DE1211339B - Steuerbares Halbleiterbauelement mit vier Zonen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1211339

Aktenzeichen: W 32884 VIII c/21 g

Anmeldetag: 1. September 1962

Auslegetag: 24. Februar 1966

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterschalter und insbesondere auf einen Vierzonen-Halbleiterschalter mit drei Elektroden, der die Fähigkeit besitzt, verhältnismäßig große Werte des zwischen den beiden äußeren Anschlüssen fließenden Stromes abzuschalten, indem ein Impuls oder eine Spannung zwischen eine der inneren und eine der äußeren Zonen angelegt wird.

Bekannte steuerbare Halbleiterbauelemente vom Vierzonen-pnpn- oder npnp-Typ werden leitend gemacht, indem entweder die Spannung, die an das Bauelement gelegt wird, so weit vergrößert wird, daß sie die Kippspannung überschreitet und dadurch das Bauelement leitend macht, oder indem ein genügend großer Strom in Durchlaßrichtung zwischen einer der inneren und der benachbarten äußeren Zone hindurchgeschickt wird, wodurch das Bauelement ebenfalls leitend wird. Derartige Bauelemente können vom leitenden in den nichtleitenden Zustand übergeführt werden, indem der hindurchfließende Strom auf praktisch Null vermindert wird. In derartigen konventionellen Vierzonen-Halbleiterbauelementen konnten bisher nur verhältnismäßig kleine Ströme zwischen den äußeren Anschlüssen abgeschaltet werden, indem ein Strom in Sperrichtung zwischen einer der inneren Zonen und der benachbarten äußeren Zone hindurchgeschickt wurde. Deshalb können für alle praktischen Anwendungsfalle die bisher üblichen Vierzonen-Halbleiterbauelemente nur dadurch abgeschaltet, d. h. von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand übergeführt werden, daß der Strom zwischen den äußeren Anschlüssen vermindert wird.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Vierzonen-Halbleiterbauelement zu schaffen, das verhältnismäßig große Ströme zwischen den äußeren Anschlüssen abschalten kann, indem ein Strom zwischen einer der äußeren Zonen und einer der inneren Zonen aufgedrückt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Vierzonen-Halbleiterbauelement zu schaffen, das vom Sperrzustand in den leitenden Zustand oder vom leitenden in den sperrenden Zustand in Abhängigkeit von der Richtung des Stromes zwischen einer der äußeren Zonen und einer der inneren Basiszonen geschaltet werden kann.

Die Erfindung betrifft deshalb ein steuerbares Halbleiterbauelement mit einem einkristallinen Halbleiterkörper und vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps sowie mit je einer Kontaktelektrode auf den beiden äußeren Zonen und auf einer der inneren Zonen. Erfindungsgemäß ist es dadurch gekennzeich-Steuerbares Halbleiterbauelement mit vier Zonen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa, (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur, G. Hoepffner, Rechtsanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Thorndike C. T, New,
Greensburg, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St, ν Amerika vom 6. Oktober 1961
(143 148)

net, daß an der Oberfläche die Randlinie der Kontaktelektrode an der inneren Zone höchstens eine Diffusionslänge von der Randlinie des pn-Übergangs zwischen dieser inneren Zone und der benachbarten äußeren Zone entfernt ist, aber die Randlinie des pn-Übergangs nicht berührt, und daß diese äußere Zone die Form eines Streifens mit einer Streifenbreite von höchstens 1,25 mm hat. Zweckmäßig ist die Fläche dieses pn-Übergangs auch wesentlich kleiner als die Fläche des pn-Übergangs zwischen der nichtkontaktierten inneren Zone, der Basiszone, und der dieser benachbarten äußeren Zone, der Emitterzone.

Mit anderen Worten, es wird ein mit drei Anschlüssen versehener Halbleiterschalter geschaffen, der mindestens vier Zonen und drei gleichrichtende Übergänge besitzt, wobei eine der äußeren Zonen (erster Emitter) klein ist, d, h. von wesentlich kleinerer Flächengröße ist als die andere äußere Zone (zweiter Emitter). Dieser Umstand verhilft zu einer Verkleinerung des Verstärkungsfaktors ß₂ zwischen der Basis und dem Kollektor eines Dreizonentransistors, dessen Emitter der genannte zweite Emitter ist.

Ferner ist die erste Emitterzone mit einem gleichrichtenden Übergang auf einer zweiten Zone, der Basiszone, in der Weise angeordnet, daß ein pn-

609 509/27&

Übergang mit einem verhältnismäßig langen Rand gebildet wird; und eine ohmsche Steuerkontaktelektrode ist auf dieser Basiszone so angebracht, daß sie gleichmäßig eng entfernt vom Rand des pn-Übergangs liegt. Es können zwei öder mehr voneinander getrennte Steuerkontakte vorgesehen werden, die äußerlich miteinander verbunden sind, oder es kann auch ein einzelner zusammenhängender Kontakt verwendet werden. Ebenso kann der erste Emitter aus einem zusammenhängenden Kontakt bestehen oder einer Mehrzahl von Kontakten, die äußerlich miteinander verbunden sind. Der Emitter besteht vorteilhaft aus einem oder mehreren Streifen, die geschwungen oder geradlinig sein können. Jeder Teil ist verhältnismäßig schmal, so daß ein Strom, der in den Steuerkontakt geschickt wird, wirkungsvoll den gesamten Strom durch den Emitter steuern kann und als Folge davon einen hohen Verstärkungsfaktor /S₁ zwischen der Basis und dem Kollektor eines äquivalenten Dreizonentransistors schafft, welcher den genannten ersten Emitter als seinen Emitter hat. Die Breite der Emitterstreifen ist vorzugsweise ungefähr 0,75 mm.

Es hat sich herausgestellt, daß auf diese Weise das Produkt von /S₁ und /S₂ auf weniger als 1 vermindert werden kann, indem ein Sperrstrom von verhältnismäßig kleiner Größe auf den Steuerkontakt gegeben wird und das Bauelement auf diese Weise abgeschaltet wird.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung im Zusamenhang mit den Zeichnungen hervor. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Vierzonen-Halbleiterbauelements;

Fig. 2 zeigt ein äquivalentes schematischesSchaltbild eines Vierzonen-Halbleiterbauelements;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches für die Erläuterung der Erfindung zweckmäßig ist;

Fig. 4 zeigt in der Aufsicht ein Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der LinieV-V der Fig. 4;

Fig. 6 zeigt eine Schaltung, welche verwendet wird, um erfindungsgemäß aufgebaute Bauelemente zu prüfen;

Fig. 7 zeigt ein Paar von Kurven, die mit der Schaltung gemäß Fig. 6 aufgenommen wurden, und

Fig. 8 zeigt in der Aufsicht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Vierzonen-Halbleiterbauelement vom pnpn- oder npnp-Typ. In Fig. 1 ist ein schematischer Aufbau eines pnpn-Bauelements dargestellt. Ein Vierzonen-Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen, einem ersten Emitteranschluß, einem zweiten Emitteranschluß und einem Steueranschluß (erste Basis), funktioniert wie das in Fig. 2 dargestellte Äquivalent, das aus zwei Transistoren T₁ und T₂ vom komplementären Leitfähigkeitstyp aufgebaut ist. Der mit drei Anschlüssen versehene Vierzonen-Halbleiterschalter, der in der Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus dem Halbleiterbauelement 10, welches eine erste äußere Zone 11 aus η-leitendem Material, eine erste innere Zone 12 aus p-leitendem Material, eine zweite innere Zone 13 aus η-leitendem Material und eine zweite äußere Zone 14 aus p-leitendem Material besitzt. Dieses Vierzonenbauelement hat einen ersten Emitteranschluß 16, einen zweiten Emitteranschluß 15 und einen Steueranschluß 17, der an der ersten inneren Basiszone 12 angebracht ist.

Das Vierzonenbauelement, das schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet effektiv wie zwei komplementäre Transistoren T₁ und T₂, von denen T₁ von npn-Typ und T₂ vom pnp-Typ ist, und die entsprechend dem äquivalenten Schaltbild gemäß Fig. 2 miteinander verbunden sind. Fig. 1 zeigt das Vierzonenbauelement in Reihe geschaltet mit einer Last

ίο 18 und einer Gleichspannungsquelle 19. Indem eine positive Spannung von genügender Höhe auf den Steueranschluß 17 gegeben wird, kann der Halbleiterschalter leitend gemacht werden. Jedoch ist es bei konventionellen Vierzonenbauelementen bisher nicht möglich gewesen, das Bauelement abzuschalten, indem eine Spannung zwischen Steueranschluß und erstem Emitteranschluß angelegt wird, wenn ein Strom von merklicher Größe durch das Gerät fließt. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat die zweite innere

Basiszone 13 die Funktion der Kollektorzdne des äquivalenten Transistors T₁ und der Basiszone des äquivalenten Transistors T₂. Die erste innere Zone 12 ist die Basiszone des äquivalenten Transistors T₁ und die Kollektorzone des äquivalenten Transistors T₂.

Der Stromverstärkungsfaktor (X₁ ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, der des Stromes zwischen Emitter 11 und Kollektor 13 des äquivalenten Transistors T₁, während a₂ der Stromverstärkungsfaktor

zwischen Emitter 14 und Kollektor 12 des äquivalenten Transistors T₂ ist. Genauso ist /J₁ der Verstärkungsfaktor zwischen Basis und Kollektor des äquivalenten Transistors T₁, während ß₂ der Verstärkungsfaktor zwischen Basis und Kollektor des äquivalenten Transistors T₂ ist. Wie bekannt, ist β gleich , und in α ausgedrückt ist es etwa gleich .

Bei einem Siliziumbauelement nimmt der Verstärkungsfaktor mit dem Strom infolge Sättigung der Störstellen zu, bis er infolge hoher Injektionsrate vermindert wird (s. Sah, Noyce und Shockley, Proceedings of the IRE, Bd. 45, S. 1228, September 1957). Ein typisches Diagramm für α in Abhängigkeit des Emitterstromes ist in Fig. 3 dargestellt.

Wenn ein positiver Impuls zwischen dem Steueranschluß 17 und dem Anschluß 16 aufgedrückt wird, wird der Steuerstrom/_Si vergrößert und vergrößert hierdurch den Basisstrom J₆₁ des ersten Transistors T₁. Der Kollektorstrom I₀₁ des äquivalenten Transit T it d til SZ D SI

_{1 01} q

stors T₁ ist dann proportional /S₁-Z₀₁. Der ₁

ist derselbe Strom wie der Basisstrom des äquivalenten Transistors T₂ (I_b2), der umgekehrt den Kollektorstrom I₀₂ des äquivalenten Transistors T₂ zu einer Vergrößerung auf ß₂-I_b2 veranlaßt. Da beide

/S-Funktionen des Stromes sind und sehr schnell zunehmen, bis das Produkt ß₁ -/S₂ größer als 1 wird, arbeitet der Schalter selbsthaltend, und der hindurchgeschickte Strom kann beliebig vergrößert werden. Der Strom wird dann lediglich durch die Gesamtimpedanz des Stromkreises begrenzt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird der Schalter als eingeschaltet oder leitend bezeichnet.

Wenn kein Steuerstrom vorhanden ist, teilt sich der Strom durch das Bauelement/ = J_ß2 = /_£l

zwischen I₀₁ und I₀₂ (oder J₆₁ und J₀₂) im Verhältnis zwischen /S₁ und ß₂ auf. Wenn ein negativer oder Sperrstrom auf den Steuerkontakt 17 gegeben wird, fließt I₀₂ in den äußeren Stromkreis anstatt als I_bl

zu dienen. In diesem Fall wird der Basisstrom I_bl des ersten äquivalenten Transistors T₁ verkleinert oder unterbrochen, und sein Emitterstrom wird ebenfalls vermindert. Dies kann wieder den Verstärkungsfaktor ß_x verkleinern. Der gleiche Effekt tritt dann in dem zweiten äquivalenten Transistor T₂ auf und vermindert ß₂ usw. Wenn ein genügend großer Anteil des Kollektorstromes des zweiten äquivalenten Transistors T₂ in den äußeren Stromkreis abgezweigt wird, um I_bx und I_cx zu vermindern, wodurch verhältnismäßig niedrige /J₁ und /J₂ resultieren, kann das Produkt aus ß_x und /J₂ auf weniger als 1 vermindert werden, wodurch das Element in den nichtleitenden oder abgeschalteten Zustand übergeführt wird.

Das Verhältnis des Laststromes / zu dem Steuerstrom in Sperrichtung, der benötigt wird, um den Laststrom / zu unterbrechen, wird Ausschaltverstärkungsfaktor genannt. Damit ein hoher Ausschaltverstärkungsfaktor erzielt wird, ist es notwendig, einen geringen Steuerstrom, d. h. einen kleinen Strom I_{c 2}, zu benötigen. Wie schon zuvor festgestellt, ist die Aufteilung des Stromes/ oder /_fi2 in die Ströme/,.₂ oder I_bl proportional zu ß_r Deshalb kann der Ausschaltverstärkungsfaktor so gut wie ß_x gemacht werden. Es ist aber ebenso notwendig, ß₂

auf etwa -g- zu halten, so daß die genannte Ver-

Stärkung leicht auf weniger als 1 vermindert werden kann.

Vor dem Ausschalten des Schalters ist das Stromniveau ziemlich hoch. Das ß_x des äquivalenten Transistors T_x ist die effektive Transistorverstärkung bei hohem Stromniveau, die äußerlich meßbar ist. Beim normalen Vierzonenbauelement ist der äußerlich erhältliche Stromgewinn dieses Teiles bei hoher Stromdichte ziemlich niedrig.

Deshalb ist ein normales Bauelement vom Vierschichten- oder Vierzonentyp schwierig abzuschalten, wenn ein merklicher Strom fließt, da der Steuerstrom nur einen kleinen Bereich im wesentlichen innerhalb einer Diffusionslänge von dem Steuerkontakt beeinflussen kann. Weiter ist infolge der physikalischen Größe des zweiten Emitters (p-leitende Zone) die Stromdichte ähnlich der im ersten Emitter (η-leitende Zone), wodurch ß₂ hoch ist, so daß das Produkt von ß_x und ß₂ nicht leicht auf kleiner als 1 vermindert werden kann, womit das mit drei Anschlüssen versehene Vierzonenbauelement abgeschaltet werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dagegen der Aufbau des Vierzonenbauelements so getroffen, daß ein Steuerstrom in Sperrichtung durch die Steuerelektrode zugeführt werden kann, der verhältnismäßig große Ströme zwischen den äußeren Anschlüssen löschen kann, und es wurden Versuche mit solchen Bauelementen durchgeführt, bei denen ein verhältnismäßig kleiner Steuerstrom einen Laststrom von über 20 A abschaltete.

Die F i g. 4 zeigt in der Aufsicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 5 zeigt im Querschnitt in vergrößertem Maßstab das Element gemäß F i g. 4 längs der Linie V-V. Das Element, wie es in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, besteht aus einem ohmschen stark dotierten Kontakt 21, der als ohmscher Kontakt einer diffundierten p-leitenden Zone 22 dient. Die diffundierte p-Zone 22 hat Kreisform und hat einen aufwärts gekrümmten Rand, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, der sich bis zum Graben 26 erstreckt. Zwischen dem aufwärts gebogenen äußeren Rand der p-Zone22 erstreckt sich eine runde η-leitende Zone 23. Eine diffundierte Zone 24 vom p-Leitfähigkeitstyp bildet einen diffundierten pn-Übergang mit der n-Zone 23 und ist ebenfalls rund. Diese p-Zone bildet die Steuerzone des Vierschichtbauelements; die äquivalente Zone in den Fig. 1 und 2 ist mit 12 bezeichnet. Ein durch diese Zone fließender Strom schaltet das Bauelement ein oder

ίο aus, aus dem nichtleitenden in den leitenden und aus dem leitenden in den nichtleitenden Zustand.

Zum Ein- und Ausschalten wird der Steuerstrom zwischen der p-leitenden Zone 24 und einer äußeren η-leitenden Zone 25 aufgedrückt, die einen durch Legierung hergestellten gleichrichtenden Kontakt mit der p-Zone 24 bildet. Der ringförmige oder runde η-leitende erste Emitter 25 besitzt zwei diametral angeordnete Leiter, die mit Hilfe des Leiters 27 miteinander verbunden sind, der einen Anschluß 28

ao zum Zuführen des Ein- oder Ausschaltsteuerstromes besitzt. Als Anschlüsse der inneren Basiszone 24 sind zwei Steuerkontaktglieder 31 und 32 angebracht. Das Kontaktglied 31, wie es in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist, ist eine p-leitende runde Scheibe 31, die symmetrisch innerhalb des Emitterringes 25 liegt. Der äußere Rand des Kontaktgliedes 31 liegt symmetrisch zum inneren runden Rand des Emitters 25 und ist eng benachbart mit gleichmäßigem Abstand davon angeordnet. Beide Kontaktglieder 31 und 32 bilden ohmsche nicht gleichrichtende Verbindungen mit der inneren Basiszone 24 und bilden so elektrische Anschlüsse. Die Kontakte 31 und 32 sind durch einen Leiter 33 miteinander verbunden, der einen Anschluß 34 besitzt, so daß ein Strom zwisehen den Anschlüssen 28 und 34 hindurchgeschickt werden kann, um einen Einschalt- oder Ausschaltstrom durch die Steuerelektrode zu leiten. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Leitungen und Anschlüsse 27, 28, 33 und 34 in F i g. 4 nicht dargestellt.

Die wirksame Randlänge des ersten Emitters ist dadurch vergrößert, daß ein innerer und äußerer Kontakt in engem Abstand und symmetrisch zum Emitter 25 angeordnet ist. Weiter ist die Wirkung des Widerstandes der Basiszone 24 vermindert, um unnötige Verluste in dieser Zone zu vermindern, und zwar dadurch, daß der Abstand zwischen dem Emitter 25 und den Steuerkontakten 31 und 32 enggehalten wird, vorzugsweise kleiner als eine Träger- diffusionslänge, aber nicht mehr als 125 μ. Die Breite des η-leitenden Emitters wird ebenfalls so ausgewählt, daß die gesamte Fläche unter dem Emitter durch die Steuerkontakte 31 und 32 wirksam kontrolliert wird. Die Fläche des zweiten Emitters 22 (P-Emitter des äquivalenten Transistors T₂) ist größer als der erste Emitter 25, wodurch der Stromverstärkungsfaktor /?₂ klein gehalten wird. Als Folge dieser Anordnung kann man einen Strom zwischen den Anschlüssen 28 und 34 fließen lassen, der verhältnismäßig große Beträge des durch das Bauelement fließenden Laststromes abschalten kann. Bisher war es nur möglich, verhältnismäßig kleine Lastströme abzuschalten, indem eine Spannung oder ein Strom zwischen Emitter und Basis eines Vierzonenbauelements gelegt wurde. Ein zufälliger weiterer Vorteil, der durch die verhältnismäßig hohe Abschaltverstärkung erreicht wird, ist darin zu sehen, daß die Kippcharakteristik nicht sehr stark durch hohe Tempe-

raturen beeinflußt wird, wodurch man höhere Arbeitstemperaturen als bei bisher bekannten Halbleiterbauelementen zulassen kann.

Der Stromverstärkungsfaktor ß₂ kann weiter dadurch niedriggehalten werden, daß die untere η-leitende Zone 23 eine verhältnismäßig große Dicke besitzt, d. h. eine Dicke erheblich größer als die der oberen p-leitenden Zone 24. Die bevorzugte Dicke der Zone 23 ist etwa eine Diffusionslänge, d. h. etwa 125 μ, während die Dicke der Zone 24 nur etwa 50 μ oder weniger beträgt.

Bezüglich der Flächengrößen des zweiten Emitters 22 und des ersten Emitters 25 erscheint es wünschenswert, einen beträchtlichen Unterschied vorzusehen. Eine wesentliche Verbesserung der Abschaltcharakteristik erreicht man, wenn die Fläche des ersten Emitters mindestens um den Faktor 2 kleiner als die Fläche des zweiten Emitters ist.

Damit eine · wirksame Steuerung des Emitterstromes bewirkt werden kann, muß der Emitter 25 eine solche Form aufweisen, daß jeder Teil des Emitter-pn-Übergangs durch die Steuerelektrode kontrolliert werden kann. Ein schmaler Streifen, vorzugsweise mit einer Breite von nicht mehr als 1,25mm, ist eine brauchbare Form, während die Form der Anordnung des Streifens oder der Streifen verhältnismäßig unbedeutend ist. Ein aus einem Fleck bestehender' Emitter mit einem Durchmesser von weniger als 0,75 mm ist brauchbar, solange der Rand des pn-Übergangs ausreichend lang ist. Es ist nicht notwendig, daß der Steuerkontakt eine ähnliche schmale Form aufweist, wenn eine gute Abschaltcharakteristik erzielt werden soll. Trotzdem kann er zur besseren Ausnutzung der Kristalloberfläche ebenfalls eine geringe Breite aufweisen, so daß die Steuer- und Emitterkontakte in einer verschachtelten Anordnung ineinander passen.

Die Länge des Emitter-Basis-pn-Übergangs, die zum Abschalten durch Anlegen eines Sperrstromes an die Steuerelektrode notwendig ist, hängt von der Größe des Laststromes ab. Je größer der Gesamtstrom ist, desto größer sollte die Randlänge sein. Es hat sich herausgestellt, daß etwa 0,25 bis 12,5 mm Randlänge des pn-Übergangs pro Ampere Laststrom adäquat sind.

Im folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung angegeben. Dieses Bauelement entspricht im Aufbau den Fig. 4 und 5. Das .η-leitende Silizium von etwa 20 Ohm-cm wurde geschliffen, geschnitten und geläppt, so daß eine Scheibe von etwa 11,5 jnmDurchmesser und einer Dicke von etwa 230 bis 250 μ entstand. Sie wurde dann gereinigt, geätzt und mit Aluminium diffundiert, und zwar bei 1200° C 64 Stunden lang, wodurch in bekannter Weise eine p-leitende Zone hergestellt wurde, welche nach dem Einätzen

des Grabens 26 die Zonen 21 und 24 bildet. Die Oberflächenkonzentration der Verunreinigungsatome lag in dem Bereich zwischen 2 bis 5-10¹⁶ cm~³; die Tiefe des pn-Übergangs lag bei etwa 50 μ. Der Emitterring 25, Steuerfleck 31, Steuerring 32 und der Kontakt 21 wurden an der diffundierten Scheibe angebracht. Die Abmessungen und Zusammensetzung dieser Teile waren:

Außendurchmesser
(mm)

Innendurchmesser (mm)

Zusammensetzung (Atome/em³)

Emitterring 25 ...

SteuerelektrödenfleckSl

Steuerelektrodenring 32

Kontakt21

Die Dicke des Emitterringes 25 betrug etwa 25 μ, genau wie die Dicke der Scheibe 31 und des Ringes 32. Die Ringe 25 und 32 und die Scheibe 31 wurden konzentrisch zur Scheibe 21 angeordnet. Die Zusammenstellung wurde im Vakuum bei einer Höchsttemperatur von etwa 700° C zusaramenlegiert. Die legierte Einheit wurde dann mit Wachs maskiert. In die Wachsschicht wurde am gewünschten Ort des Grabens 26 eine Spur gekratzt, welche die diffundierte Siliziumoberfläche zum Ätzen freilegte. Dies wird getan, um die p-leitende diffundierte Schicht in die npnp-Struktur aufzuteilen. Der Graben 26 lag konzentrisch zur Scheibe 21 und hatte eine Tiefe von etwa 100 μ, einen Außendurchmesser von etwa 10,65 mm und einen Innendurchmesser von etwa 9,65 mm. Diese Grundeinheit wurde dann auf eine nicht dargestellte Grundplatte hart aufgelötet und die Leitungen angebracht.

Das gemäß diesen Angaben aufgebaute Bauelement wurde in einem Stromkreis ähnlich dem gemäß Fig. 6 geprüft; die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt. U_s ist die Spannung einer Stromquelle und betrug 8 V Gleichspannung. /, ist der Laststrom; er entspricht I_E2 in der vorhergehenden Diskussion. R_L ist der Lastwiderstand, I_st ist der Steuerstrom in Sperrichtung, der das Gerät abschaltet.

5,3
3,5
7,15
11,5

3,8
5,6

Au-Sb (n) Au-B (ρ) Au-B (p) 10¹« Au-B (p) 10¹⁹

' Die Kurve 40 in Fig. 7 zeigt die mit dem oben beschriebenen Bauelement erzielten Ergebnisse und zeigt einen hohen Abschaltverstärkungsfaktor. Die Kurve 50 zeigt die Ergebnisse ähnlicher Prüfungen, die mit einem npnp-Bauelement gemacht wurden, das einen Aufbau aufweist, wie er in der USA.-Patentschrift 2 980 832 von F. Stein und E. Torok beschrieben ist.

Es versteht sich, daß Bauelemente, die gemäß der Erfindung hergestellt werden, auch andere äußere Formen als die beschriebenen Beispiele aufweisen können. Der Leitfähigkeitstyp der Zonen kann umgekehrt werden. Das Halbleitermaterial muß nicht Silizium sein, sondern kann auch Germanium, eine Am-ByVerbindung, eine A^B-n-Verbindung usw. sein. Ähnlich können die Dotierungsmaterialien andere Donatoren und Akzeptoren als die beschriebenen sein. Weiter können pnpm- oder npnm-Strukturen verwendet werden, wie sie vorgeschlagen worden sind. Weiter ist anzunehmen, daß Strukturen, welche eine eigenleitende Intrinsicschicht enthalten, z. B, mit npinp-Aufbau, brauchbar sind, Der Emitter 25 und die Steuerkontakte 31 und 32 brauchen nicht die beschriebene Form zu haben; es können verschieden andere geometrische Figuren eine große Randlinie zwischen Emitter und Steuer-

kontakt bei engem Abstand zwischen Emitter und Steuerkontakt und kleinen Emitterabmessungen ergeben.

So ist z.B. in Fig. 8 eine andere Ausführungsform dargestellt. Die obere Zone 124 einer recht- eckigen Scheibe, die in der Weise behandelt wurde, daß sich drei Zonen von abwechselndem Leitfähigkeitstyp gebildet haben, besitzt einen Steuerkontakt 132, der einen Emitter 125 umschließt. Die Teile des Kontaktes 132 erstrecken sich innerhalb des Emitters 125 und sind auf drei Seiten von Teilen des Emitters 125 umschlossen. Auf diese Weise kann ein langer und enger Zwischenraum zwischen diesen beiden Teilen erzielt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuerbares Halbleiterbauelement mit einem einkristallinen Halbleiterkörper und vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps sowie mit je einer Kontaktelektrode auf den beiden äußeren ao Zonen und auf einer der inneren Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche die Randlinie der ohmschen Kontaktelektrode an der inneren Zone höchstens eine Diffusionslänge von der Randlinie des pn-Ubergangs zwischen dieser inneren Zone und der benachbarten äußeren Zone entfernt ist, aber die Randlinie des pn-Übergangs nicht berührt, und daß diese äußere Zone die Form eines Streifens mit einer Streifenbreite von höchstens 1,25 mm hat.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randlänge der streifenförmigen äußeren Zone, in Millimeter gemessen, das 0,25- bis 12,5fache des Laststromes des Halbleiterbauelements, in Ampere gemessen, beträgt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktierte innere Zone beträchtlich dünner als die andere innere Zone ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode der inneren Zone aus zwei Teilen besteht, die innerhalb und außerhalb der ringförmigen Kontaktelektrode der äußeren Zone konzentrisch angeordnet sind.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des pn-Übergangs zwischen der kontaktierten inneren und der benachbarten äußeren Zone um mindestens den Faktor 2 kleiner ist als die Fläche des pn-Übergangs zwischen der nichtkontaktierten inneren Zone und der dieser benachbarten äußeren Zone.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1107 710;

USA.-Patentschrift Nr. 2 993 154;
französische Patentschrift Nr. 1 267 417;
IRE Transact, on Electron Devices, Januar 1959, S. 28 bis 35.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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