DE1144849B - Controllable semiconductor rectifier with pnpn structure - Google Patents
Controllable semiconductor rectifier with pnpn structureInfo
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Description
Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit pnpn-Struktur Die Erfindung bezieht sich auf steuerbare Halbleitergleichrichter mit pnpn-Struktur, die allgemein als Schaltdioden bekannt sind und im folgenden so bezeichnet werden sollen.Controllable semiconductor rectifier with pnpn structure The invention refers to controllable semiconductor rectifiers with pnpn structure, which are generally are known as switching diodes and are to be referred to as such in the following.
Eine Schaltdiode mit pnpn-Schichtstruktur, bei der drei pn-Übergänge in vorbestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, hat zwei stabile Schaltzustände bei Vorspannung in Durchlaßrichtung, d. h., die äußere p-Elektode ist positiv in bezug auf die äußere n-Elektrode. Der Übergang vom Zustand mit hohem Scheinwiderstand zu dem Zustand mit niedrigem Scheinwiderstand wird durch Anlegen eines Stromimpulses durch die äußeren Übergänge erreicht. Den Anschluß an die Schicht, durch die der Stromimpuls eingeführt wird, bezeichnet man als Steuerelektrode.A switching diode with a pnpn layer structure with three pn junctions are arranged at predetermined distances from each other, has two stable switching states with bias in the forward direction, d. i.e., the outer p-electrode is positive in with respect to the outer n-electrode. The transition from the high impedance state becomes the state with low impedance by applying a current pulse reached through the outer transitions. The connection to the layer through which the Current pulse is introduced, is referred to as a control electrode.
Derartige Schaltdioden haben die Eigenschaft, daß bei einer bestimmten, zwischen den Hauptelektroden an den äußeren Schichten liegenden Spannung, die als die Durchschlagspannung bekannt ist, der übergang von hohen zum niedrigen Scheinwiderstandszustand eintritt, ohne daß der Steuerelektrode ein Spannungsimpuls zugeführt wird. Es hat sich herausgestellt, daß die Durchschlagspannung durch die Temperatur des pn-Übergangs beeinflußt wird. Bei Temperaturen bis zu etwa 120° C bleibt die Durchschlagspannung im wesentlichen konstant; bei höheren Temperaturen jedoch beginnt sie abzunehmen und. fällt bei weiterer Zunahme der Temperatur sehr rasch ab.Such switching diodes have the property that at a certain voltage lying between the main electrodes on the outer layers, which is called the breakdown voltage is known, the transition from high to low impedance state occurs without a voltage pulse being supplied to the control electrode. It has It was found that the breakdown voltage depends on the temperature of the pn junction being affected. The breakdown voltage remains at temperatures up to around 120 ° C essentially constant; however, at higher temperatures it begins to decrease and. drops very rapidly as the temperature rises further.
Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit pnp-Struktur, bei dem der pn-Übergang zwischen der äußeren p-Schicht und der angrenzenden n-Schicht auf einer begrenzten Fläche durch Einlegieren von Akzeptoren in die n-Schicht hergestellt und eine Steuerelektrode an dieser n-Schicht in der Nähe des pn-Überganges zwischen der äußeren p-Schicht und der angrenzenden n-Schicht angebracht ist.The invention relates to a controllable semiconductor rectifier pnp structure in which the pn junction between the outer p-layer and the adjacent n-layer on a limited area by alloying acceptors into the n-layer and a control electrode on this n-layer in the vicinity of the pn junction is attached between the outer p-layer and the adjacent n-layer.
Das Akzeptormaterial, das auf eine begrenzte Fläche der äußeren n-Schicht des Halbleiterkörpers zum Einlegieren aufgelegt wird, kann die Form einer Scheibe haben oder aus einer aufgedampften Schicht bestehen.The acceptor material on a limited area of the outer n-layer of the semiconductor body is placed on for alloying, can be in the form of a disk or consist of a vapor-deposited layer.
Gemäß der Erfindung ist bei einem solchen steuerbaren Halbleitergleichrichter der an der n-Schicht durch Einlegieren gebildete pn-Übergang an seinem Rand mit Ausnahme seines in der Umgebung der Steuerelektrode liegenden Teiles kurzgeschlossen. Durch die Erfindung wird die Veränderlichkeit der Durchschlagspannung mit der Temperatur herabgesetzt.According to the invention is in such a controllable semiconductor rectifier the pn junction formed by alloying on the n-layer at its edge With the exception of the part in the vicinity of the control electrode, it is short-circuited. The invention allows the breakdown voltage to vary with temperature degraded.
Der Kurzschluß kann so hergestellt werden, daß eine dünne Schicht aus Metall oder Legierungsmaterial, welches sich sowohl mit dem Halbleiterkörper als auch mit dem in der p-Schicht enthaltenen Störstellenmaterial legiert, am Rand des pn-Übergangs auf die n-Schicht und die p-Schicht aufgedampft und einlegiert wird. Besteht der Halbleiterkörper aus Silizium, so ist der Akzeptor im allgemeinen Aluminium. Das Metall, das den pn-Übergang kurzschließen soll, muß sich dann sowohl mit Silizium als auch mit Aluminium legieren können. Zinn ist als Material zur Bildung des Kurzschlusses geeignet.The short circuit can be made so that a thin layer made of metal or alloy material, which is both with the semiconductor body as well as alloyed with the impurity material contained in the p-layer, at the edge of the pn junction is vapor-deposited and alloyed onto the n-layer and the p-layer will. If the semiconductor body consists of silicon, the acceptor is generally Aluminum. The metal that is to short-circuit the pn junction must then both Alloy with silicon as well as with aluminum. Tin is used as a material for education of the short circuit.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Schaltdiode in der Zeichnung schematisch dargestellt. Eine Kurve veranschaulicht die durch die Erfindung erzielte Verbesserung.To further explain the invention is a switching diode according to the invention shown schematically in the drawing. A curve illustrates the through the Improvement achieved in the invention.
Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Durchschlagspannung in Abhängigkeit von der Temperatur für eine Siliziumdiode gemäß der Erfindung und für eine der bisher üblichen Dioden; Fig. 2 stellt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltdiode dar; Fig. 3 zeigt eine Draufsicht zu Fig. 2, die die Lage des Kurzschlusses verdeutlicht.Fig. 1 shows a graph of the breakdown voltage in Dependence on the temperature for a silicon diode according to the invention and for one of the previously common diodes; Fig. 2 shows a view of an inventive Switching diode; FIG. 3 shows a plan view of FIG. 2, showing the location of the short circuit made clear.
In Fig.1 veranschaulicht die Kurve A die Beziehung zwischen Durchschlagspannung und Temperatur für eine bisher übliche Siliziumschaltdiode. Die Durchschlagspannung beginnt abzunehmen, wenn die Temperatur der Diode auf etwa 120° C erhöht wird, und fällt bei einer Temperatur von etwa 150° C auf Null ab. Die gestrichelte Kurve B zeigt die durch die Erfindung erzielte Verbesserung bezüglich Temperatur und Durchschlagspannung. Man stellt fest, daß der Temperaturber6ich, in dem die Durchschlagspannung im wesentlichen konstant bleibt, beträchtlich vergrößert wird.In Fig. 1, curve A illustrates the relationship between breakdown voltage and temperature for a conventional silicon switching diode. The breakdown voltage begins to decrease when the temperature of the diode is increased to about 120 ° C, and drops to zero at a temperature of about 150 ° C. The dashed Curve B shows the improvement in temperature achieved by the invention and breakdown voltage. It is found that the temperature range in which the Breakdown voltage remains essentially constant, is increased considerably.
Fig. 2 zeigt einen K''örper aus p-Silizium 1, der die Form .eines kurzen Zylinders hat, in welchem zwei pn-Übergänge nach einem Diffusionsverfahren gebildet worden sind. Diese pn-17bergänge können beispielsweise so hergestellt werden, daß ein Körper aus p-Silizium in PtLosphordampfatmosphäre erhitzt und der an der Mantelfläche des Körpers gebildete n-Bereich anschließend entfernt wird. Diese pn-Übergänge haben die Ziffer. 2 und 3. An dem untersten n-leitenden Bereich wird auf eine bekannte Art ein ohmscher Kontakt 4 angebracht.Fig. 2 shows a body made of p-silicon 1, which has the shape .eines short cylinder, in which two pn junctions after a diffusion process have been formed. These pn-17 junctions can be produced, for example, that a body made of p-silicon is heated in a PtLosphorus vapor atmosphere and the The outer surface of the body formed n-area is then removed. These pn junctions have the number. 2 and 3. On the lowest n-type area, a known Kind of an ohmic contact 4 attached.
Auf der oberen Fläche der äußersten n-Schicht 5 wird ein weiterer pn-Übergang gebildet, der durch Einlegieren eines Akzeptors für Silizium, beispielsweise Aluminium, auf einem begrenzten Bereich in die angrenzende n-Schicht 5 erhalten wird. An die n-Schicht 5 wird ein ohmscher Kontakt 7 angebracht, mit dem die Steuerelektrode 8 verbunden wird; der ohmsche Kontakt 4 und der ohmsche Legierungskontakt 12 der p-Schicht 6 werden mit den Anschlüssen 9 bzw. 10 versehen.A further pn junction is formed on the upper surface of the outermost n-layer 5, which is obtained by alloying an acceptor for silicon, for example aluminum, on a limited area in the adjacent n-layer 5. An ohmic contact 7, to which the control electrode 8 is connected, is attached to the n-layer 5; the ohmic contact 4 and the ohmic alloy contact 12 of the p-layer 6 are provided with the terminals 9 and 10 , respectively.
Bei dem Gleichrichter nach der Erfindung ist der Rand des pn-Übergangs zwischen p-Schicht 6 und angrenzender n-leitender Schicht 5, ausgenommen der Teil in der Umgebung der Steuerelektrode 8, durch eine metallische Schicht 11. kurzgeschlossen. Die Schicht 11 kann durch Aufdampfen und Einlegieren eines geeigneten 'Metalls am Rand des übergangs gebildet werden, beispielsweise durch Aufdampfen mit Hilfe einer geeigneten geformten Maske zur Abgrenzung des Bereichs, auf den die Schicht 11 aufgebracht werden soll. Ein geeignetes Material für die Schicht 11 ist, wie oben erwähnt, Zinn, wenn für den Halbleiterkörper 1 Silizium verwendet wird; für die Herstellung der p-leitenden Schicht 6 eignet sich Aluminium. Die kurzschließende Schicht 11 ist in der Umgebung der Steuerelektrode 8 unterbrochen, da der Strom zur Steuerelektrode niedrig sein muß.In the rectifier according to the invention, the edge of the pn junction between the p-layer 6 and the adjacent n-conductive layer 5, with the exception of the part in the vicinity of the control electrode 8, is short-circuited by a metallic layer 11. The layer 11 can be formed by vapor deposition and alloying of a suitable metal at the edge of the transition, for example by vapor deposition with the aid of a suitably shaped mask to delimit the area to which the layer 11 is to be applied. As mentioned above, a suitable material for the layer 11 is tin if silicon is used for the semiconductor body 1; aluminum is suitable for the production of the p-conductive layer 6. The short-circuiting layer 11 is interrupted in the vicinity of the control electrode 8, since the current to the control electrode must be low.
Die Kurven Ä, und Bin Fig.1 veranschaulichen die Verbesserung, die durch die Verwendung der kurzschließenden Sicht 11 erzielt wird.The curves A, and B in FIG. 1 illustrate the improvement that is achieved by using the short-circuiting sight 11.
An Stelle von Silizium kann auch Germanium als Halbleitermaterial verwendet werden.Instead of silicon, germanium can also be used as a semiconductor material be used.
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Cited By (3)
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| DE1639306B1 (en) * | 1963-05-30 | 1971-10-07 | Licentia Gmbh | PROCESS FOR ESTABLISHING A COMMON CONTACT TO AT LEAST TWO NEIGHBORING ZONES OPPOSITE LINE TYPE OF A CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR ELEMENT, AS WELL AS A SEMI-CONDUCTOR CONSTRUCTION MANUFACTURED AFTERWARDS |
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-
1961
- 1961-07-21 DE DEA37947A patent/DE1144849B/en active Pending
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