DE1539694A1 - Halbleiterelement mit vier Zonen abwechselnden Leitfaehigkeitstyps - Google Patents
Halbleiterelement mit vier Zonen abwechselnden LeitfaehigkeitstypsInfo
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Description
BBC
15396S4
.! P 15 39 694.8 Mannheim, den 31.3.69
■ i ■ ;
Pat.MJvta.-Mp.-Hr. 595/66
Halbleiterelement mit vier Zonen abwechselnden leitfähigkeitstyps
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps und kurzgeschlossener Methode
und mindestens einer Steuerelektrode mit einem verbesserten Einschaltverhalten.
Es ist bereits ein Halbleiterelement zum Schalten bekanntgeworden,
bei dem die Metallisierung auf der einen äußeren Zone
sich nicht im iiachbarbereich der Steuerelektrode befindet.
Durch diese Maßnahme - auch Querfeldemitter genannt - erzeugt der Anodenstrom an dem nicht kontaktierten Teil der äußeren
Zone einen Spannungsabfall, der eine größere ZÜndausbreitungsgeschwindigkeit
verursacht. Das Halbleiterelement kann so höhere Stromanstiegsgeschwindigkeiten ohne Zerstörung vertragen
Damit der Spannungsabfall an der nicht kontaktierten äußeren Zone - dem Emitter - eine genügende Größe erreicht, darf die
Breite der nicht kontaktierten Emitterfläche neben der Steuerelektrode einen bestimmten Betrag nicht unterschreiten (Zeitschrift
"Angewandte Physik", Bd. 19, S. 396, 1965).
Ferner sind Halbleiterelemente bekannt, bei denen die unter der
Emitterzone liegende Schicht die Emitterzone bie zu deren metal
lisierter Oberfläche punktförmig durchdringt. Ein solches Halbleiterelement zeigt ein stabiles Temperaturverhalten, da
die mit steigender Temperatur zunehmenden Sperrströme über die Metallisierung abfließen und nicht zu vorzeitiger Zündung führen können. Ebenso sind sie für größere Spannungaanstiegegeechwindigkeiten geeignet, ohne daß ea dabei zu einem unerwünsch
ten Durchzünden kommt (DAS 1 154 872).
O Q 9046/014 2 --Φ
Pt ti. Ol /*.
1533694
- 2 - 595/66 .
Wird an ein Halbleiterelement eine in Durchlaßrichtung gepolte, sich sehr schnell ändernde Spannung gelegt, so kann dieses
durch Injizieren eines kapazitiven Sperrstromes durchzünden. Diese Art der Zündung will man aber gerade unterdrücken und
strebt deshalb eine sehr hohe —-ττ Festigkeit an.
Zur Erklärung des Zündvorganges kann die Emitterschicht und die
sich an diese anschließende p-Basisschicht im Ersatzschaltbild
als Flächendiode mit zwei unter sich in Reihe, aber parallel zur Diode liegenden Widerständen R1 und R2 aufgefaßt werden.
Der Widerstand R1 bedeutet dabei den Eigenwiderstand der Shortings, der Widerstand R2 den Bahnwiderstand zwischen Gateansehlt
und Emitter. Dieser Widerstand ist also durch Variierung des Geräteabstandes von der η-Zone in Grenzen veränderbar. Eine
Betrachtung dieses Ersatzschaltbildes zeigt sogleich die sich widersprechenden Forderungen. Die Stromverwertung der Parallelschaltung
ist durch die Reihenschaltung der beiden Widerstände festgelegt. Beim Zünden nun soll möglichst ein großer Strom
über die Diode fließen, die Summe von R" und R2 also möglichst
groß sein. Soll dagegen eine große —*£ -Festigkeit erzielt
werden, so muß möglichst viel des injizierten Stromes über die
Shortings, also über die Reihenschaltung R1 und R„ abfließen,
damit es nicht zur Zündung kommt. Die Summe von R1 und R2 soll
also in diesem Falle klein sein gegenüber dem Sperrschichtwider stand der Diode. Dabei ist bei Strömen in der Größenordnung
des Zündstromes der Sperrschichtwiderstand größer als der ohmsohe Widerstand. Der Sperrschichtwiderstand und der Eigenwiderstand der Shortings liegen fest. In Grenzen variabel ist
also nur der Bahnwiderstand durch Veränderung des Abstandes zwischen Gateanschluß und Emitter.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem
Halbleiterelement mit Querfelctaitter die kurzgeschlossene Methode so auszubilden, daß es für sehr hohe Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten ohne Durchzünden brauchbar 1st.
009846/0142 bad original
153S694
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Halbleiterelement
mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps und mit mindestens einer Steuerelektrode aus, wobei die unter
der Emitterzone liegende Schicht die Emitterzone bis zu deren Oberfläche punktförmig durchdringt ("kurzgeschlossene Methode")
und diese Oberfläche unter Aussparung eines Bereiches um die
Steuerelektrode metallisiert ist. Die Erfindung besteht darin, daß die innerhalb des ausgesparten Bereiches liegenden punktförmigen
Durchdringungen durch Metallzungen oder eine in ihrer Schichtdicke verminderte Metallisierung mit der übrigen metallisierten
Oberfläche leitend verbunden sind.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes liegt
darin, daß sehr viel höhere Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten Anwendung finden können, als bei einem Halbleiterelement mit
normalen Querfeldemitter. Dabei sind die die Shortingsjverbindenden,
schmalen zungenförmigen Streifen nur ein weniges breiter als der Durchmesser der einzelnen Shortings selbst, so
daß die nichtkontaktierte, ringförmige Fläche um die Steuerelektrode
nur um die Fläche der schmalen Stege vermindert wird.
Eine schnelle -Änderung der Spannung in Durchlaßrichtung
bringt das Halbleiterelement nicht zum Zünden, da auch die dem Gate am nächsten liegenden Shortings den Flächenstrom abführen können. Andererseits fällt die Fläche der schmalen metalli
sehen Zungen, deren Widerstand ja geringer ist als der der
nichtkontaktierten Fläche, bei Anlegen eines Zündimpulses zum Aufbau des notwendigen Spannungsabfalles nicht ins Gewicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die der Steuerelektrode am nächsten liegenden Perforierungen
durch eine dünnere Metallschicht als die der übrigen Metallisierung des Emitters mit dieser verbunden. Durch die Verbindung
beider Metallschichten äjit also der Kurzschluß der gatenahen
Shortings gegeben. Die Φ der erstgenannten Metallschicht
beträgt nur wenige/U, z.B. bis zuS/U, damit der Bahnwiderstand nicht zu klein und der Zündspannungsabfall zu gering
wird. - 4 -
009846/0142
BAD ORIGINAL
153S684
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Es wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes dargestellt sind. Gleiche Teile wurden mit gleichen Bezugszahle^.
versehen. Es zeigen
Fig. T ein Halbleiterelement im Schmitt, bei dem die infler Nähe
der Steuerelektrode liegenden Perforierungen durch zungen
förmige metallische Streifen mit der übrigen Metallisierung
des Emitters verbunden sind,
Fig. 1a eine Draufsicht des Halbleiterelementes nach Fig. 1,
Fig. 2 ein Halbeiterelement im Schnitt, bei dem die in der Nähe
der Steuerelektrode befindlichen Perforierungen durch eine Metallschicht mit der übrigen Metallisierung des
Emitters verbunden sind,
Fig. 2a eine Draufsicht des Halbleiterelementes nach Fig. 2.
Das Halbleiterelement nach Fig. 1 hat vier Zonen abwechselnden
Leitfähigkeitstyps, die eine äußere Zone - den Emitter 1 - mit n-Leitfähigkeit, die benachbarte innere Zone - die Basis 2 mit
p-Leitfähigkeit, eine weitere Basis 3 mit n-Leitfähigkeit
und die andere äußere Zone - den Kollektor 4 - mit p-Leitfähigkeit
zur benachbarten Basis 3 hin und p+-Leitfähigkeit im
Außenbereich 4a. Die Metallisierung 6 des Emitters 1 ist gegenüber
der Steuerelektrode 5 zurückversetzt. Mit dieser Maßnahme ist der Querfeldemitter verwirklicht. Die sich in der Nähe der
Steuerelektrode befindende Perforierung 2a ist durch einen zungenförmigen metallischen Streifen 6a mit der übrigen Metallisierung
6 des Emitters 1 verbunden. Dies wird insbesondere in der Draufsicht nach Fig. 1a deutlich.
Fig. 2 zeigt ein Halbleiterelement, das sich von dem der Fig. 1
im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Perforierung 2a in der Nähe der Steuerelektrode 5 durch eine Mttallschicht 6b
mit der übrigen Metallisierung 6 des Emitters 1 verbunden sind.
'00984670U2
OR/GiNAL
153S6 9A
595/66
Die Dicke der Schicht 6a ist unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes des verwendeten Materials so bemessen,
daß einerseits die von ihr bedeckten Basisbereiche 2a mit den benachbarten Emitterbereichen 1 kurzgeschlossen sind und
andererseits die Ausbildung eines für eine hohe Zündausbreitungsgeschwindigkeit
ausreichenden Spannungsabfalles an dem von ihr bedeck/ten Emitterbereich nicht gestört ist.
In Pig. 2a ist die Metallschicht 6b durch eine andere Schraffur
gegenüber der übrigen Metallisierung 6 hervorgehoben.
ORIGINAL INSPECTED
009846/0142
Claims (2)
1B3-69A
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Patentansprücheι
1· Halbleiterelement mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitetype und mit mindesten· einer Steuerelektrode, wobei
die unter der Emitterzone liegende Schicht die Emitterzone
bis asu deren Oberfläche punktförmig durchdringt ("kurzgeschlossene Kathode11) und diese Oberfläche unter Aussparung
eines Bereiches um die Steuerelektrode metallisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des ausgesparten
Bereiches liegenden punktförmlgen Durchdringungen durch
Metallzungen oder eine in ihrer Schichtdicke verminderte Metallisierung mit der metallisierten Oberfläche leitend
verbunden sind.
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die in ihrer Schichtdicke verminderte Metallisierung (6b) die Steuerelektrode (5) kreisförmig umgibt und den
ausgesparten Bereich (1) nicht völlig bedeckt.
BAD ORIGINAL
00984670U2
'"M ic» I ln+<-\»lr- — -
1I
L e e r s e
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EF | Willingness to grant licences | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |