DE1564527C - Halbleiterschalter für beide Strom richtungen - Google Patents

Description

5 6

F i g. 8 die Kennlinie eines Zweiwegehalbleiter- tungstyps. Zweckmäßigerweise besteht die Halbschalters, · leiterscheibe H aus monokristallinem N-leitendem

F i g. 9 einen Querschnitt durch einen bekannten Silicium mit einem spezifischen Widerstand von un-

Zweiwegehalbieitcrschalter. " ■ . gefähr 8 Ohmzentimetern. Sie hat ungefähr 3,3 mm

Es sei zunächst die bekannte Wirkungsweise der 5 Durchmesser und ungefähr 0,2 mm Dicke. Die beiden Halbleiterschalter a» Hand der Fig. 7a bis 7d er- P-leitenden Außenzonen 14 und'15 werden in der läutert. Einen Einweghalbleiterschalter kann man Halbleiterscheibe U, angrenzend an die Hauptsich gemäß Fig. 7 aus einem NPN-Transistor nach flächen 12 ,bzw. 13, nach üblichen bekannten Ver-Fig. 7a und einem PNP-Transistor nach Fig. 7b fahren hergestellt, beispielsweise durch Eindiffundiezusammengesetzt denken. Der NPNP-Schalter ist an io ren eines Akzeptors, z. B. einer Borverbindung wie .seiner N-leitenden Kathodenzone und seiner benach- Boroxyd, in die Hauptflächen 12 und 13. Die Außenbarten P-leitenden Steuerzone sowie an der anderen zonen 14 und 15 haben zweckmäßigerweise eine P-leitenden Anodenzone kontaktiert. Die dazwischen- Dicke von jeweils ungefähr 0,05 ihm.
liegende nichtkontaktierte N-leitende Zone ist die Vorteilhafterweise ist ein stark dotiertes P+-leitensogenannte Sperrzone. Ein solcher Einrichtungs- 15 des Gebiet 14' der P-leitenden .Außenzone 14 in thyristor schaltet dann, wenn die Summe der Strom- Form eines ringförmigen Gebietes einer Dicke von Verstärkungsfaktoren α des NPN-Transistors und des ungefähr 0,02 mm mit einem Außendurchmesser von PNP-Transistors größer als 1 wird. Ein Strom kann ungefähr 2,8 mm und einem Innendurchmesser von jedoch nur vori der Anode zur Kathode fließen. ungefähr 2,0 mm unmittelbar an der Hauptfläche 12

Demgegenüber zeigt Fig. 7d einen erweiterten 20 dicht bei, jedoch im Abstand von dem Außenrand Thyristor mit fünf Zonen, welcher in beiden Rieh- der Halbleiterscheibe U vorgesehen. Zugleich wird tungen Strom führen kann. Man kann sich diesen in der Außenzone 15 unmittelbar an der Hauptfläche Zweirichtungsthyristor aus zwei entgegengesetzt zu- 13 ein zweites ringförmiges P+-leitendes Gebiet 15' sammengeschalteten Vierschicht-Thyristoren zusam- mit ebenfalls einer Dicke von 'ungefähr 0,02 mm, mengesetzt denken, deren Endzonen vom entgegen- 25 einem Außendurchmesser von ungefähr 2,0 mm und gesetzten Leitfähigkeitstyp jeweils mit einer gemein- einem Innendurchmesser von ungefähr 1,0 mm gesamen Hauptelektrode kontaktiert sind, während die bildet. Zweckmäßigerweise ist der Außendurch-Steuerelektrode den. ersten PN-Übergang nahe einer messer des P+-leitenden Gebietes 15' ungefähr gleich der Hauptelektroden überbrückt. Das elektrische dem Innendurchmesser des P+-leitenden Gebietes Verhalten eines solchen Zweirichtungsthyristors gibt 30 14'. Die P+-leitenden Gebiete 14' und 15' reichen die Strom-Spannungs-Kennlinie nach der Fig. 8 wie- nicht bis zu den Scheibenrändern und.treten nur an der. Die Strom-Spannungs-Kennlihie verläuft im der entsprechenden Scheibenhauptfläche aus. Die ersten und dritten Quadranten des Achsenkreuzes. P+-leitenden Gebiete 14' und 15' in den P-leitenden Liegt an der Steuerelektrode die Spannung Null, Außenzonen 14,15 sind nicht unbedingt notwendig, dann ergibt sich bei einem Spannungsanstieg an den 35 aber sie verbessern die elektrischen Eigenschaften Hauptelektroden ein sehr flacher Anstieg/1 des Sperr- des Halbleiterschalters. Der restliche oder mittlere stromes. Beim Erreichen der Schaltspannung K_ß Teil 16 der Halbleiterscheibe 11 besteht aus dem urfließt ein Strom B entsprechend dem Kurvenast C, sprünglichen N-leitenden Silicium des Halbleiterweicher den Leitungszustand in einer Stromrichtung körpers und bildet mit der P-leitenden Außenzone darstellt. Sinkt dieser Strom unter den Haltestrom- 40 14 und der P-leitenden Außenzone 15 je einen wert /;/, dann schaltet der Zweirichtungsthyristor PN-Übergang 17 bzw. 18.

wieder in den Sperrzustand zurück. Für die umge- Es werden nunmehr nach üblichen bekannten kehrte Polarität an den Hauptelektroden ergibt sich Maskenverfahren stark dotierte Zonen niedrigen dasselbe Verhalten im dritten Quadranten. Der prak- spezifischen Widerstandes des ersten .Leitungstyps in tische Aufbau eines solchen bekannten Zweirich- 45 den Außenzonen 14 und 15 ausgebildet. Die' Siliciumtungsthyristors ist in Fig. 9 im Querschnitt dar- scheiben wird sodann in Dämpfen eines Donatorgestellt. Dabei liegen vier Zonen verschiedenen Lei- Stoffs wie Phosphorpentoxyd erhitzt. Auf diese tungstyps sowie die drei dazwischen befindlichen Weise entstehen mehrere phosphordotierte N+-lei-PN-Übergänge an den Seitenflächen der Halbleiter- tende Zonen in den P-leitenden Außenzonen 14 und scheibe. Dadurch ergibt sich eine große Anfälligkeit 50 15 unmittelbar an den Hauptflächen 12 bzw. 13. Und gegen Kriechströme, welche einmal die maximale zwar wird eine solche N+-leitende Zone 19 im Mittel-Sperrspannung nachteilig beeinflussen und zum teil der P-leitenden Außenzonc 15 unmittelbar an anderen den Nebenschlußwiderstand für die Zünd- der Hauptfiäche 13 gebildet. Eine weitere ringförmige strecke beeinflussen, so daß die Zündspannung und. N+-leitende Zone 20 wird unmittelbar an der Hauptder Zündstrom sowohl von Thyristor zu Thyristor 55 fläche 13 in der P-leitenden Außenzone 15 um den als auch bei den einzelnen Thyristoren zeitlich gc- Umfang der Zone 19 herum, jedoch im Abstand sehen nicht so konstant sind,, wie es erwünscht ist. hiervon, gebildet. Die N+-leitende Zone 20 kann unmittelbar außerhalb des P+-leitenden Gebietes 15'

Beispiel I liegen. Zwei weitere diffundierte N+-Ieitende Zonen

60 22 bzw. 23, ebenfalls von ringförmiger Ausbildung,

Ein Halbleiterschalter JJl (Fig. 1) gemäß einer werden in der P-lcilendcn Außenzone 14 unmittelbar

ersten Ausl'ülmmgsform der Erfindung besteht aus an der Hauplfläche 12 gebildet. Die Dicke sämtlicher

einem kristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper dieser diffundierten Zonen ist kleiner als die Dicke

11 mit zwei gegenüberliegenden Hauptllächen 12 und · der P-leitcndcn Außenzonen 14 und 15 und beträgt

13, zwei unmittelbar an die Hauptllüchen 12 und 13 65 zweckmäßigerweise ungefähr 0,02 mm.

angrenzenden Außenhonen 14 bzw. 15 eines ersten. Die N ' -leitenden Zonen 22 und 23 in der Außen-

I.eilungstyps und einer zwischen diesen beiden Zonen zone 14 werden zweckmäßigerweise hergestellt, in-

licgeiulen Millclzone 16 des entgegengesetzten Lei- dem man zuerst eine einzige breite, ringförmige

N⁺-leitende Zone in der Außenzone 14 bildet. Mit Hilfe üblicher bekannter Maskenätzverfahren wird ein ringförmiger Graben 21 in diese N+-leitende Zone an der Hauptfläche 12 eingearbeitet. Die Tiefe des Grabens 21 ist kleiner als die Dicke der Außen-; zone 14, jedoch größer als die Dicke der diffundierten N+-leitenden Zonen, so daß eine kleinere Zone

22 nahe der Mitte der Halbleiterscheibe 11 und eine größere Zone 23 entsteht. Der Graben 21 hat eine Breite von ungefähr 0,13 mm und eine Tiefe von ungefähr 0,02 mm.

Als nächstes werden Kontaktelektroden aufgedampft bzw. durch Plattieren angebracht. Eine Metallschicht 24 auf dem Mittelteil der Hauptfläche 12 reicht bis zum Außenumfang der ringförmigen N⁺-leitenden Zone 22 lind zum Innenumfang des Grabens 21 und überdeckt in direktem Kontakt sowohl den Mittelteil der P-leitenden Außenzone 14 als auch die N-leitende Zone 22. Sie dient als Steuerelektrode.

Eine weitere Metallschicht 25, die erste Hauptelektrode, wird als Ring auf die Hauptfläche 12 zwischen dem Außenumfang des Grabens 21 und dem Außenrand der Hauptfläche 12 aufgebracht und ist in direktem Kontakt mit der N-leitenden Ringzone

23 als auch dem Randteil der P-leitenden Außenzone 14. Die zweite Hauptelektrode 26 überdeckt die Hauptfläche 13 in direktem Kontakt mit der P-leitenden Außenzone 15 sowie mit den diffundierten N+-leitenden Zonen 19 und 20. An die Kontaktelektroden 24 und 25 werden Anschlußdrähte 27 bzw. 28 angebracht, während die Kontaktelektrode 26 mit einem metallischen Gehäuseteil verbunden werden kann.

Wenn dieser Halbleiterschalter im ersten Quadranten der /-F-Kennlinie (Fig. 8) arbeitet, injiziert die N+-leitende Zone 23, als sogenannter N-Emitter, Elektronen gegen die Sperrzone 16, während der zwischen den N+-leitenden Zonen 19 und 20 befindliche Teil der P-leitenden Außenzone 15 als so-' genannter P-Emitter Defektelektronen gegen die Sperrzone 16 injiziert. Wird der Halbleiterschalter

. im dritten Quadranten betrieben, dann injiziert die N+-leitende Zone 20, als sogenannter N-Emitter, Elektronen gegen die Sperrzone 16, während der zwischen der N+-leitenden Zone 23 und dem Außenumfang der Außenzone 14 befindliche Teil der P-Ieitenden Außenzone 14 als sogenannter P-Emitter Defektelektronen gegen die Sperrzone 16 injiziert.

Wird der Halbleiterschalter mit positiver Steuerspannung betrieben, so wirkt das durch die Klammer 29 angedeutete Scheibengebiet, das aus dem unter der ringförmigen N-leitenden Zone 23 liegenden Teil der P-leitenden Außenzone 14 besteht, als Nebenschluß- oder Parallelwiderstand. Arbeitet der Halbleiterschalter mit negativer Steuerspannung, so wird der Parallelwiderstand durch das durch die Klammer 29' angedeutete Scheibengebiet, bestehend aus dem unter der ringförmigen N+-leitenden Zone 22 liegenden Teil der P-leitenden Außenzone. 14, gebildet.

Die physikalische Bedeutung des Parallelwiderstandsgebietes in der Halbleiterscheibe ergibt sich aus folgendem: Wenn der ohmsche Spannungsabfall an diesem Gebiet einen bestimmten Wert erreicht, beginnt die Injektion von Elektronen von einem der N+-Emitter in die Sperrzone, wodurch der Halbleiterschalter in den Durclilaßzustand geschaltet wird. Da somit der Parallelwiderstand denjenigen Steuerstromwert bestimmt, bei dem der Halbleiterschalter schaltet, ist es wichtig, daß der Parallelwiderstand mit der Zeit stabil bleibt und von Halbleiterschalter zu Halbleiterschalter gleich ist.

Da die Parallelwiderstandsgebiete bei dem Halbleiterschalter nach dem Beispiel I völlig in die betreffenden Außenzonen eingebettet sind und daher gegen Umwelteinfluß geschützt sind, werden sie durch spätere Verfahrensschritte, beispielsweise die

ίο Behandlung mit Ätzmitteln, praktisch nicht beeinflußt. Dadurch werden eine verbesserte Stabilität und Gleichmäßigkeit der elektrischen Kenngrößen erhalten.

Da bei dem Halbleiterschalter nach dem Beispiel I an den Rändern der Halbleiterscheibe nur drei Zonen verschiedenen Leitungstyps, nämlich die Mittelzone und die beiden Außenzonen, austreten, werden Oberflächenkriechströme, die die Leistung des Halbleiterschalters verschlechtern, minimal gehalten. Bei vergleichbaren vorbekannten Halbleiterschaltern treten vier oder mehr Gebiete verschiedenen Leitungstyps an den Rändern der Halbleiterscheibe aus, so daß weit mehr Oberflächenkriechströme auftreten als bei dem Halbleiterschalter nach dem Beispiel I.

Der Halbleiterschalter nach dem Beispiel I kann . durch Anlegen eines Zündimpulses niedriger Spannung und kleinen Stromes beliebiger Polarität zwischen die erste Hauptelektrode und die Steuerelektrode vom gesperrten in den leitenden Zustand geschaltet werden. Die Zündspannung braucht nur ungefähr 2 b,is 3 V zu betragen. Bei den folgenden Ausführungsbeispielen ist die erforderliche Steuerspannung sogar noch kleiner, nämlich nur ungefähr 0,8 bis 1,5 V.

. Beispiel II

Der Zweiwegethyristor 30 (Fig. 2) nach, diesem Ausführungsbeispiel besteht aus einem monokristallinen Halbleiterkörper in Form einer Scheibe 31 mit zwei Hauptflächen 32 und 33. Der Halbleiterkörper 31 kann wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel scheibenförmig sein und aus einer N-leitenden SiIi-.cium-Germanium-rLegierung bestehen. Unmittelbar an den Hauptflächen 32 und 33 hat die Halbleiterscheibe 31 zwei P-leitende Außenzonen 34 bzw. 35. Ringförmige Oberflächengebiete 34' der Außenzone 34 bzw. 35' der Außenzone 35 werden P+-leitend dotiert. An den Grenzflächen zwischen den Außenzonen 34 und 35 und der Mittelzone 36 bestehen

PN-Übergänge 37 und 38. "

Durch Maskendiffusion, werden eine ringförmige N+-leitende Zone 39 dicht bei der Mitte der Außenzone 35 und eine weitere ringförmige N+-leitende Zone 40 im Abstand von der Zone 39 unmittelbar an der Hauptfläche 33 gebildet. Die Zone 40 ist schmaler als die Zone 39.' Weiterhin werden eine diffundierte N+-leitende Zone 41 in der P-Ieitenden Außenzone 34 unmittelbar an der Hauptfläche 32 in deren Mittelteil und eine ringförmige diffundierte N+-leitende Zone 42 im Abstand vom Außenumfang der Zone 41 ausgebildet. Wie in Beispiel I sind die diffundierten N+-leitenden Zonen 39 bis 42'dünner als die P-leitenden Außenzonen 34 und 35. Zweckmäßigerweise ist die Breite der verschiedenen diffundierten Zonen so gewählt, daß der Innenumfang der ringförmigen Zone 39 unter dem Außenumfang der Zone 41, der Außenumfang der Zone 39 unter dem Innenumfang der Zone 42 und der Innenumfang

209 651/160

der Zone 40 unter dem Außenumfang der Zone 42 liegen.

Mittels Maskenätzverfahren werden in die Hauptfläche 32 ein erster ringförmiger Graben 43 unmittelbar am Umfang der N+-leitenden Zone 41 und ein zweiter ringförmiger Graben 44 unmittelbar am Außenumfang der Zone 42 eingeschnitten. Die Gräben 43 und 44 reichen bis unter die diffundierten Zonen 39 bis 42, ihre genaue Breite ist nicht kritisch; sie kann beispielsweise ungefähr 0,13 mm betragen.

Eine Metallschicht 54 wird auf den Mittelteil der Hauptfläche 32 über der mittleren N⁺-Ieitenden Zone 41 innerhalb des Grabens 43 aufgebracht. Eine zweite, ringförmige Metallschicht 46 auf der Hauptfläche .32 überdeckt den Bereich dicht vom Außenumfang des Grabens 43 bis dicht zum Innenumfang des Grabens 44. Sie kontaktiert somit die P-leitende Außenzone 34 und die N⁺-Ieitende Zone 42 und stellt eine Hauptelektrode dar. . Eine dritte, ringförmige Metallschicht 47 auf der Hauptfläche 32 überdeckt den Bereich dicht vom Außenumfang des Grabens 44 bis dicht zum Außenrand der Hauptfläche 32.

Eine Metallschicht 26, die als zweite Hauptelektrode dient, kontaktiert die P-leitende Außenzone 35 sowie die N⁺-leitenden Zonen 39 und 40. Die Kontaktelektroden 45 bis 47 und 26 können beispielsweise aufgedampft werden und aus Aluminium oder Gold bestehen. Die Kontaktelektroden 45 und

47 werden miteinander verbunden und an einen den Steuerelektrodenanschluß ergebenden Zuleitungsdraht 48 angeschlossen. Ein weiterer Zuleitungsdraht 27 wird an der ersten Hauptelektrode 46 angeschlossen.

Im Betrieb dient das Gebiet 49, das aus dem Teil der P-leitenden Außenzone 34 unter der ringförmigen N+-Ieitenden Zone 42 besteht, als Nebenschlußwiderstand für die Steuerspannungen beider Polaritäten. Sein Wert ist stabil und wird durch die Verfahrensschritte bei der Behandlung der Halbleiterscheibe 31 nach der Bildung der verschiedenen Zonen nicht beeinflußt.

Die Hauptelektroden 26 und 46 wirken, da sie jeweils ein P-leitendes Gebiet und ein N-leitendes Gebiet der Halbleiterscheibe 31 kontaktieren, als bipolare Kontaktelektroden. Die Kontaktelektrode 45 kontaktiert zwar nur die N⁺-leitende Zone 41, während die Kontaktelektrode 47 nur die P-leitende Zone 34 kontaktiert. Da jedoch die Kontaktelektroden 45 und 47 durch die gemeinsame Steuerzuleitung

48 untereinander verbunden sind, ist auch die Steuerelektrode effektiv bipolar.

Beispie 1 III

Der Halbleiterschalter 5J) (Fig. 3) besteht aus einer monokristallinen Halbleiterscheibe U mit zwei Hauptflächen 12 und 13. Sie hat zwei P-Ieitende Außenzonen 14 und 15 unmittelbar an den Hauptflächen 12 und 13, zwei ringförmige P+-leitende Gebiete 14' und 15' in den Außenzonen 14 und 15 unmittelbar an den Hauptflächen 12 und 13 sowie eine mittlere N-leitende Zone 16 mit den beiderseitigen PN-Übergängen 17 und 18.

Eine N+-leitende Zone 19 wird im Mittelteil und eine N+-leitende Zone 20 nahe dem Außenumfang der Außenzonc 15 unmittelbar an der Hauptfläche * 13 gebildet. Die Zone 20 umgibt die Zone 19 in einem Abstand. Eine N+-leitende Zone 51 wird in der P-leitenden Außenzone 14 an der Hauptfläche 12 nahe deren Mitte und eine N⁺-leitende Zone 52 wird in der Außenzone 14 nahe deren Außenumfang gebildet. Die Zonen 51 und 52 sind beide ringförmig, jedoch ist die Zone 51 breiter als die Zone 52. In die Hauptfläche 12 wird ein erster ringförmiger Graben 53 unmittelbar am Innenumfang der ringförmi-

ίο gen Zone 51 sowie ein zweiter ringförmiger Graben 54 unmittelbar am Innenumfang der N⁺-leitenden Zone 52 eingeätzt. Der Graben 54 hat vom Außenumfang der Zone 51 einen Abstand. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Tiefe der Gräben 53 und 54 etwas größer als die Dicke der diffundierten Zonen 51 und 52, jedoch kleiner als die Dicke der P-leitenden Außenzone 14.

Eine erste Metallschicht 26 überdeckt die Hauptfläche 13 in Kontakt mit der P-leitenden Außenzone 15 sowie den N+-leitenden Zonen 19 und 20, eine zweite Metallschicht 55 einen kleinen mittleren Teil der Hauptfläche 12 innerhalb des Grabens 53 in Kontakt mit der P-leitenden Außenzone 14, eine dritte, ringförmige Metallschicht 56, die als erste Hauptelektrode dient, den Bereich der Hauptfläche 12 zwischen den Gräben 53 und 54 um den Umfang der Metallschicht 55, jedoch von dieser durch den Graben 53 getrennt, und eine vierte, ringförmige Metallschicht 57 auf der Hauptfläche 12 einen Bereich um den Außenumfang der Kontaktelektrode 56, jedoch von dieser durch den Graben 54 getrennt.

Ein U-Bügel-Teil, der die mittlere Kontaktelektrode 55 mit der äußeren Kontaktelektrode 57 auf der Hauptfläche 12 verbindet, ist mit einem Anschluß 58 versehen, der die Steuerelektroden bildet. Die eine Hauptelektrode 56 ist mit einem Zuleitungsdraht 27 versehen. .

Der NebenschluBwiderstand wird durch den Widerstand des Teils 59 der Außenzone 14 unter der diffundierten N⁺-leitenden Zone 51 gebildet. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Wert des Nebenschlußwiderstandes stabil und wird durch die weiteren Verfahrensschritte bei der Behandlung der Halbleiterscheibe H nicht beeinflußt.

Ferner treten an den Rändern der Halbleiterscheibe .11 nur drei verschiedene Zonen aus, so daß die Oberflächenkriechströme minimal klein gehalten werden.

B e i s ρ i e1 IV

Der Zweirichtungsthyristor 6Ü (Fig. 4) nach diesem Ausführungsbeispiel besteht aus einer quaderförmigen Halbleiterscheibe 61 gegebenen Leitungstyps mit zwei Hauptflächen 62 und 63 und zwei Außenzonen 64 und 65 des entgegengesetzten Leitungstyps. In diesem Falle ist die Halbleiterscheibe

61 ungefähr 2,8 mm lang, 1,8 mm breit und 0,23 mm dick. Sie kann aus einem kristallinen Halbleiterelement wie Germanium oder Silicium oder einer kristallinen Halbleiterverbindung wie Galliumarsenid bestehen. Die Leitungstypen können auch gerade umgekehrt wie nachfolgend beschrieben sein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Halbleiterscheibe in einer Schichtenanordnung eine. N-leitende Mittelzone 66 und zwei P-leitende Außenzonen 64 und 65 unmittelbar an den Hauptflächen

62 und 63, in denen zwei P+-leitende Gebiete 64' und 65' ausgebildet sind. An den Grenzflächen zwi-

sehen der Mittelzone 66 und den beiden Außenzonen

64 und 65 bestehen zwei PN-Übergänge 67 und 68. Durch Maskieren von Teilen der Hauptflächen 62

und 63 und Eindiffundieren eines geeigneten Donatorstoffes in die unmaskierten Bereiche dieser Hauptflächen werden vier N⁺-leitende Zonen 69, 70,

71 und 72 gebildet. Wenn die Halbleiterscheibe aus Galliumarsenid besteht, kann als Donator Schwefel, Selen oder Tellur verwendet werden. Die Zeitdauer und die Temperatur des Diffusionsvorganges werden so bemessen, daß die Dicke jeder der vier diffundierten Zonen kleiner als die Dicke der Außenzonen 64 und 65 ist. Die Zonen 69 und 70 in der Außenzone

65 können beispielsweise rechteckförmig mit parallel zu der Längsachse der Halbleiterscheibe 6JL verlaufender langer Achse sein. So verläuft die Zone 69 parallel zum einen Seitenrand der Halbleiterscheibe, jedoch im Abstand, hiervon, während die Zone 70 parallel zum anderen Seitenrand der Halbleiterscheibe, im Abstand davon, verläuft. Die eine diffundierte Zone 69 ist breiter als die andere diffundierte Zone 70. In der Außenzone 64 werden unmittelbar an der Hauptfläche 62 zwei diffundierte N+-leitende Zonen 71 und 72 gebildet, deren Dicke kleiner als die Dicke der Außenzone 64 ist. Die Zonen 71 und

72 können ebenfalls rechteckförmig mit parallel zur langen Achse der Halbleiterscheibe 61 verlaufender langer Achse sein, wobei die Zone 72 breiter als die Zone 71 ist. So verläuft die Zone 71 parallel zu einem Seitenrand der Halbleiterscheibe, jedoch im Abstand davon, während die Zone 72 parallel zu dem anderen Seitenrand der Halbleiterscheibe, im Abstand davon, verläuft. Die Zonen 71 und 72 treten weder an den Stirnrändern noch an den Seitenrändern der Halbleiterscheibe 61 zutage, denn die Länge der Zonen

69 und 70 ist kleiner als die Länge der Halbleiterscheibe. Zweckmäßigerweise befinden sich der Außenrand der Zone 69 unter dem Innenrand der Zone 71, der Innenrand der Zone 69 unter dem Innenrand der Zone 72 und der Innenrand der Zone

70 unter dem Außenrand der Zone 72.

Mit Hilfe üblicher Maskenätzverfahren werden zwei Gräben 73 und 74 in die Hauptfläche 62 eingearbeitet. Sie sind zweckmäßigerweise jeweils ungefähr 0,13 mm breit und verlaufen über die gesamte Länge der Halbleiterscheibe 61. Die Tiefe der Gräben 73 und 74 ist etwas größer als die Dicke der diffundierten Zonen 71 und 72, jedoch kleiner als die Dicke der Außenzone 64. Der Graben 73 befindet sich unmittelbar am Innenrand der Zone 71 und liegt zwischen der Zone 71 und der Mitte der Halbleiterscheibe 61. Der Graben 74 befindet sich unmittelbar am Außenrand der Zone 72.

Eine Kontaktelektrode 75 bedeckt auf der Hauptfläche 62 lediglich den zwischen den Gräben 73 und 74 befindlichen Teil der Halbleiterscheibe. Eine dritte Kontaktelektrode 77 in Form einer Metallschicht bedeckt auf der Hauptfläche 62 lediglich den zwischen dem Graben 74 und dem benachbarten Seitenrand der Halbleiterscheibe 6J, befindlichen Außenteil der Außenzone 64. Wie bei den Beispielen II und III werden die beiden Kontaktelektroden, die jeweils Gebiete lediglich eines Leitungstyps kontaktieren, d.h. im vorliegenden Falle die Kontaktelektroden 75 und 77, durch einen elektrischen Zuleitungsdraht 78 untereinander verbunden. Die Hauptelektroden haben die Bezugsziffern 76 und 79.

Der Halbleiterschalter nach diesem Ausführungsbeispiel IV weist mehrere gleiche 'Ausbildungen wie die Ausführungsbeispiele I bis III auf. So wird der Nebenschlußwiderstand, der durch das Gebiet der P-leitenden Zone 64 unter der diffundierten N+-leitenden Zone 72 gebildet wird, durch die nachfolgenden Verfahrensschritte nicht beeinflußt, da nur ein sehr kleiner Teil dieses Gebietes dem Einfluß der Behandlungsdämpfe und Ätzmittel ausgesetzt ist. Ferner werden die Oberflächenkriechströme miiiimalisiert, da nur drei verschiedene Zonen und nur zwei PN-Übergänge zwischen diesen drei Zonen an den Seitenrändern der Halbleiterscheibe 61 zutage treten.

Beispiel V

Das Ausführungsbeispiel V weist sämtliche Vorteile der Ausführungsbeispiele I bis IV, nämlich stabile Nebenschlußwiderstandswerte, geringe Oberflächenkriechströme und niedrige Steuerspannungswerte auf, ermöglicht jedoch zusätzlich eine bessere Ausnutzung der Halbleiterscheibe.

Der Zweirichtungsthyristor§0 (Fig. 5) nach dem Ausführungsbeispiel V besteht aus einer N-leitenden monokristallinen Siliciumscheibe 81 mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 8 Ohmzentimetern mit zwei Hauptflächen 82 und 83. Der Durchmesser beträgt ungefähr 3,3 mm und die Dicke ungefähr 0,2 bis 0,25 mm.

Durch Eindiffundieren eines Akzeptorstoffes wie Bor werden zwei Außenzonen 84 und 85 des entgegengesetzten (P-) Leitungstyps gebildet, die durch eine Mittelzone 86, die durch einen N-leitenden Teil der Halbleiterscheibe 81 gebildet wird, getrennt werden. Vorteilhafterweise werden die Gebiete 84' und 85' mittels eines weiteren Diffusionsschrittes stärker dotiert. Die Außenhonen 84 und 85 können auch durch epitaktisches Aufwachsen auf einer N-leitenden Halbleiterscheibe gebildet werden, in jedem Falle entstehen die PN-Übergänge 87 und 88 an den Grenzflächen zwischen der Mittelzone 86 und den

Außenzonen 85 und 84. ^ ^^r ■'·■

Dann werden in einer Maskendiffusion in die

Außenzonen 84 und 85 die.zwei N-leitende Zonen 89, 90 bzw. 91, 92, z. B. unter Verwendung von Phosphorpentoxyd, eindiffundiert. Die genaue Größe und Form der auf diese Weise unmittelbar an den Hauptflächen 82 und 83 gebildeten diffundierten N+-leitenden Zonen sind nicht kritisch; jedoch sind diese zwei Zonen vorzugsweise asymmetrisch zueinander. So besteht die eine phosphordiffundierte N+-Ieitende Zone 89, 90 an der Hauptfläche 83 (s. Fig. 6a) aus einem großflächigen Teil 89, im vorliegenden Falle einem halbkreisförmigen Teil von einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von 2,8 mm Länge, und einem kleinflächigen Teil 90, im vorliegenden Fall einem halbkreisförmigen Teil von einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von 1,3 mm. Die beiden Halbkreise haben einen gemeinsamen Mittelpunkt und eine gemeinsame Gerade als

Durchmesser, befinden sich jedoch auf entgegengesetzten Seiten dieser Geraden. Die Zone 89, 90 hat eine Dicke von ungefähr 0,02 mm und ist somit dünner als die Außenzone 85, die im vorliegenden Falle ungefähr 0,05 mm dick ist.

Die asymmetrische phosphordiffundierte N+-leitende Zone 91, 92 an der Hauptfläche 82 ist in F i g. 6b gezeigt. Sie besteht aus einem großflächigen Teil 91, an den ein kleinflächigcr Teil 92 anschließt.

Jedoch liegt der großflächige Teil 91 der Zone 91, 92 an der Hauptfläche 82 über dem kleinflächigen Teil 90 der Zone 89, 90 an der Hauptfläche 83, während der kleinrlächige Teil 92 der Zone 91, 92 an der Hauptfläche 82 über dem großflächigen Teil 89 der Zone 89, 90 an der Hauptfiäche 83 liegt. Im vorliegenden Falle ist der großflächige Teil 91 ebenfalls ein halbkreisförmiger Teil einer Kreisfläche von einem Durchmesser von 2,8 mm, während der kleinflächige Teil 92 ein halbkreisförmiger Teil einer Kreisfläche von einem Durchmesser von 0,97 mm ist. Die beiden Halbkreise 91 und 92 haben einen gemeinsamen Mittelpunkt und liegen beiderseits der gleichen gemeinsamen Geraden. Der Teil 91 unterscheidet sich von dem Teil 89 darin, daß ein kleiner Mittelteil 93. innerhalb des Teils 91, der zweckmäßigerweise Keilform hat (Fig. 6b), während des Eindiffundierens des Phosphors zur Bildung der Zone 91, 92 mit einer-Maske abgedeckt wird. Wenn sämtliche Masken (nicht gezeigt) nach dem Diffusionsvorgang entfernt sind, verbleibt dieser Mittelteil. 93 als P+-leitender Einschluß eines Teiles der Außenzone 84 innerhalb des N⁺-leitenden Teils 91. Die Zone 91, 92 hat eine Dicke von ungefähr 0,02 mm und ist somit dünner als die Außenzone 84, die im vorliegenden Falle ungefähr 0,05 mm dick ist.

Vorzugsweise erstreckt sich der Teil 89 der Zone 89, 90 längs der Hauptfläche 83 vom Bereich unter dem Außenumfang des Gebietes 84' bis zum Bereich unter dem Innenumfang des Gebietes 84' und bis zum Bereich unter dem Innenumfang des Teils 91 der Zone 91, 92 über den er etwas hinausgreift. Diese geringfügige Überlappung erhöht die Ansprechempfindlichkeit des Halbleiterschalters für Steuerimpulse beim Arbeiten im dritten Quadranten.

Mit Hilfe üblicher Maskenätzverfahren wird nunmehr ein ringförmiger Graben 94 im Mittelteil der Hauptfläche 82 gebildet. Der Graben 94 hat zweckmäßigerweise eine Breite von ungefähr 0,13 mm, eine Tiefe.von ungefähr. 0,03 mm, einen Innendurchmesser von .ungefähr 0,75 mm und einen Außen-.durchmesser von ungefähr 1 mm. Der Graben 94 verläuft spmit am Außenumfang des Teils 92 der diffundierten Zone 91, 92 und mit seinem Teil 94 a am Außenumfang des Teils 93 der ersten Außehzone 84. Durch den Graben 94 wird der Zonenteil 92 von dem Zorie'nteil 91 getrennt. Diese Teile 91, 92 bilden nunmehr gesonderte Zonen 91, 92. Vorteilhafterweise kann der Graben 94 eine ungleichmäßige Breite haben, derart, daß er dort, wo er den PN-Übergang zwischen der N+-leitenden Zone 91 und dem P⁺-leitenden Gebiet 84' überquert, breiter ist als'in seinen übrigen Teilen. Durch diese ungleichmäßige Breite des Grabens 94 wird die Ansprechempfindlichkeit des Halbleiterschalters in sämtlichen Steuerbetriebsarten verbessert, indem der ungenutzte Teil des Nebenschlußwiderstandes minimal gemacht wird.

Eine Kontaktelektrode 95 wird als ringförmiger Bereich, der vom Außenrand des Grabens 94 bis zum Seitenrand der Hauptfläche 82 reicht, angebracht, sie dient als erste Hauptelektrode des Halbleiterschalters. Eine zweite Kontaktelektrode überdeckt den Mittelteil der Hauptfläche 82 innerhalb der vom Graben 94 eingefaßten Fläche und dient als Steuerelektrode. Fig. 6c zeigt in Draufsicht dieobcre Hauptflüche 82 nach dem Einarbeiten des Grabens 94 und nach dem Aufbringen der ersten Hauptelektrode 95 sowie der Steuerelektrode 96. Die zweite Hauptelektrode wird durch eine die Hauptfiäche 83 bedeckende Metallschicht 97 gebildet. Ferner werden ein elektrischer Zuleitungsdraht 27 an der ersten Hauptelektrode 95 sowie ein weiterer elektrischer Leitungsdraht 28 als Zuleitung an der Steuerelektrode 96 angebracht.

Wenn der Halbleiterschalter nach diesem Ausführungsbeispiel V eine positive Steuerspannung erhall,

ίο wird das bei der Steuerung wirksame Nebenschlußwiderstandsgebiet durch das unter der N⁺-leitenden Zone 91 befindliche Gebiet der Außenzone 84 gebildet. Erhält der Halbleiterschalter eine negative Steuerspannung, so wird das bei der Steuerung wirksame Nebenschlußwiderstandsgebiet durch das unter der N+-leitenden Zone 92 befindliche Gebiet der Außenzone 84 gebildet. Während bei der Ausführungsform nach Beispiel I die beiden Nebenschlußwiderstandsgebiete 29 und 29' (F i g. 1) elektrisch in Reihe liegen, sind sie hier elektrisch parallel angeordnet. Es wird daher für das Schalten eine kleinere Steuerspannung· benötigt als bei der Ausführungsform nach Beispiel I.

Ein wichtiger Vorteil der soeben beschriebenen Ausführungsform nach Beispiel V besteht darin, daß der für sämtliche Steuerarten benötigte Steuerstrom weitergehend konstant sowie niedriger ist als bei vergleichbaren vorbekannten Halbleiterschaltern. Die bekannten vier Betriebsarten eines Zwei rieh tungsthyristors lassen sich tabellarisch wie folgt darstellen:

Bei den Betriebsarten 1+ und I— arbeitet der Halbleiterschalter im ersten Quadranten (F i g. 8) mit positivem bzw. negativem Steuerstrom, während er bei den Betriebsarten ΠΙ+ und III— im dritten Quadranten arbeitet. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist für sämtliche vier Betriebsarten der benötigte Steuerstrom nahezu konstant und wesentlich niedriger, nämlich nur 20 bis 50 mA, als bei bisherigen bekannten Halbleiterschaltern, wo er bei 100 mA liegt. Ferner erhöht sich der Steuerstrom nur geringfügig, wenn man die Belastbarkeit des Halbleiterschalters durch maßstäbliche Vergrößerung der Halbleiterscheibe und ihrer verschiedenen Gebiete und Kontaktelektroden steigert.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist das verbesserte Sperrvermögen, d. h. die Höhe der Durchschlagspannung. Sowohl bei Einrichtungs- als auch Zweirichtungsthyristoren hängt sie unter anderem Von der Dicke und vom Material der Sperrzone ab. Übliche bekannte Silicium-Zweirichtungsthyristoren haben z. B. Durchschlagspannungen von ungefähr 200 bis 400 V. Im Gegensatz dazu können vergleichbare Siliciumschalter der beschriebenen Ausführungsformen Sperrspannungen von 500 bis 600 V aushalten, ehe sie in den leitenden Zustand umkippen. Dieses verbesserte Sperrvermögen ergibt sich daraus, daß lediglich drei Zonen unterschiedlichen Lejtungs-

Betriebs art	Polarität der ersten Hauptelektrode	Polarität der zweiten Hauptelektrode	Polarität der Steuerelektrode
1 + . πι+ III —	'. +	■ χ	+ Γ+ I

typs an dem Scheibenrand austreten, so daß sich Kriechströme weniger auswirken können.

Ein weiterer Grund für das verbesserte Sperrvermögen der beschriebenen Ausführungsformen liegt darin, daß der Steuerstrom weitgehend unabhängig vom spezifischen Widerstand der Sperrzone 86 ist, da der Querstromweg durch die Sperrzone 86 während des Schaltens verkleinert ist.

Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels V liegt noch in dem höheren Wirkungsgrad, der durch die bessere Ausnutzung der Emitterfläche erzielt wird, indem das Verhältnis der Emitterfläche zum Emitterumfang größer ist. Während bei einem Transistor das Verhältnis der Emitterfläche zum Emitterumfang möglichst klein sein soll, ist es bei einem Thyristor umgekehrt, d. h., das Verhältnis der Emitterfläche zum Emitterumfang soll groß sein. Der Grund hierfür ist, daß bei einem Thyristor diejenigen Defektelektronen, die durch die mittlere Sperrzone diffundieren, möglichst nach einer der Hauptelektroden zu entkommen trachten, statt in die N-leitende Emitterzone einzufließen. Wenn man daher bei einem Thyristor das Verhältnis, des Emitterumfangs zur Emitterfläche

groß macht, wie bei Transistoren, erleichtert man es den Defektelektronen, welche die Sperrzone durchqueren, die N-leitende Emitterzone zu vermeiden. Man kann daher den Wirkungsgrad eines Thyristors verbessern, wenn man das Verhältnis der Emitterfläche zum Emitterumfang groß macht.

Schließlich ergeben sich gleichförmige Nebenschlußwiderstandswerte von Halbleiterschalter zu Halbleiterschalter, die auch im Verlauf der Zeit.

ίο stabil sind. Das Nebenschlußwiderstandsgebiet ist nämlich gewissermaßen »begraben« und wird durch die nach der Bildung der einzelnen PN-Übergange angewandten Verfahrensschritte und Behandlungssubstanzen nicht beeinflußt.

Die Form der asymmetrischen diffundierten Zonen kann gegebenenfalls etwas verändert werden. Wenn .die verwendete Halbleiterscheibe quadratisch oder rechteckig ist, kann die asymmetrische Zone beispielsweise aus einem großen Quadrat mit einem

ao anstoßenden' kleinen Quadrat bestehen. Ferner braucht eine asymmetrische Zone nicht eine reguläre geometrische Form zu haben, sondern kann auch eine irreguläre Form haben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

209 651/160

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Halbleiterschalter für beide Stromrichtungen mit einer Halbleiterscheibe, deren beide an die Hauptflächen angrenzenden Außenzonen entgegengesetzt dotiert sind wie die dazwischen befindliche Mittelzone und bei der in die eine Außenzone zwei weitere Zonen vom Leitungstyp der Mittelzone eingelassen sind, deren erste mit einer außerdem einen angrenzenden Oberflächenteil der Außenzone überdeckenden Steuerelektrode kontaktiert ist und deren zweite mit einer außerdem einen anderen angrenzenden Oberflächenteil der Außenzone überdeckenden ersten Hauptelektrode kontaktiert ist, und bei der ferner in die gegenüberliegende Außenzone mindestens eine dritte Zone vom Leitungstyp der Mittelzone eingelassen ist, die mit einer außerdem den restlichen Oberflächenteil dieser Außenzone überdeckenden zweiten Hauptelektrode kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die PN-Übergänge sämtlicher in die Außenzonen (14,15) eingelassener Zonen (22, 23, 19 bzw. 20 in F i g. 1) lediglich an den Hauptflächen der Halbleiterscheibe, nicht aber an ihren Seitenflächen hervortreten und daß sowohl die erste Zone (22, 41, 52, 71, 92) als auch die zweite Zone (23, 42, 51, 72, 91) durch eine grabenartige Vertiefung (21, 43 bzw. 44, 54 bzw. 53, 73 bzw. 74, 94 bzw. 94a), welche mindestens so tief wie die betreffende Zone ist, von den jeweils benachbarten Oberflächenteilen der Außenzone (14) getrennt sind.

2. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig ausgebildete erste Zone (22) dicht bei der Mitte der ersten Hauptfläche (12) der Halbleiterscheibe angeordnet ist und unmittelbar an ihrem Außenumfang von einem ringförmigen Graben (21) umgeben ist, daß die ebenfalls ringförmige zweite Zone (23) den Außenumfang des Grabens (21) umgibt, daß ferner die dritte Zone (19) im Mittelteil der zweiten Hauptfläche (13) der Halbleiterscheibe in der gegenüberliegenden Außenzone (15) angeordnet ist und außerdem im Abstand von einer ringförmigen, in der gegenüberliegenden Außenzone (15) eingelassenen vierten Zone (20) umgeben ist (F i g. 1).

3. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (41) im Mittelteil der ersten Hauptfläche (32) der Halbleiterscheibe angeordnet ist und an ihrem Außenumfang von einem ersten ringförmigen Graben (43) umgeben ist, daß die ebenfalls ringförmige zweite Zone (42) den ersten Graben (43) im Abstand umgibt und an ihrem Außenumfang von einem zweiten ringförmigen Graben (44) umgeben ist, daß ferner eine leitende Verbindung zwischen der Kontaktelektrode (45) an der ersten Zone (41) und der Kontaktelektrode (47) an dem zwischen dem Außenumfang des zweiten Grabens (44) und dem Außenrand der Halbleiterscheibe (31) befindlichen Außenteil der Außenzone (34) an dieser Hauptfläche (32) vorgesehen ist und daß die dritte Zone (39) im mittleren Teil der zweiten Hauptfläche (33) in der gegenüberliegenden Außenzone (35) angeordnet ist und im Abstand von einer ringförmig ausgebildeten vierten Zone (40) umgeben ist (Fig. 2).

4. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (52) im Außenteil der ersten Hauptfläche (12) der Halbleiterscheibe angeordnet ist und sich an ihrem Innenumfang ein erster ringförmiger Graben (54) befindet und die ebenfalls ringförmige zweite Zone (51) mit Abstand innerhalb dieses Grabens (54) angeordnet ist, daß innerhalb des Innenumfangs der zweiten Zone (51) ein weiterer ringförmiger Graben (53) angeordnet ist, der den mittleren Teil der Außenzone (14) umgibt, daß ferner eine leitende Verbindung zwischen der· Kontaktelektrode (55) an diesem mittleren Teil der Außenzone (14) und der Kontaktelektrode (57) an der ersten Zone (52) vorgesehen ist und daß die dritte Zone (19) in der Mitte der zweiten Hauptfläche (13) der Halbleiterscheibe in der gegenüberliegenden Außenzone (15) angeordnet und im Abstand von der vierten, ringförmigen Zone (20) umgeben ist (Fig. 3).

5. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiterscheibe zwei einander gegenüberliegende zueinander parallele Seitenränder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (71) im Abstand vom ersten Seitenrand sowie parallel zu ihm und die zweite Zone (72) im Abstand vom zweiten Seitenrand sowie parallel zu ihm angeordnet sind, daß in derselben Außenzone (64) unmittelbar am Innenrand der ersten Zone (71) ein erster, zum ersten Seitenrand der Halbleiterscheibe parallel verlaufender Graben (73) und unmittelbar am Außenrand der zweiten Zone (72) ein zweiter, zum zweiten Seitenrand der Halbleiterscheibe parallel verlaufender Graben (74) ausgebildet ist, daß ferner die dritte Zone (69) im Abstand vom ersten Seitenrand sowie parallel zu ihm in der gegenüberliegenden Außenzone (65) angeordnet ist und die vierte Zone (70) im Abstand vom zweiten Seitenrand sowie parallel zu ihm angeordnet ist (Fig. 4).

6. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (92) etwa in der Mitte der ersten Hauptfläche (82) der Halbleiterscheibe in der einen Außenzone (84) und einen Teil (93) davon teilweise umgreifend angeordnet ist und gemeinsam mit diesem Teil (93) durch eine Steuerelektrode (96) kontaktiert und von einem ringförmigen Graben (94) umgeben ist, daß die zweite Zone (91) außerhalb dieses Grabens (94) und einen Teil (94 a) dieses Grabens (94) umfassend angeordnet ist und mit einer auch den restlichen außerhalb des Grabens (94) befindlichen Teil der einen Außenzone (84) überdeckenden ersten Hauptelektrode (95) kontaktiert ist und daß die dritte Zone (89) in der gegenüberliegenden Außenzone (85) diametral gegenüberliegend der zweiten Zone (91) und sich mit dieser überschneidend angeordnet ist (Fig. 5).

7. Halbleiterschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Grabens bzw. der Gräben (43, 44) größer als die Dicke der ersten (41) und der zweiten (42) Zone, jedoch kleiner als die Dicke

3 4

der Außenzone (34) ist, in die die erste (41) und Fertigung und Lebensdauer der Halbleiterschalter die zweite (42) Zone eingelassen sind. und unterschiedlicher Betriebsweisen.

8. Halbleiterschalter nach einem der vor- Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterschalter

stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadaß die mit der ersten (92) bzw. zweiten (91) 5 durch gelöst, daß die PN-Übergänge sämtlicher in bzw. dritten (89, 90) Zone gemeinsam kontak- die Außenzonen eingelassener Zonen lediglich an tierten Gebiete (93, 84', 85') der Außenzonen den Hauptflächen der Halbleiterscheibe, nicht aber (84, 85) stärker als der restliche Teil der Außen- an ihren Seitenflächen hervortreten und daß sowohl zonen (84, 85) dotiert sind. die erste Zone als auch die zweite Zone durch eine

ίο grabenartige Vertiefung, welche mindestens so tief wie die betreffende Zone ist, von den jeweils be-

nachbarten Oberflächenteilen der Außenzone getrennt sind.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die nur *5 an niedrigen Spannungen liegenden PN-Übergänge

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterschalter für im Halbleiterkörper von den über den Seitenflächen beide Stromrichtungen mit einer Halbleiterscheibe, der Halbleiterscheibe liegenden wesentlich höheren deren beide an die Hauptflächen angrenzenden Schaltspannungen entfernt liegen und damit gegen Außenzonen entgegengesetzt dotiert sind wie die dort auftretende Kriechströme geschützt sind, welche dazwischen befindliche Mittelzone und bei der in die ao die Höhe der Zündspannung beeinflussen können, eine Außenzone zwei weitere Zonen vom Leitungs- Im einzelnen ergeben sich hieraus die folgenden vortyp der Mittelzone eingelassen sind, deren erste mit teilhaften Betriebseigenschaften: Der der Zündeiner außerdem einen angrenzenden Oberflächenteil strecke parallelliegende Nebenschlußwiderstand, weider Außenzone überdeckenden Steuerelektrode kon- eher die Größe des Zündstroms bestimmt, verändert taktiert ist und deren zweite mit einer außerdem as sich praktisch nicht während der Herstellung des einen anderen angrenzenden Oberflächenteil der Halbleiterschalters oder später. Es ist nur eine ge-Außenzöne überdeckenden ersten Hauptelektrode ' ringere Zündspannung zum Einschalten des HaIbkontaktiert ist und bei der ferner in die gegenüber- leiterschalters erforderlich, als sie bisher benötigt liegende Außenzone mindestens eine dritte Zone worden war. Auch der Zündstrom erniedrigt sich auf vom Leitungstyp der Mittelzone eingelassen ist, die 30 etwa 20 bis 50 mA gegenüber IOD mA bei bekannten mit einer ebenfalls den restlichen Oberflächenteil Halbleiterschaltern, außerdem stimmen die Zünddieser Außenzone überdeckenden zweiten Haupt- ströme für verschiedene Betriebsarten besser überelektrode kontaktiert ist. ein als bei bekannten Halbleiterschaltern. Der HaIb-

Es sind steuerbare Vierschichthalbleiterschalter mit leiterschalter ist ferner unempfindlicher gegen Leckvier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungs- 35 ströme und hat eine höhere Durchbruchsspannung typs bekannt, welche in einer Richtung einen Strom von 500 bis 600 V gegenüber 200 bis 4OO V bei den leiten können. Man hat bereits auch fünfschichtige bisherigen Halbleiterschaltern. Schließlich läßt sich steuerbare Halbleiterschalter entwickelt, die in der das Halbleitermaterial hinsichtlich der für die Leieingangs erwähnten Art aufgebaut sind. Diese be- stung wichtigen Emitterfläche besser ausnutzen,
kannten steuerbaren fünf schichtigen Halbleiter- 40 Es ist zwar bei Planartransistoren bekannt, in die schalter sind jedoch in mancher Hinsicht noch ver- Oberfläche, eines Halbleiterscheibchens verschiedene besserungsbedürftig, insbesondere hinsichtlich der Zonen so ineinander einzulassen, daß eine Zone Langzeitstabilität ihrer Zündspannung und , der jeweils vollständig in die darunterliegende Zone ein-Gleichförmigkeit ihrer Herstellung. Die Gründe gebettet ist, wobei die PN-Übergänge zwischen den hierfür liegen darin, daß eine Zone innerhalb des 45 einzelnen Zonen dann an der Oberfläche des HaIb-Halbleiterkörpers als Nebenschlußstrecke für die leiterscheibchens heraustreten. Mit Hilfe einer Passi-Zündimpulse wirkt und bei den bisher bekannten vierungsschicht läßt sich dann die gesamte Scheib-Halbleiterschaltern der elektrische Widerstand dieser chenoberfläche einschließlich der PN-Übergänge ab-Nebenschlußstrecke durch Verfahrensschritte wie decken, und die Kontakte zu den verschiedenen Behandeln mit Ätzmitteln oder Dämpfen entweder 50 Zonen werden durch in die Passivierungsschicht bei der Herstellung oder auch zu einem späteren hineingeätzte Öffnungen hergestellt. Es ist anderer-Zeitpunkt nachträglich verändert wird. Damit ver- seits bekannt, bei mehrschichtigen Halbleiterändert sich auch die zur Zündung des Halbleiter- bauelementen einzelne Oberflächenzonen durch Ätzschalters erforderliche Zündspannungshöhe, die gräben voneinander zu trennen,
außerdem bei den bekannten Halbleiterschaltern je 55 Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer nach Betriebsart unterschiedlich sein kann. Bei den Reihe von Ausführungsbeispielen näher erläutert, bekannten Halbleiterschaltern treten femer die Es zeigen

PN-Übergänge zwischen den einzelnen Zonen un- Fig. 1 bis 5 Schnitte durch verschiedene Ausgeschützt an die Oberfläche, so daß durch Kriech- führungsbeispiele von Halbletterschal tem nach der ströme die . Eigenschaften der Halbleiterschalter 60 Erfindung,

leicht beeinflußt werden können. Ein weiterer Nach- Fig. 6a eine Unteransicht eines Halbleiterschalteil der bisher bekannten Halbleiterschalter besteht ters nach F i g. 5,

in der relativ schlechten Ausnutzung des Halbleiter- . Fig. 6b und 6c Draufsichten auf den Halbleitermaterials infolge eines ungünstigen Verhältnisses von schalter nach F i g. 5 in verschiedenen Herstellungs-Emitterfläche zu Emitterumfang. 65 stufen,

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Ver- Fig. 7a bis 7d erläuternde Darstellungen zur Wir-

meidung dieser Nachteile und insbesondere in der kungsweise von Einweg- und Zweiwegehalbleiter-Stabilisierung der Zündspannung hinsichtlich der schaltern,