DE1514563A1 - Steuerbares Halbleiterbauelement - Google Patents

Steuerbares Halbleiterbauelement

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DE1514563A1
DE1514563A1 DE19651514563 DE1514563A DE1514563A1 DE 1514563 A1 DE1514563 A1 DE 1514563A1 DE 19651514563 DE19651514563 DE 19651514563 DE 1514563 A DE1514563 A DE 1514563A DE 1514563 A1 DE1514563 A1 DE 1514563A1
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DE19651514563
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Lutz Dr Rer Nat Edgar
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Semikron GmbH and Co KG
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Semikron GmbH and Co KG
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    • H01L23/482—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body
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Description

15H563
SJäMIKHOH Gea β f ο Gleichriohterbau U3 Elektronik mbHo
Θ5οο Nürnberg- Wiesentalstraße Telefon O911/3OU1» 31813 - Telex 06/22155
Datum: 3» September 1965 Unser Zeichen* I 1265o1
Steuerbares Halbleiterbaueleme
Die Ergebnisse der fortschreitenden Entwicklung auf dem Gebiet der Halbleiter-Physik erschließen immer mehr spezielle technische Anwendungen von Halbleiter-Bauelementen,, Zudem werden von seiten der Anwender immer größere Anforderungen an das phyeikalisohe Verhalten der Halbleiter-Bauelemente gestellt9 ao daß letztlioh der Hersteller und Entwickler ständig eine weitere Verbesserung der Bauelemente zu eraielen strebt9
Bei steuerbaren, ein- und/oder ausschaltbaren Halbleiter-Bauelementen ist ein in vieler Hinsicht den technischen Einsatz bestimmendes Charakteristik!«» das Umsohaltverhalten* Dieses Verhalten wird beispielsweise beim Einsohaltvorgang UoBo ganz wesentlich durch die Zündausbreitung über die gesamte Kathqdenfläohe des drei oder mehr Sohiohten abwechselnd unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisenden Halbleiterbauelementes bestimmtο Je schneller die gesamte Kathodenfläche gezündet und damit gleichmäßig an der Stromführung beteiligt ist, um so geringer ist die bei der Zündung des Halbleiter-Bauelementes in Vorm einer Überlastung mögliohe Gefährdung,,
Da der Strom immer nur von dem gezündeten Bereioh der Kathodenfläohe geführt wird» 1st bei einer örtlichen Begrenzung der Zündung auf einen Zündkanal und nur langsamer Zündaus-
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SEMI KRON
Gesellschaft f „ Gleiohrichterb&u Uo Elektronik mbHo Blatt
breitung sehr leicht eine thermische Überlastung durch die am Zündkan&l auftretende verlustleistungswärme gegeben? die zur Zerstörung des Halbletter-Bauelementes führen kann«
Bine rasche Zündi--usbreitung und damit gewährleistete schnelle Einschaltung ermöglicht durch die verkürzten Einschaltzeiten den Einsatz von steuerbaren Halbleiter-Bauelementen beispielsweise bei Wechselrichtern für höhere Frequenzen als bisher,
Die bisher bekannt gewordenen Lösungsvorschläge zur Erhöhung der Zündausbreitung bei Halbleiter-Bauelementen mit drei oder mehr Schichten abwechselnd verschiedener leitfähigkeit stellen jedoch nur Teillösungen dar oder sind bei ihrer Verwirklichung mit» einen großen Aufwand bedingenden» technologischen Schwierigkeiten verknüpftο
Die rti4Cl^uebreitungegeschwindigkeit liegt innerhalb gewisser 'Jranzen, die bereite bei der Herstellung der Halbleiter-Bauelemente durch die gegebenen physikalischen Eigenschaften der Komponenten festgelegt werden, und kann nur mittels aufwendiger technologischer Verfahren beeinflußt werden.
Bs ist auch bereits bekannt, durch die Aufteilung der Steuerelektrode in mehrere, in die Kathodenfläche eingebrachte Ineelfläohen oder durch punktförmigβ Auebildung der Steuerelektrode die Zündausbreitung von mehreren Stellen gleichzeitig ausgehen zu laeeeno Bine bei diesen Lösungsvorschlägen beispielsweise bei einer im Zentrum angeordneten Steuerelektrode auftretende Schwierigkeit liegt in der Weiterverarbeitung des Bauelementes und ergibt sich aus der Notwendigkeit8 die Steuer» elektrode zu kontaktieren und nach außen aus fertigungstechnieohen Gründen möglichst in einem, einzelnen Anschluß au führen,
Diese bei den bekannten Anordnungen auftretenden Naohteile wer- BAD ORIGINAL
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SSMIKROH
Gesellschaft fd Gleichrichterbau Uo Elektronik mbH, Blatts
den bei der Anordnung gemäß der Erfindung beseitigt oder um» gangen und eine gewünschte» den Forderungen der Technik voll gereoht werdende ZUndausbreitungsverbesserung erzieltο
Die Erfindung betrifft ein steuerbares Halbleiter-Bauelement und besteht darin« daß die Kathodenzone aus zwei oder mehr ge» trennten Teilzonen besteht und daß in den zwischen diesen Teil» zonen liegenden Bereichen die Steuerelektrode in streifenförmiger Ausbildung und unter Einhaltung eines bestimmten Abstan=· des vom Rande der Kathodenteilzonen angeordnet ist*
Anhand von zwei in den Figuren 1 und 2 gezeigten sohematischen Darstellungen werden Anordnungsbeispiele gemäß der Erfindung erläuterte
In den beiden je ein Ausführungebeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung zeigenden Figuren 1 und 2 sind für gleiche Elemente dieselben Bezeichnungen gewählt0
Mit 1 sind die voneinander getrennten Teilzonen der Kathoden« fläche bezeichnet, während mit 2 die zwischen den Teilzonen 1 oder am Rande der Kathodenfläohe mit entsprechendem Abstand vom Rand der Teilzonen angeordneten Steuerelektroden bezeiohnet sindο Die Steuerelektrodenzonen sind streifenförmig ausgebildet und weisen einen zum entsprechenden Rand der Kathoden·» teilzone parallel verlaufenden Rand aufP In besondere vorteilhafter Weise kann jede getrennte Steuerelektrodenzone eine über die Kathodenfläche hinausragende Verlängerung 3 aufweisen, die als Anschlußfahne dient»
Die erfindungsgemäSe Anordnung der getrennten Kathodenzonen und der streifenförmig ausgebildeten einen oder mehreren Steuerelektrodenzonen weist eine oder gleichzeitig mehrere optimale Zündausbreitungefronten auf9 die gewährleisten, daß die Zünd-
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SEMI KRON
Gesellschaft fο Oleiohrlohterbau u* Elektronik mbHo Blatt ι β
auebreitung Jiber Ale gesamte Kathodenfläohe rascher vor eich geht» da für jeden Funkt der Zündauebreitungefront die duroh die feste Ztindausbreitungsgesohwindigkeit gegebene Voraussetsung gleich ieto Die streifenförmige Ausbildung der Steuerelektrode lh den Zwisohenbereiohen der Kathodenfläohe bringt nioht nur in einfacher Weise »elativ große Zündauebreitungsfronten nit sich, sondern ermöglicht auoh bei der Herβteilung der Bauelemente die Ausbildung von einer oder mehreren Anaohlufifahnen 9 die Über die Kathodenfläohe hinausragen und die weitere Verarbeitung sowohl hinsiohtlloh der Kathodenflächenkontaktierung als auoh der Koritaktgabe but Steuerelektrode vorteilhaft ver« einfachen«»
Die Kathodenzone kann dabei in ewei oder mehr gleich oder untersohiedlioh grofle Kreieeegmente reohteokige oder beliebig geometrisohe Formen aufweisende Teileonen getrennt und mit ent« sprechendem Zwischenraum ausgebildet seine Die ,parallel ζλι den KathodenteilBonenrändern verlaufenden Steuerelektrodenstreife» können elektrieoh parallel oder getrennt angeordnet seino
Zur vorteilhaftem Vergrößerung der Zündausbreitungsfronten wer« den die Steuerelektrodenstrelfeft so angeordnet^ d,a8 die eegmentlerte Kathodenzone oder eine oder mehrere Teileonen derselben gans oder teilweise duroh die Steuerelektrodenetreifen eingeschlossen werdenο >
Diese erflndungsgemäSe AuefUhrungsform eines Halbleiter-Bauelementes aus drei oder mehr Schichten abwechselnd tinterechied-Hoher Leitfähigkeit j bei dem die Kathodeneone unterteilt ist,, kann vollständig naoh dem an sich bekannten Legierungsverfahren hergestellt werdenο Bei einem Halbleiter-Bauelement der erfindungβgemäßen Bauform können aber auch die Kathode im Legierungsverfahren und die Steuerelektrodenetreifen in den Zwischen·" berelohen der Teilzonen der Kathode in bekannter Mae kerntechnik
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Gesellschaft fο Gleiohriohterbau u» Elektronik mbHo Blattt
hergestellt werden, Außerdem können mittels bekannter Masken·« teohnik sowohl die einzelnen Kathodenteiisonen als auch die Steuerelektrodenstreifen in Diffusionsverfahren oder die Teil zonen der Kathoden epitaxial aufgebracht werdenο
Biese Verfahren zur Herstellung des erfindungsgeaäBen Halbleiter-Bauelementes haben eineein fertlgungsteohnisohe Vorteile und eignen sich in allgemeinen für besondere Leistungstype» unterschiedlich gut,
Sie ereielten Halbleiter-Bauelementep die gemäB der Erfindung eine in Teileonen aufgetrennte Kathode aufweisen seigern in jeden falle besonders günstiges Umßohaltverhalten, und sind sowohl in der Herstellung einfacher als die bisher bekannten Bauelenente als auch sun Einsats bei geforderter hoher TJmsohaltgesohwindigkelt besonders geeignet0
Die mit den erfindungsgemäSen Halbleiter-Bauelement und den dadurch bedingte» kürzeren Ausbreitungsweg gegebene gröflere Zündausbreitungefront ersielt eine Verbesserung des di Verhaltenes doh« ein Vorkursen der Binsohaltseiteno GUelohseitig ergeben die geometrisch vorteilhafte Ausbildung der Kathodensonen und der entsprechenden Steuerelektrodenetreifen ein günstiges Absaugverhalten der Steuerelektrode; das su einer einwandfreien Ausschaltung notwendig isto
Das erfindungBgemäße Halbleiter-Bauelement ist sonit besonders als ein- und aussohaltbares Halbleiter-Bauelement geeignetο
Außerdem kann das erfindungegenäBe Halbleiter-Bauelement so ausgeführt sein» dafl die Steuerelektrodenetreife» getrennt nach außen geführt sind u*d abwechselnd als ein- oder ausschaltender ünaohluQ festgelegt werdenc Eine weitere vorteilhafte Slnsatsnugliohkeit ergibt eioh für das erflndungs-
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SBMIKRQN
Gesellschaft f <, Gleiohriohterbau U0 Elektronik mbH· Blatt:
gemäße Halbleiter-Bauelement, wenn sowohl die Steuerelektrodenstreifen als »uch die Kathodenteilsonen getrennt kontaktiert und naoh außen geführt werden und somit ein Vielfachelement bilden, das beispielsweise sur Schaltung von Parallel-Stromkreisen geeignet 1st«
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Claims (1)

  1. SEMIKEON Οββο f ο CUeiohrichterbau ue Elektronik mbH0
    85oo H Urn berg- Wi β 8 ent alt tr aßt 4 ο Telefon 0911/50141, 31813 - Telex 06/22155
    Datun: 3° September 1965 Unser Zeichen: I 12 65o1
    Patent - Ansprüche
    1o Steuerbares Halbleiter-Bauelement, vorzugsweise aus Silizium, daduroh gekennseiohnet, daß die Kathodenzone aus % zwei oder mehr getrennten Teilzonen besteht und da8 in den zwischen diesen Teilzonen liegenden Bereionen die Steuerelektrode in streifenfBrmiger Ausbildung und unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes vom Rande der Kathodenteileonen angeordnet iat0
    2ο Steuerbares Halbleiter-Bauelement naoh Anspruoh 19 daduroh gekennseiohnet« daß die streifenförmig ausgebildete Steuerelektrode mindestens an einem Ende als AnsohluBfahne die Kathodenfläche überragtα
    3 ο Steuerbares Halbleiter-Bauelement naoh Anspruch 1 und/ oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß die Kathodenzone in zwei ™ gleichgroße halbkreisförmige Segmente getrennt istc
    4o Steuerbares Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 und/ oder 2s daduroh gekennzeichnet, daß die Kathodenzone in zwei oder mehr gleich oder unterschiedlich große Kreissegmente getrennt
    5? Steuerbares Halbleiter-Bauelement naoh Anspruoh 1 und/ oder 2, dadurch gekennseiohnet, daß die Kathodenzone in zwei oder mehr gleich oder unterschiedlich große rechteckige Teilzonen getrennt istο
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    Gesellschaft fo Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, Blatt:
    6« Steuerbares Halbleiter-Bauelement naoh Anspruch 1 und/ oder 2„ dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzone in zwei oder mehr beliebig geometrische Formen aufweisende Teilzonen getrennt istα
    7« Steuerbares Halbleiter-Bauelement naoh Anspruch 1 und/ oder 29 dadurch gekennzeichnet 9 daß die Randfronten der in den Bereichen zwischen den getrennten Kathodenteilzonen angeordneten Steuerelektrodenstreifen parallel zu den jeweillgen Kathodenteilzonenrändem verlaufene
    S0 Steuerbares Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 und/ oder einem der folgenden Ansprüche9 dadurch gekennzeichnet9 daß die Steuerelektrodenstreifen elektrisch parallel angeordnet sind ο
    9» Steuerbares Halbleiter-Bauelement naoh Anspruch 1 und/ oder naoh Anspruoh 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet« daß die Steuerelektrodenetreifen elektrisch getrennt angeordnet sincL
    10o Steuerbares Halbleiter-Bauelement nach Anspruoh 1 und/ oder nach Anspruch 2 bis 7« dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrodenstreifen so angeordnet sind, daß die segmentierte Kathode oder eine oder mehrere Kathodenteilzonen ganz oder teilweise duroh die Steuerelektrodenstreifen eingeschlossen sind ο
    11 ο Verfahren zur Herstellung von steuerbaren Halbleiter-Bauelementen naoh den Ansprüchen 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet f daß die Teilzonen der Kathode und die Steuerelektrodenstreifen naoh dem an eich bekannten Legierungererfah > ren hergestellt werden0
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    SEMIXROH
    GesellBchaft f0 Gleichrichterbau u« Elektronik mbHο Blatt ι
    12o Verfahren zur Herstellung von steuerbaren Halbleiter-Bauelementen nach Anepruoh 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet ? dafl die Teilzonen der Kathode in an eich bekannte» Legierumgsverfahren und die Steuerelektrodenetreifen in bekannter Haskenteohnik hergestellt werden 0
    15o Verfahren ssur Herstellung von steuerbaren Halbleiter-* Bauelementen nach Anspruoh 1 bis to» daduroh gekennseioh·»' net9 daß sowohl die Teilzone* der Kathode als auoh die 8teu~ erelektrodenetreife* unter Verwendung einer bekannten Has- | kenteohnik im Diffusionsverfahren hergestellt werden»
    14« Verfahren zur Herstellung von steuerbaren Halbleiter-Bauelementen nach Anspruch 1 bis 1o* daduroh gekennzeichnet dafi die Teilzonen der Kathode epitaxial aufgebracht werdenο
    15o Steuerbares Halbleiter-Bauelement nach Anspruoh 1 oder einem folgenden Anspruch, daduroh gekennzeichnet dafl beim absohaltbaren thyristor die Steuerelektrodenstreifen sur Absaugung der Ladungeträger dienen»
    16» Steuerbares Halbleiter-Bauelement nach Anspruoh 1 oder I einem folgenden Anapruoh, daduroh gekennzeichnet, daβ die einseinen Steuerelektrodenstreifen getrennt herausgeführt sind und abweohselnd der Ein- oder der Ausschaltung dienes«
    17ο Steuerbares Halbleiter-Bauelement nach Anspruoh 1 oder einem folgenden Anspruch9 daduroh gekennzeichnet! dad sowohl die voneinander getrenntem Steuerelektrodenstreifem als auoh die voneinander getrenntem Kathodenionen Im getrennten Anschlüssen naoh außen geführt slnd0
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    Le erse i ie
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