DE1257975B

DE1257975B - Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen

Info

Publication number: DE1257975B
Application number: DE1962L0043740
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Guenter Koehl; Dipl-Phys Willi Gerlach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-12-19
Filing date: 1962-12-19
Publication date: 1968-01-04
Also published as: NL141711B; FR1379254A; NL302103A

Description

Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps.
Ein bekannter steuerbarer Halbleitergleichrichter aus Silizium weist eine einkristalline Siliziumscheibe mit vier aufeinanderfolgenden zur Scheibenfläche parallelen Zonen wechselnden Letungstyps auf. Die Anode kontaktiert die p-leitende und eine Scheibenfläche der Siliziumscheibe bildende Zone sperrfrei. Die Kathode kontaktiert die n-leitende und einen Teil der anderen Scheibenfläche bildende Zone sperrfrei. Der Steuerelektrodenkontakt ist benachbart zu dem Kathodenkontakt in dem Teil der kathodenseitigen Scheibenfläche angebracht, den nicht die n-leitende Kathodenschicht, sondern die der Kathodenschicht benachbarte p-leitende innere Zone bildet. Diese p-leitende (kathodenseitige) Zone hat mindestens in dem Teil zwischen der Kathodenschicht und der anodenseitigen (n-leitenden) inneren Zone eine konstante Dicke.
Für einen steuerbaren Halbleitergleichrichter ist auch ein Aufbau möglich, bei dem die Kathode die n-leitende und eine Scheibenfläche der Siliziumscheibe bildende Zone und die Anode die p-leitende und einen Teil der anderen Scheibenfläche bildende Zone sperrfrei kontaktiert sowie der Steuerelektrodenkontakt benachbart zu dem Anodenkontakt in dem Teil der anodenseitigen Scheibenfläche angebracht ist, den nicht die p-leitende Kathodenschicht, sondern die der Anodenzone benachbarte n-leitende innere Zone bildet. Die mit einem Steuerkontakt versehene innere Zone wird im folgenden als Steuerzone bezeichnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltverhalten eines steuerbaren Gleichrichters zu verbessern. Diese Verbesserung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Dicke des unter einer kontaktierten äußeren Zone gelegenen Teiles einer mit einer oder mehreren Steuerelektroden versehenen Zone mit zunehmender Entfernung von dem nächstliegenden Teil einer oder mehrerer Steuerelektroden abnimmt.
Der steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung hat gegenüber den bekannten Halbleitergleichrichtern insbesondere den Vorteil einer kürzeren Schaltzeit beim Zünden und bei hohen Schaltfrequenzen den Vorteil einer geringeren Verlustleistung in der Nähe des Steuerelektrodenkontakts.
Durch die mit zunehmender Entfernung vom nächstliegenden Teil einer Steuerelektrode abnehmende Dicke einer inneren Zone wird erreicht, daß die Zündbedingung an den von dem Steuerelektrodenkontakt weiter entfernteren Stellen bei kleineren an diesen Stellen geführten Stromteilen des zwischen dem Steuerelektrodenkontakt und dem Kathoden-bzw. Anodenkontakt eingespeisten Steuerstroms erfüllt ist, als dies an diesen Stellen bei bekannten steuerbaren Halbleitergleichrichtern der Fall ist. Beim Zuführen des Zündstroms beginnt nämlich bei einem steuerbaren Halbleitergleichrichter mit konstanter Dicke der inneren Zonen die Zündung in dem dem Steuerelektrodenkontakt nächsten Teil der Steuerzone und breitet sich in der Steuerzone unter der Kathoden- bzw. Anodenschicht über die Kathoden- bzw. Anodenschichtfläche hinweg aus. Der mit wachsender Entfernung vom Steuerelektrodenkontakt in der Steuerzone zunehmende Spannungsabfall verhindert, daß beim Zuführen des Zündstroms in der Steuerzone an jeder Stelle unterhalb der Kathoden-bzw. Anodenschicht die Zündbedingung gleichzeitig erfüllt sein kann. Dagegen wird bei großflächigen steuerbaren Halbleitergleichrichtern ein gleichmäßigeres Zünden in der Steuerzone über die Kathoden-bzw. Anodenschichtfläche hinweg erreicht.
Vorzugsweise weist der steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung einen solchen Verlauf der Abnahme der Dicke der Steuerzone auf, daß die Zunahme des Stromverstärkungsfaktors in der Steuerzone infolge der abnehmenden Schichtdicke den Spannungsabfall in der Steuerzone für den Zündstrom mit wachsender Entfernung vom Steuerelektrodenkontakt in bezug auf die Zündbedingung mindestens nahezu völlig ausgleicht.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer steuerbaren Siliziumzelle gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Kathoden- bzw. Anodenschicht durch Einlegieren eines Legierungsmaterials in die Steuerzone mit einer solchen Verteilung des Legierungsmaterials über der Kathoden- bzw. Anodenschichtfläche gebildet wird, bei der die Menge des Legierungsmaterials mit wachsender Entfernung von dem Steuerelektrodenkontakt zunimmt.
Die F i g. 1 bis 3 zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Beispiele des Aufbaus von steuerbaren Halbleitergleichrichtern gemäß der Erfindung. An Hand der Fi g. 2 und 3 wird außerdem ein bevorzugtes Herstellungsverfahren von steuerbaren Halbleitergleichrichtern des weiteren erläutert.
In der F i g. 1 sind eine Siliziumscheibe und die Kontakte eines steuerbaren Halbleitergleichrichters in zum Teil schematischer Darstellung im Schnitt gezeichnet. Insbesondere sind die Abmessungen senkrecht zur Scheibenebene gegenüber den Abmessungen parallel zur Scheibenebene stark vergrößert gezeichnet, um die erforderliche Deutlichkeit zu erreichen. Der Halbleiterkörper 1 weist vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps 2, 3, 4 und 5 auf. Die Zone 2 ist von der kreisscheibenförmigen Anode 6 sperrschichtfrei kontaktiert, die Zone 5 von der kreisringscheibenförmigen Kathode 7 und die Steuerzone 4 von dem kreisscheibenförmigen Steuerelektrodenkontakt B. Der ringförmige Kathodenkontakt 7 umschließt den zentralen Steuerelektrodenkontakt B.
Gemäß der Erfindung weist die Steuerzone 4 unterhalb des Kathodenkontakts 7 eine mit zunehmender Entfernung vom Steuerelektrodenkontakt 8 abnehmende Dicke 11 auf.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die F i g. 2 in zum Teil schematischer Darstellung. Die F i g. 3 zeigt die Kathodenseite der Siliziumscheibe sowie eine Legierungsform und Legierungsmaterial zum Einlegieren der Kathodenschicht vor der Durchführung des Legierens in zum Teil schematischer Darstellung im Schnitt. Der Halbleiterkörper in der F i g. 2 enthält vier Leitungszonen 22, 23, 24 und 25 und die kreisscheibenförmige Anode 26. Die Kathode 27 ist ein zentraler kreisscheibenförmiger Kontakt, der von dem kreisringförmigen Steuerelektrodenkontakt 28 umschlossen ist. Die Zone 25 ist in der Steuerzone 24 linsenförmig gewölbt, so daß die Dicke 29 der Steuerzone mit zunehmender Entfernung von dem nächstliegenden Teil des ringförmigen Steuerelektrodenkontaktes 28 abnimmt.
Vorteilhaft kann die in der F i g. 2 gezeichnete Anordnung hergestellt werden, indem auf die Scheibenfläche 31 eines die Zonen 32 bis 34 enthaltenden Halbleiterkörpers 30 eine zunächst planparallele Folie 35 aus Legierungsmaterial für die durch Legieren in der Steuerzone 34 zu bildende Kathodenschicht mittels einer Legierungsschablone 36 angedrückt wird. Die Steuerzone 34 weist zunächst eine über die Scheibenfläche konstante Dicke auf. Die Legierungsform 36 hat eine der Folie 35 zugewandte Höhlung 37, die in der Mitte tiefer ist als an dem Rand. Durch diese Legierungsform 36 erhält das Legierungsmaterial beim Schmelzen eine linsenförmige Gestalt. In dieser Weise wird das Legierungsmaterial so über die Kathodenschichtfläche, welche die Legierungsform vorgibt, verteilt, daß die Kathodenzone in der Mitte tiefer einlegiert als an dem Rand der Legierungsform 36.
Nach diesem Verfahren kann beispielsweise ein steuerbarer Halbleitergleichrichter aus Silizium nach der F i g. 2 mit 15 mm Durchmesser hergestellt werden, bei dem die Dicke 29 der Steuerzone 24 in der Nähe des Steuerelektrodenkontakts 28 etwa 70 #t beträgt und bis zu der Kathodenschichtmitte, also in größter Entfernung von dem ringförmigen Steuer-CD 28, auf etwa 45 p, abnimmt. Je nach dem Wert der Lebensdauer der Ladungsträger in der Steuerzone werden Maximal- und Minimumdicke der Steuerbasisschicht entsprechend variieren.
Bei einem steuerbaren Halbleitergleichrichter mit mehr als einem Steuerelektrodenkontakt an der Steuerzone weist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Steuerzone unterhalb der kontaktierten Fläche eine Dicke auf, die mit zunehmender Entfernung von dem nächsten Steuerelektrodenkontakt abnimmt. Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter mit mehr als einem Steuerelektrodenkontakt und mehr als einem Kathodenkontakt bzw. mehr als einem Anodenkontakt weist gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung eine Steuerzone auf, deren Dicke in jedem Teil unterhalb einer kontaktierten Zone mit zunehmender Entfernung von dem jeweils nächsten Steuerelektrodenkontakt abnimmt.

Claims

Patentansprüche: 1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, dadurch gekennzeichn e t, daß die Dicke des unter einer kontaktierten äußeren Zone gelegenen Teiles einer mit einer oder mehreren Steuerelektroden versehenen Zone mit zunehmender Entfernung von dem nächstliegenden Teil einer oder mehrerer Steuerelektroden abnimmt.
2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium besteht.
3. Verfahren zum Herstellen eines steuerbaren Halbleitergleichrichters nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der mit einer oder mehreren Steuerelektroden versehenen Zone benachbarte äußere Zone durch Einlegieren eines Legierungsmaterials gebildet wird und daß die Menge des Legierungsmaterials mit wachsender Entfernung von dem nächstliegenden Teil einer oder mehrerer Steuerelektroden vergrößert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1054 587, 1103 389; französische Patentschrift Nr. 1243 356.