DE102004040524B4 - Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten - Google Patents
Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten Download PDFInfo
- Publication number
- DE102004040524B4 DE102004040524B4 DE102004040524A DE102004040524A DE102004040524B4 DE 102004040524 B4 DE102004040524 B4 DE 102004040524B4 DE 102004040524 A DE102004040524 A DE 102004040524A DE 102004040524 A DE102004040524 A DE 102004040524A DE 102004040524 B4 DE102004040524 B4 DE 102004040524B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- doped
- emitter
- ignition
- semiconductor body
- lateral directions
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000007480 spreading Effects 0.000 title description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 title description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 112
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 206010047700 Vomiting Diseases 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- SYHGEUNFJIGTRX-UHFFFAOYSA-N methylenedioxypyrovalerone Chemical compound C=1C=C2OCOC2=CC=1C(=O)C(CCC)N1CCCC1 SYHGEUNFJIGTRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 230000008673 vomiting Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66363—Thyristors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
- H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/7428—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action having an amplifying gate structure, e.g. cascade (Darlington) configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
– einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (1) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) angeordnet sind,
– eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5) angeordnete Zündstruktur (10, 95), und
– zumindest eine in der p-dotierten Basis zwischen der Zündstruktur (10, 95) und dem n-dotierten Hauptemitter (5) ausgebildete Widerstandszone (64),
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Widerstandszone (64) einen richtungsabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand (R64) aufweist, der von der Orientierung der Kristallgitterstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper (1) abhängt und der so gewählt ist, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich ausgehend von der Zündstruktur (10, 95) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen bis zum n-dotierten Hauptemitter (5) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der Zündausbreitungsrichtung ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Thyristor, der einen monokristallinen Halbleiterkörper aufweist, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter, eine n-dotierte Basis, eine p-dotierte Basis und ein n-dotierter Hauptemitter angeordnet sind.
- Die Zündung eines derartigen Thyristors beginnt durch einen Zündimpuls am Ort des ersten Spannungsdurchbruchs, der sich von dort in Richtung des n-dotierten Hauptemitters ausbreitet. Der Ort des ersten Spannungsdurchbruchs ist durch eine Zündstruktur festgelegt, die beispielsweise durch Licht oder elektrisch ansteuerbar ist.
- Wegen der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers gibt es Vorzugsrichtungen, in denen die Zündausbreitung schneller erfolgt als in anderen Richtungen. Die Lage bzw. Richtung dieser Vorzugsrichtungen hängt im Wesentlichen vom Aufbau des Halbleiterkörpers, insbesondere von dessen Kristallstruktur sowie deren Orientierung in Bezug auf den Halbleiterkörper, in den die Halbleiterzonen des Thyristors integriert sind, ab.
- Das Zündverhalten eines herkömmlichen Thyristors ist in Voss, P.: "Observation of the Initial Phases of Thyristor Turn-On", Solid-State Electronics 1974, Seite 879–880, Pergamon Press, beschrieben, wobei der untersuchte Thyristor einen monokristallinen Silizium-Halbleiterkörper mit einer (111)-Vorderseiten-Orientierung aufweist.
-
1 zeigt einen Abschnitt eines optisch zündbaren Thyristors mit integrierter Durchbruchstruktur gemäß dem Stand der Technik in Seitenansicht im Querschnitt. Der Thyristor ist rotationssymmetrisch bezüglich der Achse A-A', die in vertikaler Richtung durch den Mittelpunkt des Bauelements verläuft. - Der Thyristor umfasst einen Halbleiterkörper
1 , der in der vertikalen Richtung ausgehend von einer Rückseite12 aufeinanderfolgend einen p-dotierten Emitter8 , eine sich an den p-dotierten Emitter8 anschließende n-dotierte Basis7 , eine sich an die n-dotierte Basis7 anschließende p-dotierte Basis6 und einen n-dotierten Hauptemitter5 , der zusammen mit mehreren n-dotierten Hilfsemittern51 in die p-dotierte Basis6 eingebettet ist, aufweist. Die n-dotierten Emitter5 und51 sind derart in die p-dotierte Basis6 eingebettet, dass sich diese in Abschnitte unterteilen lässt, von denen einige unterhalb der n-dotierten Emitter5 ,51 und andere zwischen benachbarten n-dotierten Emittern5 ,51 angeordnet sind. - In einem Zentralbereich des Thyristors ist eine Durchbruchstruktur
10 vorhanden, die als Durchbruchsdiode oder BOD-Struktur (BOD = Break Over Diode) ausgebildet ist. Diese Durchbruchstruktur ist dadurch gebildet, dass sich die n-dotierte Basis7 in diesem Bereich abschnittweise weiter als in den übrigen Bereichen in Richtung der Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 erstreckt, wobei benachbart zu diesem Bereich gekrümmte Abschnitte61 ,62 der p-dotierten Basis6 gebildet sind. Im Bereich der gekrümmten Abschnitte61 ,62 ist die Feldstärke bei Anlegen einer Spannung in Vorwärtsrichtung, bei der der pn-Übergang zwischen der n-dotierten Basis7 und der p-dotierten Basis6 gesperrt ist, gegenüber der Feldstärke in den übrigen Bereichen des Thyristors erhöht, wodurch der Ort des ersten Spannungsdurchbruchs beim Zünden des Thyristors auf die Durchbruchstruktur10 festgelegt ist. Des weiteren lässt sich der Thyristor auch optisch zünden, wenn im Bereich der Oberfläche der Durchbruchstruktur10 ein optisches Zündsignal in Form von Licht eingestrahlt wird, wobei das Licht bevorzugt mittels eines Lichtleitersystems an den Bereich der Oberfläche der Durchbruchstruktur10 geleitet wird. Die Wellenlänge des Lichtes liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,8 μm bis 1,1 μm. - Die n-dotierten Hilfsemitter
51 sind zwischen der Zündstruktur, also beispielsweise einem Gateanschluss und/oder einer Durchbruchstruktur und/oder einem lichtempfindlichen Bereich des Thyristors, und dem n-dotierten Hauptemitter5 angeordnet und wie eingangs beschrieben in die p-dotierte Basis6 eingebettet, wobei jeder n-dotierte Hilfsemitter51 Teil eines Hilfsthyristors ist, der eine Zündstufe darstellt. - Neben der Durchbruchstruktur
10 ist noch ein Gateanschluss95 vorgesehen, der an der Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 angeordnet ist. Der Gateanschluss95 ist für eine elektrische Ansteuerung des Thyristors vorgesehen und kann zusätzlich oder alternativ zu einer lichtempfindlichen Zündstruktur bzw. zu einer integrierten Durchbruchsstruktur10 vorgesehen sein. - Die Zündung des Thyristors kann durch Anlegen einer hohen Vorwärtsspannung oder bei anliegender Vorwärtsspannung auch durch einen im Bereich der Durchbruchstruktur
10 auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 einfallenden Lichtimpuls bzw. durch einen Zündstrom am Gateanschluss95 ausgelöst werden. Die Zündung breitet sich dann ausgehend von der Durchbruchstruktur10 bzw. dem Gateanschluss95 in lateraler Richtung, d.h. bei dem hier vorliegenden rotationssymmetrischen Thyristor in radialer Richtung, zum n-dotierten Hauptemitter5 hin aus. - Wie erwähnt ist die Zündausbreitungsgeschwindigkeit, insbesondere in lateraler Richtung, richtungsabhängig, d.h. es gibt laterale Vorzugsrichtungen, in denen die Zündausbreitung schneller erfolgt als in anderen Bereichen des Thyristors.
- Die Lage dieser Vorzugsrichtungen ist insbesondere abhängig von der Art und von der Kristallstruktur des Halbleitermaterials, aus dem der Halbleiterkörper
1 gebildet ist, sowie von der Orientierung dieser Kristallstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper1 . In1 ist eine derartige Vorzugsrichtung V1, die in diesem Fall eine Vorzugsrichtung mit der höchsten in lateraler Richtung auftretenden Zündausbreitungsgeschwindigkeit angibt, durch einen Pfeil dargestellt. - Die Zündung breitet sich ausgehend von der Durchbruchstruktur
10 bzw. dem Gateanschluss95 in der Vorzugsrichtung V1 schneller in Richtung des n-dotierten Hauptemitters5 aus als beispielsweise in der entgegengesetzten Richtung. Dabei schalten zu Beginn der Zündung die einzelnen n-dotierten Hilfsemitterstufen51 und der Hauptemitter5 räumlich nicht homogen ein, sondern das Einschalten der einzelnen Hilfsemitterstufen und des Hauptemitters beginnt jeweils lokal auf eine sehr kleine Stelle begrenzt am Schnittpunkt der Vorzugsrichtung V1 mit den jeweiligen Innenradien bzw. Innenkanten der konzentrisch angeordneten, n-dotierten Hilfs- bzw. Hauptemitter51 bzw.5 . Danach vergrößert sich ausgehend von dieser lokalen Stelle die eingeschaltete Fläche in radialer Richtung von innen nach außen und folgt dann der geometrischen Form der n-dotierten Hilfsemitter51 bzw. erstreckt sich dann immer weiter in die große Fläche des n-dotierten Hauptemitters5 hinein. Dadurch schalten die Bereiche der n-dotierten Emitterstufen außerhalb der Vorzugsrichtungen umso später ein, je weiter sie von der Vorzugsrichtung weg liegen. - Dabei nimmt beim Einschaltvorgang, der durch das Zünden initialisiert wurde, die eingeschaltete stromtragfähige Fläche der Hilfs- und des Hauptemitters
51 ,5 immer weiter zu, bis im Idealfall die gesamten Flächen der jeweiligen n-dotierten Hilfsemitter51 und des Hauptemitters5 , also auch die Bereiche außerhalb der Vorzugsrichtungen, eingeschaltet sind und Strom führen können. - Dabei Zünden zeitlich aufeinanderfolgend zunächst die einzelnen, die n-dotierten Hilfsemitter
51 umfassenden Hilfsthyristoren und letztlich auch der Hauptthyristor mit seinem n- dotierten Hauptemitter5 von innen nach außen. Am Ende des gesamten Einschaltvorganges wird dann der Hauptemitter eingeschaltet und übernimmt den Strom bis er ganzflächig leitend ist, wobei die im Zentralbereich des Thyristors angeordneten Hilfsthyristoren von innen nach außen zeitlich nacheinander wieder ausschalten bzw. verlöschen, nachdem die jeweils nachfolgenden Emitterstufen und der Hauptemitter ganzflächig leiten bzw. eingeschaltet sind. Am Ende des stufenweise verlaufenden Einschaltvorgangs ist dann nur noch der Hauptthyristor mit seinem n-dotierten Hauptemitter5 stromführend. - Einen Horizontalschnitt durch den Thyristor in der in
1 dargestellten Ebene B-B' zeigt2 . Um die im Zentralbereich des Thyristors angeordnete Durchbruchstruktur10 sind abwechselnd mehrere als konzentrische Kreisringe ausgebildete Hilfsemitter51 sowie ebenfalls mehrere als konzentrische Kreisringe ausgebildete Abschnitte der p-dotierten Basis6 angeordnet. Daran schließt sich der n-dotierte Hauptemitter5 an. - Die bereits in
1 dargestellte Vorzugsrichtung V1, in der die Zündausbreitungsgeschwindigkeit des Thyristors zwischen der Durchbruchstruktur10 und dem n-dotierten Hauptemitter5 in lateraler Richtung am höchsten ist, sowie zwei weitere Vorzugsrichtungen V2, V3, welche dieselben Eigenschaften bezüglich der Zündausbreitungsgeschwindigkeit und des oben beschriebenen inhomogenen räumlichen Einschaltens aufweisen wie die Richtung V1, schließen in azimutaler Richtung paarweise jeweils einen Winkel von 120° ein. Die azimutale Richtung ist gegeben durch einen Winkel φ, der in der Ebene der Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 aufgespannt ist. - Die Lage der Vorzugsrichtungen V1, V2 und V3 resultiert aus der speziellen Symmetrie der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers
1 sowie aus der Orientierung dieser Kristallstruktur in Bezug auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 . - Zündet der Thyristor, beispielsweise im Bereich der Durchbruchstruktur
10 oder des Gateanschlusses95 , so breitet sich die Zündung in den Vorzugsrichtungen V1, V2 und V3 schneller aus als in den anderen Richtungen zwischen der Durchbruchstruktur10 bzw. dem Gateanschluss95 und dem n-dotierten Hauptemitter5 . Dadurch ist auch die eingeschaltete oder leitende Fläche der einzelnen n-dotierten Hilfsemitter51 und des Hauptemitters5 , die nacheinander von dem jeweils davor liegenden Hilfsemitter51 bzw. von der Durchbruchstruktur10 oder dem elektrischen Gatekontakt95 gezündet werden, zu Beginn des Zündvorganges räumlich nicht homogen. Die Zündung einer Zündstufe bzw. des Hauptthyristors beginnt punktuell an den Schnittpunkten der Innenradien der Hilfsemitter51 bzw. des Hauptemitters5 mit den Schnittpunkten mit den drei Vorzugsrichtungen V1, V2 und V3 und breitet sich dann von diesen Schnittpunkten aus innerhalb des ganzen n-dotierten Gebietes des jeweiligen Hilfsemitters51 bzw. des Hauptemitters5 aus. - Eine derart ungleichmäßige Zündausbreitung kann dazu führen, dass die einzelnen Hilfsemitter
51 und der Hauptemitter5 in den Richtungen höherer Zündausbreitungsgeschwindigkeit lokal begrenzt einschalten, wodurch an den einzelnen Emitterstufen51 und5 in den Bereichen um die Schnittpunkte der Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 mit den jeweiligen Innenkanten der n-dotierten Hilfs- bzw. Hauptemitter51 bzw.5 zu Beginn ihres Zünd- und Einschaltvorganges sehr hohe Stromdichten auftreten können, durch die der Thyristor an diesen Stellen zerstört wird, bevor eine Zündung bzw. das Einschalten der n-dotierten Emitterstufen51 und5 in den übrigen Bereichen außerhalb der jeweiligen Schnittpunkte erfolgt. - Die WO 00/51187 A1 beschreibt ein Verfahren zur Einstellung der Durchbruchspannung eines Thyristors. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, die n-Nettodotierung in einer n-Basis dieses Thyristors unterhalb einer BOD-Struktur (BOD = Break Over Diode) durch Ionenbestrahlung einzustellen. Diese Ionen erzeugen Störstellen in der Basis, die der n-Grunddotierung dieser Basis entgegenwirken.
- Die
DE 24 22 748 C3 beschreibt einen Thyristor mit einer Emitterzone, die durch eine Emitterelektrode kontaktiert ist, und einer Basiszone, die von einer Steuerelektrode kontaktiert ist. Die Basiszone ist dabei von der Emitterzone umgeben, und die Steuerelektrode ist in einer Aussparung der Emitterelektrode angeordnet. Die Steuerelektrode, ein Rand der Emitterelektrode und ein Rand der Emitterzone weisen dabei wenigstens eine gerade Kante auf, die zueinander parallel liegen, wobei wenigstens eine der geraden Kanten der Steuerelektrode einen Abstand zu der gegenüberliegenden geraden Kante des Emitterrandes hat, der kleiner als der Abstand zwischen der Steuerelektrode und dem Emitterrand an den übrigen Teilen des Umfangs des Emitterrandes ist. - Die
US 4,651,188 beschreibt einen Thyristor, der so realisiert ist, dass wenigstens ein stromleitender Pfad für einen Zündstrom parallel zu der <2nn>-Kristallachse verläuft. - Die
JP 58003284 A - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Thyristor bereitzustellen, bei dem ein sich in verschiedene laterale Richtungen ausbreitender Zündvorgang einzelner n-dotierter Hilfsemittergebiete bzw. Hauptemittergebiete unabhängig von der lateralen Zündausbreitungsrichtung im wesent lichen gleichmäßig von den Orten der ersten Zündung bis zum Hauptemitter verläuft, um ein gleichmäßigeres Zündverhalten des Thyristors zu erreichen.
- Diese Aufgabe wird durch einen Thyristor gemäß den Ansprüchen 1, 8, 11, 14, 17 und 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Der erfindungsgemäße Thyristor umfasst einen monokristallinen Halbleiterkörper, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter, eine n-dotierte Basis, eine p-dotierte Basis und ein n-dotierter Hauptemitter angeordnet sind. Des weiteren umfasst der Thyristor eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter angeordnete Zündstruktur. Der Halbleiterkörper weist dabei eine Kristallstruktur auf, die von dem verwendeten Halbleitermaterial abhängig ist.
- Das erfindungsgemäße Prinzip beruht darauf, einen Thyristor so zu gestalten, dass die in den Vorzugsrichtungen höhere Zündausbreitungsgeschwindigkeit gegenüber den anderen Richtungen durch geeignete Maßnahmen derart herabgesetzt wird, dass verschiedene Zündimpulse, die sich von den Orten der Zündimpulsgeneration bzw. der Zündimpulseinkopplung in Richtung des nachfolgenden n-dotierten Hilfsemitters bzw. des Hauptemitters ausbreiten, sich in alle lateralen Richtungen gleich schnell fortpflanzen und somit die jeweils nachfolgende Stufe möglichst gleichzeitig erreichen und gleichzeitig zum Zünden bringen.
- Ein n-dotierter Hilfs- bzw. Hauptemitter ist dabei so ausgeführt, dass die Einschaltgeschwindigkeit in den die Vorzugsrichtungen umgebenden Bereichen verringert bzw. so herabgesetzt wird, dass das Einschaltverhalten der gesamten Thyristorstruktur, die neben Hilfs- und Hauptemittern, Gateanschlüsse zur elektrischen Zündung, eine Durchbruchstruktur zum Festlegen des Ortes des ersten Spannungsdurchbruchs oder zur optischen Zündung umfassen kann, gleichmäßiger bzw. weniger richtungsabhängig wird.
- Dabei bedeutet "Ort der Zündimpulsgeneration bzw. der Zündimpulseinkopplung" den Ort der Zündstruktur, an dem die optische Zündung stattfindet, der gleichzeitig auch der Ort des ersten Spannungsdurchbruchs ist, oder den Ort der externen Gatesignaleinspeisung, z.B. den Gatekontakt oder den Abschnitt der Hilfsemitterstufe eines eingeschalteten Hilfsthyristors, der den Zündstrom für einen nachfolgenden Hilfsthyristor bzw. den Hauptthyristor bereitstellt.
- Das erfindungsgemäße Prinzip kann auf alle möglichen Ausführungsformen von Thyristoren angewandt werden, die in lateraler Richtung zwischen dem Ort des ersten Spannungsdurchbruchs, also insbesondere dem Ort einer Durchbruchstruktur oder dem Ort eines Gateanschlusses, und dem n-dotierten Hauptemitter eine Zündstufenstruktur aufweisen.
- Im einfachsten Fall befindet sich im Zentralbereich des Thyristors nur ein elektrischer Gatekontakt, der vom n-dotierten Hauptemitter nur durch die p-dotierte Basis getrennt ist (elektrisch gezündeter Thyristor ohne Zündstufenstruktur).
- Optional kann zwischen dem elektrischen Gateanschluss und dem n-dotierten Hauptemitter auch eine Zündstufenstruktur mit einem oder mehreren n-dotierten Hilfsemittern angeordnet sein, die jeweils durch Abschnitte der p-dotierten Basis voneinander getrennt sind (elektrisch gezündeter Thyristor mit Zündstufenstruktur).
- Ein Thyristor, der einen festgelegten Ort des ersten Spannungsdurchbruchs, beispielsweise eine Durchbruchstruktur, besitzt und der eine zwischen diesem Ort und dem n-dotierten Hauptemitter angeordnete Zündstufenstruktur mit einer beliebigen Anzahl von Hilfsemittern aufweist, kann elektrisch durch eine Überspannung oder optisch durch einen Lichtpuls gezündet werden. Weist er darüber hinaus zwischen der Durchbruchstruktur und dem n-dotierten Hauptemitter zusätzlich einen elektrischen Gatekontakt auf, so kann er sowohl elektrisch durch einen Zündimpuls oder durch eine Überspannung als auch optisch durch Licht gezündet werden. Dabei sind alle beteiligten Strukturen auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers, d.h. insbesondere der n-dotierte Emitter, der Gateanschluss und die Hilfsemitter durch Abschnitte der p-dotierten Basis voneinander beabstandet. Diese Abschnitte der p-dotierten Basis können in lateraler Richtung gleiche oder bevorzugt unterschiedliche Breiten aufweisen.
- Zur Realisierung eines Thyristors, der ein weniger richtungsabhängiges Zünd- und Einschaltausbreitungsverhalten zeigt, sind erfindungsgemäß zwei Varianten vorgesehen, die sowohl einzeln als auch gemeinsam angewandt werden können.
- Die erste dieser Varianten besteht darin, den elektrischen Widerstand der p-dotierten Basis außerhalb aller n-dotierten Hilfsemitter an geeigneten Stellen zwischen dem Ort des ersten Spannungsdurchbruchs und dem n-dotierten Hauptemitter in einem Abschnitt oder in mehreren Abschnitten abhängig von den eingangs erwähnten Vorzugsrichtungen, d.h. abhängig von der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers und deren Orientierung in Bezug auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers, anzupassen und damit die Zündausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls richtungsabhängig zu verändern. Idealerweise wird der elektrische Widerstand von Abschnitten der p-dotierten Basis, die in lateraler Richtung außerhalb der Bereiche, in denen die n-dotierten Hilfsemitter
51 , die Durchbruchstruktur, der Gateanschluss und der n-dotierten Hauptemitter angeordnet sind, in Abhängigkeit von den Vorzugsrichtungen entsprechend angepasst. - Hierdurch kann erreicht werden, dass der Einschaltvorgang des Thyristors, der bei einem Thyristor gemäß dem Stand der Technik in unterschiedlichen lateralen Richtungen unterschiedlich schnell abläuft, vom Ort der ersten Zündung, z.B. vom Gateanschluss oder von der Durchbruchstruktur, bis zum n-dotierten Hauptemitter im wesentlichen richtungsunabhängig verläuft oder zumindest weniger richtungsabhängig ist als bei einem Thyristor gemäß dem Stand der Technik.
- Die zweite Variante besteht darin, die Zündempfindlichkeit der einzelnen Zündstufen, die jeweils einen n-dotierten Hilfsemitter aufweisen, sowie den Hauptthyristor mit dem Hauptemitter an die Vorzugsrichtungen anzupassen.
- Bei einem derartigen Thyristor ohne bzw. mit einer oder mehreren Hilfsthyristoren hängt die Zündausbreitungsgeschwindigkeit in einer Zündausbreitungsrichtung neben den bereits erläuterten Widerständen der Abschnitte der p-dotierten Basis von der Zündempfindlichkeit des Haupthyristors und – sofern vorhanden – der einzelnen Hilfsthyristoren ab. Je höher die Zündempfindlichkeit eines Hilfs- bzw. des Hauptthyristors in einer Ausbreitungsrichtung ist, desto höher ist auch die Zündausbreitungsgeschwindigkeit in dieser Richtung.
- Die zweite Variante sieht daher vor, die Zündempfindlichkeit einer oder mehrerer Hilfstyhristoren und optional auch des Hauptthyristors in verschiedenen lateralen Zündausbreitungsrichtungen des Halbleiterkörpers in Abhängigkeit von den eingangs erwähnten Kristall-Vorzugsrichtungen so zu verändern, dass ein Zündimpuls, der sich in verschiedene laterale Richtungen unterschiedlich schnell ausbreitet, den n-dotierten Hauptemitter und gegebenenfalls vorhandene Amplifying Gates (AG) richtungsunabhängig gleichzeitig oder zumindest im wesentlichen gleichzeitig erreicht. Diese Veränderung der Zündempfindlichkeit bzw. der Zündausbreitungsgeschwindigkeit kann dabei bei einer, bei mehreren oder bei allen Hilfsthyristoren sowie optional beim Hauptthyristor vorgenommen werden.
- Die Zündempfindlichkeit eines Hilfsthyristors und des Hauptthyristors hängt im wesentlichen ab von den wirksamen Längen der Hilfsemitter und des Hauptemitters sowie vom elektrischen Widerstand des unterhalb des Hilfsemitters bzw. unterhalb des Hauptemitters angeordneten Abschnitts der p-dotierten Basis.
- Die Zündempfindlichkeit eines Hilfsthyristors und des Hauptthyristors ist dabei umso höher, je länger der n-dotierte Hilfsemitter oder Hauptemitter des betreffenden Hilfsthyristors oder Hauptthyristors in Zündausbreitungsrichtung ist bzw. je hochohmiger der elektrische Widerstand des unter dem n-dotierten Hilfsemitter bzw. dem Hauptemitter angeordneten Bereiches der p-dotierten Basis ist.
- Die Länge der n-Hilfsemitter oder des n-Hauptemitters gemessen in einer lateralen Zündausbreitungsrichtung des Halbleiterkörpers wird im folgenden als "wirksame Länge" bezeichnet. Sofern der Hauptemitter eine Kurzschlussstruktur aufweist, ist die wirksame Länge des Hauptemitters dessen Länge ausgehend von einer Innenkante, d.h. einer dem Zentrum des Bauelements zugewandten Kante, bis zu dem ersten Kurzschluss.
- Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die wirksame Länge des wenigstens einen Hilfsemitters richtungsabhängig so einzustellen, dass die Zündausbreitung im oben genannten Sinn unabhängig oder zumindest weniger abhängig von der Richtung erfolgt, als dies bei einem Thyristor gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.
- Insbesondere bei einem Thyristor ohne Hilfsemitter wird die wirksame Länge des n-dotierten Hauptemitters richtungsabhängig im genannten Sinn entsprechend eingestellt.
- Das Kristallgitter des Halbleiterkörpers eines erfindungsgemäßen Thyristors ist bezogen auf die Vorderseite von dessen Halbleiterkörper, d.h. bezogen auf dessen dem p-dotierten Emitter abgewandte Seite, bevorzugt so orientiert, dass das Kristallgitter eine N-zählige Rotationssymmetrie um eine zur Vorderseite des Halbleiterkörpers vertikale Achse aufweist, wobei N eine ganze Zahl repräsentiert.
- Das für alle Halbleiterbauelemente wichtigste Halbleitermaterial ist Silizium, welches eine Diamant-Gitterstruktur besitzt. Zur Herstellung von Thyristoren der genannten Art werden vor allem Siliziumkristalle der Orientierungen (111) und (100) eingesetzt, die im ersten Fall eine 3-zählige, im zweiten Fall eine 4-zählige Symmetrie besitzen. Daher werden im Folgenden nur diese beiden Fälle detailliert beschrieben. Sinngemäß lassen sich diese Ausführungen jedoch auf beliebige Halbleitermaterialien mit den unterschiedlichsten technisch sinnvollen Kristallgitteranordnungen mit beliebiger N-zähliger Rotationssymmetrie übertragen.
- Ist der Halbleiterkörper aus (111)-Silizium gebildet, so ist die Ebene der Vorderseite des Halbleiterkörpers bevorzugt identisch mit der (111)-Ebene bzw. mit einer der kristallographisch gleichwertigen Ebenen. Besteht er dagegen aus (100)-Silizium, ist die Ebene der Vorderseite des Halbleiterkörpers bevorzugt identisch mit der (100)-Ebene bzw. mit einer der kristallographisch gleichwertigen Ebenen.
- Im ersten Fall weist das Kristallgitter eine 3-zählige Rotationssymmetrie um eine vertikale, senkrecht zur Vorderseite des Halbleiterkörpers verlaufende Achse auf, beim zweiten Beispiel dagegen liegt eine 4-zählige Rotationssymmetrie um eine vertikale, senkrecht zur Vorderseite verlaufende Achse vor.
- Bei einem Thyristor gemäß dem Stand der Technik breitet sich ein Zündimpuls bei Verwendung von (111)-Silizium am schnellsten in den Richtungen (211), (121) und (112) bzw. in kristallographisch gleichwertigen Richtungen und bei (100)-Silizium am schnellsten in den Richtungen (001), (010), (001) und (010) bzw. den entsprechenden kristallographisch gleichwertigen Richtungen aus. Die obige Darstellung der Ebenen bzw.
- Richtungen entspricht dem System der Millerschen Indizierung. Aus darstellungstechnischen Gründen wird dabei anstelle des in der Kristallographie üblichen Überstrichs für das negative Vorzeichen eines Index ein Unterstrich verwendet.
- Die folgende Tabelle gibt den beschriebenen Zusammenhang des hier betrachteten Halbleitermaterials mit dessen Kristallgitterstruktur, die bevorzugt als Vorderseite des Halbleiterkörpers verwendeten Ebenen sowie die dazu gehörenden lateralen Richtungen schnellster Zündausbreitung nochmals in tabellarischer Form wieder:
- Bei einem erfindungsgemäßen Thyristor gemäß eines Ausführungsbeispiels, der ein homogenes Zündverhalten besitzt, ist der Widerstand der p-dotierten Basis zwischen zwei Hilfsemittern oder zwischen mehreren Hilfsemittern oder auch zwischen dem äußersten Hilfsemitter und dem Hauptemitter in den Vorzugsrichtungen, d.h. bei einem Thyristor aus (111)-Silizium in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) bzw. bei einem Thyristor aus (100)-Silizium in den lateralen Richtungen (001), (010), (001), (010) gegenüber allen anderen lateralen Richtungen erhöht.
- Bei einem Thyristor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, der eine Zündstufenstruktur besitzt, ist die wirksame Länge zumindest eines Hilfsemitters in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) bzw. in den lateralen Richtungen (001), (010), (001), (010) gegenüber allen anderen lateralen Richtungen verkürzt.
- Im einfachsten Fall ist bei einem erfindungsgemäßen Thyristor vorgesehen, die beschriebenen Maßnahmen, die die Zündausbreitungsgeschwindigkeit insbesondere in den Vorzugsrichtungen gegenüber anderen Zündausbreitungsrichtungen reduzieren, nur in jeweils einem bestimmten Winkelbereich, beispielsweise ±5° oder ±10°, um die Vorzugsrichtungen herum anzupassen, in denen ein Zündimpuls bei einem nicht angepassten und sonst gleichartigen Thyristor den n-dotierten Hauptemitter zuerst erreichen würde. Damit wird eine Angleichung der Laufzeit des Zündimpulses zwischen verschiedenen Zündausbreitungsrichtungen zwischen dem Ort des ersten Spannungsdurchbruches und dem n-dotierten Hauptemitter erzielt.
- Im Idealfall ist die Laufzeit des Zündimpulses völlig unabhängig von einer betrachteten Zündausbreitungsrichtung. Dies setzt voraus, dass der Widerstand der p-dotierten Basis bzw. die Länge wenigstens eines n-dotierten Hilfsemitters kontinuierlich über alle Zündausbreitungsrichtungen angepasst ist.
- Bevorzugt ist bei erfindungsgemäßen Thyristoren mit Zündstufenstruktur nicht nur die Laufzeit eines Zündimpulses zwischen dem Ort des ersten Spannungsdurchbruches und dem n-dotierten Hauptemitter richtungsunabhängig, sondern auch die Laufzeit zwischen zwei beliebigen Zündstufen, sowie zwischen dem Ort des ersten Spannungsdurchbruch und einer beliebigen Zündstufe bzw. zwischen einer beliebigen Zündstufe und dem n-dotierten Hauptemitter. Ist ein derartiger Thyristor zudem rotationssymmetrisch aufgebaut, breitet sich der Zündimpuls vom der Durchbruchsstruktur bzw. dem Gateanschluss bis hin zum n-dotierten Hauptemitter kreisförmig mit sich zeitlich vergrößerndem Radius aus.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Abschnitt eines Thyristors gemäß dem Stand der Technik in Seitenansicht im Querschnitt, -
2 einen Horizontalschnitt durch einen Thyristor aus (111)-Silizium gemäß1 , -
3 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors, der eine Widerstandszone aufweist, die durch Bestrahlung der p-dotierten Basis mit Teilchen erzeugt ist, -
4 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Thyristor gemäß3 am Beispiel eines Thyristors mit (111)-Struktur, der eine Widerstandszone mit richtungsabhängiger Länge aufweist, -
5 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors, bei dem die Dicke der p-dotierten Basis abschnittsweise durch maskierte Eindiffusion mit Aluminium reduziert ist, -
6 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Thyristor gemäß5 aus (111)-Silizium, -
7a einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors mit Zündstufenstruktur, bei dem die Abmessung der n-dotierten Hilfsemitter in einer Vorzugsrichtung der Zündausbreitungsgeschwindigkeit durch Bestrahlen mit Teilchen verkürzt ist, -
7b ein mögliches Verfahren zur Einstellung der Abmessungen der n-dotierten Hilfsemitter mittels maskierter Bestrahlung, -
8 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Thyristor aus (111)-Silizium mit Zündstufen struktur gemäß7a mit einer von der lateralen Richtung abhängigen Länge der n-dotierten Hilfsemitter, -
9 ein Diagramm mit einem Verlauf der Dicke der p-dotierten Basis, der Länge l eines Hilfsemitters, sowie des spezifischen elektrischen Widerstandes einer Widerstandszone eines rotationssymmetrischen Thyristors aus (111)-Silizium in Abhängigkeit von einem Azimutalwinkel φ. -
10 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Thyristor entsprechend4 , jedoch am Beispiel eines Thyristors mit (100)-Struktur, -
11 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Thyristor entsprechend6 , jedoch am Beispiel eines Thyristors mit (100)-Struktur, -
12 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Thyristor entsprechend8 , jedoch am Beispiel eines Thyristors mit (100)-Struktur, -
13 ein Diagramm mit einem Verlauf der Dicke der p-dotierten Basis, der Länge l eines Hilfsemitters, sowie des spezifischen elektrischen Widerstandes einer Widerstandszone eines rotationssymmetrischen Thyristors entsprechend9 , jedoch aus (100)-Silizium, in Abhängigkeit von einem Azimutalwinkel φ, -
14a einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors mit einer in einem Hilfsemitter angeordneten, p-dotierten Insel, -
14b einen Querschnitt durch die p-dotierten Inseln eines Thyristors gemäß14a , -
15a einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors mit einem Kurzschlussstreifen, und -
15b einen Querschnitt durch einen Thyristor gemäß15a . - In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Halbleiterabschnitte mit gleicher Bedeutung.
-
3 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors, der einen Grundaufbau entsprechend des in1 dargestellten Thyristors aufweist. Der dargestellte Ausschnitt entspricht dem in1 rechts der Achse A-A' dargestellten Bereich zwischen der Durchbruchstruktur10 und dem n-dotierten Hauptemitter5 in der Vorzugsrichtung V1. - Die Vorzugsrichtung V1 ist bestimmt durch das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers
1 , von dessen im wesentlichen monokristalliner Kristallstruktur, sowie von der Orientierung dieser Kristallstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper1 , insbesondere in Bezug auf dessen Vorderseite11 . - Der im Folgenden verwendete Begriff "Vorzugsrichtung" bezeichnet eine derjenigen Richtungen, in denen sich ein Zündimpuls eines Thyristors, bedingt durch die Symmetrie der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers
1 und deren Orientierung in Bezug auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers, in lateraler Richtung zwischen dem Ort des ersten Spannungsdurchbruchs und dem n-dotierten Hauptemitter5 bei sonst gleichen Verhältnissen am schnellsten ausbreitet. - Der dargestellte Thyristor weist des weiteren zwischen der Durchbruchstruktur
10 und dem n-dotierten Hauptemitter5 mehrere Zündstufen auf, die jeweils einen n-dotierten Hilfsemitter51 umfassen. Die n-dotierten Hilfsemitter51 einzelner Zündstufen sind in lateraler Richtung zueinander beabstandet angeordnet und in die p-dotierte Basis6 eingebettet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hilfsemitter51 jeweils durch Elektroden91 kontaktiert die auf der Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 angeordnet sind und die die Hilfsemitter51 und die umliegende p-dotierte Basis6 kurzschließen. - Zwischen zwei Abschnitten
65 ,66 der p-dotierten Basis6 des Thyristors ist in der p-dotierten Basis6 eine Widerstandszone64 ausgebildet, in der der spezifische Widerstand gegenüber den Abschnitten65 ,66 der p-dotierten Basis6 erhöht ist. Die Widerstandszone64 weist eine Länge l64 in lateraler Richtung auf. Diese Länge l64 und damit der Widerstand der Widerstandszone64 ist abhängig von einer azimutalen Richtung φ so gewählt, dass sie in den Vorzugsrichtungen, beispielsweise in Richtung V1, oder in einem bestimmten Winkelbereich, beispielsweise ±5° oder ±10°, um diese Vorzugsrichtungen, größer ist als in lateralen Richtungen, die keine Vorzugsrichtung darstellen. - Die Widerstandszone
64 ist dadurch gebildet, dass in einen Abschnitt64 der p-dotierten Basis6 bevorzugt hochenergetische Teilchen, beispielsweise durch Bestrahlen, eingebracht sind. Diese Teilchen bewirken eine Veränderung der Kristallstruktur in dem bestrahlten Bereich derart, dass die Beweglichkeit der freien Ladungsträger verringert reduziert ist und somit der spezifische Widerstand in dem bestrahlten Bereich erhöht ist. Die Länge l64 der Widerstandszone64 ist in den Vorzugsrichtungen, in dem Beispiel in der Richtung V1, am größten gewählt. Daraus resultiert eine Verringerung der Zündausbreitungsgeschwindigkeit des Anteils des Zündstromes, der in der Vorzugsrichtung V1 fließt. - Zur Bestrahlung für die Einstellung des Widerstandes eignen sich beispielsweise Helium- oder Sauerstoffatome bzw. deren Ionen oder auch Protonen. Sehr gut geeignet zur Bestrahlung sind auch Teilchen aus dem Material, aus dem der Halbleiterkörper gebildet ist, da diese nicht dotierend wirken.
- Eine lokale Bestrahlung der p-dotierten Basis
6 zur gezielten Erzeugung der Widerstandszonen64 in der Vorzugsrichtung V1 erfolgt unter Verwendung einer Maske100 , durch deren Öffnung102 die bevorzugt hochenergetischen Teilchen in den Abschnitt64 der p-dotierten Basis6 eingestrahlt werden. Diese Maske100 weist entlang der Vorzugsrichtungen zumindest abschnittweise eine oder mehrere Öffnungen102 auf. - Bei der Bestrahlung dringen die Teilchen bis zu einer durch die Teilchenenergie bestimmten Eindringtiefe in den Halbleiterkörper
1 ein. Durch das Bestrahlen mit Teilchen verschiedener Energien oder durch mehrere, hintereinander ausgeführte Bestrahlungsschritte mit jeweils unterschiedlichen Teilchenenergien lässt sich die vertikale Ausdehnung der Widerstandszone64 in der p-dotierten Basis6 in weiten Grenzen beliebig einstellen. - Insbesondere ist es bei ausreichend hohen Teilchenenergien auch möglich, die Teilchen in vertikaler Richtung durch die Elektroden
91 in die p-dotierte Basis6 einzustrahlen, so dass die Widerstandszone64 vollständig oder abschnittweise unterhalb einer Elektrode91 angeordnet sein kann. - Grundsätzlich kann die Widerstandszone
64 der p-dotierten Basis6 an einer beliebigen Stelle zwischen der Durchbruchstruktur10 und dem n-dotierten Hauptemitter5 angeordnet sein, wobei sie allerdings nicht unter einem der Hilfsemitter51 liegen sollte, wenn eine Behinderung der Zündausbreitung gewünscht ist. Ebenso ist es möglich, auch mehrere derartiger Widerstandszonen64 vorzusehen, die in Zündausbreitungsrichtung voneinander beabstandet sind. - Ein Horizontalschnitt durch diesen Thyristor in einer Ebene C-C' ist in
4 dargestellt. Der Thyristor ist, ein schließlich der Kristallstruktur seines Halbleiterkörpers1 , rotationssymmetrisch um eine zur Vorderseite11 senkrechte Symmetrieachse. Bedingt durch die Kristallstruktur des Halbleiterkörpers1 , der im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus (111)-Silizium gebildet ist, sowie deren Orientierung in Bezug auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers ist diese Symmetrieachse 3-zählig. Dadurch weist der Thyristor drei kristallographisch zueinander äquivalente Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 auf. - Wäre der Halbleiterkörper aus (100)-Silizium gebildet, so ergäbe sich in entsprechender Weise eine Symmetrieachse mit 4-zähliger Rotationssymmetrie. In diesem Fall hätte der Thyristor vier kristallographisch zueinander äquivalente Vorzugsrichtungen.
- Zwischen den Abschnitten
65 und66 der p-dotierten Basis6 ist die Widerstandszone64 angeordnet. Ihre Länge l64 in lateraler Richtung, die bei dem hier vorliegenden rotationssymmetrischen Thyristor identisch ist mit der radialen Richtung, variiert mit dem Azimutalwinkel φ. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Länge l64 in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3, d.h. bei Azimutalwinkeln φ = 0°, φ = 120° bzw. φ = 240° am größten und in diesen Richtungen bevorzugt gleich. Dies ist insbesondere aus4 ersichtlich. - Prinzipiell ist es in hinlänglich bekannter Weise möglich, den spezifischen Widerstand eines Halbleiters durch Einbringen von Teilchen sowohl zu erhöhen als auch zu erniedrigen. Ob eine Erhöhung oder eine Erniedrigung des spezifischen Widerstandes möglich ist, hängt insbesondere vom Ausgangszustand des bestrahlten Bereichs sowie von den gewählten Bestrahlungsparametern wie Anzahl, kinetische Energie und Art der eingestrahlten Teilchen ab. Anstelle die Länge des Widerstandsbereiches
64 zu variieren, besteht auch die Möglichkeit, dessen spezifischen Widerstand zu erhöhen, wobei der spezifische Widerstand in Bereichen, die in der Vorzugsrich tung liegen am höchsten zu wählen ist, um die Zündausbreitung zu homogenisieren. - Zur Bestrahlung eignen sich beispielsweise Helium- oder Sauerstoffatome bzw. deren Ionen oder auch Protonen. Sehr gut geeignet sind auch Teilchen aus dem Halbleitermaterial, aus dem der Halbleiterkörper gebildet ist. Eine lokale Bestrahlung mit hochenergetischen Teilchen lässt sich beispielsweise unter Verwendung strukturierter Metallmasken erreichen, die im Bereich der zu bestrahlenden Abschnitte Öffnungen aufweisen. Insbesondere durch die Art, die kinetische Energie und die Anzahl der eingebrachten Teilchen lässt sich der spezifische und damit der gesamte Widerstand der p-dotierten Basis einstellen, wobei zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Thyristors der Widerstand in Zündausbreitungsrichtung relevant ist.
- Die obigen Ausführungen, wonach die Länge l64 eines Widerstandsbereiches
64 zu erhöhen ist oder dessen spezifischer Widerstand zu erhöhen ist, um die Zündausbreitung zu verlangsamen, gelten für Widerstandszonen, die in lateraler Richtung benachbart zu dem Hauptemitter oder einem Hilfsemitter liegen. Die Zündempfindlichkeit kann darüber hinaus auch durch eine Änderung des Widerstandes in der p-Basis unterhalb eines Haupt- oder Hilfsemitters51 eingestellt werden. Eine solche Widerstandszone84 ist in3 ebenfalls dargestellt. Dabei steigt die Zündempfindlichkeit bei gegebener Länge des jeweiligen Emitters51 mit zunehmendem Widerstand der p-Basis unterhalb des Emitters an. Zur Homogenisierung der Zündempfindlichkeit besteht damit auch die Möglichkeit, den Widerstand der p-Basis unterhalb der Emitter zu variieren, wobei der Widerstand in der Zone84 unterhalb der Emitter in den Vorzugsrichtungen kleiner als in den übrigen Richtungen gewählt ist. - Eine andere Möglichkeit, den elektrischen Widerstand einer in der p-dotierten Basis ausgebildeten Widerstandszone
64 rich tungsabhängig einzustellen besteht darin, deren Dotierung und damit deren Widerstand richtungsabhängig zu verändern. - Dies kann ebenfalls durch eine maskierte Bestrahlung oder durch ein Diffusionsverfahren erfolgen, bei dem Dotierstoffe in den betreffenden, als Widerstandszone vorgesehenen Abschnitt der p-dotierten Basis eingebracht werden. Die Dotierungen der an die Widerstandszone angrenzenden Abschnitte der p-dotierten Basis unterscheiden sich dann von der Dotierung der Widerstandszone.
- Eine Verringerung des elektrischen Widerstands kann durch Erhöhung der p-Dotierung, d.h. durch Einbringen p-dotierender Stoffe, wie beispielsweise Aluminium, erreicht werden, während durch Einbringen n-dotierender Stoffe eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes erzielt werden kann.
- Eine weitere Möglichkeit, den Widerstand der p-dotierten Basis
6 richtungsabhängig zu verändern, besteht darin, die Dicke d1, d2 und/oder die Länge l64 eines Abschnitts64 der p-dotierten Basis6 richtungsabhängig von einem Azimutalwinkel anzupassen. Um den Widerstand zu erhöhen, und damit die Zündausbreitung zu verlangsamen, ist die Dicke des p-dotierten Abschnitts64 zu variieren, wie dies anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß5 gezeigt ist. - Dabei ist die Dicke d2 der p-dotierten Basis
6 in deren Abschnitt64 in lateraler Richtung über eine Länge l64 gegenüber der Dicke d1 der p-dotierten Basis6 in den an den Abschnitt64 angrenzenden Abschnitten65 und66 reduziert. Der Abschnitt64 weist einen dementsprechend höheren Widerstand auf und bildet so die Widerstandszone64 . Damit liegt auf Höhe der Schnittebene D-D' zwischen den Abschnitten65 und66 der p-dotierten Basis6 ein Abschnitt71 der n-dotierten Basis7 . - Es besteht die Möglichkeit, bei in azimutaler Richtung konstanter Länge l64 der Widerstandszone
64 nur deren Dicke d2 zu variieren, wobei die Dicke d2 in den Vorzugsrichtungen am geringsten ist. Entsprechend umgekehrt kann bei einer konstanten Dicke d2 auch nur die Länge l64 der Widerstandszone64 in azimutaler Richtung variieren. Da der Widerstand mit zunehmender Länge reduzierter Dicke zunimmt, ist die Widerstandszone64 in diesem Fall so gewählt, dass sie ihre größte Länge in den Vorzugsrichtungen aufweist, um die Zündausbreitung in den Vorzugsrichtungen zu verlangsamen. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, sowohl die Dicke d2 als auch die Länge l64 der Widerstandszone64 in azimutaler Richtung zu variieren, um das gewünschte Ergebnis einer Reduktion der Geschwindigkeit der Zündausbreitung in den Vorzugsrichtungen zu erreichen. - Zur Herstellung einer p-dotierten Basis
6 mit unterschiedlichen Dicken d1, d2 eignet sich zum Beispiel ein Verfahren zur strukturierten Dotierstoff-Diffusion, wie es in dem Artikel H. J. Schulze et al.: "Realization of a High-Voltage Planar Junction Termination for Power Devices", Solid-State Electronics 1989, Band 32, Nr. 2, Seite 175–176, Pergamon Press, beschrieben ist. - Die Anwendung dieses Verfahrens wird nachfolgend kurz erläutert.
- Zur Erzeugung der p-dotierten Basis in der schwach n-dotierten Basis wird bei diesem Verfahren an der Vorderseite
11 des Halbleiterkörpers1 eine p-dotierte Schicht80 erzeugt und anschließend strukturiert. Diese p-dotierte Schicht kann insbesondere eine oberflächennahe Schicht des Halbleiterkörpers1 sein, in die p-Dotierstoffatome mittels eines Implantationsverfahrens eingebracht werden. Die Strukturierung der Dotierstoffschicht80 kann beispielsweise durch ein maskiertes nass- oder trockenchemisches Ätzverfahren oder durch maskiertes Abscheiden erzeugt werden. - Die Strukturierung der Dotierstoffschicht
80 bewirkt, dass bestimmte Bereiche der Dotierstoffschicht80 eine bezogen auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 höhere Dotierstoff-Flächendichte aufweisen als andere Bereiche. In5 ist die Dotierstoff-Flächendichte der Dotierstoffschicht80 oberhalb der Abschnitte64 der p-dotierten Basis6 geringer als oberhalb der in lateraler Richtung an den Abschnitt64 angrenzenden Abschnitte65 und66 . - Nach der Strukturierung erfolgt ein Diffusionsschritt, beispielsweise einem Temperschritt, durch wodurch Dotierstoffe aus der strukturierten, an der Vorderseite
11 des Halbleiterkörpers1 angeordneten Dotierstoffschicht80 in das Innere des Halbleiterkörpers1 diffundieren, wodurch in Halbleiterkörper1 ausgehend von dessen Vorderseite11 eine p-dotierte Zone entsteht, die die p-dotierte Basis6 bildet. - Die Dicke der p-dotierten Basis
6 hängt dabei von Dotierstoff-Flächendichte der p-dotierten Schicht80 ab. Je höher die Dotierstoff-Flächendichte in einem bestimmten Abschnitt gewählt ist, desto größer ist auch die Dicke d1, d2 des resultierenden Abschnitts der p-Basis6 in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers1 . - Die größte Schichtdicke d1 der p-dotierten Basis
6 wird dabei in den Bereichen erzielt, in denen die p-dotierte Schicht80 durchgehend ausgebildet ist, wodurch eine verhältnismäßig große Zahl dotierender Teilchen aus der p-dotierten Schicht80 in den Halbleiterkörper1 eindiffundieren kann. - Durch eine abhängig von der azimutalen Richtung gewählte Dotierstoff-Flächendichte entsteht eine Widerstandszone
64 mit richtungsabhängiger Dicke d2. - Infolge der geringeren Dicke d2 der p-dotierten Basis
6 im Bereich der Widerstandszone64 ist zwischen den Abschnitten65 und66 der p-dotierten Basis6 ein Abschnitt71 der n-dotierten Basis7 angeordnet. Zur Verdeutlichung der abhängig von einem Azimutalwinkel φ variierenden Länge der Widerstandszone64 mit reduzierter Dicke d2 ist in6 ein Horizontalschnitt durch die in5 dargestellte Ebene D-D' dargestellt, aus der die variierende Länge der Widerstandszone64 anhand der variierenden Länge l dieses Abschnitts71 der n-dotierten Basis7 ersichtlich ist. Die Länge dieses sich in vertikaler Richtung in die p-Basis6 hinein erstreckenden Abschnitts71 der n-Basis7 entspricht dabei im wesentlichen der Länge l64 der Widerstandszone64 gemäß5 . Diese Länge variiert in Abhängigkeit von dem Azimutalwinkel φ und wird daher auch mit l(φ) bezeichnet. Die größte Länge l(φ) = l0 weist der Abschnitt71 in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3, d.h. bei Winkeln φ = 0°, 120° und 240° auf. - Bei den bisher beschriebenen, erfindungsgemäßen Thyristoren wird eine Anpassung der Zündausbreitungsgeschwindigkeit durch eine Zone
64 mit erhöhtem Widerstand erreicht. Diese Anordnung mit einer Widerstandszone64 in der p-Basis6 ist grundsätzlich bei beliebigen Thyristoren einsetzbar. Darüber hinaus besteht bei Thyristoren mit Zündstufenstruktur die Möglichkeit, die Zündempfindlichkeit einer oder mehrerer Zündstufen richtungsabhängig zu variieren, um dadurch die Zündausbreitung zu homogenisieren. - Die Zündempfindlichkeit einer Zündstufe in einer bestimmten lateralen Richtung und damit die Zündausbreitungsgeschwindigkeit in dieser Richtung ist umso geringer, je kürzer die wirksame Länge l1, l2, l3 des n-dotierten Hilfsemitters
51a ,51b ,51c der jeweiligen Zündstufe ist. Bezug nehmend auf7a ist die wirksame Länge l1, l2, l3 der Hilfsemitter51a ,51b ,51c jeweils durch deren radiale Ausdehnung gegeben. - Durch eine abhängig von der lateralen Richtung gewählte wirksame Länge l1, l2, l3 des Hilfsemitters
51 einer Zündstufe, d.h. durch eine abhängig von dem Azimutalwinkel φ gewählte Länge l1, l2, l3, lässt sich die Zündempfindlichkeit der jeweiligen Zündstufe, und somit die Zündausbreitungsgeschwindigkeit richtungsabhängig einstellen. Wegen ihrer Abhängigkeit von dem Azimutalwinkel φ werden die wirksamen Längen l1, l2, l3 im folgenden auch mit l1(φ), l2(φ), l3(φ) bezeichnet, um die Winkelabhängigkeit herauszustellen. - Durch richtungsabhängig geeignet gewählte wirksame Längen l1(φ), l2(φ), l3(φ) aufeinanderfolgender Hilfsemitter
51a ,51b ,51c lässt sich das Zündverhalten eines Thyristors mit Zündstufenstruktur so einstellen, dass ein sich in verschiedene laterale Richtungen ausbreitender Zündimpuls den n-dotierten Hauptemitter5 in jeder lateralen Richtung im wesentlichen gleichzeitig erreicht. - Die wirksamen Längen l1(φ), l2(φ), l3(φ) eines Hilfsemitters
51a ,51b ,51c hängen insbesondere von dessen Geometrie ab. - Daher ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest einer der Hilfsemitter
51a ,51b ,51c in den Vorzugsrichtungen gegenüber anderen lateralen Richtungen verkürzt. - In entsprechender Weise lässt sich auch die wirksame Länge des Hauptemitters
5 auf seiner der Zündstruktur10 ,95 zugewandten Seite in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 gegenüber anderen lateralen Richtungen verkürzen. - Eine Verkürzung der wirksamen Länge eines Hilfsemitters
51a ,51b ,51c bzw. des Hauptemitters5 kann insbesondere auch noch nach dessen eigentlicher Herstellung erreicht werden, indem man den Hilfsemitter51a ,51b ,51c bzw. den Hauptemitter5 , wie in7b am Beispiel des Hilfsemitters51c gezeigt mit Teilchen105 , beispielsweise aus Silizium, bestrahlt. Je nach Energie der Teilchen105 dringen diese mehr oder weniger weit in den Halbleiterkörper1 , insbesondere in den Hilfs- bzw. Hauptemitter ein. Die ursprüngliche wirksame Länge l30 des Hilfsemitters51c verkürzt sich dabei infolge der Bestrahlung mit Teilchen105 auf die wirksame Länge l3. - Die Bestrahlung erfolgt in dem Beispiel in dem Abschnitt des Hilfsemitters
51c , der nicht von dessen Elektrode91c überdeckt ist. Dies ist üblicherweise der Abschnitt, der ausgehend von dem Hauptemitter (in7b nicht dargestellt) in Richtung des Zentrums des Bauelements liegt, d.h. der Abschnitt des Hilfsemitters, der in lateraler Richtung auf der dem Hauptemitter abgewandten Seite des Hilfsemitters liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestrahlung zur Verkürzung des Hilfsemitters51c auch durch die Elektrode91c erfolgen. - Verkürzt man den jeweiligen Hilfsemitter
51a ,51b ,51c auf diese Weise richtungsabhängig vom Azimutalwinkel φ, so lässt sich damit eine Homogenisierung der Zündausbreitung in der beschriebenen Weise erreichen. Bevorzugt werden die Hilfsemitter51a ,51b ,51c eines erfindungsgemäßen Thyristors in den Vorzugsrichtungen am stärksten verkürzt. Entsprechend kann durch eine Verkürzung des Hauptemitters5 in den Vorzugsrichtungen eine Homogenisierung der Zündausbreitung erreicht werden. - Einen Horizontalschnitt durch die in
7a dargestellte Ebene E-E' im Bereich der Hilfsemitter51 ist in8 dargestellt. Wie ersichtlich ist, sind die Hilfsemitter51a ,51b ,51c auf ihrer dem n-dotierten Hauptemitter5 abgewandten Seite in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 verkürzt, d.h. jede der wirksamen Längen l1(φ), l2(φ = 0), l3(φ = 0) eines Hilfsemitters51 in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 ist kürzer als die jeweilige wirksame Länge l1(φ), l2(φ), l3(φ) desselben Hilfsemitters51a ,51b bzw.51c in einer anderen lateralen Zündausbreitungsrichtung. Von diesen wirksamen Längen l1(φ), l2(φ), l3(φ) ist in8 beispielhaft die Länge l3(φ) dargestellt. Die oberhalb der dargestellten Schnittebe ne E-E' angeordnete und als Kreisring ausgebildete Elektrode91c ist in8 gestrichelt angedeutet. - Die Geometrie der n-dotierten Hilfsemitter
51a ,51b ,51c wird bevorzugt bei deren Herstellung, beispielsweise mittels maskierter Eindiffusion n-dotierender Stoffe erzeugt. Zur richtungsabhängigen Einstellung der wirksamen Länge eines Hilfsemitters51a ,51b ,51c ist es in der erläuterten Weise aber ebenso möglich, die Hilfsemitter51a ,51b ,51c nachträglich, d.h. insbesondere nach der Prozessierung des Thyristors, durch maskiertes Bestrahlen mit hochenergetischen Teilchen abschnittweise, z.B. in Abhängigkeit von einem Azimutalwinkel φ, zu verkürzen. -
9 zeigt dies beispielhaft für eine 3-zählige Symmetrieachse anhand eines Diagramms, in dem der qualitative Verlauf der Dicke d2 der p-dotierten Basis6 gemäß den5 und6 , der Verlauf der wirksamen Länge l3(φ) des Hilfsemitters51c gemäß den7a und8 , sowie der Verlauf des elektrischen Gesamtwiderstandes R einer Widerstandszone64 gemäß den3 ,4 und5 in Zündausbreitungsrichtung eines rotationssymmetrischen Thyristors, jeweils in willkürlichen Einheiten und in Abhängigkeit von einem Azimutalwinkel φ aufgetragen sind. Der Azimutalwinkel φ wird, wie in den2 ,4 ,6 und8 dargestellt, ausgehend von der Vorzugsrichtung V1 um eine zur Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 vertikale Drehachse gemessen. - Ein Azimutalwinkel von φ = 0° entspricht der Vorzugsrichtung V1, φ = 120° entspricht der Vorzugsrichtung V2 und φ = 240° entspricht der Vorzugsrichtung V3.
- Den Ausführungsbeispielen gemäß der
4 ,6 ,8 und9 liegt ein Halbleiterkörper1 aus (111)-Silizium mit einer 3-zähligen Rotationssymmetrie zu Grunde. Die4 ,6 und8 zeigen jeweils eine Ebene, die parallel zur Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 liegt und damit dieselbe Symmetrie wie diese aufweist. Als Ebene der Vorderseite11 ist eine (111)-Ebene bzw. eine kristallographisch zu dieser äquivalente Ebene gewählt. Diese Ebene und damit der Halbleiterkörper1 weist eine Rotationssymmetrie um eine 3-zählige, senkrecht zur Vorderseite verlaufende Symmetrieachse auf. Entsprechend sind die Vorzugsrichtungen V1, V2, V3, die den Richtungen (211), (121) und (112) bzw. kristallographisch gleichwertigen Richtungen entsprechen, rotationssymmetrisch um diese 3-zählige Symmetrieachse, d.h, bei einer Drehung um 120° um diese Drehachse werden die Vorzugsrichtungen V1 auf V2, V2 auf V3 und V3 auf V1 abgebildet, so dass der Halbleiterkörper1 eine Lage aufweist, die kristallographisch gleichwertig ist mit seiner Lage vor der Drehung. - Entsprechend kann der Halbleiterkörper, der auch aus einem anderen Halbleitermaterial gebildet sein kann, auch eine andere Orientierung der Kristallstruktur in Bezug auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers und damit auch eine andere Rotationssymmetrie aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen dabei insbesondere die Dicken und die Längen der Widerstandszonen, sowie die Geometrien der Hilfsemitter und der mit den Hilfsemittern kontaktierten Elektroden dieselbe N-zählige Rotationssymmetrie auf.
- In den
10 ,11 ,12 und13 sind die den4 ,6 ,8 und9 entsprechenden Darstellungen eines Thyristors aus (100)-Silizium mit 4-zähliger Rotationssymmetrie gezeigt. Alle anhand der3 bis9 beschriebenen Merkmale, Eigenschaften, Abwandlungen und bevorzugte Ausführungsformen gelten in entsprechender Weise auch für diesen Fall mit 4-zähliger Rotationssymmetrie. - Bei dem Halbleiterkörper
1 aus (100)-Silizium stellt dessen Vorderseite11 eine der Ebenen (001), (010), (001), (010) oder eine zu diesen Ebenen äquivalente Ebene dar, so dass der Halbleiterkörper1 durch eine Drehung um 90° um eine zur Vor derseite11 senkrechte Achse wieder auf sich selbst abgebildet wird. - Im Unterschied zu dem anhand der
4 ,6 ,8 und9 beschriebenen Halbleiterkörper weist der Halbleiterkörper1 gemäß den10 bis13 infolge der 4-zähligen Rotationssymmetrie auch vier Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 und V4 auf. -
14a veranschaulicht eine weitere Maßnahme, die Zündempfindlichkeit eines Hilfsemitters einzustellen, am Beispiel eines Hilfsemitters51a . Der Hilfsemitter51a ist in bereits erläuterter Weise in die p-dotierte Basis6 eingebettet und mit einer Elektrode91a kontaktiert. Darüber hinaus weist der Hilfsemitter51a eine p-dotierte Insel96 auf, die elektrisch mit der Elektrode91a kontaktiert ist und die sich in vertikaler Richtung über die gesamte Höhe des Hilfsemitters51a erstreckt. Die p-dotierte Insel96 ist inselartig in dem Hilfsemitter51a angeordnet. -
14b zeigt einen Schnitt durch die in14a dargestellte Ebene F-F'. Wie dargestellt ist, sind innerhalb des Hilfsemitters51a eine Anzahl derartiger p-dotierter Inseln96 ausgebildet, die bevorzugt unterhalb der Elektrode91a angeordnet und mit dieser kontaktiert sind. Die der Durchbruchstruktur10 zugewandte innere Kante der kreisringförmig ausgebildeten Elektrode91a ist in14b gestrichelt dargestellt. - Um die Zündempfindlichkeit der den Hilfsemitter
51a umfassenden Zündstufe richtungsabhängig anzupassen, kann zum einen der Abstand d in radialer Richtung zwischen einer p-dotierten Insel96 und dem oben beschriebenen inneren Umfang der mit dem Hilfsemitter51a kontaktierten Elektrode91a abhängig vom Azimutalwinkel φ variiert werden. Dabei ist der Abstand d bevorzugt in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 am kleinsten und in den Richtungen der Winkelhalbierenden zwischen zwei benachbarten Vorzugsrichtungen V1/V2, V2/V3 und V3/V1 am größ ten. Die p-dotierte Insel96 reduziert abschnittsweise die wirksame Länge des Hilfsemitters. Bei vorhandener p-Insel96 ist die wirksame Länge in dem Beispiel gegeben durch den Abstand zwischen der nicht von der Elektrode91a überdeckten "Kante" des Hilfsemitters91a und der p-Insel. Diese wirksame Länge ist in14a mit13 bezeichnet. Je kleiner der Abstand d zu der Kante der Elektrode91a in dem Beispiel ist, um so geringer ist abschnittsweise die effektive Länge l3 und um so geringer ist die Zündempfindlichkeit. - Zum anderen ist es ebenso möglich, den Winkelabstand Δφ zweier benachbarter p-dotierter Inseln
96 abhängig vom Azimutalwinkel φ anzupassen. Dabei ist der Winkelabstand Δφ zweier benachbarter p-dotierter Inseln96 bevorzugt in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 am kleinsten, um die effektive Länge l3 in möglichst großen Abschnitten zu reduzieren, und in den Richtungen der Winkelhalbierenden zwischen zwei benachbarten Vorzugsrichtungen V1/V2, V2/V3 und V3/V1 am größten. - Der Horizontalschnitt durch derartige p-dotierte Inseln
96 ist, bevorzugt – wie in14b dargestellt – kreisförmig, oder rechteckig. - Die p-dotierten Inseln
96 können bei allen Hilfsemittern sowie beim Hauptemitter des Thyristors in entsprechender Weise eingesetzt werden. Dabei können unterschiedliche Hilfsemitter bzw. der Hauptemitter eine unterschiedliche Anzahl von p-dotierten Inseln96 sowie eine unterschiedliche Abhängigkeit vom Azimutalwinkel φ aufweisen. Außerdem können die Hilfsemitter und der Hauptemitter auch mehrere p-dotierte Inseln aufweisen, die in radialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. -
15a zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors mit einem Hilfsemitter51a , der in eine p-dotierte Basis6 eingebettet und mit einer Elektrode91a kontaktiert ist. Bei diesem Thyristor wird die Zündempfindlichkeit durch Bestrahlen mit Teilchen105 , z.B. mit Silizium, eingestellt. Die Bestrahlung erfolgt mittels einer Maske104 durch deren Öffnung106 auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 . Die Teilchen105 dringen abhängig von ihrer Energie bis zu einer gewissen Tiefe in den Halbleiterkörper1 , insbesondere in den Hilfsemitter51a , ein, wodurch sich der spezifische elektrische Widerstand in dem bestrahlten Gebiet infolge einer Erhöhung Ladungsträgerlebensdauer erniedrigt. Das derart bestrahlte Gebiet wird im folgenden als Kurzschlussstreifen97 bezeichnet. Dieser Kurzschlussstreifen97 ist elektrisch mit der Elektrode91a kontaktiert und erstreckt sich bis zur p-dotierten Basis6 an der der Elektrode91a abgewandten Seite des Hilfsemitters51a . Dadurch überbrückt der Kurzschlussstreifen97 in der betrachteten azimutalen Richtung den nicht von der Elektrode91a überdeckten Abschnitt des Hilfsemitters51a , wodurch die Zündempfindlichkeit in dieser azimutalen Richtung reduziert ist. - Ein Querschnitt durch die aus
15a ersichtliche Ebene G-G' ist in15b dargestellt. Eine Anzahl von Kurzschlussstreifen97 ist, wie anhand von15a beschrieben, an dem im wesentlichen kreisringförmigen Hilfsemitter51a angeordnet. Um die die Zündausbreitung des Thyristors zu homogenisieren, variiert der Winkelabstand Δφ zweier benachbarter Kurzschlussstreifen97 mit dem Azimutalwinkel φ derart, dass der Winkelabstand Δφ in den Vorzugsrichtungen V1, V2, V3 am kleinsten und in den Richtungen der Winkelhalbierenden zwischen zwei benachbarten Vorzugsrichtungen V1/V2, V2/V3 und V3/V1 am größten ist. - Die Kurzschlussstreifen
97 können bei allen Hilfsemittern sowie beim Hauptemitter des Thyristors in entsprechender Weise eingesetzt werden. Dabei können unterschiedliche Hilfsemitter bzw. der Hauptemitter eine unterschiedliche Anzahl von Kurzschlussstreifen97 sowie eine unterschiedliche Abhängigkeit vom Azimutalwinkel φ aufweisen. - Alle vorangehend beschriebenen Maßnahmen zur Homogenisierung der Zündausbreitung können kontinuierlich mit der azimutalen Richtung φ variiert werden, um eine möglichst homogene, im Idealfall von der azimutalen Richtung völlig unabhängige Zündausbreitung zu erreichen.
- Ebenso ist es jedoch möglich, diese Maßnahmen nur in einem bestimmten Winkelbereich, beispielsweise in Winkelbereichen von ±5° oder ±10° um jede Vorzugsrichtung vorzunehmen, wenn eine Annäherung an den Idealfall für den betreffenden Anwendungsfall ausreichend ist.
- Die beschriebenen Merkmale zum Erzielen einer homogenen Zündausbreitung eines Thyristors, d.h. die verschiedenen Widerstandszonen sowie die Hilfsemitter mit ihren unterschiedlichen Geometrien, die p-dotierten Inseln, die Kurzschlussstreifen, können jeweils für sich, aber auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert eingesetzt werden. Dabei weisen die Widerstandszonen, die Hilfsemitter bzw. die Elektroden, die p-dotierten Inseln und Kurzschlussstreifen sowie deren Winkelabstände bevorzugt dieselbe Rotationssymmetrie um eine zur Vorderseite des Halbleiterkörpers senkrechte Symmetrieachse auf wie der Halbleiterkörper selbst.
-
- 1
- Halbleiterkörper
- 5
- n-dotierter Hauptemitter
- 6
- p-dotierte Basis
- 7
- n-dotierte Basis
- 8
- p-dotierter Emitter
- 10
- Durchbruchstruktur
- 11
- Vorderseite des Halbleiterkörpers
- 12
- Rückseite des Halbleiterkörpers
- 51, 51a-c
- n-dotierter Hilfsemitter
- 61, 62
- gekrümmte Abschnitte der p-dotierten Basis
- 63
- schwächer p-dotierte Zone der p-dotierten Basis
- 64
- Widerstandszone
- 65, 66
- Abschnitte der p-dotierten Basis
- 71
- Abschnitt der n-dotierten Basis
- 80
- p-dotierte Schicht
- 91, 91a-c
- Elektrode
- 95
- Gateanschluss
- 96
- p-dotierte Insel
- 97
- Kurzschlussstreifen
- 100, 101, 104
- Maske
- 102, 103, 106
- Öffnung der Maske
- 105
- Teilchen
- d1, d2
- Dicke der p-dotierten Basis
- l
- Länge des
Abschnitts
71 - l0
- maximale
Länge des
Abschnitts
71 - l1, l2, l3
- wirksame Länge Hilfsemitter in Vorzugsrichtung
- l4, l5, l6
- Länge Elektrode
- R64
- spezifischer elektrischer Widerstand
- V1–V4
- Vorzugsrichtungen
- φ
- Azimutwinkel
- 84
- Wiederstandszone
- a
- Abstand Hauptemitter-Elektrode
- l64
- Länge der Wiederstandszone
- ZS1, ZS2, ZS3
- Zündstufen
Claims (22)
- Thyristor, der folgende Merkmale aufweist: – einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (
1 ) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordnete Zündstruktur (10 ,95 ), und – zumindest eine in der p-dotierten Basis zwischen der Zündstruktur (10 ,95 ) und dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausgebildete Widerstandszone (64 ), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Widerstandszone (64 ) einen richtungsabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand (R64) aufweist, der von der Orientierung der Kristallgitterstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper (1 ) abhängt und der so gewählt ist, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich ausgehend von der Zündstruktur (10 ,95 ) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen bis zum n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der Zündausbreitungsrichtung ist. - Thyristor nach Anspruch 1, bei dem der Wert des spezifischen elektrischen Widerstands (R64) der Widerstandszone (
64 ) durch die Dicke (d2) der p-dotierten Basis (6 ) in vertikaler Richtung bestimmt ist. - Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Widerstandszone (
64 ) eine Dotierung aufweist, die sich von der Dotierung der an die Widerstandszone (64 ) angrenzenden Abschnitte (65 ,66 ) der p-dotierten Basis (6 ) unterscheidet. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Länge (l64) der Widerstandszone (
64 ) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (1 ) abhängig von der lateralen Richtung sowie von der Orientierung der Kristallgitterstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper (1 ) ist. - Thyristor nach Anspruch 4, bei dem die Länge (l64) der Widerstandszone (
64 ) eine Rotationssymmetrie um eine 3-zählige oder 4-zählige vertikale Drehachse aufweist. - Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (111)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der spezifische elektrische Widerstand (R64) der Widerstandszone (64 ) in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen größer ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (100)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der spezifische elektrische Widerstand (R64) der Widerstandszone (64 ) in den lateralen Richtungen (001), (010), (001) und (010) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen größer ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor, der folgende Merkmale aufweist: – einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (
1 ) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordnete Zündstruktur (10 ,95 ), und – eine an der Vorderseite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) angeordnete Elektrode (9 ), die mit dem Hauptemitter (5 ) elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptemitter (5 ) in der lateralen Richtung (r) eine wirksame Länge aufweist, die entweder durch die Länge des Hauptemitters (5 ) in der lateralen Richtung (r), oder – falls der Hauptemitter (5 ) in der lateralen Richtung (r) eine Kurzschlussstruktur aufweist – durch den Abstand zwischen der der Zündstruktur (10 ,95 ) zugewandten Seite des Hauptemitters (5 ) und der Kurzschlussstruktur gegeben ist, die von der Orientierung der Kristallgitterstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper (1 ) abhängt und die abhängig von der lateralen Zündausbreitungsrichtung so gewählt ist, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich von der Zündstruktur (10 ,95 ) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen bis zum n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der lateralen Zündausbreitungsrichtung ist. - Thyristor nach Anspruch 8, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (111)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem die wirksame Länge des n-dotierten Hauptemitters (5 ) in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen größer ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor nach Anspruch 8, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (100)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem die wirksame Länge des n-dotierten Hauptemitters (5 ) in den lateralen Richtungen (001), (010), (001) und (010) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen größer ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor, der folgende Merkmale aufweist: – einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (
1 ) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordnete Zündstruktur (10 ,95 ), – wenigstens einen zwischen der Zündstruktur (10 ,95 ) und dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordneten, n-dotierten Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ), und – wenigstens eine an der Vorderseite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) angeordnete Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ), wobei jede Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ) mit einem Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) in einer lateralen Zündausbreitungsrichtung des Halbleiterkörpers (1 ) eine wirksame Länge (l1, l2, l3) aufweist, die durch die Länge des Hilfsemitters (5 ) in der lateralen Zündausbreitungsrichtung (r) gegeben ist und die abhängig von der Orientierung der Kristallgitterstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper (1 ) so gewählt ist, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich von der Zündstruktur (10 ,95 ) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen bis zum n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der lateralen Zündausbreitungsrichtung ist. - Thyristor nach Anspruch 11, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (111)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem die wirksame Länge (l1, l2, l3) des wenigsten einen n-dotierten Hilfsemitters (51 ,51a ,51b ,51c ) in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor nach Anspruch 11, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (100)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem die wirksame Länge (l1, l2, l3) des wenigstens einen n-dotierten Hilfsemitters (51 ,51a ,51b ,51c ) in den lateralen Richtungen (001), (010), (001) und (010) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor, der folgende Merkmale aufweist: – einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (
1 ) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordnete Zündstruktur (10 ,95 ), und – wenigstens eine an der Vorderseite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) angeordnete Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ,9 ), die mit dem Hauptemitter (5 ) oder mit einem zwischen dem Hauptemitter (5 ) und der Zündstruktur (10 ,95 ) angeordneten, n-dotierten Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (1 ) mit Teilchen bestrahlte Abschnitte (97 ) aufweist, die elektrisch mit der Elektrode und mit dem Abschnitt der p-dotierten Basis (6 ), der auf der der Zündstruktur (10 ,95 ) zugewandten Seite des Hauptemitters (5 ) und/oder des wenigstens einen Hilfsemitters (51 ,51a ,51b ,51c ) angeordnet ist, kontaktiert sind und die abhängig von einer lateralen Richtung so angeordnet sind, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich von der Zündstruktur (10 ,95 ) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen zum n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der lateralen Zündausbreitungsrichtung ist. - Thyristor nach Anspruch 14, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (111)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der Winkelabstand (Δφ) zweier benachbarter mit Teilchen bestrahlter Abschnitte (97 ) in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor nach Anspruch 14, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (100)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der Winkelabstand (Δφ) zweier benachbarter mit Teilchen bestrahlter Abschnitte (97 ) in den lateralen Richtungen lateralen Richtungen (001), (010), (001) und (010) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor, der folgende Merkmale aufweist: – einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (
1 ) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordnete Zündstruktur (10 ,95 ), und – wenigstens eine mit einem an der Vorderseite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) angeordnete Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ,9 ), die mit dem Hauptemitter (5 ) oder einem zwischen dem Hauptemitter (5 ) und der Zündstruktur (10 ,95 ) angeordneten Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptemitter (5 ) und/oder der wenigstens eine Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) p-dotierte Inseln (96 ) aufweist, die elektrisch sowohl mit der Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ,9 ) als auch mit dem unter dem Hauptemitter (5 ) und/oder dem unter dem wenigstens einen Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) angeordneten Abschnitt der p-dotierten Basis (6 ) kontaktiert sind, wobei die p-dotierten Inseln (96 ) so angeordnet sind, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich von der Zündstruktur (10 ,95 ) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen zum n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der lateralen Zündausbreitungsrichtung ist. - Thyristor nach Anspruch 17, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (111)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der Winkelabstand (Δφ) zweier benachbarter, p-dotierter Inseln (96 ) in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor nach Anspruch 17, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (100)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der Winkelabstand (Δφ) zweier benachbarter, p-dotierter Inseln (96 ) in den lateralen Richtungen (001), (010), (001) und (010) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor, der folgende Merkmale aufweist: – einen im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörper (
1 ) mit einer Kristallgitterstruktur, in dem in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – eine in lateraler Richtung beabstandet zu dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordnete Zündstruktur (10 ,95 ), – wenigstens einen zwischen der Zündstruktur (10 ,95 ) und dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) angeordneten, n-dotierten Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ), und – wenigstens eine an der Vorderseite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) angeordnete Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ), wobei jede Elektrode (91 ,91a ,91b ,91c ) mit einem Hilfsemitter (51 ,51a ,51b ,51c ) elektrisch kontaktiert ist, – zumindest eine unterhalb des wenigstens einen Hilfsemitters ((51 ,51a ,51b ,51c ) angeordnete Widerstandszone (84 ), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Widerstandszone (84 ) einen richtungsabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der von der Orientierung der Kristallgitterstruktur in Bezug auf den Halbleiterkörper (1 ) abhängt und der so gewählt ist, dass die Laufzeit eines Zündimpulses, der sich ausgehend von der Zündstruktur (10 ,95 ) in verschiedene laterale Zündausbreitungsrichtungen bis zum n-dotierten Hauptemitter (5 ) ausbreitet, im wesentlichen unabhängig von der Zündausbreitungsrichtung ist. - Thyristor nach Anspruch 20, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (111)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der spezifische elektrische Widerstand der Widerstandszone (84 ) in den lateralen Richtungen (211), (121) und (112) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen. - Thyristor nach Anspruch 20, bei dem die Vorderseite (
11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) identisch ist mit der (100)-Ebene oder einer kristallographisch dazu äquivalenten Ebene und bei dem der spezifische elektrische Widerstand (R64) der Widerstandszone (84 ) in den lateralen Richtungen (001), (010), (001) und (010) oder in kristallographisch dazu äquivalenten lateralen Richtungen kleiner ist als in den anderen lateralen Richtungen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004040524A DE102004040524B4 (de) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004040524A DE102004040524B4 (de) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004040524A1 DE102004040524A1 (de) | 2006-02-23 |
DE102004040524B4 true DE102004040524B4 (de) | 2006-06-29 |
Family
ID=35721543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102004040524A Expired - Fee Related DE102004040524B4 (de) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102004040524B4 (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2422748C3 (de) * | 1974-05-10 | 1978-10-19 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Thyristor |
JPS583284A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-10 | Toshiba Corp | サイリスタ |
US4651188A (en) * | 1984-05-29 | 1987-03-17 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Semiconductor device with specifically oriented control layer |
WO2000051187A1 (de) * | 1999-02-22 | 2000-08-31 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum einstellen der durchbruchspannung eines thyristors |
-
2004
- 2004-08-20 DE DE102004040524A patent/DE102004040524B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2422748C3 (de) * | 1974-05-10 | 1978-10-19 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Thyristor |
JPS583284A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-10 | Toshiba Corp | サイリスタ |
US4651188A (en) * | 1984-05-29 | 1987-03-17 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Semiconductor device with specifically oriented control layer |
WO2000051187A1 (de) * | 1999-02-22 | 2000-08-31 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum einstellen der durchbruchspannung eines thyristors |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Schultze, H.J., u.a.: Realization of a High-Vol- tage Planar Junction Termaination for Power Devic- es. In: Solid-State Electronics, 1989, Vol.32, No. 2, Pergamon Press, S. 175-176 |
Schultze, H.J., u.a.: Realization of a High-Vol- tage Planar Junction Termaination for Power Devic-es. In: Solid-State Electronics, 1989, Vol.32, No. 2, Pergamon Press, S. 175-176 * |
VOSS, P.: Observation of the Initial Phases of Thyristor Turn-On. In: Solid-State Electronics, 1974, Vol. 17, Pergamon Press, S. 879-880. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102004040524A1 (de) | 2006-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007057728B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Kurzschlusstruktur | |
DE102005026408B3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Stoppzone in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer Stoppzone | |
DE102006001252B4 (de) | Bipolares Leistungshalbleiterbauelement mit einem p-Emitter und höher dotierten Zonen in dem p-Emitter und Herstellungsverfahren | |
EP0343369A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Thyristors | |
DE19640311B4 (de) | Halbleiterbauelement mit Lateralwiderstand und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP1611613B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements | |
DE2712114C2 (de) | Schaltbare Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE102004059453A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
EP0931351B1 (de) | Thyristor mit durchbruchbereich | |
DE10240107A1 (de) | Randabschluss für Leistungshalbleiterbauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und mit dem Verfahren hergestellte Diode | |
EP0002840B1 (de) | Kathodenseitig steuerbarer Thyristor mit einer Anodenzone aus zwei aneinandergrenzenden Bereichen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit | |
EP1017093A1 (de) | Leistungshalbleiterelement und Verfahren zur Herstellung | |
DE3832208A1 (de) | Steuerbares leistungshalbleiterbauelement | |
DE102004040524B4 (de) | Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten | |
EP0577623B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Thyristors mit einstellbarer Kippspannung | |
DE2722517C2 (de) | ||
DE102009045216B4 (de) | Thyristor mit verbesserter Robustheit gegen ein Abkommutieren mit hoher Stromsteilheit kurz nach einem Zündereignis und Verfahren zur Herstellung eines solchen Thyristors | |
DE3405549A1 (de) | Ueberspannungsgeschuetzter thyristor und verfahren zu seiner herstellung | |
EP1218924A2 (de) | Thyristor mit integriertem freiwerdezeitschutz und herstellungsverfahren dafür | |
DE2438894C3 (de) | Thyristor mit Kurzschlußemitter | |
DE102004011234B4 (de) | Verfahren zur Verringerung der Zündempfindlichkeit eines Thyristors | |
DE102004042163B4 (de) | Asymmetrischer Thyristor mit integriertem Freiwerdeschutz | |
DE10231199A1 (de) | Halbleiterbauelement | |
DE102004009087B4 (de) | Verfahren zum Einstellen der Durchbruchspannung eines Thyristors | |
DE2346256A1 (de) | Thyristor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ON | Later submitted papers | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: BAUER-VORBERG-KAYSER, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES BIPOLAR GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE Effective date: 20131126 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE BAUER VORBERG KAYSER PARTNERSCH, DE Effective date: 20131126 Representative=s name: LOHMANNS, BERNARD, DIPL.-PHYS., DE Effective date: 20131126 Representative=s name: BAUER-VORBERG-KAYSER, DE Effective date: 20131126 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: LOHMANNS, BERNARD, DIPL.-PHYS., DE |
|
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |