DE1539630B1

DE1539630B1 - Steuerbare Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1539630B1
Application number: DE19661539630
Authority: DE
Inventors: Edouard Eugster
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1965-12-22
Filing date: 1966-02-09
Publication date: 1970-08-27
Also published as: SE341949B; CH437538A; US3437889A; NL6617994A; FR1510216A; GB1161248A; DE6608098U

Description

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Die Erfindung betrifft eine steuerbare Halbleiter- Basis der kegelstumpfförmig ausgebildeten Randanordnung mit einem Halbleiterbauelement, das eine ■ fläche der Halbleiterscheibe zugewandt ist und daß Halbleiterscheibe mit einer pnpn-Zonenfolge auf- das Halbleiterbauelement mit irgendeinem zweiten weist, bei der die beiden äußeren Zonen sich jeweils Halbleiterbauelement mit ebenen und parallelen nur über einen Teil der Gesamtfläche der an ihnen 5 Kontaktelektroden unter entsprechender Polung derangebrachten Kontaktelektroden erstrecken, während art zu einer Säule verbunden ist, daß die Stromjede dieser Kontaktelektroden über den anderen Teil Spannungs-Kennlinie jedes der beiden Halbleiterbauihrer Gesamtfläche mit der jeweils nächstliegenden elemente die Strom-Spannungs-Kennlinie der Säule inneren Zone der pnpn-Zonenfolge kontaktiert ist, in einer Spannungsrichtung bestimmt,
wodurch die äußeren pn-Übergänge dieser pnpn- ίο Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 8 bei-Zonenfolge kurzgeschlossen sind. spielsweise erläutert. Die Dicken der einzelnen Zonen Eine solche Halbleiteranordnung ist z. B. aus der der Halbleiterscheibe sind dabei zur besseren Über-USA.-Patentschrift 2 971139 (F i g. 1) bekannt. Durch sichtlichkeit übertrieben stark dargestellt,
die Kurzschlüsse der äußeren pn-Übergänge ist die Fig. 1 zeigt das Prinzip des Aufbaus eines be-Sperrwirkung in der einen Richtung aufgehoben, 15 kannten Thyristors. Die pnpn-Zonenfolge der Zowährend bei Anlegen einer Spannung in der anderen nen 1 bis 3, welche man z. B. durch Diffusion von Richtung zwei stabile Leitungszustände, nämlich ein Akzeptorsubstanz in eine Halbleiterscheibe vom hochohmiger und ein niederohmiger, bestehen. Der n-Leitungstyp hergestellt hat, wird durch Anlegieren Übergang vom hochohmigen in den niederohmigen einer Zone 4 vom n-Leitungstyp zur pnpn-Zonen-Zustand erfolgt durch Erhöhung der Spannung über 20 folge ergänzt; an den Stirnflächen der Halbleitereinen bestimmten Wert. Der niederohmige Zustand scheibe werden die Anode S und die Kathode 6 anbleibt dann ähnlich wie bei einem Thyristor auch gebracht. Die Steuerelektrode 7 ist an die innere nach Absenken der Spannung unter diesen Wert Zone 3 vom p-Leitungstyp angeschlossen,
weiter erhalten. Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines Eine pnpn-Zonenfolge bildet bekanntlich auch die 25 Halbleiterbauelementes, wie es in der Halbleiter-Grundlage für die Thyristoren, Zwei gegeneinander- anordnung nach der Erfindung zur Verwendung gegeschaltete pn-Übergänge wirken dabei in je einer langt. Der pn-übergang zwischen den Zonen 1 und 2 Spannungsrichtung sperrend. Ein Steuerstrom über erstreckt sich auch hier über die ganze Fläche der den dritten pn-übergang läßt die Sperrung in einer Halbleiterscheibe. Dieser pn-übergang wirkt sperrend Spannungsrichtung zusammenbrechen. Thyristoren 30 in Vorwärtsrichtung. Die äußeren Zonen 3 und 4 weisen meist eine Halbleiterscheibe mit vier schich- schließen ebenfalls an die Kontaktelektroden 5 bzw. 6 tenförmigen Zonen von abwechselndem Leitungstyp an, bedecken sie aber nur teilweise. Dadurch bleibt auf. Die bekannte Herstellung der Halbleiterscheibe die Minoritätsladungsträgerinjektion in Vorwärtsrichbeginnt z. B-. mit der Herstellung einer pnpn-Zonen>- tung für die pn-Übergänge zwischen den Zonen 3 folge durch Eindiffundieren von Akzeptorsubstanz in 35 und 1, bzw. 2 und 4, im wesentlichen erhalten, ihre eine Halbleiterscheibe von n-Leitungstyp. Die ein- Sperrwirkung ist jedoch dadurch aufgehoben, daß diffundierten Zonen weisen dabei eine wesentlich zwischen jeder Kontaktelektrode 5 bzw. 6 und der höhere Dotierungsdichte auf. Darauf wird die vierte zu ihr im Strompfad zunächstliegenden inneren Zone z. B. durch Eindiffundieren oder Anlegieren Zone 1 bzw. 2 ein Kurzschluß besteht. Die innere hinzugefügt. Zur Verlängerung des Kriechweges an 40 Zone 2 vom p-Leitungstyp weist eine höhere Dotieder Randzone wird die Halbleiterscheibe in bekann- rungsdichte auf als die Zone 1 vom n-Leitungstyp. ter Weise durch entsprechende Bearbeitung in Form Die Randfläche 8 der Halbleiterscheibe ist derart als eines Kegelstumpfes ausgebildet. Im hochohmigen Kugelstumpfmantel ausgebildet, daß die höher do-Zustand in Schaltrichtung wird der Potentialverlauf tierte Zone 2 der Basis zugewandt ist. Dadurch wird in der Halbleiterscheibe durch das Dotierungsprofil 45 erreicht, daß der Kriechweg auf der Randfläche an bestimmt. Daher verformen sich die Potentiallinien der Stelle des pn-Überganges zwischen den Zonen 1 am Rand der niedrig dotierten inneren Zone derart, und 2 im Sperrschichtbereich erhöht wird. Die Steidaß sie sich gegen die Verjüngung des Kegelstump- gung der Kegelstumpfmantelfläche ist dabei etwa fes zusammendrängen und dort den Kriechweg her- 10 bis 12°, so daß die freie Oberfläche der Zone 2 absetzen. Die Abschrägung des Kegelstumpfmantels 50 genügend groß wird, um an ihr eine Steuerelektrode 7 ist also nur für einen Übergang optimal. Bei den be- anzubringen.

kannten Thyristoren sind überdies die Höhe der Zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes ge-

Durchbruchspannung in Sperrichtung und die Form maß F i g. 2 können verschiedene an sich bekannte

der Strom-Spannungs-Kennlinie in Durchlaßrichtung Verfahren verwendet werden.

beide nicht voneinander unabhängig für einen be- 55 Ein bevorzugtes Verfahren beginnt damit, daß

stimmten Zweck optimierbar. z. B. auf eine monokristalline Siliziumscheibe vom

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine n-Leitungstyp durch Diffusion von Akzeptorsubstanz

steuerbare Halbleiteranordnung zu schaffen, welche aus der Gasphase eine höher dotierte p-Zone gebildet

die erwähnten Nachteile der bekannten Thyristoren wird, welche danach von einer Stirnfläche der HaIb-

nicht aufweist und bei der unter Benutzung des be- 60 leiterscheibe wieder abgetragen wird,

kannten Prinzips des Kurzschließens der äußeren Die weiteren Verfahrensschritte zur Bildung der

pn-Ubergänge einer pnpn-Zonenfolge eine weit- äußeren Zonen und ihren Kontaktelektroden werden

gehende Freiheit in der Realisierung optimaler Cha- an Hand von F i g. 3 erläutert,

rakteristiken besteht. Die freie Stirnfläche jeder inneren Zone 1 bzw. 2

Die steuerbare Halbleiteranordnung nach der Er- 65 wird mit einer Metallscheibe 9 bzw. 10 bedeckt, die

findung ist dadurch gekennzeichnet, daß die höher eine passende Dotierungssubstanz enthält und die

dotierte der beiden inneren Zonen der pnpn-Zonen- über ihre Fläche verteilte Lochungen 11 aufweist,

folge mit einer Steuerelektrode versehen und der Durch anschließendes Anlegieren der Metallscheibe 9

bzw. 10 bildet sich unter ihr in bekannter Weise die äußere Zone 3 bzw. 4, während an Stelle der Lochungen 11 die innere Zone 1 bzw. 2 weiter frei an der Oberfläche liegt. Vor dem Anlöten der Kontaktelektroden wird eine Metallschicht 12 bzw. 13 aufgedampft, die den Kurzschluß zwischen den inneren Zonen I₁ 2 und den Kontaktelektroden 5, 6 hergestellt. Schließlich wird die Kegelstumpfform hergestellt und die Steuerkontaktelektrode 7 angeschweißt.

Fig. 4 gibt den wesentlichen Unterschied der Strom-Spannungs-Kennlinie A eines Thyristors und der Strom-Spannungs-Kennlinie B des Halbleiterbauelementes für die steuerbare Halbleiteranordnung nach der Erfindung wieder. Man sieht, daß A und B in Vorwärtsrichtung übereinstimmen, während B in Rückwärtsrichtung einen Kurzschluß darstellt.

Diese Eigenschaft des Halbleiterbauelementes nach Fig. 1 wird vorteilhaft benutzt, um es mit einem anderen unter entsprechender Polung in einer steuerbaren Halbleiteranordnung derart zu einer Säule zu verbinden, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie jedes Halbleiterbauelementes die Strom-Spannungs-Kennlinie der steuerbaren Halbleiteranordnung in einer Spannungsrichtung bestimmt. Die Strom-Spannungs-Kennlinie der Halbleiteranordnung ist daher für jede Spannungsrichtung für sich in weiten Grenzen frei wählbar.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine steuerbare Halb- · leiteranordnung mit zwei Halbleiterelementen 14 und 15 nach der Fig. 2 bzw. die zugehörige Strom-Spannungs-Kennlinie. Die Durchbruchspannungen U₁, U₂ sind frei wählbar.

Nach einer anderen, in der F i g. 7 dargestellten Ausführung ist ein Halbleiterbauelement 14 nach Fig. 2 mit einer Halbleiterdiode 17 zu einer Steuerbaren Halbleiteranordnung verbunden. Auch"" hier sind, wie die zugehörige Strom-Spannungs-Kennlinie (F i g. 8) zeigt, die Durchbruchspannungen frei wählbar.

Diese Halbleiteranordnungen nach den F i g. 5 und 7 können wie ein Einzelhalbleiterbauelement kontaktiert werden. Die Verbindung der Halbleiterbauelemente 14 und 15 bzw. 14 und 17 erfolgt zwcckmäßigerweise durch eine Lotschicht 16.

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbare Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, das eine Halbleiterscheibe mit einer pnpn-Zonenfolge aufweist, bei der die beiden äußeren Zonen sich jeweils nur über einen Teil der Gesamtfläche der an ihnen angebrachten Kontaktelektroden erstrecken, während jede dieser Kontaktelektroden über den anderen Teil ihrer Gesamtfläche mit der jeweils nächstliegenden inneren Zone der pnpn-Zonenfolge kontaktiert ist, wodurch die äußeren pn-Übergänge dieser pnpn-Zonenfolge kurzgeschlossen sind, d a durch gekennzeichnet, daß die höher dotierte der beiden inneren Zonen (1, 2) der pnpn-Zonenfolge mit einer Steuerkontaktelektrode (7) versehen und der Basis der kegelstumpfförmig ausgebildeten Randfläche (8) der Halbleiterscheibe zugewandt ist und daß das Halbleiterbauelement (14) mit irgendeinem zweiten Halbleiterbauelement (15, 17) mit ebenen und parallelen Kontaktelektroden unter entsprechender Polung derart zu einer Säule verbunden ist, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie jedes der beiden Halbleiterbauelemente die Strom-Spannungs-Kennlinie der Säule in einer Spannungsrichtung bestimmt.

2. Steuerbare Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Halbleiterbauelement (15) vom gleichen Typ wie das erste Halbleiterbauelement (14) ist.

3. Steuerbare Halbeiteranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Halbleiterbauelement (17) eine Halbleiterdiode ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen