DE1514520C2

DE1514520C2 - Thyristor

Info

Publication number: DE1514520C2
Application number: DE19651514520
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr.rer.nat 8553 Pretzfeld Herlet
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-07-30
Filing date: 1965-07-30
Publication date: 1977-06-16

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a thyristor according to the preamble of the claim 1.

Ein solches Halbleiterbauelement ist bereits in einer öffentlichen Druckschrift beschrieben worden, (vgl. »L'Onde Electrique«, Bd. 45, Nr. 456 [März 1965], S. 356, Figur 18). Dieses Halbleiterbauelement ist für eine Sperrspannung von 1500 bis 2000 V ausgelegt. Die Dicke der ersten Innenschicht beträgt bei dem beschriebenen Halbleiterbauelement 150 μΐη, und die Dotierung beträgt 2 · 10^M cm-³. Der Druckschrift läßt sich jedoch weder entnehmen, wie hoch die in Durchlaßrichtung abfallende Spannung ist, noch welche Maßnahmen bei einem solchen Halbleiterbauelement zu treffen sind, um diese Spannung möglichst gering zu halten. Es ist zwar aus weiteren Druckschriften bekannt, daß zwischen hoher Sperrspannung einerseits und geringer Durchlaßspannung andererseits Kompromisse bei der Bemessung und Dotierung eines solchen Halbleiterbauelementes erforderlich sind, aber auch diesen Druckschriften ist jedoch nicht zu entnehmen,Such a semiconductor component has already been described in a public publication (cf. “L'Onde Electrique”, vol. 45, no. 456 [March 1965], p. 356, FIG. 18). This semiconductor component is designed for a reverse voltage of 1500 to 2000 V. In the semiconductor component described, the thickness of the first inner layer is 150 μm, and the doping is 2 · 10 ^M cm ⁻³ . However, it cannot be inferred from the publication how high the voltage dropping in the forward direction is, nor what measures are to be taken in such a semiconductor component in order to keep this voltage as low as possible. It is known from other publications that compromises are necessary in the dimensioning and doping of such a semiconductor component between a high reverse voltage on the one hand and a low forward voltage on the other hand, but it cannot be inferred from these publications either,

welche konkreten Maßnahmen dafür zu treffen sind.what specific measures are to be taken for this.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Gattung diejenigen konkreten Maßangaben der wesentlichen Parameter anzugeben, mit deren Hilfe sich ein solches Halbleiterbauelement mit einer möglichst hohen. Sperrfähigkeit erzielen läßt, dessen Durchlaßspannung aber dennoch keine zu hohen Werte annimmt. Die Erfindung besteht darin, daß bei einem ThyristorThe invention is therefore based on the object of the aforementioned for a semiconductor component Specify those specific dimensions of the essential parameters with the help of which such a semiconductor component with a high as possible. Can achieve blocking capability, its forward voltage but still does not assume values that are too high. The invention consists in that in a thyristor

ίο der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 genannten Maßangaben eingehalten werden.ίο of the type mentioned in the characterizing Part of claim 1 specified dimensions are complied with.

Ein Ausführungsbeispie! dieses Thyristors, sowie seine vorteilhaften Ausführungsmöglichkeiten werden an Hand der Zeichnung erläutert. In derAn implementation example! this thyristor, as well as its advantageous implementation options explained on the basis of the drawing. In the

F i g. 1 ist ein Thyristor im Querschnitt schematisch dargestellt;F i g. 1 is a thyristor shown schematically in cross section;

F i g. 2 veranschaulicht die Schichtenfolge des Thyristors und zeigt die Festlegung der Ortskoordinate in der Richtung senkrecht zur Schichtenfolge;F i g. 2 illustrates the sequence of layers of the thyristor and shows the definition of the location coordinate in FIG Direction perpendicular to the sequence of layers;

Fig. 3 zeigt ein Schaubild des Verlaufes der Dotierungskonzentration in den einzelnen Schichten in der Richtung senkrecht zur Schichtenfolge;FIG. 3 shows a diagram of the course of the doping concentration in the individual layers in FIG the direction perpendicular to the sequence of layers;

F i g. 4 veranschaulicht die Abhängigkeit der Sperrfähigkeit eines Thyristors von der Dicke und dem spezifischen Widerstand der ersten ^leitenden Innenschichl;inden F i g. 4 illustrates the dependence of the blocking capability of a thyristor on the thickness and the specific resistance of the first ^ conductive inner layer; indene

Fig.5 und 6 sind die Konzentrationen der Ladungsträger im Durchlaßzustand des Thyristors bei hohen Injektionen dargestellt, und in derFigures 5 and 6 are the concentrations of the charge carriers shown in the on state of the thyristor at high injections, and in the

Fig. 7 ist die Abhängigkeit der Durchlaßspannung von der Lebensdauer der Ladungsträger aufgezeichnet. In der F i g. 1 bezeichnet 2 eine erste n-leitende Innenschicht, deren Dotierungskonzentration im Vergleich zu allen anderen Schichten den niedrigsten Wert hat und über die ganze Schichtdicke nahezu konstant ist. An diese erste Innenschicht schließt sich an der einen Flachseite eine zweite p-leitende Innenschicht 3 an und auf der gegenüberliegenden Flachseite eine weitere p-leitende Schicht 4, die einen inneren Teilbereich einer p-!citenden Außenschicht bildet. Diese beiden Schichten 3 und 4 können nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt sein.7 shows the dependence of the forward voltage on the life of the charge carriers. In FIG. 1 denotes 2 a first n-type inner layer, the doping concentration of which in comparison has the lowest value for all other layers and is almost constant over the entire layer thickness. This first inner layer is followed by a second p-conductive inner layer 3 on one flat side and on the opposite flat side, another p-conductive layer 4, which forms an inner part of a p-! citenden outer layer forms. These two layers 3 and 4 can be according to various known Procedure to be produced.

Beispielsweise kann auf beiden Seiten eines scheibenförmigen einkristallinen Siliziumkerns 2 vom n-Typ weiteres Silizium vom p-Typ durch pyrolytische Zersetzung und Abscheidung aus einer gasförmigen Siliziumverbindung, z. B. S1HCI3 oder SiCU, unter Mitwirkung eines Träger- und Reaktionsgases, z. B. Hj, einkristallin niedergeschlagen und dadurch der scheibenförmige Kern 2 um die Schichten 3 und 4 verdickt werden. Ein solcher Abscheidungsvorgang, der auch unter der Bezeichnung »Epitaxie« bekannt ist, ermöglicht es, durch willkürliche Veränderung der zugesetzten Mengenanteile an Dotierungsstoff während des Niederschlagen einen entsprechenden Verlauf der Konzentration über der Scheibendicke zu erzielen. Nach demselben Verfahren kann auch die noch fehlende vierte Schicht aufgebracht werden, indem dem zu zersetzenden Gasgemisch eine Donatorsubstanz beigemengt wird, so daß diese äußere Schicht η-leitend wird.For example, on both sides of a disk-shaped monocrystalline silicon core 2 of the n-type further p-type silicon by pyrolytic decomposition and deposition from a gaseous one Silicon compound, e.g. B. S1HCl3 or SiCU, with the participation of a carrier and reaction gas, z. B. Hj, Precipitated in monocrystalline form and thereby the disk-shaped core 2 is thickened by the layers 3 and 4 will. Such a deposition process, which is also known as "epitaxy", is made possible it, by arbitrarily changing the added proportions of dopant during the deposition to achieve a corresponding concentration curve over the thickness of the pane. To The fourth layer, which is still missing, can also be applied using the same method a donor substance is added to the decomposing gas mixture, so that this outer layer becomes η-conductive.

Gebräuchlich ist es auch, durch allseitige Eindiffusion von Akzeptoren in einen n-ieitenden scneibenförmigen Siliziumkristall eine äußere Schicht in p-Typ umzuwandein, so daß nach Entfernen des Scheibenrandes eine pnpn-Schichtenfolge entstanden ist, deren erste n-leitende Innenschicht 2 von dem unverändert gebliebenen Kern des Siiiziumeinkristalls gebildet wird, an dessenIt is also common, by diffusion of acceptors from all sides into a n-conduction disk-shaped Silicon crystal to convert an outer layer into p-type, so that after removing the edge of the pane, a pnpn layer sequence has been created, the first of which is n-conducting Inner layer 2 is formed by the unchanged core of the Sii silicon single crystal, on whose

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sationsschicht 5 entstanden, die eine hohe Donatoren- angelegt, bewirkt, daß das Raumladungsgebiet sich konzentration aufweist und als η-Emitter bezeichnet über eine der benachbarten Schichten vollständig wird. Die aus einem Eutektikum bestehende Gold- ausbreitet, im vorliegenden. Beispiel über die Siliziumlegierung bildet die Kontaktelektrode 6 des. η-leitende Innenschicht 2. Bei. der Breakdownspann-Emitters. Ihre Gestalt und Dicke nach dem voll- . 5 nung wird die elektrische Feldstärke am pn-Ubergang ständigen Einlegieren der Goldfolie sind durch deren so groß, daß Überschläge stattfinden. Sie ist von der ursprüngliche Gestalt und Dicke eindeutig bestimmt. Dotierungskonzentration in der Nachbarschaft des Sie sei beispielsweise ringförmig. Auch die Rekristalli- pn-Überganges abhängig, in dem vorliegenden Beisationsschicht 5 hat infolgedessen Ringform. Eine spiel also von der Dotierungskonzentration in der Ringform kann auch mit einem der beschriebenen io η-leitenden Innenschicht 2 und den benachbarten Epitaxialverfahren erhalten werden. In der Ring- p-leitenden Schichten 3 und 4. Eine vorteilhafte Ausöffnung reicht die zweite, p-leitende Innenschicht 3 führungsform von Thyristoren besteht darin, daß bis an die Kristalloberfläche. Dort ist sie sperrfrei diese p-leitenden Schichten vom inneren pn-Uberkontaktiert, z. B. durch Einlegieren einer borhaltigen gang X₂ nach außen einen Anstieg der Dotierungs-Goldfolie. Die von dieser mit einer entsprechenden 15 konzentration um mehrere Zehnerpotenzen aufbenachbarten Siliziummenge gebildete Legierung weisen, der die Sperrfähigkeit in dem Sinne beeinhat eine verhältnismäßig kleinflächige Basiselektrode 7 flußt, daß mit abnehmendem Gradienten der Dotieerzeugt, die zum Steuern des Thyristors dient. Auf rungskonzentration die Breakdownspannung zuder gegenüberliegenden Flachseite des scheibenför- nimmt. In dem vorliegenden Beispiel steigt der Konmigen Einkristalls ist in die p-leitende Außenschicht 4 20 zentrationswert in dem inneren Teilbereich 4 der «in Akzeptoren bildendes Metall, beispielsweise eine p-leitenden Außenschicht 4, 8 in der Nähe des pn-Aluminiumfolie, einlegiert, die vorzugsweise die Überganges X₂ nach außen hin etwa exponentiell an, ganze Scheibenfläche bedeckt. Dabei ist eine hoch- und zwar sei die Strecke, über welcher die Akzepdotierte p-leitende Rekristallisationsschicht 8 ent- torenkonzentration um den Faktor e = 2,7 ... anstanden, die einen äußersten Teilbereich der p-leiten- 25 steigt, 7 bis 13 μ. Ein Wert von 10 μ ergibt den in den Außenschicht 4, 8 bildet und von einer Kon- der F i g. 4 eingezeichneten Verlauf der Grenztaktelektrode 9 bedeckt ist, die aus einer eutektischen geraden U_B der Breakdownspannung.
Aluminium-Silizium-Legierung besteht. Wie aus der F i g. 4 zu entnehmen ist, ist dieSationsschicht 5 arose, which applied a high donor, causes the space charge area to be concentrated and referred to as η-emitter over one of the adjacent layers is complete. The gold consisting of a eutectic spreads, in the present case. Example of the silicon alloy forms the contact electrode 6 of the η-conductive inner layer 2. the breakdown tension emitter. Their shape and thickness after the full. 5 voltage, the electric field strength at the pn junction permanent alloying of the gold foil are so great that flashovers take place. It is clearly determined by the original shape and thickness. Doping concentration in the vicinity of you is, for example, ring-shaped. The recrystalline-pn junction in the present beization layer 5 also has a ring shape as a result. Thus, a game of the doping concentration in the ring shape can also be obtained with one of the described io η-conductive inner layer 2 and the adjacent epitaxial method. In the ring p-conductive layers 3 and 4. An advantageous opening extends the second, p-conductive inner layer 3 guiding form of thyristors consists in that up to the crystal surface. There it is non-blocking these p-conductive layers from the inner pn-overcontacted, z. B. by alloying a boron-containing gang X ₂ to the outside an increase in the doping gold foil. The alloy formed by this with a corresponding concentration of several powers of ten to adjacent silicon quantity, which affects the blocking capability in the sense of having a relatively small-area base electrode 7 flows that, with decreasing gradients, generates the dopant which is used to control the thyristor. At the concentration of the breakdown voltage on the opposite flat side of the disk shape. In the present example, the conical single crystal rises in the p-conducting outer layer 4 20 centering value in the inner sub-area 4 of the metal that forms in acceptors, for example a p-conducting outer layer 4, 8 in the vicinity of the pn aluminum foil, which preferably the transition X ₂ towards the outside approximately exponentially, covering the entire disk surface. There is a high, namely the distance over which the acceptance-doped p-conducting recrystallization layer 8 was caused by the factor e = 2.7 13 μ. A value of 10 μ results in the form in the outer layer 4, 8 and from a condenser F i g. 4 drawn in the course of the limit clock electrode 9 is covered, which consists of a eutectic straight U _{B of} the breakdown voltage.
Made of aluminum-silicon alloy. As shown in FIG. 4 can be seen, is the

Die Schichten 8 und 4 bilden zusammen den Sperrfähigkeit um so höher, je größer man die DickeThe layers 8 and 4 together form the barrier capacity, the higher the thickness

p-Emitter. Mit dem vorteilhaft in einem einzigen 30 W_n der η-leitenden Innenschicht 2 wählt. Wie weiterp-emitter. With the advantageous in a single 30 W _{n of} the η-conductive inner layer 2 selects. How on

Arbeitsgang vollzogenen Einlegieren der Kontakt- unten näher erläutert wird, erscheint es jedoch zu-Alloying of the contact carried out in the process is explained in more detail below, but it appears to-

elektrode 6 des η-Emitters, der Basiskontaktelek- nächst nicht sinnvoll, über 300 μ hinauszugehen,electrode 6 of the η emitter, the base contact elec- tron next not useful to go beyond 300 μ,

trode 7 und der Kontaktelektrode 9 des p-Emitters weil sonst die Durchlaßspannung, die für die in demtrode 7 and the contact electrode 9 of the p-emitter because otherwise the forward voltage required for the in the

kann ferner zugleich an der letzteren eine Molybdän- Thyristor entstehende Verlustleistung entscheidendAt the same time, a molybdenum thyristor can also be decisive for the power loss resulting from the latter

scheibe 10 mit anlegiert sein. 35 ist, unerwünscht groß werden würde. Für einen Wertdisc 10 to be alloyed with. 35 would be undesirably large. For a value

In der F i g. 2 ist die pnpn-Schichtenfolge des der Dicke W_n von 200 bis 300 μ wird vorteilhaft einIn FIG. 2 is the pnpn layer sequence of the thickness W _n of 200 to 300 μ is advantageous

Thyristors in einem Schema verdeutlicht. spezifischer Widerstand ρ_η zwischen 40 undThyristor illustrated in a scheme. specific resistance ρ _η between 40 and

Die F i g. 3 zeigt das zugehörige Konzentrations- 120 Ohm/cm gewählt.The F i g. 3 shows the associated concentration 120 ohm / cm selected.

profil. über der senkrecht zur Schichtenfolge ver- Diese Überlegungen über die Sperrfähigkeit gelten laufenden Ortskoordinate als Abszisse. Die n-leitende 40 für beide an die η-leitende Innenschicht 2 angrenzen-Innenschicht 2 hat eine möglichst gleichmäßige den pn-Übergänge X₂ und X₃, also sowohl für die Dotierungskonzentration von etwa 5 · 10¹³ cm"³ und Sperrfähigkeit in Sperr- als auch für die in Kippeine Dicke W_n. Zu ihren beiden Seiten schließen sich richtung. Infolgedessen ist es vorteilhaft, wenn die über den pn-Ubergang X₂, der bei Belastung des Akzeptorenkonzentration in den beiden p-leitenden Thyristors in Sperrichtung sperrt, bzw. den pn-Über- 45 Schichten 3 und 4 symmetrisch zueinander verläuft, gang X₃, der die Sperrung in Kipprichtung bewirkt, wie in der F i g. 4 dargestellt.profile. over the position perpendicular to the sequence of layers. These considerations on the blocking capability apply as the abscissa. The n-conducting 40 for both of the inner layer 2 adjoining the η-conducting inner layer 2 has the pn junctions X ₂ and X ₃ as uniform as possible, i.e. both for the doping concentration of about 5 · 10 ¹³ cm " ³ and blocking capacity - as well as for the in Kippeine thickness W _n . Both sides close in direction. As a result, it is advantageous if the blocking direction via the pn junction X ₂ , which blocks when the acceptor concentration in the two p-conducting thyristors is loaded, or the pn-over 45 layers 3 and 4 run symmetrically to one another, passage X ₃ , which effects the blocking in the tilting direction, as shown in FIG.

die p-leitenden Schichten 3 und 4 an, in denen die Einer weiteren Erhöhung der Sperrfähigkeit durchthe p-type layers 3 and 4, in which the one further increases the blocking capability

Akzeptorenkonzentration in der Nähe der pn-Über- Vergrößern der Schichtdicke W_n über 300 μ hinausAcceptor concentration in the vicinity of the pn oversize the layer thickness W _n beyond 300 μ

gänge X₂ und X₃ bei einem Ausgangswert von etwa steht nun eine unzulässige Erhöhung der für die ingears X ₂ and X ₃ at an initial value of approximately now represents an impermissible increase in the in

5_-10¹³cm~³ beginnt und nach außen um mehrere 50 dem Thyristor bei gegebener Stromstärke entstehen-5_-10 ¹³ cm ~ ³ begins and arises outwards by several 50 to the thyristor at a given current intensity-

Zehnerpotenzen, beispielsweise bis auf einen Wert den Verlustleistung entgegen. Denn im Durchlaß-Powers of ten, for example up to one value against the power loss. Because in the passage

von etwas mehr als 10¹⁷ cm~³ ansteigt, der am zustand muß das Mittelgebiet W, das die p-leitendeof a little more than 10 ¹⁷ cm ~ ³ , the state must be the central region W, which is the p-type

pn-übergang X₁ bzw. an der Grenze X₄ zu dem Innenschicht 3, die η-leitende Innenschicht 2 undpn junction X ₁ or at the boundary X ₄ to the inner layer 3, the η-conductive inner layer 2 and

äußeren Teilbereich 8 erreicht ist. den schwächer dotierten inneren Teilbereich 4 derouter portion 8 is reached. the more weakly doped inner portion 4 of the

Im folgenden sollen die Gesichtspunkte für die 55 p-leitenden Außenschicht 4, 8 umfaßt, von denIn the following, the considerations for the p-type outer layer 4, 8 are to be included, of the

Wahl der Schichtdicken sowie der Höhe und des Ladungsträgern beider Polaritäten überschwemmtChoice of layer thicknesses as well as the height and the charge carriers of both polarities flooded

Verlaufes der Dotierungskonzentration in den ein- sein. Als Quellgebiete der Ladungsträger dienen derThe course of the doping concentration in the one. The source areas of the charge carriers are

zelnen Schichten zur Erzielung optimaler Durchlaß- p- und der η-Emitter. Es würden daher zu niedrigeindividual layers to achieve optimal transmission p- and η-emitters. It would therefore be too low

und Sperrwerte näher erläutert werden. Dotierungskonzentrationen in diesen Quellgebietenand blocking values are explained in more detail. Doping concentrations in these source areas

In der F i g. 4 ist die Sperrfähigkeit von Thyristoren €0 zu mangelhafter Überschwemmung und damit zuIn FIG. 4 is the blocking ability of thyristors € 0 to inadequate flooding and thus to

mit einer gleichmäßig dotierten η-leitenden Innen- unerwünscht hoher Durchlaßspannung führen. Auswith a uniformly doped η-conductive interior lead undesirably high forward voltage. Out

schicht in Abhängigkeit des spezifischen Wider- diesem Grunde wird die Dotierungskonzentration inlayer, depending on the specific antagonism, the doping concentration in

Standes ρ_η und der Dicke W_n dieser Innenschicht der η-leitenden Außenschicht 5 etwa 10¹⁸ cm"³ oderStandes ρ _η and the thickness W _{n of} this inner layer of the η-conductive outer layer 5 about 10 ¹⁸ cm " ³ or

dargestellt. Ferner sind die Grenzgeraden für die höher gewählt. Eine ähnliche hohe Konzentrationshown. Furthermore, the limit straight lines are chosen to be higher. A similar high concentration

zugehörigen Punch-through-Spannungen U_P sowie 65 wird zweckmäßig in dem äußeren Teilbereich 8 derassociated punch-through voltages U _P and 65 is expediently in the outer sub-area 8 of the

die Breakdownspannung U_B eingezeichnet. Unter p-leitenden Außenschicht 4, 8 hergestellt. Für diethe breakdown voltage U _{B is} shown. Manufactured under p-type outer layer 4, 8. For the

Punch-through-Spannung U_P wird die Spannung ver- Herstellung der hohen Konzentrationswerte in denPunch-through voltage U _P is the voltage produced in the production of the high concentration values in the

standen, die, an einen pn-übergang in Sperrichtung beiden äußeren Gebieten können die bekanntenstood, which, at a pn junction in the reverse direction, both outer areas can be known

Legierüngs- oder EpitaxialVerfahren verwendet werden'. .. ... ..... ...Alloying or epitaxial processes can be used. .. ... ..... ...

. Die höhe Dotierung außerhalb des Mitteigebiets 3, 2, 4 reicht aber allein 'nicht für eine ausreicheride Überschwemmung des Miftelgebietes 3, 2, "4 und damit für .'eine -genügend niedrige .Dürch'Iaßsp'annung ,aus, sondern die .ladungsträger müssen vermöge "des Wertes ihrer. Diffusionslänge L — die angibt, über welcher. Strecke die Ladungsträger 'einer Polarität in einem Diffusionsstrom in Strömrichtung ^!um "den Faktor e == 2,7 . ... abnehmen .'und 'die für hohe Injektionen/für beide Laduögstragerarten eine gemeinsame. Größe .ist — in der "Lage sein, 'das ganze Mittelgebieft W, gleichmäßig zu überschwemmen. ,Was dies bedeutet, ist in "den Fig. 5 und 6 veranschaulicht, in denen die JLaäuhgsträgerk'önzentrationen in den .verschiedenen Schichten über 'deren Dicke als Abszisse aufgetragen,sind, und zwar in der Flg.'? für eine große und .in der Fig. 6 für. eine, kleine Djffüsiönsläng'e. Tn der Fig..6 ist in dem Mittelgebiet, dessen Dicke W das. Siebenfache der Diffu- ^ionSlänge L beträgt,. eine deutliche Abnahme der Ladungsträger festzustellen. .--.... The high doping outside of the central area 3, 2, 4 alone is not sufficient for sufficient flooding of the central area 3, 2, "4 and thus for a sufficiently low" through "voltage, but the charge carriers must by virtue of "the worth of theirs. Diffusion length L - which indicates over which. Stretch the charge carriers of one polarity in a diffusion flow in the direction of flow ^! by "the factor e == 2.7. ... decrease." and "which is a common variable for high injections / for both types of charge carriers" is - to be able to "flood " the whole of the low profile W evenly. "What this means is illustrated in" FIGS. 5 and 6, in which the JLaäuhgsträgerk'konzentrations in the .different layers are plotted over their thickness as the abscissa, in the Fig. "? For a large and. In Fig. 6 for a, small Djffüsiönslänge. Tn of Fig. 6, in the central area, whose thickness W is seven times the diffusion length L , a clear decrease in the charge carriers can be determined. ...

In der/Fi-g. 7.ist "für vier Thyristoren mit.verschiedener Dicke 'W_n. der η-leitenden Innenschicht 2, aber "sonst.,gleichen'Dotierungskonzentration'en und Flächengrößen, die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Up von der Diffusionslänge L bzw.. der Lebensdauer χ der Ladungsträger dargestellt. Die picke der überschwemmten p-leitehden Schichten'3 und .'4 'ist dabei,zu je 50 μ angenommen, sq.daß die Dicke W um IQO μ größer als W_n .ist. Die Kurven gelten für ,eine $trömdichte von 200 A/cin², bezögen auf '.die [Fläche.des kleineren von den beiden Emitterti, also .bei dem Thyristor.riäch der F i% 1 des n-Emitters'S. Man erkennt, daß die Durchläßspanriüng um. so höher ist, je -geringer unter isonst- gleichen Umständen die Diffusionslänge L der Ladungsträger ist. Έβ 'iät ferner ersichtlich, daß bei gegebener Diffüsionslähge die Durchiaßspärtnung um. so 'höher.ist, je dicker .die gleitende innenschicht 2 bzw. das Mittelgebiet 3, 2, 4 ist.. Besonders stark wird aber die Zunähme der ,Durchlaßspannüng U₀,, wenn die Dicke W:des Mittel-,gebietes.3, 2, 4 etwa das "Vierfache der Diffusions-Jänge übersteigt. Man. ist daher in der Wahl der Dicke W_n bzw. W durch die. Diffu'siqnslänge L nach pben beschränkt Und wird für die Dicke W einen ,Wert, wählen, der kleiner als das Vierfache der .Diffusionslänge L ist. Ferner.wird man bestrebt sein, durch .Verwenden eines. hochreinen Ausgangsmate-.rials und'geeigneter "Herstellungsverfahren eine möglichst große Diffusionslänge ,zu erzielen. ......In the / Fi-g. _"N mit.verschiedener for four thyristors thickness' W. The η-conductive inner layer 2, but" 7.ist else., The dependence of the forward voltage or gleichen'Dotierungskonzentration'en and area sizes up of the diffusion length L .. life χ the load carrier shown. The pick of the flooded p-conductive layers' 3 and '4' is assumed to be 50 μ each, so that the thickness W is IQO μ greater than W _n . The curves apply to "a flow density of 200 A / cin ² " referring to "the area" of the smaller of the two emitters, i.e., in the case of the thyristor area, the fi % 1 of the n-emitter. It can be seen that the Durchläßspanriüng around. the higher, the lower the diffusion length L of the charge carriers under isotherwise equal circumstances. It can also be seen that for a given diffusion length the through-diameter increases. The higher the thickness, the thicker the sliding inner layer 2 or the central area 3, 2, 4. However, the increase in the forward voltage U ₀ becomes particularly strong when the thickness W of the central area.3 , 2, 4 exceeds about the "four times the diffusion Jänge. Man., therefore, is in the choice of the thickness W _n and W is limited and by the. Diffu'siqnslänge L after PBEN is for the thickness W a, a value, choose which is less than four times the "diffusion length L. Furthermore, efforts will be made to achieve the greatest possible diffusion length by" using a "high-purity starting material and" suitable "manufacturing processes. ......

... Durch .ein Diffusionsverfahren, bei dem der Diffusipnsprpzeß in einer, von innen mit Silizium-Monpxyd _ beschichteten "Quarzämpulle stattfindet, :känn infolge einer Art Getterung in dem Mittelgebiet 3, 2, 4 bei ,einer .Dicke W_n der η-leitenden Innen-.schicht2 von 300 μ und damit, einer Dicke W des _;Mittelgebiets 3, 2, 4.von etwa 400,μ eine Diffusiönslänge größer als 100 μ erzielt werden. Ferner ist es wichtig, auch den. Legierüngsprozeß so zu führen, daß eine möglichst -große Diffusionslänge erhalten bleibt. Wie "eingehende Versuche "gezeigt "haben, ist dies der Fall, Vvenn die Le'gierüngstemperatur in e'meni Bereich zwischen 700 Und 750° C gewählt wird. .,... By means of a diffusion process in which the diffusion process takes place in a "quartz bulb" coated from the inside with silicon oxide: can, as a result of a kind of gettering in the central area 3, 2, 4 with a .thickness W _{n of} the η -type indoor .schicht2 of 300 μ, thus, a thickness of _W; means region 3, 2, 4.From about 400, a Diffusiönslänge μ as μ are obtained 100 greater Further, it is important to also perform the Legierüngsprozeß this way.. That the greatest possible diffusion length is maintained. As "detailed tests" have shown ", this is the case when the alloying temperature is chosen in a range between 700 and 750 ° C. .,

"Mit einer Diffusiönslänge Von 100 μ und mehr können-daher Thyristoren hergestellt Werden, 'deren Mittelgebiet eine Dicke W von 400 ^:μ hat und 'deren Durchlaßspannung dennoch weniger 'als 1,4 V bei einer Stromdichte von 200 A/cm² betfägt."With a diffusion length of 100 μ and more, thyristors can therefore be produced," whose central area has a thickness W of 400 ^: μ and "whose forward voltage is still less" than 1.4 V at a current density of 200 A / cm ^2.

ίο Die vorstehenden Darlegungen gelten entsprechend auch für den. Fall vertauschter Le'itfähigkeitstypen 'p und n, d. h. für eine Schichtenfolge mit p-leiteride'r erster Innenschicht. niedrigster Dotierungskonzentration .und .entsprechend Höheren Konzentfätaoneri der übrigen Schichten.ίο The above statements apply accordingly also for the. Case of exchanged conductivity types' p and n, d. H. for a layer sequence with p-conductoride'r first inner layer. lowest doping concentration .and. correspondingly higher concentrations the remaining layers.

Patentansprüche:Patent claims:

. 1. SteuerbaresHälbleiterbaueTemerit Mt eiriem. 1. Controllable semiconductorsTemerit with eiriem

so "einkristallinen "SiliziumKörper rrift vier "Schichten abwechselnden Leitungstyps, dessen "efs'te Inneöschicht.eine über die gaiize Dicke nahezu 'konstante Dotieningskonzentratio'ii Üat, die 'niedriger ist als die Dotierungskonze'htratiönen ift der'zwei-so "single crystal" silicon body rrift four "layers alternating line type, whose "efs'te inner layer. a almost 'constant over the gaiize thickness Dotieningszentratio'ii Üat, the 'lower is than the doping concepts ift of the two

ten , Innenschicht "und "in . den beiden Außeiischichten, ,und.dessen an 'die "erste Innens'chiCht angrenzende, Schichten, eirie'n symmetrischen, Von der ersten Innehschicht um mehfefe 'Ze'hfiefpotenzen ansteigenden .Verlauf aufweisen undten, inner layer "and" in. the two outer layers, , and.this to 'the "first interior seal adjacent, layers, symmetrical, of the first inner layer by several 'Ze'hfiefpotencies show increasing course and

!dessen :zWeite Außenschicht und ein äußeVer Teilbereich der ,ersten Außenschicht "eine 'hohe Dotierungskonzentration. Von etwa l'Ö¹⁸'cm~* aufweist, d ad ü r c h ^?ge'ke:n"n ζ ei c'h'n et, däß die. erste Innenschicht (2) 200 ^:bis 300 μ dick ist! which: second outer layer and a äußeVer portion of, the first outer layer "a". high doping concentration of about l'Ö ¹⁸ 'cm ~ * has, d ad u rch ^ge'ke: n "n ζ ei c'h'n et, that the. first inner layer (2) 200 ^: up to 300 μ thick

und daß ihre Dotierungskonzentration '2;5· lO¹³ bis 1,5 · lodern-? tetragt ϊιηα daß die Diffusionslänge t>ei hohen Injektionen", entsprechend einem Strömdichtebereich von^lO bis.200 A/cm², größer als 'ein Viertel der Dicke (W) 'des bei Strömdüfchgahg üii Dufchlaßrichtürig von inji-"zierteü Ladungsträgern iiberschWerhniten Mittelgebietes (3, 2, 4). ist, welches einerseits. Von "dem hochdotierten äußeren Teilbereich (8) der an "die erste Innenschicht (2) . anschließenden erstenand that their doping concentration '2; 5 · 10 ¹³ to 1.5 · blaze-? This means that the diffusion length t> ei high injections ", corresponding to a flow density range of 10 to 200 A / cm ² , is greater than" a quarter of the thickness (W) "of the charge carriers injected correctly in the middle of the stream (3, 2, 4). is which on the one hand. From "the highly doped outer partial area (8) to" the first inner layer (2). subsequent first

'Äußenschicht-(4, 8), andererseits'von der- hochdotierten, an die zweite Iriherischicht (3) anschließenden zweiten Außerischicht'(5) begrenzt !ist und. den schwächer dotierten inneren Teilbereich (4). der ersten Außenschicht (4, 8) sowie'Outer layer- (4, 8), on the other hand'of the- highly doped, subsequent to the second Irish layer (3) second outside shift '(5) is limited! and. the more weakly doped inner part (4). the first outer layer (4, 8) and

so die erste (2)~und die zweite (3) Innehschidht umfaßt. . .. . .so includes the first (2) and the second (3) innershidht. . ... .

2. Halbleiterbauelement jiach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die "Diffusionsiänge (L) größer als. 100 μ ist. . .2. Semiconductor component jiach claim 1, characterized in that characterized in that the "diffusion length (L) is greater than. 100 μ....

"3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^vdie.;ers'te innenschicHt (2) 'η-leitend ist.und ihr spezifischer Widerstand 40. bis 120 Ohm/cm beträgt. . ."3. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the ^v;. Ers'te inner layer (2) its specific resistance is 40 'η-conductive ist.und to 120 ohm / cm...

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, däß die erste Irmenschicht (2) pjeitend ist und ihr spezifischer Widerstärid 120 bis 360 Ohm/cm betfägt.4. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the first membrane layer (2) is pjeitend and its specific resistance is 120 to 360 ohms / cm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Thyristor with a monocrystalline silicon body with four layers of alternating conductivity type, the first inner layer of which is η-conductive and has an almost constant doping concentration over the entire thickness, which is lower than the doping concentration in the second, p-conducting inner layer and in the two outer layers , and its layers adjoining the first inner layer have a symmetrical course of the doping concentration that increases by several powers of ten from the first inner layer, and its second, η-conducting outer layer and an outer sub-area of the first, p-conducting outer layer have a higher doping concentration of about 10 ¹⁸ cm ~ ³ , characterized in that the first inner layer (2) is 200 to 300 μίτι thick and has a doping concentration of 2.5 · 10 ¹³ to 1.5 · 10 ¹⁴ cm ^-3 and that the diffusion length of the charge carriers in the central region (3, 2, 4) for high injections, corresponding to a current density range h is from 10 to 200 A / cm ² , greater than a quarter of the thickness (W) of the central area (3, 2, 4) flooded by injected charge carriers when the current passes in the forward direction, on the one hand from the highly doped outer sub-area (8) of the the first inner layer (2) adjoining the first outer layer (4, 8) on the other hand is bounded by the highly doped second outer layer (5) adjoining the second inner layer (3) and the more weakly doped inner partial area (4) of the first outer layer (4, 8) ) as well as the first (2) and the second (3) inner layer, and that the acceptor concentration of the layers adjoining the first inner layer increases approximately exponentially and that the distance over which the acceptor concentration increases by a factor of e = 2.7 ... increases, 7 to 13 μιτι is.

2. Thyristor according to claim 1, characterized in that the diffusion length (L) of the charge carrier in the central region (3,2,4) is greater than 100 υ m.