DE1169589B - Gegen UEberspannung sich selbst schuetzendes Halbleiterbauelement, sowie Verfahren zum Herstellen und Schaltung eines solchen Halbleiterbauelements - Google Patents
Gegen UEberspannung sich selbst schuetzendes Halbleiterbauelement, sowie Verfahren zum Herstellen und Schaltung eines solchen HalbleiterbauelementsInfo
- Publication number
- DE1169589B DE1169589B DEC24530A DEC0024530A DE1169589B DE 1169589 B DE1169589 B DE 1169589B DE C24530 A DEC24530 A DE C24530A DE C0024530 A DEC0024530 A DE C0024530A DE 1169589 B DE1169589 B DE 1169589B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor
- zone
- semiconductor component
- zones
- metal coating
- 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.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 20
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 claims 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100400378 Mus musculus Marveld2 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Thyristors (AREA)
Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. KI.: HOIl
Deutsche Kl.: 21 g -11/02
Nummer: 1169 589
Aktenzeichen: C 24530 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 4. Juli 1961
Auslegetag: 6. Mai 1964
Die Erfindung betrifft ein gegen Überspannung sich selbst schützendes Halbleiterbauelement mit mindestens
einer p-n-Übergangsfläche im Halbleiterkörper und je einer dünnen Übergangsschicht zwischen den
beiden Kontaktelektroden und der jeweils angrenzenden äußeren Halbleiterzone.
Halbleiterbauelemente, die als einfache Ventile bzw. Gleichrichter mit einem oder zwei Übergängen
zwischen Halbleiterzonen von verschiedenem Leitfähigkeitstyp, z. B. p-i-n, sei es als steuerbare Ventile
mit mehr als zwei solchen Übergängen, z. B. p-n-p-n, ausgebildet sind, haben den Nachteil, durch Überspannung
in der Sperrichtung thermisch überlastet und zerstört zu werden. Die thermische Zeitkonstante
eines solchen Durchschlags ist äußerst klein, so daß elektromechanische Schalter zu träge ansprechen, um
schützen zu können. Dagegen ist es möglich, der Ventilanordnung eine ähnliche, steuerbare Anordnung
antiparallel zu schalten, welche gefährliche Überspannungen momentan kurzschließt. Eine solche Schutzschaltung
hat jedoch den Nachteil, kompliziert und kostspielig zu sein.
Dieser Nachteil tritt insbesondere auch bei bekannten
gesteuerten Gleichrichtern mit der bereits erwähnten Anordnung von vier Halbleiterschichten
p-n-p-n oder n-p-n-p auf, wie sie beispielsweise zur Steuerung von Werkzeugmaschinen und zum Durchschalten
von Leistungen über 2 kW verwendet werden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art. Ein solches
Halbleiterbauelement ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß zur Erzielung eines UmMppens in einen
Zustand hoher Leitfähigkeit bei Sperrspannungen des Halbleiterbauelementes für die Kontaktelektroden an
den äußeren Zonen Zinn, Indium oder ähnliches Metall so angebracht sind, daß jede Übergangsschicht
bei Polung der benachbarten p-n-Übergangsfläche in Sperrichtung Minoritätsladungsträger in die benachbarte
Halbleiterzone injiziert sind, daß die benachbarte Halbleiterzone nur so dick ist, daß injizierte
Minoritätsladungsträger bis zur benachbarten p-n-Übergangsfläche gelangen können.
Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung drei Ausführungsbeispiele derartiger Halbleiterbauelemente
sowie verschiedene für deren Arbeitsweise charakteristische Kennlinien. Es zeigt
Fig. la einen Schnitt durch ein erstes, besonders
einfaches Halbleiterbauelement,
F i g. 1 b die Dotierung von Störstellen innerhalb der Halbleiterzonen gemäß F i g. 1 a,
Fig. 2 eine E//-Kennlinie eines klassischen Gleichrichters,
Gegen Überspannung sich selbst schützendes
Halbleiterbauelement, sowie Verfahren zum
Herstellen und Schaltung eines solchen
Halbleiterbauelements
Halbleiterbauelement, sowie Verfahren zum
Herstellen und Schaltung eines solchen
Halbleiterbauelements
Anmelder:
ίο Compagnie Generale d'Electricite, Paris
ίο Compagnie Generale d'Electricite, Paris
Vertreter:
Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,
Berlin 33, PodbielskiaUee 68
*5 und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22,
*5 und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22,
Patentanwälte
ao Als Erfinder benannt:
Jakob Lüscher,
Dr. Bogdan Zega, Carouge, Genf (Schweiz)
Jakob Lüscher,
Dr. Bogdan Zega, Carouge, Genf (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 19. Juli 1960 (8222)
F i g. 3 eine Kennlinie, welche einen im Rahmen der Erfindung vorteilhaften physikalischen Effekt darstellt,
Fig. 4 eine [//-Kennlinie einer erfindungsgemäßen
Anordnung nach Fig. la,
F i g. 5 a einen Schnitt durch ein weiteres Halbleiterbauelement,
Fig. 5b die Dotierung von Störstellen innerhalb der Halbleiterzonen gemäß F i g. 5 a,
Fig. 6 die W-Kennlinie der Anordnung nach Fig. 5a,
Fig. 6 die W-Kennlinie der Anordnung nach Fig. 5a,
Fig. 7a und 7b eine zum Halbleiterbauelement nach Fig. 5a und 5b komplementäre Anordnung,
Fig. 8 und 9 Schnitte durch ein Halbleiterbauelement nach Fig. 5a, jedoch mit besonderen Anschlüssen
für eine Steuerspannung.
Bei der Erfindung spielen die Übergänge zwischen den auch der Stromzuführung dienenden metallischen
Kontaktelektroden und den angrenzenden Halbleiterzonen eine besondere Rolle. Innerhalb dieser Übergangsschichten
ist die periodische Gitterstruktur des Einkristalls durch die Nähe der Oberfläche und die
409 588/309
Nähe des Metallbelags gestört, was sich dadurch bemerkbar
macht, daß innerhalb der verbotenen Zone zwischen Valenz- und Leitungsband Energieniveaus
auftreten, welche eine vermehrte thermische Erzeugung von Ladungsträgern zur Folge haben. Dieser
vermehrten Erzeugung steht im thermodynamischen Gleichgewicht eine vermehrte Rekombination von
Ladungsträgern gegenüber.
Sorgt man dafür, daß unmittelbar anschließend an
Die so hergestellten Beläge ergeben Übergangsschichten, die sich von einer bestimmten Stromstärke
an nicht mehr rein ohmisch verhalten, sondern Ladungsträger emittieren. Wie F i g. 3 für Beläge auf
5 p-dotiertem Silizium oder Germanium zeigt, emittieren sie mehr Elektronen, als der Fortsetzung des rein
ohmschen Verhaltens entsprechen würde.
Diese zusätzliche Emission von Elektronen ist — wie oben ausgeführt — vermutlich darauf zurückzuführen,
solche Übergangsschichten die Dotierung des Halb- io daß in den Übergangsschichten 2 und 3 die im Innern
leiters relativ niedrig und die Gitterstruktur des Kri- des Einkristalls regelmäßige Gitterstruktur durch die
stalls wenig gestört ist, so daß die Lebensdauer von Nähe der Oberfläche und die Nähe des Metallbelages
aus solcher Übergangsschicht injizierten Ladungs- gestört ist, wodurch in der im Innern des Einkristalls
trägern genügend hoch ist, so kann eine derartige verbotenen Lücke zwischen Valenzband und Leitungsübergangsschicht
allgemein als Emitter von Ladungs- 15 band des Halbleiters Zwischenniveaus möglich werden,
trägern verwendet werden. aus denen von einer bestimmten Feldstärke an zusätz-
Die Fig. la zeigt im Schnitt ein einfaches nicht lieh Elektronen frei werden. Dieses zusätzliche Freisteuerbares Halbleiterbauelement, bei dem innerhalb werden von Elektronen wird durch eine höhere elekeines
halbleitenden Siliziumeinkristalls eine stärker trische Feldstärke in der Übergangsschicht 2 bzw. 3
p-dotierte Zone in der Übergangsfläche 1 an eine 20 begünstigt. Im Fall der in Fig. la stark dotierten,
schwächer η-dotierte Zone anstößt. Diese Zonen ρ also niedrig ohmigen p-Zone ist es — wie in F i g. Ib
und η sind mit Metallbelägen M1 bzw. M2, die nebst veranschaulicht — vorteilhaft, die Dotierung mindeihrer
bereits erwähnten Funktion noch als Strom- stens in nächster Nähe der Übergangsschicht 2 in
kontakte dienen, in Übergangsschichten 2 bzw. 3 fest Richtung nach dem Metallbelag M1 räumlich inverbunden.
S1 und S2 sind die Stromzuführungen zu 25 homogen abnehmen zu lassen. Dadurch wird die elek-
M1 bzw. M2. trische Feldstärke in der Übergangsschicht 2 herauf-
Ein von M1 nach M2 gerichteter Flußstrom wird im gesetzt, ohne die resultierende Leitfähigkeit der p-Zone
wesentlichen durch bei 1 von der p-Zone in die und ihre Wirksamkeit als Emitter von Löchern wesentn-Zone
injizierte Löcher und durch von der Über- lieh zu beeinträchtigen. Dieser Abfall in der Dotierung
gangsschicht 3 injizierte Elektronen getragen, während 30 der p-Zone kann vor Aufbringen des Belages M1 durch
für einen von M2 und M1 gerichteten Sperrstrom, wie einen Temperprozeß, bei welchem Akzeptoren aus der
er in den Sperrintervallen der Ventile einer Gleich- Oberfläche der p-Zone herausdiffundieren, hergestellt
richterschaltung auftritt, die in Minorität vorhandenen werden.
Ladungsträger beider Schichten die Übergangsfläche 1 Die Ubergangsschicht 2 als Emitter von Elektronen
und die links und rechts von ihr sich erstreckende 35 bewirkt für Rückströme, also in einem Sperrintervall
Sperrzone passieren. der Ventilanordnung nach Fig. la eine Modifikation
Bei geeigneten Metallbelägen sind die Übergangs- der klassischen [//-Kennlinie eines Gleichrichters, wie
schichten 2 und 3 zwischen M1 und ρ bzw. η und M2 F i g. 2 eine solche zeigt. Die von 2 injizierten Elekfür
kleine Ströme rein ohmsche Widerstände ohne tronen gelangen entgegen dem elektrischen Feld und
Gleichrichtereffekt. Dieses rein ohmsche Verhalten 40 nach Durchlaufen der Sperrzone bei 1 in die Uberzeigen
beispielsweise Beläge aus Zinn und Indium, gangsschicht 3, wo sie Löcher frei machen, welche
vorausgesetzt, daß diese Metalle in ausreichender mit dem elektrischen Feld durch die Sperrzone bei 1
Reinheit und in geeigneter Weise mit dem halbleiten- nach 2 wandern, um dort die Injektion von Elekden
Einkristall derart fest verbunden werden, daß aus tronen zu verstärken. Bei einem bestimmten Rückden
Metallen keine Verunreinigungen in die angren- 45 strom bewirkt dieser Mechanismus mit Rückkopplung
zenden Halbleiterschichten hinein diffundieren. Letz- ein Umkippen in einen Zustand hoher Leitfähigkeit,
teres kann auf verschiedene Weisen geschehen: so daß für die [//-Kennlinie an Stelle von F i g. 2 nun
a) Die Oberfläche des halbleitenden Einkristalls wird FiS·4 tritt- Weser Vorgang des Umkippens spielt
im Hochvakuum durch Bombardement mit Ionen sich m ähnlicher Weise ab wie in einer p-n-p-n-Ventileines
reduzierenden oder indifferenten Gases, 5<> anordnung, indem im vorliegenden Fall Mrp-n und
vorzugsweise eines Edelgases, gereinigt. Dann l>n-M2 als die miteinander gekoppelten komplemen-—
- - tären Transistoren betrachtet werden können.
Die Fig. 5 a und 5 b zeigen eine Weiterentwicklung
der Ventilanordnung nach den Fig. la und 1 b durch
55 Hinzufügen einer weiteren stark p-dotierten Zone p2,
so daß eine Ventilanordnung M1-P1-Ti-P2-M2 entsteht,
mit nun zwei Übergangsflächen 1 und 4 sowie den
beiden Übergangsschichten 2 und 3. Ein von M1 nach
der Ventilanordnung nach den Fig. la und 1 b durch
55 Hinzufügen einer weiteren stark p-dotierten Zone p2,
so daß eine Ventilanordnung M1-P1-Ti-P2-M2 entsteht,
mit nun zwei Übergangsflächen 1 und 4 sowie den
beiden Übergangsschichten 2 und 3. Ein von M1 nach
wird im Hochvakuum ein dünner Belag des betreffenden Metalls aufgedampft. Dieser Belag
wird schließlich durch ein weiteres Metall, beispielsweise Kupfer, galvanisch verstärkt.
b) Die Oberfläche des halbleitenden Einkristalls wird in einem Elektrolyten abgeätzt und dann
galvanisch ein Belag des betreffenden Metalls
M2 gerichteter Strom könnte die Übergangsfläche 1
spielsweise Kupfer, galvanisch verstärkt werden.
c) Besonders bewährt hat es sich, die Oberfläche des Einkristalls durch ein von Störstellen ver-
niedergeschlagen Dieser Belag kann falls dies 6o pr^sch ungehindert passieren, während nun links
erforderlich ist, durch ein weiteres Metall, bei- und rechts V*Q 4 ejne Sperrschicht auftritt; wie ^63
an der Übergangsfläche 1 der Fig. 1 für einen Sperrstrom der Fall war. Die Ventilanordnung nach
F i g. 5 a hat daher eine [//-Kennlinie, wie sie F i g. 6 ursachenden Atomen freies Flußmittel anzuätzen 65 zeigt.
und dann dieses Flußmittel durch Aufschmelzen In einem Sonderfall von F i g. 5 a und 5 b ist die
des betreffenden, den Belag bildenden Metalls zu Anordnung zu einer zur Stromrichtung senkrechten
verdrängen. Ebene bezüglich Geometrie und Dotierung symme-
irisch. Die f//-Kennlinie nach F i g. 6 ist dann notwendigerweise
zum Koordinatenursprung spiegelsymmetrisch.
Die Fig. 7a und 7b zeigen die dem Halbleiterbauelement
nach Fig. 5a und 5b komplementäre Anordnung, die durch Vertauschen von p- und n-Dotierung
entsteht. Die [//-Kennlinie nach Fig. 6 wird
dadurch nicht geändert.
Die Halbleiterbauelemente entsprechend den Fig. 5a und 7a können durch Anschluß einer be- ίο
sonderen Steuerleitung an mindestens einer der mit einer der beiden Metallbeläge fest verbundenen Halbleiterschichten
steuerbar gemacht werden. Das soll für einen der vier möglichen Fälle näher erläutert
werden.
Die Fig. 8 stellt eine mit Fig. 5a übereinstimmende
Anordnung dar, bei welcher jedoch seitlich an die Zone p2 eine Stromzuführung S3 angeschlossen ist.
Die Ventilanordnung stehe unter Spannung für einen von M1 nach M2 gerichteten Flußstrom, befinde sich
aber noch in einem dem Punktet der [//-Kennlinie
(Fig. 6) entsprechenden Zustand, d.h., die Sperrschicht links und rechts der Übergangsfläche 4
blockiert vorläufig noch den Stromdurchgang. Gibt man nun zwischen S3 und S2 einen Spannungsimpuls,
der das Potential von P2 gegenüber M2 anhebt, so
injiziert die Übergangsschicht 3 eine Wolke von Elektronen, welche den oben beschriebenen Mechanismus
des Umkippens in einen Zustand hoher Leitfähigkeit auslöst. Der Zustandspunkt in der [//-Kennlinie
F i g. 6 springt damit von A nach B, wobei die B entsprechende
Stromstärke im wesentlichen durch den Widerstand im äußeren, speisenden Kreis bestimmt
ist. Diese Art der Steuerung hat den Nachteil, daß sie nur für eine Stromrichtung im Hauptkreis wirksam
und für sie ein relativ großer Steuerstrom notwendig ist.
Diese Nachteile vermeidet das Halbleiterbauelement gemäß F i g. 9. Dieses unterscheidet sich von der Anordnung
nach Fig. 5 dadurch, daß in die Kombination n-p2-M2 eine z. B. kreisringförmige Rille 5 eingeätzt
ist. Auf dem Grund der Rille befindet sich ein stark η-dotierter Kontakt 6, der den Anschluß der
einen Stromzuführung S4 an die Schicht η ermöglicht.
Die andere Steuerleitung S6 ist am Metallbelag des beim Ätzen stehengebliebenen Zylinders der Kombination
Ti-P2-M2 angeschlossen. Dieser Zylinder ist
vom restlichen Teil der Kombination P2-M2 durch die
Rille getrennt und bildet mit P1 als Kollektor einen
Transistor mit der Zone η als Basis.
Macht man durch einen Spannungsimpuls S5 zu S4
positiv, so injizieren die stark η-dotierte Kontaktelektrode 6 Elektronen, der im stehengebliebenen
Zapfen befindliche Teil der Zone p2 Löcher in die
schwach dotierte Zone n. Diese Ladungsträger wandem unter dem Einfluß der zwischen S1 und S2 angelegten
Spannung in entgegengesetzten Richtungen und lassen das Halbleiterbauelement, wenn es sich in
einem der Zustände entsprechend Punkt A oder Punkt C der F i g. 6 befindet, in einen Zustand hoher
Leitfähigkeit entsprechend Punkt B bzw. Punkt D der Fig. 6 umkippen. Da die Steuerung in diesem Fall
nicht an einer Metall-Halbleiter-Übergangsschicht erfolgt, ist der notwendige Steuerstrom nur gering.
Hat das Halbleiterbauelement nach Fig. 9 einen größeren stromführenden Querschnitt, so können über
die Fläche der Kontaktelektroden M2 bzw. M1 statt
eines Anschlusses wie in Fi g. 9 auch mehrere, gegebenenfalls parallel geschaltete Anschlüsse für die
Einführung eines Steuerimpulses angebracht sein.
Es ist zu bemerken, daß man die kreisringförmige Rille 5 durch eine andersförmige Rille oder irgendein
anderes Mittel, die oder das eine Trennung eines Teiles einer p-Halbleiterzone mit der auf ihm angebrachten
Kontaktelektrode vom übrigen Teil dieser Schicht und Kontaktelektrode gestatten, ersetzen kann.
Für die behandelten Ausführungsbeispiele war angenommen, der halbleitende Einkristall sei ein Siliziumeinkristall.
Die für die Erfindung charakteristischen Vorteile bestehen aber auch, wenn statt eines Siliziumein
Germaniumeinkristall verwendet wird.
Was die Schaltung der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente anbetrifft, soll der Widerstand im
äußeren, speisenden Kreis die nach Umkippen in den Zustand hoher Leitfähigkeit rapid zunehmende Stromstärke
auf Werte begrenzen, welche für die Halbleiterbauelemente noch zulässig sind. Der strombegrenzende
Widerstand im äußeren Kreis kann ein fester oder ein mit der Stromstärke zunehmender, eventuell ein mit
der Stromstärke nach unendlich zunehmender Widerstand, also eine rasch unterbrechende Sicherung sein.
Claims (18)
1. Gegen Überspannungen sich selbst schützendes Halbleiterbauelement mit mindestens einer
p-n-Übergangsfläche im Halbleiterkörper und je einer dünnen Übergangsschicht zwischen den beiden
Kontaktelektroden und der jeweils angrenzenden äußeren Halbleiterzone, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzielung eines Umkippens in einen Zustand hoher Leitfähigkeit bei Sperrspannungen des Halbleiterbauelementes für
die Kontaktelektroden (M1, M2) an den äußeren
Zonen Zinn, Indium oder ähnliches Metall so angebracht sind, daß jede Übergangsschicht (2, 3)
bei Polung der benachbarten p-n-Übergangsfläche (1, 4) in Sperrichtung Minoritätsladungsträger in
die benachbarte Halbleiterzone injiziert, und daß die benachbarte Halbleiterzone nur so dick ist,
daß injizierte Minoritätsladungsträger bis zur benachbarten p-n-Übergangsfläche gelangen können.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die genannten Übergangsschichten (2, 3) eine
Metall-p-Halbleiter- und eine n-Halbleiter-Metall-Ubergangsschicht
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der p-Halbleiter eine stark dotierte dünne
Halbleiterzone ist und der η-Halbleiter eine schwach dotierte dickere Halbleiterzone ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der
stark dotierten p-Halbleiterzone räumlich inhomogen ist und in Richtung nach dem Metallbelag
(M1) abnimmt, so daß die elektrische Feldstärke in der Übergangsschicht (2) höher als im Innern
der p-Halbleiterzone ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, das zwei von drei Halbleiterzonen, insbesondere p-n-p-Zonen,
gebildete Übergangsfiächen enthält und bei dem die beiden Metall-Halbleiter-Übergangsschichten
(2, 3) je eine Metall-p-Halbleiter-Übergangsschicht
(M1-P1 bzw. P2-M2) sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden p-Halbleiterzonen
stark dotierte und dünne Zonen (pv p2) sind und
die n-Halbleiterzone eine schwach dotierte und dickere Zone (n) ist.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der stark
dotierten Halbleiterzonen (pv p2) räumlich inhomogen
ist und in Richtung nach dem Metallbelag (M1, M2) abnimmt, so daß die elektrische
Feldstärke in "den Übergangsschichten (2,3) höher als im Innern der angrenzenden Halbleiterzonen
(P1, P2) ist.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, das zwei aus drei Halbleiterzonen, insbesondere n-p-n-Zonen,
gebildete Übergangsflächen enthält und bei dem die beiden Metall-Halbleiter-Übergangsschichten
(2, 3) je eine Metall-n-Halbleiter-Ubergangsschicht
(M1-K1 bzw. W2-M2) ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden n-Halbleiterzonen stark dotierte und dünne Zonen (nv n2) sind und
die p-Halbleiterzone eine schwach dotierte und
dickere Zone (p) ist.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der stark
dotierten Zonen (nv n2) räumlich inhomogen ist
und in Richtung nach dem Metallbelag (M1, M2)
abnimmt, so daß die elektrische Feldstärke in den Übergangsschichten (2,3) höher als im Innern der
angrenzenden Halbleiterzonen (nv n2) ist.
8. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
eine durch eine Übergangsschicht (2, 3) mit einem Metallbelag (M1, M2) verbundene Halbleiterzone
(pv p2, nv «2) mit einer Kontaktelektrode (S3)
versehen ist, so daß eine Steuerspannung zwischen dieser Halbleiterzone und dem Metallbelag angelegt
werden kann, um die Injektion von Minoritätsträgern zu begünstigen.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer p-Halbleiterzone mit dem auf ihm angebrachten Metallbelag
vom übrigen Teil dieser Zone und Metallbelag getrennt ist, daß der getrennte TeE des Metallbelages
sowie die n-Halbleiterzone je mit einer Kontaktelektrode (S4, S5) versehen ist, so daß eine
Steuerspannung zwischen diesen beiden Kontaktelektroden (S4, S5) angelegt werden kann, um das
Halbleiterbauelement für beide Stromrichtungen in einen Zustand hoher Leitfähigkeit kippen zu
können.
10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer n-Halbleiterzone mit dem auf ihm angebrachten Metallbelag
vom übrigen Teil dieser Zone und Metallbelag getrennt ist, daß der getrennte Teil des
Metallbelages sowie die p-Halbleiterzone je mit einer Kontaktelektrode (S4, S5) versehen ist, so daß
eine Steuerspannung zwischen diesen beiden Kontaktelektroden (S4, S5) angelegt werden kann, um
das Halbleiterbauelement für beide Stromrichtungen in einen Zustand hoher Leitfähigkeit
kippen zu können.
11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte
Teil durch eine Rille getrennt ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag, welcher mit der Halbleiterzone die Ladungsträger
injizierende Übergangsschicht bildet, in nicht fester Phase des Metalls aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag nach Reinigen
der Oberfläche der Halbleiterzone mit Ionenbombardement durch Aufdampfen im Hochvakuum
aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag nach Abätzen
der Oberfläche der Halbleiterzone durch elektrolytisches Niederschlagen aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag nach Abätzen
der Oberfläche der Halbleiterzone durch Aufschmelzen aufgebracht wird.
16. Schaltung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
äußeren, speisenden Kreis sich ein Widerstand befindet, welcher die beim Umkippen in den Zustand
hoher Leitfähigkeit zunehmende Stromstärke auf für das Halbleiterbauelement zulässige Werte begrenzt.
17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Widerstandes im
äußeren, speisenden Kreis mit der Stromstärke zunimmt.
18. Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine rasch
unterbrechende Sicherung ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 565109;
französische Patentschrift Nr. 1205 271;
USA.-Patentschrift Nr. 2 980 810;
Elektronische Rundschau, 1959, Nr. 11, S. 411,412.
Belgische Patentschrift Nr. 565109;
französische Patentschrift Nr. 1205 271;
USA.-Patentschrift Nr. 2 980 810;
Elektronische Rundschau, 1959, Nr. 11, S. 411,412.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 588/309 4.64 ® Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH822260A CH386567A (de) | 1960-07-19 | 1960-07-19 | Gegen Überspannung sich selbstschützende Halbleiter-Ventilanordnung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1169589B true DE1169589B (de) | 1964-05-06 |
Family
ID=4337016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEC24530A Pending DE1169589B (de) | 1960-07-19 | 1961-07-04 | Gegen UEberspannung sich selbst schuetzendes Halbleiterbauelement, sowie Verfahren zum Herstellen und Schaltung eines solchen Halbleiterbauelements |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3286137A (de) |
| CH (1) | CH386567A (de) |
| DE (1) | DE1169589B (de) |
| GB (1) | GB981301A (de) |
| NL (2) | NL266849A (de) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3427515A (en) * | 1966-06-27 | 1969-02-11 | Rca Corp | High voltage semiconductor transistor |
| JPS4812397B1 (de) * | 1968-09-09 | 1973-04-20 | ||
| US3666967A (en) * | 1971-05-12 | 1972-05-30 | Us Navy | Self-destruct aluminum-tungstic oxide films |
| FR2737343B1 (fr) * | 1995-07-28 | 1997-10-24 | Ferraz | Composant limiteur de courant et procede de realisation |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE565109A (de) * | 1957-02-27 | 1900-01-01 | ||
| US2980810A (en) * | 1957-12-30 | 1961-04-18 | Bell Telephone Labor Inc | Two-terminal semiconductive switch having five successive zones |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2895109A (en) * | 1955-06-20 | 1959-07-14 | Bell Telephone Labor Inc | Negative resistance semiconductive element |
| US2914715A (en) * | 1956-07-02 | 1959-11-24 | Bell Telephone Labor Inc | Semiconductor diode |
| US3141119A (en) * | 1957-03-28 | 1964-07-14 | Westinghouse Electric Corp | Hyperconductive transistor switches |
| US2966434A (en) * | 1958-11-20 | 1960-12-27 | British Thomson Houston Co Ltd | Semi-conductor devices |
| US3208887A (en) * | 1961-06-23 | 1965-09-28 | Ibm | Fast switching diodes |
-
0
- NL NL131695D patent/NL131695C/xx active
- NL NL266849D patent/NL266849A/xx unknown
-
1960
- 1960-07-19 CH CH822260A patent/CH386567A/de unknown
-
1961
- 1961-07-04 DE DEC24530A patent/DE1169589B/de active Pending
- 1961-07-14 US US124039A patent/US3286137A/en not_active Expired - Lifetime
- 1961-07-18 GB GB26070/61A patent/GB981301A/en not_active Expired
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE565109A (de) * | 1957-02-27 | 1900-01-01 | ||
| FR1205271A (fr) * | 1957-02-27 | 1960-02-02 | Westinghouse Electric Corp | Interrupteurs à transistor à semi-conducteur |
| US2980810A (en) * | 1957-12-30 | 1961-04-18 | Bell Telephone Labor Inc | Two-terminal semiconductive switch having five successive zones |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL131695C (de) | |
| US3286137A (en) | 1966-11-15 |
| GB981301A (en) | 1965-01-20 |
| NL266849A (de) | |
| CH386567A (de) | 1965-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102009047808B4 (de) | Bipolares Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterdiode | |
| DE102015111371B4 (de) | Halbleiterbauelement mit einem schaltbaren und einem nicht schaltbaren Diodengebiet | |
| DE3707867C2 (de) | ||
| DE2727405A1 (de) | Feldgesteuerter thyristor mit eingebettetem gitter | |
| DE2107564B2 (de) | Durch Lichteinfall steuerbarer Thyristor | |
| DE2204853C2 (de) | Schaltungsanordnung zum Zünden eines steuerbaren bidirektionalen Thyristors | |
| DE3428067A1 (de) | Halbleiter-ueberspannungsunterdruecker mit genau vorherbestimmbarer einsatzspannung | |
| DE1201493B (de) | Halbleiterdiode mit einer pnp- bzw. npn-Zonenfolge und einem Esaki-pn-UEbergang | |
| EP0106059A1 (de) | Halbleiterschalter mit einem abschaltbaren Thyristor | |
| DE2825794A1 (de) | Abschaltbarer thyristor mit mindestens vier schichten unterschiedlichen leitfaehigkeittyps, bei dem die abschaltung durch kurzschliessen der der steuerbasisschicht benachbarten kontaktierten aeusseren emitterschicht mit der anliegenden, nach aussen gefuehrten und kontaktierten steuerbasisschicht erfolgt | |
| EP0978145A1 (de) | Halbleiter strombegrenzer und deren verwendung | |
| DE1464983C2 (de) | in zwei Richtungen schaltbares und steuerbares Halbleiterbauelement | |
| DE1213920B (de) | Halbleiterbauelement mit fuenf Zonen abwechselnden Leitfaehigkeitstyps | |
| DE4228832C2 (de) | Feldeffekt-gesteuertes Halbleiterbauelement | |
| EP0430133B1 (de) | Leistungs-Halbleiterbauelement mit Emitterkurzschlüssen | |
| EP0029163A1 (de) | Lichtzündbarer Thyristor und Verfahren zu seinem Betrieb | |
| DE1169589B (de) | Gegen UEberspannung sich selbst schuetzendes Halbleiterbauelement, sowie Verfahren zum Herstellen und Schaltung eines solchen Halbleiterbauelements | |
| DE3942490C2 (de) | Feldeffekt-gesteuertes Halbleiterbauelement | |
| DE1194061B (de) | Verfahren zum Herstellen eines Flaechen-Vierzonentransistors und Anwendung eines nach diesem Verfahren hergestellten Transistors | |
| DE2458735C2 (de) | Transistor mit einem hohen Stromverstärkungsfaktor bei kleinen Kollektorströmen | |
| DE3104743C2 (de) | Halbleiter-Schaltanordnung | |
| DE1197986B (de) | Halbleiterbauelement mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps im Halbleiterkoerper | |
| DE1132662B (de) | Flaechentransistor mit zwei ohmschen Steuerelektroden fuer den Emitter-Kollektor-Strom an der Basiszone | |
| DE2733060C2 (de) | Abschaltbarer Thyristor | |
| DE1573717A1 (de) | Halbleiterbauelement |