DE1539694A1

DE1539694A1 - Halbleiterelement mit vier Zonen abwechselnden Leitfaehigkeitstyps

Info

Publication number: DE1539694A1
Application number: DE19661539694
Authority: DE
Inventors: Mueller Dipl-Ing Elmar; Weimann Dipl-Ing Klaus
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1966-07-02
Filing date: 1966-07-02
Publication date: 1970-11-12
Also published as: CH477093A; US3531697A; DE1539694B2; FR1530036A; SE332232B; GB1166154A; NL6709120A

Description

BBC

BROWN, BOVERI & CIE ■ AKTIENGESELLSCHAFT MANNHEIM BROWN BOVERI

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

- 3 - 595/66

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

- 4 - 595/66

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/Gi_NAL

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

1B3-69A

- 6 - 595/66

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

ite