DE1539630C - Steuerbare Halbleiteranordnung - Google Patents
Steuerbare HalbleiteranordnungInfo
- Publication number
- DE1539630C DE1539630C DE1539630C DE 1539630 C DE1539630 C DE 1539630C DE 1539630 C DE1539630 C DE 1539630C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor
- zone
- pnpn
- semiconductor component
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 53
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Die Erfindung betrifft eine 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.
Eine solche Halbleiteranordnung ist z. B. aus der USA.-Patentschrift 2971139 (Fig. 1) bekannt.Durch
die Kurzschlüsse der äußeren pn-Übergänge ist die Sperrwirkung in der einen Richtung aufgehoben,
während bei Anlegen einer Spannung in der anderen Richtung zwei stabile Leitungszustände, nämlich ein
hochohmiger und ein niederohmiger, bestehen. Der Übergang vom hochohmigen in den niederohmigen
Zustand erfolgt durch Erhöhung der Spannung über einen bestimmten Wert. Der niederohmige Zustand
bleibt dann ähnlich wie bei einem Thyristor auch nach Absenken der Spannung unter diesen Wert
weiter erhalten.
Eine pnpn-Zonenfolge bildet bekanntlich auch die Grundlage für die Thyristoren. Zwei gegeneinandergeschaltete
pn-Übergänge wirken dabei in je einer Spannungsrichtung sperrend. Ein Steuerstrom über
den dritten pn-übergang läßt die Sperrung in einer Spannungsrichtung zusammenbrechen. Thyristoren
weisen meist eine Halbleiterscheibe mit vier schichtenförmigen Zonen von abwechselndem Leitungstyp
auf. Die bekannte Herstellung der Halbleiterscheibe beginnt z. B. mit der Herstellung einer pnpn-Zonenfolge
durch Eindiffundieren von Akzeptorsubstanz in eine Halbleiterscheibe von n-Leitungstyp. Die eindiffuhdierten
Zonen weisen dabei eine wesentlich höhere Dotierungsdichte auf. Darauf wird die vierte
Zone z. B. durch Eindiffundieren oder Anlegieren hinzugefügt. Zur Verlängerung des Kriechweges an
der Randzone wird die Halbleiterscheibe in bekannter Weise durch entsprechende Bearbeitung in Form
eines Kegelstumpfes ausgebildet. Im hochohmigen Zustand in Schaltrichtung wird der Potentialverlauf
in der Halbleiterscheibe durch das Dotierungsprofil bestimmt. Daher verformen sich die Potentiallinien
am Rand der niedrig dotierten inneren Zone derart, daß sie sich gegen die Verjüngung des Kegelstumpfes
zusammendrängen und dort den Kriechweg herabsetzen. Die Abschrägung des Kegelstumpfmantels
ist also nur für einen Übergang optimal. Bei den bekannten Thyristoren sind überdies die Höhe der
Durchbruchspannung in Sperrichtung und die Form der Strom-Spannungs-Kennlinie in Durchlaßrichtung
beide nicht voneinander unabhängig für einen bestimmten Zweck optimierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine steuerbare Halbleiteranordnung zu schaffen, welche
die erwähnten Nachteile der bekannten Thyristoren nicht aufweist und bei der unter Benutzung des bekannten
Prinzips des Kurzschließer der äußeren pn-Übergänge einer pnpn-Zonenfolge eine weitgehende
Freiheit in der Realisierung optimaler Charakteristiken besteht.
Die steuerbare Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die höher
dotierte der beiden inneren Zonen der pnpn-Zonenfolge mit einer Steuerelektrode versehen und der
Basis der kegelstumpfförmig ausgebildeten Randflache
der Halbleiterscheibe zugewandt ist und daß das Halbleiterbauelement mit irgendeinem zweiten
Halbleiterbauelement mit ebenen und parallelen Kontaktelektroden unter entsprechender Polung derr
art zu einer Säule verbunden ist, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie jedes der beiden Halbleiterbauelemente
die Strom-Spannungs-Kennlinie der Säule in einer Spannungsrichtung bestimmt.
ίο Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 8 beispielsweise
erläutert. Die Dicken der einzelnen Zonen der Halbleiterscheibe sind dabei zur besseren Übersichtlichkeit
übertrieben stark dargestellt.
F i g. 1 zeigt das Prinzip des Aufbaus eines bekannten Thyristors. Die pnpn-Zonenfolge der Zonen
1 bis 3, welche man z. B. durch Diffusion von Akzeptorsubstanz in eine Halbleiterscheibe vom
n-Leitungstyp hergestellt hat, wirddurch Anlegieren einer Zone 4 vom n-Leitungstyp zur pnpn-Zonenfolge
ergänzt; an den Stirnflächen der Halbleiterscheibe werden die Anode 5 und die Kathode 6 angebracht.
Die Steuerelektrode 7 ist an die innere Zone 3 vom p-Leitungstyp angeschlossen.
Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines
Halbleiterbauelementes, wie es in der Halbleiteranordnung nach der Erfindung zur Verwendung gelangt.
Der pn-übergang zwischen den Zonen 1 und 2 erstreckt sich auch hier über die ganze Fläche der
Halbleiterscheibe. Dieser pn-übergang wirkt sperrend in Vorwärtsrichtung. Die äußeren Zonen 3 und 4
schließen ebenfalls an die Kontaktelektroden 5 bzw. 6 an, bedecken sie aber nur teilweise. Dadurch bleibt
die Minoritätsladungsträgerinjektion in Vorwärtsrichtung für die ρη-Übergänge zwischen den Zonen 3
und 1, bzw. 2 und 4, im wesentlichen erhalten, ihre Sperrwirkung ist jedoch dadurch aufgehoben, daß
zwischen jeder Kontaktelektrode S bzw. 6 und der zu ihr im Strompfad zunächstliegenden inneren
Zone 1 bzw. 2 ein Kurzschluß besteht. Die innere Zone 2 vom p-Leitungstyp weist eine höhere Dotierungsdichte
auf als die Zone 1 vom n-Leitungstyp. Die Randfläche 8 der Halbleiterscheibe ist derart als
Kugelstumpfmantel ausgebildet, daß die höher dotierte Zone 2 der Basis zugewandt ist. Dadurch wird
erreicht, daß der Kriechweg auf der Randfläche an der Stelle des pn-Überganges zwischen den Zonen 1
und 2 im Sperrschichtbereich erhöht wird. Die Steigung der Kegelstumpfmantelfläche ist dabei etwa
10 bis 12°, so daß die freie Oberfläche der Zone 2 genügend groß wird, um an ihr eine Steuerelektrode 7
anzubringen.
Zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes gemäß F i g. 2 können verschiedene an sich bekannte
Verfahren verwendet werden.
Ein bevorzugtes Verfahren beginnt damit, daß z. B. auf eine monokristalline Siliziumscheibe vom
n-Leitungstyp durch Diffusion von Akzeptorsubstanz aus der Gasphase eine höher dotierte p-Zone gebildet
wird, welche danach von einer Stirnfläche der HaIbleiterscheibe wieder abgetragen wird.
Die weiteren Verfahrensschritte zur Bildung der äußeren Zonen und ihren Kontaktelektroden werden
an Hand von F i g. 3 erläutert.
Die freie Stirnfläche jeder inneren Zone 1 bzw. 2 wird mit einer Metallscheibe 9 bzw. 10 bedeckt, die eine passende Dotierungssubstanz enthält und die über ihre Fläche verteilte Lochungen 11 aufweist. Durch anschließendes Anlegieren der Metallscheibe 9
Die freie Stirnfläche jeder inneren Zone 1 bzw. 2 wird mit einer Metallscheibe 9 bzw. 10 bedeckt, die eine passende Dotierungssubstanz enthält und die über ihre Fläche verteilte Lochungen 11 aufweist. 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 1, 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 F i g. 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 F i g. 5 und 6 zeigen eine steuerbare Halbleiteranordnung mit zwei Halbleiterelementen 14 und
15 nach der F i g. 2 bzw. die zugehörige Strom-Spannungs-Kennlinie.
Die Durchbruchspannungen CZ1, U2
sind frei wählbar. .
Nach einer anderen, in der F i g. 7 dargestellten Ausführung ist ein Halbleiterbauelement 14 nach
F i g. 2 mit einer Halbleiterdiode 17 zu einer Steuerbaren Halbleiteranordnung verbunden. Auch hier
sind, wie die zugehörige Strom-Spannungs-Kennlinie (Fig. 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
zweckmäßigerweise durch eine Lotschicht 16.
Claims (3)
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 bei-. den 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
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2625917C3 (de) | Halbleiteranordnung | |
DE1152763C2 (de) | Halbleiterbauelement mit mindestens einem PN-UEbergang | |
DE69609905T2 (de) | Monolytische Montage von Halbleiterbauteilen mit einer Hochgeschwindigkeitsdiode | |
DE1564527B1 (de) | Halbleiterschalter fuer beide stromrichtungen | |
EP0039943B1 (de) | Thyristor mit steuerbaren Emitterkurzschlüssen und Verfahren zu seinem Betrieb | |
DE1090331B (de) | Strombegrenzende Halbleiteranordnung, insbesondere Diode, mit einem Halbleiterkoerper mit einer Folge von wenigstens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfaehigkeitstyps | |
DE1906479C2 (de) | Halbleiterbauelement | |
DE1464983C2 (de) | in zwei Richtungen schaltbares und steuerbares Halbleiterbauelement | |
DE1216435B (de) | Schaltbares Halbleiterbauelement mit vier Zonen | |
DE2329398C3 (de) | In Rückwärtsrichtung leitendes Thyristorbauelement | |
DE1539630B1 (de) | Steuerbare Halbleiteranordnung | |
DE1163459B (de) | Doppel-Halbleiterdiode mit teilweise negativer Stromspannungskennlinie und Verfahren zum Herstellen | |
DE2657293B2 (de) | Elektrische Schaltungsanordnung in Transistor-Transistor-Logikschaltung (TTL) | |
DE3002897A1 (de) | Torgesteuerter halbleiterbaustein | |
DE1539630C (de) | Steuerbare Halbleiteranordnung | |
DE1439674C3 (de) | Steuerbares und schaltbares pn-Halbleiterbauelement für große elektrische Leistungen | |
DE2406866A1 (de) | Halbleitersteuergleichrichter | |
EP0065174B1 (de) | Verfahren zum Betrieb eines Thyristors mit steuerbaren Emitterkurzschlüssen | |
DE3104743C2 (de) | Halbleiter-Schaltanordnung | |
DE1295695B (de) | Steuerbares Halbleiterbauelement mit vier aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfaehigkeitstyps | |
DE1127484B (de) | Halbleiterkristalldiode mit flaechenhaftem PN-UEbergang ueber den ganzen Querschnitt des Halbleiterkoerpers und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE1816009A1 (de) | Thyristor | |
DE1185292B (de) | Doppelhalbleiterbauelement mit einem Esaki-UEbergang und einem parallel geschalteten weiteren UEbergang | |
DE3837747C2 (de) | Halbleiterschalter mit einem Hauptthyristor und einem getrennten, lichtzündbaren Hilfsthyristor | |
DE1186554B (de) | Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit vier oder mehreren Halbleiterschichten und Verfahren zum Herstellen |