and 220 000a and the guard rings 400 and 400a provide protection against the inversion of the semiconductor bodies 160 000 and 160 00Oa 1 , especially between the gate electrode region 200 000 and the cathode region 240 000 and 240 000a provides protection against passing the depletion layer to the cathode region 240,000 and 240,000a. This type of double protection around the cathode region 240,000 and 240,000a is the preferred protection. The regions 220,000 and 220,000a and 400 and 400a are all of the same conductivity type as the semiconductor bodies 160,000 and 160,000a, but have a lower specificity Resistance. The regions 400 and 400a have lower resistivity than the regions 220,000 and 220,000a. Another difference between the device 100,000 and the device 10 are the semiconductor regions 70 and 7Oa 1 which are of the same conductivity type as the cathode regions 240,000 and 240,000a. The regions 70 and 70a are in electrical contact with the electrodes 380 and 380, 000a and act like upper gate electrodes. The application of the gate electrode regions 70 and 70a results in a reduction of the potential amount required for the interruption and prevention of the current conduction between the anode regions 180,000 and 180,000a and the cathode regions 240,000 and 240,000a.

In Fig. 7 wird ein Halbleiterbauelement 42 dargestellt, das eine Vielzahl von identischen Diodentorschaltern (GDS) umfaßt, von denen nur zwei, GDS3 und GDS4 (die innerhalb des Strichliniendreiecks dargestellt sind), gezeigt werden. Das Halbleiterbauelement 42 umfaßt ein Halbleiterträgerteil (Substrat) 44, das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und eine Hauptfläche 46 aufweist. Innerhalb eines Abschnitts des Substrates 44 befinden sich gesonderte Bereiche 48 und 48a, die vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp desIn Fig. 7, a semiconductor device 42 is shown comprising a plurality of identical diode gate switches (GDS) of which only two, GDS3 and GDS4 (shown within the dashed line triangle) are shown. The semiconductor device 42 includes a semiconductor substrate portion (substrate) 44 that is of a first conductivity type and has a major surface 46. Within a portion of the substrate 44 are separate regions 48 and 48a of opposite conductivity type

217695217695

Substrats 44 sind und durch Abschnitte des Substrats 44 und durch Bereiche 50, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 44 sind, jedoch eine größere Störstellenkonzentration aufweisen, voneinander getrennt sind. Die Bereiche 50 finden wahlweise Anwendung, Die im wesentlichen identischen Halbleiterkörper 52 und 52a sind innerhalb der Bereiche 48 bzw. 48a enthalten.Substrate 44 and are separated by portions of the substrate 44 and by regions 50 which are of the same conductivity type as the substrate 44, but have a greater impurity concentration. The regions 50 are optionally used. The substantially identical semiconductor bodies 52 and 52a are contained within the regions 48 and 48a, respectively.

Die Halbleiterkörper 52 und 52a sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 44. Innerhalb des Halbleiterkörpers 52 ist ein Anodenbereich 54 vorhanden, der vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist wie der Halbleiterkörper 52, der jedoch eine größere Störstellenkonzentration aufweist. Innerhalb des Halbleiterkörpers 52 besteht ebenfalls ein Bereich 56, der von der gleichen Leitfähigkeit wie der Halbleiterkörper 52 ist, jedoch eine größere Störstellenkonzentration aufweist und der vom Bereich 54 durch die Abschnitte des Halbleiterkörpers 52 getrennt ist. Ein Katodenbereich 58 befindet sich innerhalb eines Abschnitts des Bereichs 56 und ist vom Halbleiterkörper 52 durch die Abschnitte des Bereichs 55 g&trennt. Der Katodenbereich 58 ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Bereich 48.The semiconductor bodies 52 and 52a are of the same conductivity type as the substrate 44. Within the semiconductor body 52 there is an anode region 54 which is of the same conductivity type as the semiconductor body 52, but which has a larger impurity concentration. Within the semiconductor body 52 there is likewise a region 56 which has the same conductivity as the semiconductor body 52 but has a greater impurity concentration and which is separated from the region 54 by the sections of the semiconductor body 52. A cathode region 58 is located within a portion of the region 56 and is separated from the semiconductor body 52 by the portions of the region 55 g. The cathode region 58 is of the same conductivity type as the region 48.

Die Elektroden 60, 62, 64 und 66 stellen einen niederohmigen Kontakt zu den Bereichen 48, 54, 58 bzw. 50 her. Werden die Bereiche 50 weggelassen, so stellt die Elektrode 66 den Kontakt zum Bereich 44 her, und zwar entweder direkt oder über einen niederohmigen Halbleiterbereich (nicht dargestellt) wie den Bereich 54, der jedoch in einem Abschnitt des Substrats 44 enthalten ist. Eine Isolationsschicht 68, die gewöhnlich aus Siliziumdioxid besteht, dient der elektrischen Trennung aller Elektroden der Struktur 42 von der Hauptfläche 46 mit Ausnahme jener Bereiche, zu denen ein niederohmiger Kontakt vorliegen soll.Electrodes 60, 62, 64 and 66 provide low resistance contact to regions 48, 54, 58 and 50, respectively. If the regions 50 are omitted, the electrode 66 makes contact with the region 44, either directly or via a low-resistance semiconductor region (not shown), such as the region 54, which, however, is contained in a portion of the substrate 44. An insulating layer 68, which is usually made of silicon dioxide, serves to electrically isolate all the electrodes of the structure 42 from the main surface 46 except for those regions to which low resistance contact is desired.

217695217695

Der Halbleiterkörper 52a, die Bereiche 54a, 56a und 58a und die Elektroden 60a, 62a und 64a des GDS4 sind im wesentlichen mit den entsprechenden Bereichen des GDS3 identisch.The semiconductor body 52a, the regions 54a, 56a and 58a and the electrodes 60a, 62a and 64a of the GDS4 are substantially identical to the corresponding regions of the GDS3.

Das Substrat 44 wird gewöhnlich auf dem negativsten verfügbaren Potential gehalten. Dies dient dazu, die Vorspannung der p-n-Sperrschichten, die durch die Bereiche 48 und 48a und das Substrat 44 gebildet werden, umzukehren, so daß alle GDS-Bauelemente, die innerhalb des Substrats 44 enthalten sind, bezüglich der Sperrschichten voneinander getrennt sind.The substrate 44 is usually maintained at the most negative available potential. This serves to reverse the bias of the p-n junctions formed by the regions 48 and 48a and the substrate 44 so that all the GDS devices contained within the substrate 44 are separated from each other with respect to the barrier layers.

GDS3 und GDS4 werden im wesentlichen in der gleichen Weise wie für GDSl und GDS2 gemäß Fig. 1 beschrieben, betrieben. Der Bereich 48 dient als Torelektrode, wobei die Bereiche 54 und 58 als Anode bzw. Katode dienen. Es muß erwähnt werden, daß die Torelektrodenbereich 48 und 48a physikalisch und elektrisch getrennt sind und daß demzufolge GDS3 und GDS4 im wesentlichen vollständig unabhängig voneinander betrieben werden können, da die betreffenden Torelektroden, Anoden und Katoden elektrisch getrennt sind. Somit erleichtert das Bauelement 42 die Herstellung einer Baugruppe aus GDS-Bauelementen, wobei jedes GDS-Bauelement unabhängig von allen anderen GDS-Bauelementen der Baugruppe betrieben werden kann.GDS3 and GDS4 are operated in substantially the same manner as described for GDS1 and GDS2 of FIG. The region 48 serves as a gate electrode, with the regions 54 and 58 serving as anode or cathode. It should be noted that the gate electrode regions 48 and 48a are physically and electrically isolated, and consequently, GDS3 and GDS4 can be operated substantially completely independently of each other since the respective gate electrodes, anodes and cathodes are electrically isolated. Thus, the device 42 facilitates the fabrication of an assembly of GDS devices, wherein each GDS device may be operated independently of all other GDS devices of the assembly.

Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sind dazu bestimmt,' die allgemeinenPrinzipien der Erfindung darzustellen. Zum Beispiel können die Störstellenkonzentrationen, die Abstände zwischen den Bereichen und die Abmessungen der Bereiche so geändert werden, daß beträchtlich höhere Betriebsspannungen und -ströme als die offenbarten möglich sind. Zwischen den Bereichen 48 und 48a kann eine dielektrische Schicht eingefügt werden, und der Bereich 44 bzw. die dielektrische Schicht kann durch die Bereiche 44 und 50 ersetzt werden. Darüber hinaus können andere Arten von dielek-The embodiments described herein are intended to illustrate the general principles of the invention. For example, the impurity concentrations, the distances between the regions, and the dimensions of the regions may be altered to allow considerably higher operating voltages and currents than those disclosed. A dielectric layer may be interposed between regions 48 and 48a, and region 44 or dielectric layer may be replaced by regions 44 and 50, respectively. In addition, other types of dielec-

217695217695

trischen Materialien wie beispielsweise Siliziumnitrid anstelle von Siliziumdioxid eingesetzt werden. Die Leiterbereiche wie beispielsweise der Bereich 38 gemäß Fig# l können in die Strukturen gemäß den Fig, 3, 4, 5, 6 und 7 einbezogen werden. Die Bereiche 56 und 56a können weggelassen werden. Dadurch wird die Spannungsbelastbarkeit der resultierenden GDS-Bauelemente herabgesetzt, obwohl der Abstand zwischen der Anode und der Katode und zwischen benachbarten GDS-Bauelementen vergrößert werden können, um damit die nutzbaren Spannungsbereiche zu erweitern. Darüber hinaus können die Bereiche 56 und 56a durch Schutzringe wie sie beispielsweise um die Katode 24 000 herum gemäß Fig, 5 dargestellt werden, ersetzt werden. Weiterhin kann auch ein Bereich wie beispielsweise der Bereich 220 000 und ein Schutzring wie der Schutzring 4C0 gemäß Fig. 6 an die Stelle der Bereiche 56 und 56a gemäß Fig, 7 treten. Die Elektroden können aus dotiertem Polysilizium, Gold, Titan oder aus anderen Leitungsmaterialarten bestehen. Die Leitfähigkeit aller Halbleitersubstrate und Bereiche ist umkehrbar unter der Voraussetzung, daß die Spannungspolaritäten in der auf diesem Fachgebiet hinlänglich bekannten Art entsprechend geändert werden. In einem solchen Fall werden die Bereiche 18, 18a, 180, 180a, 1800, 1800a, 18 000, 18 000a, 54, 54a, 180 000 und 180 000a zu Katoden und die Bereiche 24, 24a, 240, 240a, 2400, 2400a, 24 000, 24 000a, 58, 58a, 240 000 und 240 000a zu Anoden, Es muß hervorgehoben werden, daß die Bauelemente der vorliegenden Erfindung den Gleich- und Wechselstrombetrieb gestatten.tric materials such as silicon nitride instead of silicon dioxide can be used. The semiconductor regions such as the region 38 in accordance to be included in the structures shown in Figs, 3, 4, 5, 6 and 7 Figure # l can. The areas 56 and 56a may be omitted. This reduces the voltage handling capability of the resulting GDS devices, although the distance between the anode and the cathode and between adjacent GDS devices can be increased to extend the usable voltage ranges. In addition, areas 56 and 56a may be replaced by guard rings such as shown around cathode 24,000 in FIG. 5. Furthermore, a region such as the region 220 000 and a guard ring such as the guard ring 4C0 of FIG. 6 may be substituted for the regions 56 and 56a of FIG. The electrodes may be made of doped polysilicon, gold, titanium or other types of conductive materials. The conductivity of all semiconductor substrates and regions is reversible, provided that the voltage polarities are changed accordingly in the manner well known in the art. In such a case, the areas 18, 18a, 180, 180a, 1800, 1800a, 18000, 18000a, 54, 54a, 180000 and 180000a become cathodes and the areas 24, 24a, 240, 240a, 2400, 2400a , 24,000, 24,000a, 58, 58a, 240,000 and 240,000a to anodes. It should be noted that the devices of the present invention permit DC and AC operation.

Claims (8)

217695 Erfindungsanspruch:217695 claim for invention: 1) Festkörper-Schaltbauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen Volumenabschnitt vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, dessen erster Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, dessen zweiter Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der im Vergleich zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, und dessen Torelektrodenbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, wobei der erste, der zweite und der Torelektrodenbereich einen geringeren spezifischen Widerstand aufweisen als der Volumenabschnitt und diese durch Abschnitte des Halbleiterkörper-Volumenabschnitts voneinander getrennt sind und wobei die Parameter des Schaltbauelementes so gewählt sind, daß bei Anlegen einer ersten Spannung an den Torelektrodenbereich ein Verarmungsbereich im Halbleiterkörper gebildet wird, der im wesentlichen den Stromfluß zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich verhindert, und daß bei Anlegen einer zweiten Spannung an den Torelektrodenbereich und bei Anlegen geeigneter Spannungen an den ersten und den zweiten Bereich durch Doppelladungsträgerinjektion ein verhältnismäßig niederohmiger Strompfad zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich aufgebaut wird, gekennzeichnet dadurch, daß der erste und der zweite Bereich jeweils eine Fläche auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers umfassen und der Torelektrodenbereich ein Halbleiterteil umfaßt, das mit dem Halbleiterkörper längs einer zweiten gegenüber der ersten Fläche befindlichen Fläche in Kontakt steht.1) A solid-state switching device comprising a semiconductor body whose volume portion is of the first conductivity type, the first region of which is of the first conductivity type, the second region of which is of the second conductivity type opposite to the first conductivity type, and the gate electrode region is of the second conductivity type the first, the second and the Torelektrodenbereich have a lower resistivity than the volume portion and these are separated by sections of the semiconductor body volume portion and wherein the parameters of the switching device are chosen so that when applying a first voltage to the Torelektrodenbereich a depletion region in the semiconductor body is formed, which substantially prevents the flow of current between the first and the second region, and that upon application of a second voltage to the Torelektrodenbereich and when applying appropriate voltages to the first and the second region is formed by double charge carrier injection, a relatively low resistance current path between the first and the second region, characterized in that the first and the second region each comprise a surface on a first major surface of the semiconductor body and the Torelektrodenbereich comprises a semiconductor part with the semiconductor body is in contact along a second surface opposite the first surface. 2) Schaltbauelement nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Halbleiterkörper einen örtlich begrenzten dritten Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp umfaßt, dessen spezifischer Widerstand zwischen dem des Volumens des Halbleiterkörpers und des ersten Bereichs liegt, wobei der dritte Bereich so angeordnet ist, daß er den zweiten Bereich umschließt. 2) switching device according to item 1, characterized in that the semiconductor body comprises a localized third region of the first conductivity type whose resistivity is between that of the volume of the semiconductor body and the first region, wherein the third region is arranged so that it the second Enclosing area. 217695217695 3) Schaltbauelement nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Torelektrodenbereich gemäß Fig. 7 zwicchen dem Halbleiterkörper-Volumenabschnitt und einem Halbleiterplättchen-Substratabschnitt vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist.3) switching device according to item 1, characterized in that the Torelektrodenbereich shown in FIG. 7 between the semiconductor body volume portion and a semiconductor die substrate portion of the first conductivity type is arranged. 4) Schaltbauelement nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Leitfähigkeiten des Halbleiterkörpers, des ersten Bereichs, des zweiten Bereichs und des dritten Bereichs vom Typ p-, p+, n+ bzw. ρ sind.4) switching device according to item 2, characterized in that the conductivities of the semiconductor body, the first region, the second region and the third region of the type p-, p +, n + or ρ are. 5) Schaltbauelement nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Torelektrodenbereich mindestens zwei Schaltbauelementen gemeinsam ist, wobei der erste Bereich des einen Bauelementes mit dem zweiten Bereich des anderen Bauelementes verbunden ist und der zweite Bereich des ersten Bauelementes mit dem ersten Bereich des zweiten Bauelementes verbunden ist.5) Switching device according to item 1, characterized in that the Torelektrodenbereich is at least two switching devices in common, wherein the first region of the one component is connected to the second region of the other component and the second region of the first component connected to the first region of the second component is. 6) Schaltbauelement nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine Vielzahl von Schaltbauelementen auf einem Halbleiterplättchensubstrat untergebracht sind und das Halbleiterplättchensubstrat eine Vielzahl von Bereichen vom ersten Leitfähigkeitstyp umfaßt, deren spezifischer Widerstand jedoch niedriger als der des Halbleiterplättchensubstrats ist.6) A switching device according to item 3, characterized in that a plurality of switching devices are accommodated on a semiconductor chip substrate and the semiconductor chip substrate comprises a plurality of regions of the first conductivity type, the resistivity of which, however, is lower than that of the semiconductor chip substrate. 7) Schaltbauelement nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Halbleiterkörper einen örtlich begrenzten vierten Bereich umfaßt, der den zweiten Bereich umschließt, diesen jedoch nicht berührt, wobei der vierte Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist und einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Volumenabschnitt aufweist.7) The switching device according to item 1, characterized in that the semiconductor body comprises a localized fourth region which encloses the second region, but does not touch it, wherein the fourth region is of the first conductivity type and has a lower resistivity than the volume portion. 217 69 5217 69 5 8) Schaltbauelement nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Halbleiterkörper einen vierten Bereich innerhalb eines dritten Bereiches umfaßt, wobei der vierte Bereich den zweiten Bereich zwar umschließt, aber diesen nicht berührt und wobei der vierte Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist und einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der dritte Bereich hat.8) The switching device according to item 2, characterized in that the semiconductor body comprises a fourth region within a third region, wherein the fourth region encloses, but does not touch the second region and wherein the fourth region is of the first conductivity type and a lower resistivity as the third area has. Hierzu__iL_Seiien ZeichnungenFor this purpose__iL_Seiien drawings
DD79217695A 1978-12-20 1979-12-14 HIGH VOLTAGE FESTKOERPERFLAECHENSCHALTER DD147898A5 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97188678A 1978-12-20 1978-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DD147898A5 true DD147898A5 (en) 1981-04-22

Family

ID=25518914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DD79217695A DD147898A5 (en) 1978-12-20 1979-12-14 HIGH VOLTAGE FESTKOERPERFLAECHENSCHALTER

Country Status (22)

Country Link
JP (1) JPS55501041A (en)
KR (1) KR830000497B1 (en)
AU (1) AU529486B2 (en)
BE (1) BE880727A (en)
CA (1) CA1131800A (en)
CH (1) CH659152A5 (en)
DD (1) DD147898A5 (en)
ES (1) ES487065A1 (en)
FR (1) FR2445028B1 (en)
GB (1) GB2049282B (en)
HK (1) HK69284A (en)
HU (1) HU181028B (en)
IE (1) IE48719B1 (en)
IL (1) IL58973A (en)
IN (1) IN152898B (en)
IT (1) IT1126602B (en)
NL (1) NL7920185A (en)
PL (1) PL220496A1 (en)
SE (1) SE438577B (en)
SG (1) SG34884G (en)
TR (1) TR21213A (en)
WO (1) WO1980001338A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3017313A1 (en) * 1980-05-06 1981-11-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München THYRISTOR WITH HIGH BLOCKING VOLTAGE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4933432B1 (en) * 1968-12-20 1974-09-06
DE2102103A1 (en) * 1970-01-22 1971-07-29 Rca Corp Field effect controlled diode
US3722079A (en) * 1970-06-05 1973-03-27 Radiation Inc Process for forming buried layers to reduce collector resistance in top contact transistors
DE2241600A1 (en) * 1971-08-26 1973-03-01 Dionics Inc HIGH VOLTAGE P-N TRANSITION AND ITS APPLICATION IN SEMICONDUCTOR SWITCHING ELEMENTS, AND THE PROCESS FOR ITS MANUFACTURING
JPS5011389A (en) * 1973-05-30 1975-02-05
US3911463A (en) * 1974-01-07 1975-10-07 Gen Electric Planar unijunction transistor
US4146905A (en) * 1974-06-18 1979-03-27 U.S. Philips Corporation Semiconductor device having complementary transistor structures and method of manufacturing same
JPS5168777A (en) * 1974-12-11 1976-06-14 Fujitsu Ltd FUSEITEIKOHANDOTAISOCHI
JPS5250176A (en) * 1975-10-20 1977-04-21 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type thyristor
GB1587540A (en) * 1977-12-20 1981-04-08 Philips Electronic Associated Gate turn-off diodes and arrangements including such diodes

Also Published As

Publication number Publication date
HK69284A (en) 1984-09-14
IL58973A (en) 1982-07-30
GB2049282A (en) 1980-12-17
NL7920185A (en) 1980-10-31
CA1131800A (en) 1982-09-14
HU181028B (en) 1983-05-30
IT7928205A0 (en) 1979-12-19
IN152898B (en) 1984-04-28
IE792473L (en) 1980-06-20
FR2445028B1 (en) 1985-10-11
CH659152A5 (en) 1986-12-31
TR21213A (en) 1984-01-02
AU5386879A (en) 1980-06-26
AU529486B2 (en) 1983-06-09
SE438577B (en) 1985-04-22
ES487065A1 (en) 1980-09-16
SE8005746L (en) 1980-08-14
PL220496A1 (en) 1980-09-08
BE880727A (en) 1980-04-16
IT1126602B (en) 1986-05-21
KR830000497B1 (en) 1983-03-10
SG34884G (en) 1985-11-15
WO1980001338A1 (en) 1980-06-26
IE48719B1 (en) 1985-05-01
IL58973A0 (en) 1980-03-31
JPS55501041A (en) 1980-11-27
GB2049282B (en) 1983-05-18
FR2445028A1 (en) 1980-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0868750B1 (en) Current-limiting semiconductor arrangement
EP0043009B1 (en) Semiconductor controlled switch
EP0200863B1 (en) Semiconductor device with structures of thyristors and diodes
DE19701189A1 (en) Semiconductor device
DE19811297A1 (en) Avalanche breakdown resistant MOS devices
DE2727405A1 (en) FIELD CONTROLLED THYRISTOR WITH EMBEDDED GRILLE
DE102011082290A1 (en) LATERAL BIPOLAR TRANSISTOR WITH INSULATED GATE ELECTRODE
EP0030274B1 (en) Thyristor having controllable emitter shorts and process for its operation
DE19528998A1 (en) Bidirectional semiconductor switch
DE102020116653A1 (en) SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR COMPONENT
DE19712566A1 (en) Insulated gate thyristor for heavy current power switch
EP0978145A1 (en) Semi-conductor device and use thereof
DE1912192A1 (en) Semiconductor switching element with rectifier diode structure
DE4228832C2 (en) Field effect controlled semiconductor device
DE4310606C2 (en) GTO thyristors
DE3002897C2 (en) Thyristor
EP0430133A2 (en) Power semiconductor device having emitter shorts
DE102005029263B4 (en) Semiconductor device with improved dynamic load capacity
EP0249122A1 (en) Turn-off power semiconductor device
DE3942490C2 (en) Field effect controlled semiconductor device
DE2425364A1 (en) GATE-CONTROLLED SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER
DD154049A1 (en) CONTROLLABLE SEMICONDUCTOR ELEMENT
EP0206350A2 (en) Thyristor with a reduced base thickness
DD147898A5 (en) HIGH VOLTAGE FESTKOERPERFLAECHENSCHALTER
EP0433825A1 (en) Extinguishable power semiconductor device