DE102006000903B4 - Thyristor mit Zündstufenstruktur, Verfahren zu seiner Herstellung und Thyristorsystem mit einem derartigen Thyristor - Google Patents
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Abstract
– einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) angeordnet sind,
– einer Zündeinrichtung (40),
– einer ersten Zündstufe (ZS1), die die der Zündeinrichtung (40) nächstgelegene Zündstufe (ZS1) ist, die in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) zwischen der Zündeinrichtung (40) und dem Hauptemitter (5) angeordnet ist und die einen n-dotierten Zündstufenemitter (51) umfasst, und
– einer in der vertikalen Richtung (v) zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten Zündstufenemitter (51) und der n-dotierten Basis (7) angeordneten Gitterfehlerzone (13), in der die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers (1) lokal erhöht ist, die sich in der lateralen Richtung (r) wenigstens abschnittsweise über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte Zündstufenemitter (51) und die ausschließlich unterhalb des n-dotierten Zündstufenemitters (51) angeordnet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thyristor mit einem integrierten Freiwerdeschutz und/oder einem integrierten dU/dt-Schutz und/oder mit integriertem Überkopfzündschutz.
- Beim Abschalten eines Thyristors befindet sich in dessen Halbleiterkörper noch eine relativ hohe Anzahl freier Ladungsträger, die erst innerhalb einer sogenannten Freiwerdezeit soweit abgebaut werden, bis der Thyristor schließlich zuverlässig sperrt.
- Unterliegt der Thyristor jedoch innerhalb der sogenannten Freiwerdezeit einer impulsartigen Spannungsbelastung, so kann es infolge einer noch sehr hohen Anzahl freier Ladungsträger im Halbleiterkörper zu einem unkontrollierten Zünden des Thyristors kommen. Dabei können sich Stromfilamente bilden, die eine derart hohe Stromdichte aufweisen, dass der Thyristor zerstört wird.
- Des Weiteren hängt das Zündverhalten eines Thyristors von der Anstiegsgeschwindigkeit der am Thyristor anliegenden Spannung ab (dU/dt-Empfindlichkeit), wobei die Zündempfindlichkeit mit zunehmender Anstiegsgeschwindigkeit ansteigt.
- Bei einem Thyristor mit Zündstufenstruktur hängen die Freiwerdezeit und die Zündempfindlichkeit insbesondere von der Ausgestaltung des Thyristors im Bereich der ersten Zündstufe, vor allem von dessen Dotierstoffkonzentrationen in diesem Bereich, ab.
- Thyristoren mit Zündstufenstruktur können daher Freiwerde- bzw. dU/dt-Schutzfunktionen aufweisen. Solche Thyristoren sind beispielsweise in H.-J. Schulze, et al.: ”High-voltage Thyristors for HVDC and Other Applications: Light-triggering Combined with self-protection Functions”, PCIM Proceedings (Shanghai) 2003, beschrieben.
- Der Nachteil solcher Freiwerdeschutz- und/oder dU/dt-Schutzfunktionen besteht darin, dass sich deren Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur des Thyristors verändern.
- Von dieser Problematik sind neben Leistungsthyristoren insbesondere auch zur Ansteuerung von Leistungsthyristoren vorgesehene Ansteuerthyristoren betroffen, da sie im Allgemeinen bei einer niedrigeren Temperatur betrieben werden als Leistungsthyristoren.
- Aus der
WO 00/25357 A1 - Die
DE 10 2004 011 234 A1 zeigt ein Verfahren zur Einstellung der Zündempfindlichkeit eines Thyristors mit Zündstufenstruktur. Die Zündstufenstruktur umfasst eine oder mehrere Zündstufen mit jeweils einem n-dotierten Hilfsemitter. Um die Zündempfindlichkeit einer Zündstufe einzustellen, werden abschnittweise Teilchen in den Hilfsemitter eingebracht, um dessen elektrische Eigenschaften zu ändern. - Die
US 4,165,517 A beschreibt ein Verfahren, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer im Gate-Bereich eines Thyristors gegenüber den anderen Bereichen erhöht wird. Hierzu wird gemäß einer ersten Alternative der gesamte Thyristor mit Elektronen bestrahlt, um Gitterdefekte zu erzeugen und damit die Ladungsträgerlebensdauer zu reduzieren. Anschließend werden die Gitterdefekte im Gatebereich mittels eines Temperschrittes lokal ausgeheilt und dadurch die Ladungsträgerlebensdauer lokal wieder angehoben. Gemäß einer weiteren Alternative erfolgt eine Elektronenbestrahlung des Thyristors und damit einhergehend eine Absenkung des Ladungsträgerlebensdauer nur außerhalb des Gatebereichs. - Aus der
DE 1 935 164 A sowie aus derUS 5,861,639 A ist ein Thyristorsystem mit einem Hauptthyristor und einem Steuerthyristor bekannt, welche in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind. Die Anoden des Hauptthyristors und des Steuerthyristors sind elektrisch miteinander verbunden. Außerdem ist der Steueranschluss des Hauptthyristors elektrisch mit dem n-dotierten Emitter des Steuertransistors verbunden. - In der
DE 196 40 311 A1 ist ein Thyristor mit Lateralwiderstand beschrieben. Der Lateralwiderstand ist in der p-dotierten Basis des Thyristors zwischen benachbarten Zündstufen angeordnet. Der Lateralwiderstand wird durch eine Bestrahlung erzeugt, aufgrund der sich Kristallgitterfehler ausbilden. Die Temperaturabhängigkeit des Lateralwiderstandes ist dabei gegenüber einem unbestrahlten Thyristor reduziert. - Aus der
EP 0 505 176 A1 ist es bekannt, dass die Zündempfindlichkeit einer Zündstufe vom elektrischen Widerstand des unterhalb des Zündstufenemitters der Zündstufe angeordneten Abschnitts der p-Basis abhängt. - Die
WO 00/51187 A1 - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Thyristor bereitzustellen, der einen Freiwerdeschutz und/oder einen dU/dt-Schutz mit verringerter Temperaturabhängigkeit aufweist. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Thyristors sowie eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Thyristor aufzuzeigen.
- Diese Aufgaben werden durch einen Thyristor gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Thyristors gemäß Patentanspruch 24, sowie durch ein Thyristorsystem gemäß Patentanspruch 49 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Ein erfindungsgemäßer Thyristor weist einen Halbleiterkörper auf, in dem in einer vertikalen Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter, eine n-dotierte Basis, eine p-dotierte Basis und ein n-dotierter Hauptemitter angeordnet sind.
- Des Weiteren ist in dem Thyristor eine Zündeinrichtung vorgesehen, die beispielsweise als Durchbruchsdiode ausgebildet sein kann und somit als Überkopfzündschutz dient. Die Funktionsweise dieser Schutzfunktion ist in H.-J. Schulze et al.: ”Hochleistungsthyristoren und Verfahren zur Realisierung eines Überkopfzündschutzes für Hochleistungsthyristoren”, PCIM Proceedings 1996, Seiten 465–472, ausführlich beschrieben.
- Die gezielte Zündung dieser Zündeinrichtung im Betrieb kann z. B. durch Lichteinstrahlung auf den Halbleiterkörper im Bereich der Zündeinrichtung oder durch einen Spannungspuls, der über einen Gatekontakt eingeprägt wird, erfolgen.
- In einer zur vertikalen Richtung senkrechten lateralen Richtung ist zwischen der Zündeinrichtung und dem n-dotierten Hauptemitter eine erste Zündstufe mit einem n-dotierten ersten Zündstufenemitter angeordnet. Optional können zusätzlich zur ersten Zündstufe noch weitere Zündstufen zwischen der Zündeinrichtung und dem n-dotierten Hauptemitter vorgesehen sein.
- Im Falle von mehreren Zündstufen ist die erste Zündstufe die der Zündeinrichtung in Richtung des n-dotierten Hauptemitters nächstgelegene Zündstufe.
- Die Freiwerdezeit des Thyristors, dessen dU/dt-Empfindlichkeit sowie die Temperaturempfindlichkeit dieser Größen hängen insbesondere davon ab, wie der elektrische Widerstand der p-dotierten Basis im Zentralbereich des Thyristors und damit auch im Bereich der ersten Zündstufe ausgestaltet ist.
- Die Zündempfindlichkeit der ersten Zündstufe des Thyristors ist insbesondere durch die Spannung bestimmt, die in der lateralen Richtung bei einer bestimmten Stromdichte am ersten Zündstufenemitter abfällt. Diese Spannung hängt vor allem vom elektrischen Widerstand des unterhalb des ersten Zündstufenemitters befindlichen Abschnitts der p-dotierten Basis ab.
- Allgemein hängt der elektrische Widerstand einer Halbleiterzone ganz wesentlich von der Beweglichkeit der freien Ladungsträger und damit von der Anzahl der darin befindlichen Kristallgitterfehler, Phononen und Dotierstoffatome ab. Dabei wird die Temperaturempfindlichkeit des elektrischen Widerstandes durch Phononen verursacht, da mit zunehmender Temperatur der Halbleiterzone vermehrt Phononen erzeugt werden, während die Anzahl der Kristallgitterfehler und der Dotierstoffatome temperaturunabhängig ist.
- Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, in einem Bereich, der die Freiwerdezeit, die dU/dt-Empfindlichkeit sowie die Überkopfzündspannung des Thyristors vorrangig bestimmt, und der sich üblicherweise etwa von der Zündstruktur bis zum Ende des ersten Zündstufenemitters erstreckt, die Dichte von Kristallgitterfehlern im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Thyristor zu erhöhen und somit die Temperaturabhängigkeit dieser integrierten Schutzfunktionen zu verringern.
- Hierzu ist eine Gitterfehlerzone vorgesehen, die in der vertikalen Richtung zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten ersten Zündstufenemitter und der n-dotierten Basis angeordnet ist. Außerdem ist die Gitterfehlerzone ausschließlich unterhalb des n-dotierten Zündstufenemitters der ersten Zündstufe angeordnet. In dieser Gitterfehlerzone, die sich in der lateralen Richtung wenigstens über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte erste Zündstufenemitter, ist die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers lokal erhöht.
- Um den hierdurch im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Thyristor erhöhten elektrischen Widerstand auszugleichen, kann außerdem optional in diesem Bereich die Dotierstoffdosis erhöht werden.
- Durch die Erhöhung der Kristallgitterfehler-Dichte ändert sich jedoch auch die Zündempfindlichkeit des ersten Zündstufenemitters. Infolge des durch die erhöhte Kristallgitterfeh ler-Dichte erhöhten Widerstandes des unterhalb des ersten Zündstufenemitters angeordneten Abschnitts der p-dotierten Basis steigt auch die bei einer bestimmten Stromdichte in der lateralen Richtung am Zündstufenemitter abfallende Spannung.
- Um diesen erhöhten Spannungsabfall wieder auf den üblichen Wert abzusenken, kann zum Einen die Dotierstoffkonzentration der p-dotierten Basis unterhalb des ersten Zündstufenemitters im Vergleich zu einem herkömmlichen Thyristor erhöht werden. Zum Anderen kann hierzu der erste Zündstufenemitter im Vergleich zu einem entsprechenden Zündstufenemitter eines herkömmlichen Thyristors in der lateralen Richtung verkürzt hergestellt werden.
- Ein erfindungsgemäßer Thyristor weist also eine Gitterfehlerzone auf, in der die Kristallgitterfehler-Dichte im Halbleiterkörper lokal erhöht ist. Hierbei wird die Beweglichkeit der Ladungsträger in der Gitterfehlerzone auf einen Wert reduziert, der zwischen 5% und 80%, vorzugsweise zwischen 10% und 50% des Ausgangswertes liegt. Der Ausgangswert ist dabei der Wert, der der Beweglichkeit des abgesehen von den Dotierstoffen weitgehend ungestörten Kristalls entspricht.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors in perspektivischer Ansicht, -
2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt des in1 dargestellten Thyristors, -
3 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper, der eine schwache n-Grunddotierung aufweist und der zur Herstellung eines Thyristors gemäß2 vorgesehen ist, -
4 den Halbleiterkörper gemäß3 nach Herstellung eines p-dotierten Emitters und einer Vorstufe der p-dotierten Basis, -
5 den Halbleiterkörper gemäß4 nach der Herstellung einer weiteren Vorstufe der p-dotierten Basis, -
6 den Halbleiterkörper gemäß5 nach der Herstellung der p-dotierten Basis mit ihren ersten, zweiten und dritten Abschnitten, sowie nach der Herstellung des p-dotierten Hauptemitters sowie mehrerer Zündstufenemitter, -
7 einen vergrößerten Abschnitt des Halbleiterkörpers des Thyristors gemäß2 , bei dem im Halbleiterkörper eine Gitterfehlerzone hergestellt wird, und bei dem im ersten Abschnitt der p-dotierten Basis eine Widerstandszone erzeugt wird, -
8 eine Thyristor entsprechend7 , bei dem die Gitterfehlerzone unterhalb des Zündstufenemitters der ersten Zündstufe von der n-dotierten Basis beabstandet ist, -
9 einen vergrößerten Abschnitt eines Thyristors, bei dem die Gitterfehlerzone in vertikaler Richtung abschnittweise sowohl im n-dotierten Zündstufenemitter der ersten Zündstufe als auch in der n-dotierten Basis angeordnet ist und sich in der lateralen Richtung über den Zündstufenemitter der ersten Zündstufe hinaus erstreckt, und -
10 einen Thyristor gemäß9 , bei dem die Gitterfehlerzone eine Teilzone aufweist, die in der p-dotierten Basis angeordnet ist, und -
11 einen Thyristor entsprechend9 , bei dem die Gitterfehlerzone mindestens so weit von dem durch die p-dotierte Basis und die n-dotierte Basis ausgebildeten pn-Übergang beabstandet ist wie die Grenze der Raumladungszone, die sich bei einer vom Thyristor maximal gehaltenen Kippspannung einstellt, und -
12 ein Thyristorsystem mit einem Hauptthyristor, der von einem Ansteuerthyristor angesteuert wird, wobei der Ansteuerthyristor entsprechend einem erfindungsgemäßen Thyristor ausgebildet ist. - In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Funktion.
-
1 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors in perspektivischer Ansicht. - Der Thyristor umfasst einen Halbleiterkörper
1 mit einer Vorderseite11 und einer dieser gegenüberliegenden Rückseite12 . Zwischen der Rückseite12 und der Vorderseite11 sind in dem Halbleiterkörper1 aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter8 , eine n-dotierte Basis7 , eine p-dotierte Basis6 und ein n-dotierter Hauptemitter5 angeordnet. - Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterkörper
1 mit Ausnahme von Kathodenkurzschlüssen65 , die im Bereich des Hauptemitters5 angeordnet sind, rotationssymmetrisch um eine in der vertikalen Richtung v verlaufende Achse A-A' ausgebildet. - Die Kathodenkurzschlüsse
65 sind dadurch gebildet, dass sich die p-dotierte Basis6 abschnittweise säulenartig bis zur Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 erstreckt. Sie gewährleisten, dass der Thyristor auch bei einer großen Anstiegsgeschwindigkeit der Thyristorspannung (dU/dt-Belastung) nicht vor dem Erreichen der statischen Kippspannung unkontrolliert zündet. - Die p-dotierte Basis
6 weist optional einen ersten Abschnitt61 , einen zweiten Abschnitt62 , einen dritten Abschnitt63 und einen vierten Abschnitt64 auf. Der dritte Abschnitt63 ist in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten lateralen Richtung r zwischen dem ersten Abschnitt61 und dem zweiten Abschnitt62 angeordnet, weist jedoch eine schwächere Netto-p-Dotierstoffkonzentration auf als der erste Abschnitt61 . - Alternativ dazu kann das gemeinsame Gebiet aus dem ersten Abschnitt
61 und dem dritten Abschnitt63 oder sogar die gesamte p-dotierte Basis6 dieselbe Netto-p-Dotierstoffkonzentration aufweisen. Der erste, zweite und dritte Abschnitt61 ,62 ,63 der p-Basis können mittels eines gemeinsamen Herstellungsverfahrens, beispielsweise mittels eines Diffusionsverfahrens zur Eindiffusion von p-Dotierstoffatomen, hergestellt werden. Ein Gradient der Dotierungskonzentration der p-Basis in lateraler Richtung r ist dann innerhalb der p-Basis6 , d. h. beabstandet zu dem pn-Übergang zwischen der p-Basis6 und der n-Basis7 gleich Null. Im Bereich des pn-Übergangs nimmt die p-Dotierung in Richtung der n-Basis7 hingegen unvermeidlich ab. - Zwischen dem zweiten Abschnitt
62 und dem dritten Abschnitt63 erstreckt sich ein Abschnitt71 der n-dotierten Basis7 weiter in Richtung der Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 als in den übrigen Bereichen des Halbleiterkörpers1 . - Außerdem ist zwischen dem Abschnitt
71 der n-dotierten Basis7 und dem zweiten Abschnitt62 sowie dem dritten Abschnitt63 ein pn-Übergang42 mit gekrümmten Abschnitten ausgebildet. Dieser pn-Übergang42 bildet eine Durchbruchsdiode40 (BOD = Break Over Diode), durch die die Durchbruchspannung des Thyristors festgelegt ist. - Eine Zündung des Thyristors kann dadurch erfolgen, dass Licht, insbesondere Infrarotlicht, im Bereich der Durchbruchstruktur
40 auf die Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 eingestrahlt wird. - In der lateralen Richtung r ist zwischen der Durchbruchsdiode
40 und dem n-dotierten Hauptemitter5 eine Zündstufenstruktur mit beispielhaft vier Zündstufen ZS1, ZS2, ZS3 und ZS4 angeordnet. Jede der Zündstufen ZS1–ZS4 umfasst einen Zündstufenemitter51 ,52 ,53 bzw.54 , der sich ausgehend von der Vorderseite11 in den Halbleiterkörper1 hinein erstreckt. Der der Zündstruktur40 nächstgelegene und vom n-dotierten Hauptemitter5 am weitesten beabstandete erste Zündstufenemitter51 bildet mit dem schwach p-dotierten dritten Abschnitt63 der p-dotierten Basis6 einen pn-Übergang41 , mit dem ersten Abschnitt61 einen weiteren pn-Übergang43 aus. - Jeden der Zündstufenemitter
51 ,52 ,53 ,54 kontaktiert eine auf der Vorderseite11 des Halbleiterkörpers1 angeordnete Elektrode91 ,92 ,93 bzw.94 , die den betreffenden Zündstufenemitter51 –54 auf dessen dem Hauptemitter5 zugewandter Seite überragt. Die Elektroden91 ,92 ,93 ,94 sind vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, oder aus Polysilizium gebildet. - Auf der Vorderseite
11 ist eine metallische Kathodenelektrode9 angeordnet, die den Hauptemitter5 elektrisch kontaktiert und die im Bereich der Durchbruchstruktur40 sowie im Bereich der Zündstufenstruktur ZS1, ZS2, ZS3 und ZS4 ausgespart ist. - Der Kathodenelektrode
9 gegenüberliegend ist auf der Rückseite12 eine Anodenelektrode10 angeordnet, die den p-dotierten Emitter8 kontaktiert. - Zwischen der Zündstruktur
40 und dem Hauptemitter5 ist in der p-dotierten Basis6 im Bereich der Zündstufenstruktur ZS1, ZS2, ZS3 und ZS4 noch ein symbolisch dargestellter Late ralwiderstand66 zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Zünden des Thyristors angeordnet. - Zur mechanischen Stabilisierung ist der Halbleiterkörper
1 mit der Elektrode10 auf eine Molybdänschicht2 aufgebracht, die mit der Anodenelektrode10 auf deren dem Halbleiterkörper1 abgewandten Seite verbunden ist. - Der schwach p-dotierte Abschnitt
63 der p-dotierten Basis6 ist in der lateralen Richtung r zwischen dem Abschnitt71 der n-dotierten Basis7 und dem ersten Abschnitt61 der p-dotierten Basis6 angeordnet. Zwischen dem dritten Abschnitt63 und dem ersten Abschnitt61 der p-dotierten Basis6 verläuft eine Grenzfläche31 . - In einer Gitterfehlerzone
13 , die sich in der lateralen Richtung r wenigstens über die Länge des ersten Zündstufenemitters51 der ersten Zündstufe ZS1 erstreckt, weist der Halbleiterkörper1 eine lokal erhöhte Dichte an Kristallgitterfehlern auf. Die Gitterfehlerzone13 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest abschnittweise in dem schwach p-dotierten dritten Abschnitt63 der p-dotierten Basis6 angeordnet. - Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Gitterfehlerzone
13 in vertikaler Richtung v durchgehend vom ersten beabstandeten Zündstufenemitter51 bis zur n-dotierten Basis7 . - Die lokal erhöhte Dichte von Kristallgitterfehlern in der Gitterfehlerzone
13 bewirkt dort eine Reduzierung der Beweglichkeit der freien Ladungsträger und damit einhergehend eine Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes in der Gitterfehlerzone13 , insbesondere in dem schwach p-dotierten dritten Abschnitt63 der p-dotierten Basis6 . - Um dieser Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes in der Gitterfehlerzone
13 entgegenzuwirken, kann die Netto-Dotierstoffkonzentration des dritten Abschnitts63 der p-dotierten Basis6 höher gewählt werden als bei einem Thyristor gemäß dem Stand der Technik, der denselben Aufbau, jedoch keine lokale Erhöhung der Kristallgitterfehler-Dichte im dritten Abschnitt63 der p-dotierten Basis6 aufweist. - Die lokale Erhöhung der Dichte von Kristallgitterfehlern in der Gitterfehlerzone
13 wird bevorzugt dadurch realisiert, dass in den Halbleiterkörper1 ausgehend von der Vorderseite11 Teilchen eingestrahlt werden, die die Kristallgitterstruktur in der Gitterfehlerzone13 schädigen. - Der Grad der Schädigung hängt dabei insbesondere von der Größe der Teilchen und von der gewählten Bestrahlungsdosis ab. Die Bestrahlungsenergie sollte bevorzugt so gewählt werden, dass in der vertikalen Richtung v ein möglichst großer, insbesondere unterhalb des ersten Zündstufenemitters
51 gelegener Bereich der p-dotierten Basis6 geschädigt wird. Optional besteht die Möglichkeit, auch solche Bereiche des p-Emitters zu bestrahlen, die unter weiteren Zündstufenemittern52 ,53 ,54 liegen. - Das Einstrahlen von Teilchen erfolgt bevorzugt nach der Herstellung der Kathodenelektrode
9 sowie der Elektroden91 ,92 ,93 ,94 . Grundsätzlich kann das Einstrahlen der Teilchen jedoch auch vor der Herstellung der Kathodenelektrode9 und der Elektroden91 ,92 ,93 ,94 erfolgen. -
2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Thyristor gemäß1 aus dessen Zentralbereich mit der gesamten Zündstufenstruktur ZS1, ZS2, ZS3, ZS4. - Nachfolgend wird die Herstellung eines Thyristors gemäß
2 anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. - Wie aus
3 ersichtlich ist, wird hierzu zunächst ein Halbleiterkörper1 , beispielsweise ein Silizium-Wafer, bereitgestellt. - Der Halbleiterkörper
1 weist eine schwache n-Grunddotierung, eine zur vertikalen Richtung v senkrechte Vorderseite11 , sowie eine dieser gegenüberliegende Rückseite12 auf. - In diesem Halbleiterkörper
1 werden ausgehend von der Vorderseite11 – wie im Ergebnis in4 gezeigt – schwach p-dotierte Zonen61' ,62' erzeugt, die zusammen eine Vorstufe6' der herzustellenden p-dotierten Basis6 gemäß den1 und2 darstellt. - Die Herstellung der Zonen
61' ,62' erfolgt bevorzugt durch vorderseitige maskierte Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente, bei einem Halbleiterkörper aus Silizium beispielsweise Bor, Aluminium oder Gallium. - Die Zonen
61' ,62' sind in der lateralen Richtung r voneinander beabstandet angeordnet, so dass zwischen ihnen ein schwach n-dotierter Abschnitt71' verbleibt, welcher mit den Zonen61' ,62' gekrümmte pn-Übergänge42' ausbildet. - Des Weiteren wird, bevorzugt durch rückseitige Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente in den Halbleiterkörper
1 eine stark p-dotierte Zone8 erzeugt, die den p-dotierten Emitter des Thyristors bildet. Durch die Herstellung der Zonen61' ,62' und8 verbleibt eine schwach n-dotierte Zone7' , die eine Vorstufe der herzustellenden n-dotierten Basis7 gemäß den1 und2 darstellt. - Die Herstellung der Zonen
61' ,62' und8 kann grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge, aber auch gleichzeitig erfolgen. Um bei gleichzeitiger Herstellung der Zonen61' ,62' und8 in den Zonen61' ,62' eine schwächere p-Dotierstoffkonzentration als in der Zone8 zu erreichen, kann eine strukturierte Maske verwendet werden, die im Bereich der herzustellenden Zonen61' ,62' eine Feinstruktur aufweist, so dass im Bereich der herzustellenden Zonen61' ,62' eine p-Dotierung mit abwechselnd stark und schwach p-dotierten Abschnitten entsteht, welche sich mittels eines nachfolgenden Temperaturschrittes ausgleichen. Ebenso kann durch einen weiteren Eindiffusionsschritt von akzeptorerzeugenden Atomen, der nur ausgehend von der Rückseite12 des Halbleiterkörpers1 durchgeführt wird, die Netto-p-Dotierstoffkonzentration in der p-dotierten Schicht8 erhöht werden. - Ausgehend von der Anordnung gemäß
4 wird – wiederum bevorzugt durch vorderseitige Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente –, wie im Ergebnis in5 gezeigt ist, in der Zone61' eine Zone61'' erzeugt, die eine stärkere Netto-p-Dotierstoffkonzentration aufweist, als die Zone61' gemäß4 . Wird hingegen in den Bereichen61'' und63' dieselbe Dotierstoffdosis angestrebt, wie dies bereits zuvor erläutert wurde, so entfällt die zusätzliche Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente. In diesem Fall kann bereits bei dem Diffuisionsverfahren zur Herstellung der Halbleiterzonen61' und62' eine ausreichend hohe Akzeptordosis gewählt werden. Bei einer weiteren Variante ist vorgesehen, die zentral angeordnete Halbleiterzone62' erst bei der zweiten Eindiffusion akzeptoerzeugender Elemente, und somit mit einer höheren Dotierstoffdosis, herzustellen. - Die Herstellung der Zone
61'' erfolgt derart, dass ein Abschnitt63' der ursprünglichen Zone61' (4 ) verbleibt, der zwischen der Zone61'' und dem ursprünglichen Abschnitt62' (4 ) angeordnet ist, und der eine Vorstufe des herzustellenden dritten Abschnitts63 der p-dotierten Basis6 gemäß den1 und2 darstellt. - Zwischen den Zonen
61'' und63' ist eine Grenzfläche31' ausgebildet, die eine Vorstufe der Grenzfläche31 gemäß den1 und2 darstellt. - Im Bereich der in
4 dargestellten Abschnitte71' der Zone7' wird ebenfalls durch maskierte vorderseitige Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente ein stark p-dotierter Abschnitt64 (5 ) erzeugt, der sich ausgehend von der Vorderseite11 in den Halbleiterkörper1 hinein erstreckt, so dass die Zone7 (5 ) von der Vorderseite11 beabstandet ist und im Ergebnis die herzustellende n-dotierte Basis7 gemäß5 bildet. - Anschließend werden – bevorzugt durch vorderseitige maskierte Eindiffusion donatorerzeugender Elemente, bei einem Halbleiterkörper
1 aus Silizium beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon, der stark n-dotierte Emitter5 sowie die stark n-dotierten Zündstufenelektroden51 ,52 ,53 ,54 erzeugt, was im Ergebnis in6 dargestellt ist. - Der Halbleiterkörper
1 kann nach der Eindiffusion der akzeptor- bzw. donatorerzeugenden Elemente zur Herstellung der Halbleiterzonen61' ,62' ,8 (4 ),61'' (5 ) und5 ,51 ,52 ,53 ,54 gemäß6 noch einem Temperaturschritt unterzogen werden, um die hergestellten Halbleiterzonen zu stabilisieren. Im Ergebnis zeigt der Halbleiterkörper gemäß6 dieselbe Halbleiterzonenanordnung wie der Halbleiterkörper1 gemäß den1 und2 . - Ausgehend von der Anordnung gemäß
6 müssen im Halbleiterkörper1 noch die Widerstandszone66 sowie die Gitterfehlerzone13 mit lokal erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte hergestellt werden. - Die Herstellung der Widerstandszone
66 erfolgt vorzugsweise durch vorderseitige maskierte Implantation von Teilchen96 in den ersten Abschnitt61 der p-dotierten Basis6 , wie dies in der deutschen PatentanmeldungDE 196 40 311 A1 beschrieben ist. - In entsprechender Weise erfolgt die Herstellung der Gitterfehlerzone
13 mit erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte ebenfalls durch vorderseitige Implantation von Teilchen96 in den Halbleiterkörper1 . - Die Herstellung der Widerstandszone
66 und der Gitterfehlerzone13 kann – wie in7 dargestellt – sowohl gleichzeitig unter Verwendung einer entsprechend strukturierten Maske95 erfolgen, als auch – bei entsprechend angepasster Maskierung – in beliebiger Reihenfolge nacheinander. Im letztgenannten Fall ist es auch möglich, zur Herstellung der Widerstandszone66 und der Gitterfehlerzone13 Teilchen96 unterschiedlichen Typs zu verwenden. - Die Form und die Abmessung der Gitterfehlerzone
13 können dabei grundsätzlich beliebig gewählt werden, solange die Gitterfehlerzone13 in vertikaler Richtung zumindest abschnittweise unterhalb des ersten Zündstufenemitters51 angeordnet ist und sich in der lateralen Richtung r zumindest abschnittsweise über die Länge des ersten Zündstufenemitters51 erstreckt. Die Gitterfehlerzone13 ist dabei bevorzugt in der vertikalen Richtung v ganz oder zumindest abschnittweise zwischen der n-dotierten Basis7 und dem ersten Zündstufenemitter51 angeordnet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Gitterfehlerzone13 in der vertikalen Richtung v durchgehend vom ersten Zündstufenemitter51 bis zur n-dotierten Basis7 . Alternativ kann sich die Gitterfehlerzone13 auch in den Zündstufenemitter51 hinein erstrecken. - Zur Herstellung der Gitterfehlerzone
13 eignen sich vorzugsweise Helium-Ionen und/oder Protonen und/oder Elektronen und/oder Sauerstoff-Ionen und/oder Silizium-Ionen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Helium-Ionen, da die hier zu erforderlichen Bestrahlungsenergien und Bestrahlungsdosen nicht allzu hoch gewählt werden müssen, um die gewünschte Erhöhung der Kristallgitterfehler-Dichte zu bewirken. - Die Anordnung gemäß
8 entspricht im Wesentlichen der Anordnung gemäß7 mit dem Unterschied, dass die Lage der Gitterfehlerzone13 anders gewählt ist. In der Anordnung gemäß8 ist die Gitterfehlerzone13 unterhalb des Zündstufenemitters51 der ersten Zündstufe ZS1 von der n-dotierten Basis7 beabstandet und erstreckt sich in Richtung des Abschnitts71 der n-dotierten Basis7 über den Zündstufenemitter51 der ersten Zündstufe ZS1 hinaus. - Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
9 erstreckt sich die Gitterfehlerzone13 in der lateralen Richtung r sowohl auf ihrer dem Abschnitt71 zugewandten Seite als auch auf ihrer dem Hauptemitter zugewandten Seite über den Zündstufenemitter51 der ersten Zündstufe ZS1 hinaus. - In der vertikalen Richtung v erstreckt sich die Gitterfehlerzone
13 abschnittweise sowohl in den Zündstufenemitter51 der ersten Zündstufe ZS1, als auch in die n-dotierte Basis7 hinein. - Die Gitterfehlerzone
13 weist eine erste Teilzone13a auf, die vollständig in dem dritten Abschnitt63 angeordnet ist, sowie eine zweite Teilzone13b , die vollständig innerhalb des ersten Abschnitts61 angeordnet ist. Dabei ist das Volumen der ersten Teilzone13a vorzugsweise größer als das Volumen der zweiten Teilzone13b . - Wie aus
10 ersichtlich ist, kann die Gitterfehlerzone13 zusätzlich zu der ersten und zweiten Teilzone13a ,13b auch noch eine dritte Teilzone13c aufweisen, die vollständig in der n-dotierten Basis7 angeordnet ist. - Dabei ist das Volumen der ersten Teilzone
13a vorzugsweise größer als das Volumen der zweiten Teilzone13b und/oder größer als das Volumen der dritten Teilzone13c . Besonders bevorzugt ist das Volumen der ersten Teilzone13a größer als das Gesamtvolumen der zweiten Teilzone13b und der dritten Teilzone13c . - Darüber hinaus kann die Gitterfehlerzone
13 außer dem ersten Abschnitt61 , dem dritten Abschnitt63 und der p-dotierten Basis7 auch noch andere Bereiche des Halbleiterkörpers1 , beispielsweise den ersten Zündstufenemitter51 , erfassen, wie dies bereits anhand des Ausführungsbeispiels gemäß9 gezeigt wurde. Außerdem kann sich die Gitterfehlerzone in lateraler Richtung bis unter die weiteren Zündstufenemitter52 ,53 ,54 erstrecken. Des weiteren besteht die Möglichkeit, im Bereich dieser weiteren Zündstufenemitter52 ,53 ,54 weitere, jeweils separate Gitterfehlerzonen anzuordnen. - Für alle Ausführungsformen, bei denen die Gitterfehlerzone
13 nicht vollständig im dritten Abschnitt63 angeordnet ist, ist das Volumen der ersten Teilzone13a bevorzugt größer als das Gesamtvolumen aller außerhalb des dritten Abschnitts63 angeordneten Bereiche der Gitterfehlerzone13 . -
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Thyristors, der einen verringerten Leckstrom aufweist. Hierzu ist der Verlauf der Gitterfehlerzone13 so gewählt, dass sie sich in der vertikalen Richtung v maximal bis zur Grenze99 der Raumladungszone erstreckt, die sich einstellt, wenn am Thyristor die maximal gehaltene Kippspannung anliegt. - Durch die Gitterfehlerzone weist ein erfindungsgemäßer Thyristor ein anderes Zündverhalten auf als ein ansonsten gleich aufgebauter Thyristor gemäß dem Stand der Technik. Es kann daher erforderlich sein, das Zündverhalten entsprechend anzupassen. Hierzu kann die in der lateralen Richtung r gemessene Länge l (siehe
9 ,10 und11 ) des ersten Zündstufenemitters51 so gewählt werden, dass die daran in der lateralen Richtung r unterhalb des ersten Zündstufenemitters51 abfallende Spannung genauso groß ist wie bei einem ansonsten gleich aufgebauten Thyristor gemäß dem Stand der Technik ohne Gitterfehlerzone. Das bedeutet, dass sich in der lateralen Richtung r in dem Bereich des Halbleiterkörpers1 unterhalb des ersten Zündstufenemitters51 bei gleicher Stromdichte ungefähr der gleiche Spannungsabfall ergibt. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Netto-p-Dotierstoffkonzentration der p-dotierten Zone63 angehoben werden. - Bei allen erfindungsgemäßen Thyristoren ist es nach der Herstellung der Gitterfehlerzonen mit lokal erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte und/oder nach der Herstellung der Widerstandszone vorteilhaft, die erzeugten Defekte zu stabilisieren, um eine Änderung der elektrischen Eigenschaften beim Betrieb des Thyristors zu vermeiden. Hierzu kann der Halbleiterkörper nach dem Einstrahlen der Teilchen bei einer Temperatur getempert werden, die deutlich über der Betriebstemperatur des Thyristors liegen sollte und die vorzugsweise so hoch gewählt ist, dass einerseits die Beweglichkeit der freien Ladungsträger stark reduziert wird und andererseits die Generationslebensdauer nicht zu stark verringert wird. Die Temperung kann beispielsweise über mehrere Stunden bei einer Temperatur von 300°C bis 480°C durchgeführt werden.
- Vorzugsweise vor der Herstellung der Widerstandszone
66 und der Gitterfehlerzone13 mit lokal erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte kann der Halbleiterkörper1 gemäß den1 und2 auf seiner Vorderseite11 mit der Kathodenelektrode9 und den Elektroden91 ,92 ,93 und94 der Zündstufen ZS1, ZS2, ZS3 bzw. ZS4 versehen werden. Entsprechend kann der Halbleiterkörper1 auf seiner Rückseite12 mit der Anodenelektrode10 versehen und mit dem Molybdänträger2 verbunden werden. - Der erfindungsgemäße Thyristor kann insbesondere auch als Ansteuerthyristor zur Ansteuerung eines Hauptthyristors verwendet werden.
-
12 zeigt beispielhaft ein Thyristorsystem300 mit einem Hauptthyristor100 und einem Ansteuerthyristor200 . Der Hauptthyristor100 weist eine Anode101 , eine Kathode102 und ein Gate103 auf. - Der Ansteuerthyristor
200 weist eine Gitterfehlerzone auf, die entsprechend der anhand der1 bis11 erläuterten Gitterfehlerzone13 ausgebildet ist. Der Ansteuerthyristor200 ist lichtzündbar und weist eine Kathode9 , eine Anode10 sowie einen optionalen Gate-Anschluss203 auf. - Bei dem Thyristorsystem
300 sind die Anode101 des Hauptthyristors100 und die Anode10 des Ansteuerthyristors200 elektrisch miteinander verbunden. Des Weiteren ist der Gate-Anschluss103 des Hauptthyristors100 elektrisch mit der Kathode9 des Ansteuerthyristors200 verbunden. - Das Thyristorssystem
300 wird dadurch gezündet, dass der Ansteuerthyristor200 entweder durch Licht oder mittels eines seinem Gate-Anschluss203 zugeführten Steuerimpulses gezündet wird. Der Ansteuerthyristor200 zündet seinerseits den Hauptthyristor100 . -
- 1
- Halbleiterkörper
- 2
- Molybdänträger
- 5
- Hauptemitter
- 6
- p-dotierte Basis
- 6'
- Vorstufe der p-dotierten Basis
- 7
- n-dotierte Basis
- 7'
- Vorstufe der n-dotierten Basis
- 8
- p-dotierter Emitter
- 9
- Kathodenelektrode
- 10
- Anodenelektrode
- 11
- Vorderseite des Halbleiterkörpers
- 12
- Rückseite des Halbleiterkörpers
- 13
- Gitterfehlerzone mit erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte
- 13a
- Abschnitt der Gitterfehlerzone
- 13b
- Abschnitt der Gitterfehlerzone
- 13c
- Abschnitt der Gitterfehlerzone
- 31
- Grenzfläche p/p–
- 31'
- Vorstufe der Grenzfläche p/p–
- 40
- Durchbruchsdiode (BOD)
- 41
- erster pn-Übergang
- 42
- zweiter pn-Übergang
- 43
- dritter pn-Übergang
- 42'
- Vorstufe des zweiten pn-Übergangs
- 51
- Zündstufenemitter der ersten Zündstufe
- 52
- Zündstufenemitter der zweiten Zündstufe
- 53
- Zündstufenemitter der dritten Zündstufe
- 54
- Zündstufenemitter der vierten Zündstufe
- 61
- erster Abschnitt der p-dotierten Basis
- 61'
- Vorstufe des ersten und dritten Abschnitts der p-dotierten Basis
- 61''
- Vorstufe des ersten Abschnitts der p-dotierten Basis
- 62
- zweiter Abschnitt der p-dotierten Basis
- 62'
- Vorstufe des zweiten Abschnitts der p-dotierten Basis
- 63
- dritter Abschnitt der p-dotierten Basis
- 63'
- Vorstufe des dritten Abschnitts der p-dotierten Basis
- 64
- vierter Abschnitt der p-dotierten Basis
- 65
- Kathodenkurzschluss
- 66
- Widerstandszone
- 71
- Abschnitt der n-dotierten Basis
- 71'
- Vorstufe
des Abschnitts
71 der n-dotierten Basis - 91
- Elektrode der ersten Zündstufe
- 92
- Elektrode der zweiten Zündstufe
- 93
- Elektrode der dritten Zündstufe
- 94
- Elektrode der vierten Zündstufe
- 95
- Maske
- 96
- Teilchen
- 99
- Grenze der Raumladungszone
- 100
- Hauptthyristor
- 101
- Anode des Hauptthyristors
- 102
- Kathode des Hauptthyristors
- 103
- Gate des Hauptthyristors
- 200
- Ansteuerthyristor
- 203
- Gate des Ansteuerthyristors
- 300
- Thyristorsystem
- l
- Länge des Zündstufenemitters in lateraler Richtung
- r
- laterale Richtung
- v
- vertikale Richtung
- A-A'
- Symmetrieachse
- ZS1
- erste Zündstufe
- ZS2
- zweite Zündstufe
- ZS3
- dritte Zündstufe
- ZS4
- vierte Zündstufe
Claims (49)
- Thyristor mit folgenden Merkmalen: – einem Halbleiterkörper (
1 ), in dem in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8 ), eine n-dotierte Basis (7 ), eine p-dotierte Basis (6 ) und ein n-dotierter Hauptemitter (5 ) angeordnet sind, – einer Zündeinrichtung (40 ), – einer ersten Zündstufe (ZS1), die die der Zündeinrichtung (40 ) nächstgelegene Zündstufe (ZS1) ist, die in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) zwischen der Zündeinrichtung (40 ) und dem Hauptemitter (5 ) angeordnet ist und die einen n-dotierten Zündstufenemitter (51 ) umfasst, und – einer in der vertikalen Richtung (v) zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten Zündstufenemitter (51 ) und der n-dotierten Basis (7 ) angeordneten Gitterfehlerzone (13 ), in der die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers (1 ) lokal erhöht ist, die sich in der lateralen Richtung (r) wenigstens abschnittsweise über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte Zündstufenemitter (51 ) und die ausschließlich unterhalb des n-dotierten Zündstufenemitters (51 ) angeordnet ist. - Thyristor nach Anspruch 1 mit wenigstens zwei Zündstufen (ZS1, ZS2, ZS3, ZS4).
- Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die p-dotierte Basis (
6 ) eine Netto-p-Dotierstoffkonzentration aufweist, deren Gradient beabstandet zu einem pn-Übergang zwischen der p-dotierten Basis (6 ) und der n-dotierten Basis (7 ) in der lateralen Richtung (r) gleich Null ist. - Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die p-dotierte Basis (
6 ) einen ersten Abschnitt (61 ) und einen zweiten Abschnitt (62 ) aufweist, die in der lateralen Richtung (r) voneinander beabstandet sind und zwischen denen ein dritter Abschnitt (63 ) angeordnet ist, der schwächer p-dotiert ist als der erste Abschnitt (61 ). - Thyristor nach Anspruch 4, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (
51 ) der ersten Zündstufe (ZS1) mit dem dritten Abschnitt (63 ) einen ersten pn-Übergang (41 ) ausbildet. - Thyristor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) eine erste Teilzone (13a ) aufweist, die durch den im dritten Abschnitt (63 ) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13 ) gebildet ist. - Thyristor nach Anspruch 6, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) eine zweite Teilzone (13b ) aufweist, die durch den im ersten Abschnitt (61 ) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13 ) gebildet ist. - Thyristor nach Anspruch 7, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (
13a ) größer ist als das Volumen der zweiten Teilzone (13b ). - Thyristor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) eine dritte Teilzone (13c ) aufweist, die durch den in der n-dotierten Basis (7 ) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13 ) gebildet ist. - Thyristor nach Anspruch 9, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (
13a ) größer ist als das Volumen der dritten Teilzone (13c ). - Thyristor nach Anspruch 10, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (
13a ) größer ist als das gemeinsame Volumen der zweiten Teilzone (13b ) und der dritten Teilzone (13c ). - Thyristor nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (
13a ) größer ist als das Gesamtvolumen der außerhalb des dritten Abschnitts (63 ) angeordneten Bereiche der Gitterfehlerzone (13 ). - Thyristor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) vollständig im dritten Abschnitt (63 ) angeordnet ist. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Gitterfehlerzone (
13 ) in vertikaler Richtung (v) von dem n-dotierten Zündstufenemitter (51 ) bis zu der n-dotierten Basis (7 ) erstreckt. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Gitterfehlerzone (
13 ) in der vertikalen Richtung abschnittweise in den Zündstufenemitter (51 ) hinein erstreckt. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) von der dem p-dotierten Emitter (8 ) abgewandten Seite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) wenigstens so weit beabstandet ist wie die sich bei einer vom Thyristor maximal gehaltenen Kippspannung ausbildende Raumladungszone. - Thyristor nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei dem sich die Gitterfehlerzone (
13 ) in der lateralen Richtung bis unter einen Zündstufenemitter (52 ,53 ,54 ) wenigstens einer weiteren Zündstufe (ZS2, ZS3, ZS4) erstreckt. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Zündeinrichtung lichtzündbar und/oder elektrisch zündbar ist.
- Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Zündeinrichtung als Durchbruchsdiode (
40 ) ausgebildet ist. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Freiwerdeschutz und/oder mit einem dU/dt-Schutz.
- Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (
51 ) mit dem ersten Abschnitt (61 ) einen zweiten pn-Übergang (43 ) ausbildet. - Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (
13 ) 5% bis 80% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. - Thyristor nach Anspruch 22, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (
13 ) 10% bis 50% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. - Verfahren zur Herstellung eines Thyristors nach einem der vorangehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (
1 ), – Herstellen eines p-dotierten Emitters (8 ), einer n-dotierten Basis (7 ), einer p-dotierten Basis (6 ) und eines n-dotierten Hauptemitters (5 ), die in dem Halbleiterkörper (1 ) in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend angeordnet sind, – Herstellen einer Zündeinrichtung (40 ), – Herstellen einer ersten Zündstufe (ZS1), die die der Zündeinrichtung (40 ) nächstgelegene Zündstufe (ZS1) ist, die in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) zwischen der Zündeinrichtung (40 ) und dem Hauptemit ter (5 ) angeordnet ist und die einen n-dotierten Zündstufenemitter (51 ) umfasst, – Erzeugen einer Gitterfehlerzone (13 ), die in der vertikalen Richtung (v) zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten Zündstufenemitter (51 ) und der n-dotierten Basis (7 ) angeordnet ist, in der die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers (1 ) lokal erhöht ist, die sich in der lateralen Richtung (r) wenigstens abschnittsweise über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte Zündstufenemitter (51 ) und die ausschließlich unterhalb des n-dotierten Zündstufenemitters (51 ) angeordnet ist. - Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Erzeugen der lokal erhöhten Kristallgitterfehler-Dichte durch Einstrahlen von Teilchen (
96 ) in den Halbleiterkörper (1 ) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 25, bei dem als Teilchen (
96 ) Helium-Ionen und/oder Protonen und/oder Elektronen und/oder Sauerstoff-Ionen und/oder Silizium-Ionen verwendet werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (
13 ) 5% bis 80% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. - Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (
13 ) 10% bis 50% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, bei dem wenigstens zwei Zündstufen (ZS1, ZS2, ZS3, ZS4) in dem Halbleiterkörper (
1 ) erzeugt werden, von denen die erste Zündstufe (ZS1) als der Zündeinrichtung (40 ) nächstgelegene Zündstufe (ZS1) hergestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, bei dem die p-dotierte Basis (
6 ) mit einer Netto-p-Dotierstoffkonzentration hergestellt wird, deren Gradient in der lateralen Richtung (r) gleich Null ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem die p-dotierte Basis (
6 ) derart hergestellt wird, dass sie einen ersten Abschnitt (61 ) und einen zweiten Abschnitt (62 ) aufweist, die in der lateralen Richtung (r) voneinander beabstandet sind und zwischen denen ein dritter Abschnitt (63 ) angeordnet ist, der schwächer p-dotiert ist als der erste Abschnitt (61 ). - Verfahren nach Anspruch 31, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (
51 ) der ersten Zündstufe (ZS1) derart hergestellt wird, dass er mit dem dritten Abschnitt (63 ) einen ersten pn-Übergang (41 ) ausbildet. - Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass sie eine erste Teilzone (13a ) aufweist, die durch den im dritten Abschnitt (63 ) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13 ) gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass sie eine zweite Teilzone (13b ) aufweist, die durch den im ersten Abschnitt (61 ) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13 ) gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 34, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a ) größer ist als das Volumen der zweiten Teilzone (13b ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass sie eine dritte Teilzone (13c ) aufweist, die durch den in der n-dotierten Basis (7 ) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13 ) gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a ) größer ist als das Volumen der dritten Teilzone (13c ). - Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a ) größer ist als das gemeinsame Volumen der zweiten Teilzone (13b ) und der dritten Teilzone (13c ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 38, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a ) größer ist als das Gesamtvolumen der außerhalb des dritten Abschnitts (63 ) angeordneten Bereiche der Gitterfehlerzone (13 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) vollständig im dritten Abschnitt (63 ) angeordnet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 40, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass sie sich in der vertikalen Richtung (v) von dem n-dotierten Zündstufenemitter (51 ) bis zu der n-dotierten Basis (7 ) erstreckt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 41, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass sie sich in der vertikalen Richtung (v) abschnittweise in den Zündstufenemitter (51 ) hinein erstreckt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 42, bei dem die Gitterfehlerzone (
13 ) derart hergestellt wird, dass sie von der dem p-dotierten Emitter (8 ) abgewandten Seite (11 ) des Halbleiterkörpers (1 ) wenigstens so weit beabstandet ist wie die sich bei einer vom Thyristor maximal gehaltenen Kippspannung ausbildende Raumladungszone. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 42, bei dem unter einem Zündstufenemitter (
52 ,53 ,54 ) wenigstens einer weiteren Zündstufe (ZS2, ZS3, ZS4) eine weitere separate Gitterfehlerzone hergestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 44, bei dem die Zündeinrichtung lichtzündbar und/oder elektrisch zündbar hergestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 45, bei dem die Zündeinrichtung als Durchbruchsdiode (
40 ) hergestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 46, bei dem in dem Halbleiterkörper (
1 ) ein Freiwerdeschutz und/oder ein dU/dt-Schutz hergestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 47, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (
51 ) derart hergestellt wird, dass er mit dem ersten Abschnitt (61 ) einen zweiten pn-Übergang (43 ) ausbildet. - Thyristorsystem mit einem Hauptthyristor (
100 ), der eine Anode (101 ), eine Kathode (102 ) und einen Steueranschluss (103 ) aufweist, sowie mit einem Ansteuerthyristor (200 ), der gemäß einem der Thyristoren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 ausgebildet ist, wobei – der Steueranschluss (103 ) des Hauptthyristors (100 ) elektrisch mit dem n-dotierten Hauptemitter (5 ) des Ansteuerthyristors (200 ) verbunden ist, und wobei – die Anode (101 ) des Hauptthyristors (100 ) elektrisch mit der Anode (10 ) des Ansteuerthyristors (200 ) verbunden ist.
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