DE1614990A1 - Semiconductor switching element with several transitions and method for its production - Google Patents
Semiconductor switching element with several transitions and method for its productionInfo
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Description
2000 HAMBURG 1, n . ^ 2000 HAMBURG 1, n . ^
DR. E. WIEGAND BAUINDAMMSi ~£ I· Of DR. E. WIEGAND BAUINDAMMSi ~ £ I · Of
W. 22 564/66 12/PlW. 22 564/66 12 / Pl
Westinghouse Brake and Signal Company Limited London (England)Westinghouse Brake and Signal Company Limited London (England)
Halbleiterschaltelement mit mehreren Übergängen und Verfahren zu seiner HerstellungSemiconductor switching element with multiple transitions and processes for its Manufacturing
Die Erfindung bezieh"!: sich'auf Halbleiterschaltelemente mit mehrefen Üb ergangen und inabesondere, jedoch nicht ausschließlich auf Halbleiterelemente in form iron selbstschaltenden Dioden mit drei übergängen.The invention relates to semiconductor switching elements passed with several transitions and in particular, but not exclusively on semiconductor elements in the form of iron self-switching Three junction diodes.
Die Erfindung schafft ein mehrere Übergänge aufweisendes Halbleiterschaltelement von selbstschaltender oder anderer Art, das einen in Vorwärtsrichtung blockierenden Übergang enthält, über den sich ein Bereich erstreckt', der einen geringeren spezifischen. Widerstand als der Bereich auf der den höheren spezifischen Widerstand aufweisenden Seite dieses in Vorwärtsrichtung blockierenden Übergangs hat, aber von der gleichen Leitfählgkeitsart wie dieser ist.The invention provides a semiconductor switching element which has a plurality of junctions and is self-switching or any other type that includes a forward blocking junction with an area extending over it ', the one lesser specific. Resistance than that Area on the one with the higher specific resistance Side of this forward-blocking transition, but of the same conductivity type as This is.
Das Element kann ein Halbleiterelement in i*örm einer selbstschaltenden Diode mit. drei Übergängen sein» Der Bereich, der sieh über den in VorwärtsrichtungThe element can be a semiconductor element in i * shape self-switching diode with. be three transitions » The area that looks over the in the forward direction
0098837063600988370636
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blockierenden übergang erstreckt, kann am Umfang dieses Übergangs angeordnet sein und sich längs des ganzen llmfangs des Übergangs über diesen erstrecken.blocking transition extends, can on the perimeter of this Be arranged transition and extend along the entire length of the transition over this.
Der Bereich, der sich über den in Vorwärtsrichtung blockierenden Übergang erstreckt, kann weiterhin einen kleineren spezifischen Widerstand als der Bereich auf der den geringeren spezifischen Widerstand aufweisenden Seite des in Vorwärtsrichtung blockierenden Übergangs haben.The area that extends over the junction blocking in the forward direction can furthermore have one resistivity smaller than the area on which has the lower resistivity Side of the junction blocking in the forward direction.
Das Element kann sich gegenüberliegende ebene Flächen aufweisen, an deren einen alle Übergänge austreten.The element can have opposite flat surfaces have, at one of which all transitions emerge.
Bei der Herstellung von Elementen gemäß vorstehender Beschreibung kann der Bereich, der sich über den in Vorwärtsrichtung blockierenden übergang, erstreckt, in einer getrennten Arbeitsstufe gebildet werden, oder er kann, was vorzuziehen ist, zur gleichen Zeit wie der erste Bereich des Elementes in der Vorwärtsrichtung gebildet werden»In the manufacture of elements as described above, the area that extends over the in the forward direction blocking transition, extended, formed in a separate work stage, or it can, which is preferable at the same time as the first area of the element are formed in the forward direction »
Ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterelementes gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.An embodiment of a semiconductor element according to the invention is described below with reference to the drawing explained.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht und Fig. 2 eine Draufsicht des Elementes.Fig. 1 is a cross-sectional view and Fig. 2 is a plan view of the element.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, hat das Element vier Schichten odsr Bereiche P1, ΪΠ, P2 und EZ1 zwischen denen sich drei P-IT-Übergänge 1, 2 bzw. 3 befinden, von denen As can be seen from the drawing, the element has four layers ODSR areas P1, ΪΠ, P2 and EZ 1 between which three P-IT-junctions 1, 2 and 3 are, of which
BADORfGINAL 0Q9883/Q636BADORfGINAL 0Q9883 / Q636
der P-3-übergäng 2 den in Vorwartsrichtung blockierenden Übergang aar st eilt. Mit 4en Bereichen Έ 2 und Pt sind Kontakte 4 bzw* 5 verbunden.the P-3 transition 2 st eils the transition aar blocking in the forward direction. Contacts 4 and * 5 are connected to 4 areas Έ 2 and Pt.
Über den in Vorviärtsrichtung blockierenden P-H-Übertang 2 erstreckt sich ein Bereich ETx, der einen geringeren spezifischen Widerstand als die beiden Bereiche ΪΓ1 und P2 hat. Der 3ereich, lix erstreckt sich» wie aus Pig. 2 ersichtlich, liLer den in Yorwärtsriehtung blockierenden _ö c er gang 2 nur über einen Teil des Umfangsdieses Über gange"..Via the forward-blocking P-H transition 2 extends an area ETx, which is a smaller one resistivity than the two areas ΪΓ1 and P2 Has. The 3reich, lix extends “like from Pig. 2 shows that the blocking in the forward direction is left _ö c er transition 2 only over part of the scope of this transition "..
Ohne den Bereich ίίχ würde aer in VOrwärtsricxitung blockierende F-K-ÖbergaBg 2 den Strarafluß von dein ne£|a— tiven Kontakt 4 zu dem positiven Kontakt 5 wirksam blockieren, bis eine kritische üterschlagsspannung erreicht vrird, wonach das Element zu einem guten Leiter werden wurde. Der Strom, bei weichem dieses Schalten stattfinden würde, würde eine IFum:tion der Verstärkungen der von den Bereichen Ιί2, P2, H1 bzw. Ϊ2, STt» Pl gebildeten iransistoren sein, wobei außerdem eine gewisse Abhängigkeit von der Spannungsvervielfachung entsjii^echenQ dem XurahBchlaeSviert der Spannung verbanden ist. Without the area ίίχ, aer would be in a forward direction blocking F-K-ÖbergaBg 2 the Strara flow from your ne £ | a— effectively block tive contact 4 to positive contact 5, until a critical flashover voltage is reached, after which the element would become a good conductor. Of the Current at which this switching would take place an IFum: tion of the gains of the areas Ιί2, P2, H1 or Ϊ2, STt »Pl be formed iransistors, whereby in addition a certain dependence on the voltage multiplication corresponds to the XurahBleSviert the tension is connected.
Jedoch wird die liurchsolilagsspannung allgeseiR ourch zweckentsprechende Wahl des anfanglicheη spezifischen Widerstands csß Bereiches K1 bestimLit, d.h. je irieiner der erforder; iehe- Wert der Burcfeschlatsspannung ist, uasc kleiner auß der spezifische Widerstand des Bereiches IH sein« lies mirde zu einer iiöhereK Itonzentration in dem Bereich P2 führen, als sie bei einem größereii spezifischenHowever, the leakage tension is generally applied appropriate choice of the initial η specific Resistance csß area K1 determined, i.e. each irie one the required; iehe- value of the Burcfeel tension, uasc be smaller than the specific resistance of the area IH «led to a higher K I concentration in that Area P2 lead than you would with a larger-scale specific
Widerstand des Bereiches N1 erforderlich wäre, und außerdem würde eine noch höhere Konzentration in dem Bereich N2 für eine Überdotierung des Bereiches P2 erforderlich sein.Resistance of the area N1 would be required, and furthermore would have an even higher concentration in the area N2 may be required for overdoping the area P2.
Auf Grund des Vorsehens des Bereiches Nx, der entweder während der Herstellung des Elementes, in einer getrennten Arbeitsstufe oder, was vorzuziehen ist, gleichzeitig mit der Bildung des Bereiches N2 hinzugefügt werden kann, hängt die Burchschlagsspannung des Elementes von den relativen spezifischen Widerständen der Bereiche N1, P2 und Nx ab. Da der Bereich Nx so hergestellt wird, daß er einen geringeren spezifischen Widerstand als der Bereich N1 oder P2 hat, tritt an dem Übergang zwischen den Bereichen P2 und Nx ein Lawinendurchbruch früher als an dem Übergang zwischen den Bereichen P2 und Fl auf, und die Vorrichtung wird augenblicklich in Richtung von dem Kontakt 4 zu dem Kontakt 5 leitend. lieser Lawinendurchbruch an dem Übergang zwischen den Bereichen P2 und Nx bewirkt, daß mehr Ladungsträger injiziert werden, bis genügend Strom über den gesamten Übergang zwischen den Bereichen P2 und Nt fließt, um zu bewirken, daß der Übergang durchschlägt, wonach Strom sowohl direkt über den Übergang zwischen P2 und .N1 als auch durch den Übergang zwischen den Bereichen P2 und Nx fließt.Due to the provision of the area Nx, which is either during the manufacture of the element, in a separate Work stage or, what is preferable, can be added at the same time as the creation of the area N2, the breakdown voltage of the element depends on the relative resistivities of the areas N1, P2 and Nx. Since the area Nx is made so that it has a resistivity lower than the area N1 or P2 occurs at the transition between the areas P2 and Nx an avalanche breakdown earlier than at the transition between the areas P2 and Fl on, and the device is instantaneously conductive in the direction from the contact 4 to the contact 5. read avalanche breakthrough at the junction between regions P2 and Nx causes more charge carriers to be injected until sufficient Current flows across the entire junction between regions P2 and Nt to cause the junction breaks through, after which electricity both directly across the junction between P2 and .N1 as well as through the transition between the areas P2 and Nx.
Ein zusätzlicher Vorteil wird mit der oben beschriebenen Aueführungeform dadurch erhalten, daß die Verstärkung deaAn additional benefit comes with that described above Auführungungeform obtained by the fact that the reinforcement dea
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von den Bereichen P2, NI,' P1 gebildeten Tranaistors hoch bleiben kann (weil der spezifische Widerstand des Bereiches Nt nicht verringert werden mußte) und daß die Vorwärtsspannung, in dem "Ein"-Zustand klein bleibt.Tranaistor formed by the areas P2, NI, 'P1 high can remain (because the specific resistance of the area Nt did not have to be reduced) and that the Forward voltage in which the "on" state remains small.
.. Bei der oben beschriebenen Auaführungsform erstreckt sich der Bereich Nx lediglich über einen Teil des Umfangs des in Vorwärtsrichtung blockierenden Übergangs 2, jedoch kann e.ieh dieser Bereich, wenn gewünscht, auch längs des ganzen Umfangs des Übergangs 2 erstrecken. Gegebenenfalls kann sich*der Bereich Nx auch innerhalb der Masse des Elementes befinden, vorausgesetzt, daß er den Übergang zwischen den Bereichen P2 und ΪΠ durchsetzt. In diesem Fall kann der Bereich Nx selbstverständlich nicht gleichzeitig mit der Bildung des'Bereiches N2 hinzugefügt werden... In the embodiment described above, extends the area Nx only extends over part of the circumference of the junction 2 blocking in the forward direction, however, this area can, if desired, also be along the the entire circumference of the transition 2 extend. Possibly * the area Nx can also be within the mass of the Element, provided that he is the transition interspersed between the areas P2 and ΪΠ. In this case the area Nx cannot of course simultaneously be added with the formation of the area N2.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist als eine P-N-P-N-Vorrichtung dargestellt, j-edoch ist die Erfindung gleichfalls auf eine N-P-N-P-Vorrichtung anwendbar, in weldher dann der Bereich Nx ein P-Leitender Bereich sein würdeοThe embodiment described above is as one P-N-P-N device shown, but the invention is also applicable to an N-P-N-P device, in Then the area Nx can be a P-conductive area wouldο
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