DE1614897A1 - Zener diode - Google Patents
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description
"Zenerdiode" Zenerdioden haben heute allgemein Eingang in die Schaltungstechnik
gefunden.,Sle werden hier als Vergleichsspan-' nungsquellen in Schaltungen zum Stabilisieren
von Versorgungsspannungen elektronischler Geräte verwendet-und sind. in vielen anderen
Schaltstufen unentbehrlich gewo rdezi, beispielsweise zur Erzeugung genauer Vorspannungen
und Festlegung von Spannungspegeln, um-Nutzsignale gegebenenfalls von-unter diesen
Pegeln liegenden Störsignalen-zu trennen. In allen dlesen'Fällen ist die Wirksamkeitder
eingesetzten Diode um so größer, je-kleiner der Innenwiderstand ist, den die Diode
im Bereich.ihres Zenerknicks
Bei allen heute erhältlichen Zenerdioden liegt dieser Innenwiderstand jedoch weit ab von diesen idealen Verhältnissen bei 6 bis 2oo Ohm, wobei dann Dioden für hohe Spannungen auch einen besonders hohen Innenwiderstand afweisen. Diese bekannten Zenderdioden bestehen dabei generell aus einem Halbleitergrundkörper, der zwei einen großflächigen pn-Übergang bildende Zonen unteracliedlichen Leitungstyps aufweist, wobei dann die als Zenerspannung ausgenutzte Durchbruchspannung dieses Überganges in ihrer Hohe von der Dotierung dieser beiden Zonen bestimmt wird.In all Zener diodes available today, however, this internal resistance is far from these ideal ratios of 6 to 2oo ohms, in which case diodes for high voltages also have a particularly high internal resistance. These known Zender diodes generally consist of a semiconductor base body which has two zones of different conductivity types forming a large pn junction, the breakdown voltage of this junction then being determined by the doping of these two zones.
Der vorliegenden.Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zenerdiode aufzuzeigen, die einen besonders niedrigen Innenwiderstand aufweist. Die Zenerdiode nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens eine der beiden den pn-Übergang bildenden Halbleiterzonen wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit, jedoch gleichen Leitungstyps aufweist, daß der niederohmigere Bereich parallel zum pn-Übergang in einem vorgegebenen Abstand verläuft und daß die Leitfähigkeit des zwischen dem pn-Übergang und dem niederohmigeren Bereich liegenden Halbleitermaterials und der Abstand zwischen beiden so gewählt sind, daß die Durchbruchspannung des pn-Überganges einmal 'unterhalb der Durchbruchspannung liegt, die der pn-Übergan*g ohne den niederohmigeren Bereich hätte, und zum anderen der für die Diode geforderten-Zenerspannung entspricht.The present invention is based on the object of a Zener diode to show, which has a particularly low internal resistance. The zener diode according to the invention is characterized in that at least one of the two den Semiconductor zones forming pn junction have at least two different regions Conductivity, however, has the same conductivity type that the lower-resistance area runs parallel to the pn junction at a predetermined distance and that the conductivity between the pn junction and the lower resistance area Semiconductor material and the distance between the two are chosen so that the breakdown voltage of the pn junction is once 'below the breakdown voltage that the pn junction * g without the lower resistance area, and on the other hand the Zener voltage required for the diode is equivalent to.
Der Erfindung liegt dabei dfe Erkenntnis zugrunde, daß die sich um einen pn-Übergang ausbildende Raumladungszone durch eine an diesen Übergang angelegte Spannung auseinandergedrängt wird, so daß sie mit steigender.Spannung vom pn-Übergang-ausgehend immer weiter in den Halbleiterkörper hineinreicht. Dadurch bedingt steigt die elektrische Felde stärke £m Halbleitermaterial mit dem Erhöhen der angelegten Spannung nur relativ langsam an, so daß es beim Erreichen einer bestimmten Feldstärke zunächst zu einem schleichenden Spannungsdurchbruch kommt, der bei Zenerdioden einen relativ hohen Innenwiderstand veruraacht. Ist nun, wie bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, in einer der den pn-Übergang bildenden Halbleiterzonen in einem gewissen Abstand--,tvon-,diesem Übergang eine Zone höherer Dotierung vorgesehen, so kann sich die Raumladungszone mit# dem Steigen_ der angelegten Spannung im wesentlichen nur soweit ausdehnen, bis sie an diesen höherdotierten Bereich anstößt. Da nämlich die Ausdehnung der Raumladungszone auch von der Dotierung des Materials abhängt und in dem höherdotierten Material wesentlich geringer ist als in dem niederdotierten Material, wird sie sich si31bet bei einer weiteren Erhöhung der angelegten Spannung nur ganz unwesentlich in den höherdotierten Bereich hinein ausdehnen. Dieses bedingt dann beim Erhöhen der Spannung ein plötzliches Ansteigen der elektrischen Feldstärke im Halbleiterkörper und einen dadurch verursachten abrupten Spannungsdurchbruch, der den ausgesprochen niedrigen Innenwiderstand der erfindungsgemäßen Zeuerdiode zur Foige hat.The invention is based on the finding that the space charge zone forming around a pn junction is pushed apart by a voltage applied to this junction, so that with increasing voltage it extends further and further into the semiconductor body starting from the pn junction. As a result, the electrical field strength in the semiconductor material increases only relatively slowly with the increase in the applied voltage, so that when a certain field strength is reached, a creeping voltage breakdown occurs, which causes a relatively high internal resistance in Zener diodes. If, as proposed in the present invention, a zone of higher doping is provided in one of the semiconductor zones forming the pn junction at a certain distance -, tvon-, this junction, then the space charge zone with the rise_ of the applied voltage in essentially only expand until it abuts this more highly doped area. Since the expansion of the space charge zone also depends on the doping of the material and is significantly less in the more highly doped material than in the less doped material, it will only expand insignificantly into the more highly doped area with a further increase in the applied voltage. When the voltage is increased, this then causes a sudden increase in the electrical field strength in the semiconductor body and an abrupt voltage breakdown caused thereby, which results in the extremely low internal resistance of the fire diode according to the invention.
Der Vorteil der Zenerdiode nach der Erfindung Ilegt vor allem in ihrem ausgesprochen niedrigen InnenwIderstand, der,esich bei Dioden für hohe Spannungen besonders stark bemerkbar macht. Versuche haben beispielsweise gezeigt,. daß bei Zenerdioden nach der Erfindung für eine Spannung von 8o Volt der Innenwiderstand nur ca. 9o Ohm beträgt. Eine besonders gUnstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zenerdiode ergibt sich dann, wenn die von dem (den) höher dotierten Bereich(en) freie Halbleiterzone niederohmiger ist als das an den pn-Übergang angrenzende Material der anderen die niederohmigeren Bereich beinhaltenden Halbleiterzone*. Die Halbleiterzone ohne die niederohmigeren Bereiche kann auf diese Weine sehr dünn gehalten werden, so daß der auf die Leitfählgkeit den Halbleitermaterfals zurÜckzuführende Innenwiderstand der Diode auf einen minlmalen Wert begrenzt und der mit der Erfindung erzielte Effekt somit voli zur Geltungkommen kann.The advantage of the Zener diode according to the invention lies mainly in its extremely low internal resistance, which is the case with diodes for high voltages makes it particularly noticeable. Tests have shown, for example. that at Zener diodes according to the invention for a voltage of 8o volts the internal resistance is only about 9o ohms. A particularly favorable embodiment of the invention Zener diode results when the area (s) from the more highly doped area (s) The free semiconductor zone has a lower resistance than the material adjoining the pn junction the other semiconductor zone * containing the lower resistance area. The semiconductor zone Without the lower resistance areas, these wines can be kept very thin, so that the internal resistance due to the conductivity of the semiconductor material the diode to a minimum Limited value and the one with the invention The effect achieved can thus fully come into its own.
In den meisten Fällen wird es bei der Zenerdiode nach der Erfindung genügen, wenn jeweils nurEin höher dotierter Bereich vorgesehen ist. Dieser kann sich dann beispielsweise in der Halbleiterzone befinden, die den n-Leitungstyp aufweist.In most cases it will be with the Zener diode according to the invention suffice if only one more highly doped area is provided in each case. This can are then located, for example, in the semiconductor zone which has the n-conductivity type.
Besonders bei Dioden fÜr hohe Spannungen oder Zenerströme ist wegen der in diesen Dioden umgesetzten hohen Verlust-' leistung günstig, wenn sie aus einem Halbleitermaterial bestehen, das erst bei einer relativ hohen Temperatur zerstört wird. Aus diesem Grund eignet sich für die erfindungsgemäße Zenerdiode von den bekannten Halbleitermaterialien Silizium besonders gut.Especially with diodes for high voltages or zener currents is because of the high power dissipation implemented in these diodes when they are off consist of a semiconductor material that only destroys at a relatively high temperature will. For this reason, one of the known ones is suitable for the Zener diode according to the invention Semiconductor materials silicon are particularly good.
Bei einer derartigen Silizium-Zenerdiode fÜr Spannungen zwischen 8o bis loo Volt beträgt beiaiielaweise der Abstand des höher dotierten Bereichs vom pn-Ubergang 7/U,.wobei das zwischen beiden liegende Halbleitermaterial eine Leitfähigkeit von 4 Ohmcm besitzt.In such a silicon Zener diode for voltages between 8o The distance between the more highly doped region is up to 100 volts pn junction 7 / U, where the semiconductor material between the two has a conductivity of 4 Ohmcm.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens soll nun im folgenden ein sehr vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode nach der Erfindung aufgezeigt werden. Diesen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß auf einem niederohmigen Halbleitergrundkörper zunächst ein diesem Körper gegenüber hochohmigeren Halbleitermaterial gleichen Leitungstyps epitaktisch abgeschieden wird. In diese epitaktisch aufgebrachte Schicht wird dann in einem anschliessenden Verfahrensschritt eine Zone eindilrandiert, deren Dotierungsgrad so gewählt ist, daß auch sie niederohmiger ist als die epitaktische Schicht. Die Dicke dieser Schicht und die Tiefe der einditundierten Zone werden dabei so abgestimmt, daß sich bei Berücksichtigung der Leitfähigkeit den epitaktischen Materials der für dieses Bauelement erforderliche Abstand zwischen dem niederohmigeren GrundkÖrper und dem durch Diffusion erzeugten pn-Übergang ergibt. Bei diesem Verfahren wird dann beispielsweise für den Grundkörper ein Halbleitermaterial mit einem spezifischen Widerstmd von lo-3 bis lo- 2 Ohmcm und für die epitaktisch abgeschiedene Schicht ein Material mit einem spezifischen Widerstand von etwa 3,5 Ohmem verwendet. Die Bedingungen für die Diffunion zur Erzeugung des pn-Überganges werden bei dieser speziellen AusfÜhrungsform des erfindungsgemäasen Verfahrens derart gewählt, daß die eindiffundierte Zone zumindest an der Halbleiteroberfläche einen spezifischen Widerstand von lo- 1 Ohnem aufweist und bei einer Dicke der epitaktischen Schicht von lop 3/u in diese Schicht hineinreicht. Für den HalbleitergrundkÖrper und die epitaktIsch abgeschiedene Schicht wird dabei beispieleweine Materlalvom n-Leitungstyp verwendet, wobei dann die eindiffundierte Zone den p-Lettungstyp aufweist.As a continuation of the inventive concept, a very advantageous method for producing a Zener diode according to the invention will now be shown below. This method is characterized in that a conductivity type of the same conductivity type as compared to the higher-resistance semiconductor material is first deposited epitaxially on a low-resistance semiconductor base body. In a subsequent method step, a zone is then diluted into this epitaxially applied layer, the degree of doping of which is selected such that it too has a lower resistance than the epitaxial layer. The thickness of this layer and the depth of the ditused zone are matched so that, taking into account the conductivity of the epitaxial material, the distance required for this component between the lower-resistance base body and the pn junction produced by diffusion results. In this method, for example, a semiconductor material with a specific resistance of lo -3 to lo -2 ohm cm is used for the base body and a material with a specific resistance of about 3.5 ohm cm is used for the epitaxially deposited layer. In this special embodiment of the method according to the invention, the conditions for the diffusion for generating the pn junction are selected in such a way that the diffused zone has a resistivity of 10- 1 without at least on the semiconductor surface and with a thickness of the epitaxial layer of 10 3 / u reaches into this layer. For the semiconductor base body and the epitaxially deposited layer, for example, a material of the n-conductivity type is used, the diffused-in zone then being of the p-letting type.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DET0035380 | 1967-12-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1614897A1 true DE1614897A1 (en) | 1970-05-27 |
Family
ID=7559159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19671614897 Pending DE1614897A1 (en) | 1967-12-01 | 1967-12-01 | Zener diode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1614897A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2412924A1 (en) * | 1974-03-18 | 1975-10-02 | Sergej Fedorowitsch Kausow | Semiconductor diode has electric surface field reduced to prevent brea - by suitably dimensioning high-resistivity N-type region below electrode |
-
1967
- 1967-12-01 DE DE19671614897 patent/DE1614897A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2412924A1 (en) * | 1974-03-18 | 1975-10-02 | Sergej Fedorowitsch Kausow | Semiconductor diode has electric surface field reduced to prevent brea - by suitably dimensioning high-resistivity N-type region below electrode |
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