DE1764791B2 - Vierschicht-halbleiterbauelement - Google Patents

Description

nungen 12 und 14 sind in die Ablenkschaltung so durch die Öffnung 33 freigelegte Fläche des HfJb-

eingefügt, daß sie einen Sägezahnstrom durch die leiterkörpers 28 eindiffundiert und die Zone 36 in

Horizontalablenkwicklung 24 der Bildröhre 26 wäh- eine stark P-leitende Zone umwandelt,

rend des Hinlaufteils des Horizontalablenkzyklus er- Dann läßt man gemäß F i g. 2 e eine Schicht 38 aus

zeugen. Zu diesem Zweck leitet die Diode 22 wäh- 5 Isoliermaterial, beispielsweise Siliziumdioxyd, auf

rend der ersten Hälfte des Hinlaufabschnittes des der Oberseite des Halbleiterkörpers 28 wachsen oder

AblenkzyMus einen Strom, und der gesteuerte Silizi- sich ablagern und bildet eine Öffnung 40 in dieser

umsdeichrichter 20 leitet den Strom während des Re- Isolierschicht aus. Zur gleichen Zeit wächst eine Iso-

stes" des Hinlaufabschnittes. Während des Rücklauf- lierschicht 44 auf der Unterseite. Diese Isolierschicht

abschnittes sind sowohl die Diode 20 als auch der io 44 wird dann mit Ausnahme der Fläche über der

gesteuerte Siliziumgleichrichter 22 gesperrt. P-Zone 36 wieder entfernt. Der Halbleiterkörper 28

Zur Einleitung des Hinlaufteils des Zyklus wird wird dann im Dampf eines N-Dotiermaterials, bei-

die Schaltanordnung 12 durch Anlegen eines Hori- spielsweise Phosphorperoxyd, etwa 2 Stunden aut

zontalausgangsimpulses an die Steuerelektrode des etwa 1265⁰C erhitzt, so daß eine diffundierte ring-

oesteuerten Siliziumgleichrichters 16 leitend gemacht. 15 förmige N+ -leitende Zone 46 unter der Öffnung 4U

Während des Rücklaufs kehrt sich der Ablenkstrom und eine zweite diffundierte ringförmige N +-leitende

um und macht den gesteuerten Siliziumgleichrichter Zone 48, welche die P+ -Zone 36 an der Unterseite

16 nichtleitend. Der Strom fließt während dieses Zy- des Halbleiterkörpers 28 umgibt, entsteht,

klusabschnittes dann durch die Diode 18. Dann werden die Siliziumdioxydschichten 38 und

Damit die in beiden Richtungen leitenden Schalt- 20 44 entfernt und man läßt eine neue Isolierschicht sO

anordnungen 12 und 14 in dem für sie vorgesehenen (F i g. 2 f) auf der Oberseite des Halbleiterkörpers 28

Sinne arbeiten, müssen parallel zu den gesteuerten wachsen. Unter Anwendung von photolithographi-

Siliziumgleichrichtern umgekehrt gepolte Dioden ge- sehen und von Ätzverfahren wird eine ringförmige

schaltet sein, welche einen Stromfluß in umgekehrte Öffnung 51 in dieser Schicht ausgebildet, durcn Richtung während etwa einer halben Hinlaufperiode 25 welche ein ringförmiger Graben 53 in den Halbleiter-

und während der Rücklaufperiode des Ablenkzyklus körper 28 hineingeätzt wird. Nach diesem Schritt

gestatten. wird die Isolierschicht 50 entfernt und eine leitende

Für das an Hand der F i g. 2 a bis 2 f erläuterte Metallschicht 55, beispielsweise aus Nickel, wird auf Herstellungsverfahren für ein Vierschicht-Halbleiter- die Oberseite des Halbleiterkörpers 28 elektropiatbauelement nach der Erfindung ist das Ausgangsmate- 30 tiert oder anderweitig abgelagert. Auf diese Metalirial ein kristalliner Halbleiterkörper 28, vorzugsweise schicht 55 werden Kupferelektroden 56 und 58 autaus Silizium. Die genaue Form, Zusammensetzung, gelötet, welche die Steuerelektrode 56 und die Kasein Leitungstyn und spezifischer elektrischer Wider- thode 58 des gesteuerten Siliziumgleichrichters instand sind nicht kritisch. Im dargestellten Beispiel be- den. Die Unterseite des Halbleiterkörper 28 wird steht der Halbleiterkörper 28 aus N-leitendem SiIi- 35 auf eine Metallschicht 60 aufgelotet oder autgezium mit einem spezifischen Widerstand von etwa schmolzen, welche beispielsweise eine Oberfläche des 20 Ohm cm. In der Praxis wird eine große Anzahl Gehäuses oder der Umhüllung sein kann. Diese Mevon Vierschicht-Halbleiterbauelementen gleichzeitig tallschicht 60 dient als Anode des gesteuerten biliziin dem Halbleiterkörper 28 ausgebildet. Der Erleich- umgleichrichters bei dem fertigen Vierscnicht-HaiD-terung der Erläuterung halber ist in den Figuren nur 40 leiterbauelement.

die Herstellung eines einzigen Vierschicht-Halbleiter- Das fertige Vierschicht-Halbleiterbauelement ist in

bauelementes dargestellt. seinem Aufbau einem üblichen gesteuerten bilizium-

Auf gegenüberliegenden Oberflächen des Halb- gleichrichter ähnlich; ein bedeutender Unterschied leiterkörpers 28 werden beispielsweise durch Erhit- besteht jedoch darin, daß die Zone 61, welciie die zen des Halbleiterkörpers 28 für etwa 3 Stunden in 45 verbleibende N-leitende Zone des ursprungiicnen einer Wasserdampf Umgebung Isolierschichten 30 und Halbleiterkörper 28 ist, mit der Anode W) des ge-32 aus Siliziumdioxyd ausgebildet (F ig. 2 b). Dann steuerten Siliziumgleichrichters verbunden ist, und wird entsprechend F i g. 2 c die Isolierschicht 30 völ- zwar derart, daß diese Verbindung der N-leitenden lig von der Oberseite des Halbleiterkörpers 28 ent- Zone 61 mit der Anode 60 des gesteuerten Siliziumfernt, und ein Teil der Isolierschicht 32 wird von der 50 gleichrichters durch die stark dotierte ringförmige Unterseite des Halbleiterkörper 28 zur Bildung Nf-Zone 48 hergestellt ist. Das tertige Niereines Fensters 33 entfernt. Dies kann in bekannter schicht-Halblciterbauelement entspricht eiektnscn Weise beispielsweise unter Anwendung photolitho- der Schaltanordnung 12 oder der bcnaltanoianung graphischer und Ätzverfahren ausgeführt werden. 14 der F i g. 1 oder auch der ^SJaJanordnung der Anschließend wird ein P-Dotiermaterial, beispiels- 55 Fig. 4. bei der eine Gleichrichterdiode 62 parallel zu weise Bornitrid, auf die frei liegenden Teile der einem gesteuerten Siliziumgleichnchler 64 geschaltet Oberseite und der Unterseite des Halbleiterkörper i-t und so gepolt ist, daß ihre Leitungsrichtung derje-28 aufgebracht. Der Halbleiterkörper 28 wird dann nigen des gesteuerten Siliziumgleichrichters 64 entgeeine halbe Stunde auf etwa 850° C erhitzt, so daß gengerichtet ist. In dem in F ig. 3 dargestellten vieidas Bor in ihn cindilTundiert. Auf diese Weise wer- 60 schicht-Halbleiterbauclcment dient der umtangsteii den die Schichten 34 und 36 innerhalb des Halb- des Vierschicht-Halbleiterbauelementes als Gleichleiterkörpers 28 gebildet, die sich über seine gesamte richterdiodc entsprechend der Diode 6Zin t 1 g 4 Oberseite und den durch das Fenster 33 begrenzten Das heißt, daß der PN-Übergang der Diode zwischen Bereich seiner Unterseile erstrecken. Die Borzufuhr der P-leitenden Zone 34, welche als Anode der zu seiner Oberseite wird dann unterbrochen, und der 65 Gleichrichterdiode wirkt, und der N-leitenden Z-one Halbleiterkörper 28 wird in einer oxydierenden At- 61, welche zusammen mit der stark N-leitenden £one mosphäre etwa 20 Stunden auf 130(T C erhitzt, wo- 48 als Katnodc des Diodengleichr.chters wirkt gebiilbei das auf der Unterseite verbliebene Bor in die del ist. Der als gesteuerter Siliziumglcichiichtei wirk-

same Teil des Vierschicht-Halbleiterbauelementes in die Verarmungszone des PN-Übergangs zwischen

hat einen aus den Schichten N+ PNP+ gebildeten der P-Zone 34 und der N-Zone 61, wobei sie durch

Aufbau mit einer Anode 60, einer Kathode 58 und den PN-Übergang in die N-Zone 61 fließen. Einige

einer Steuerelektrode 56. dieser Elektronen fließen dann am Rande durch die

Wird der Kathode 61 der Diode eine positive Vor- 5 N- und N+ -Zone 61 bzw. 48 und wieder heraus zur spannung und der Diodenanode 34 eine negative Anode 60 des gesteuerten Siliziumgleichrichters. Der Vorspannung zugeführt, dann ist sie in Sperrichtung durch diesen Randstrom bedingte Spannungsabfall vorgespannt und leitet keinen Strom. In diesem Fall stellt eine Durchlaßspannung für die P+ -Zone 36 ist der gesteuerte Siliziumgleichrichter in Durchlaß- nahe der Mitte dar, so daß diese Defektelektronen in richtung vorgespannt, d. h. seine Kathode 58 ist ne- io die N-Zone 61 zu injizieren beginnt. Einige dieser gativ und seine Anode 60 positiv. Er leitet somit Defektelektronen diffundieren durch die N-Zone 61 Strom in Richtung von seiner Anode 60 zu seiner in die P-Zone 34, so daß sich die Durchlaßvorspan-Kathode 58. Kehrt die angelegte Vorspannung ihre nung der N+ -Zone 46 erhöht und mehr Elek-Polarität um, so daß also die Kathode 61 der Diode tronen injiziert werden. Auf diese Weise wird der negativ und die Diodenanode 34 positiv ist, dann ist 15 den gesteuerten Siliziumgleichrichter bildende Teil der gesteuerte Siliziumgleichrichter in Sperrichtung, des Vierschicht-Halbleiterbauelementes stark leialso nichtleitend, vorgespannt und sperrt den Strom- tend.

fluß. Dagegen ist die Diode in Durchlaßrichtung vor- Die elektrischen Eigenschaften des vorstehend begespannt. Während der Perioden, während welcher schriebenen Vierschicht-Halbleiterbauelementes sind der gesteuerte Siliziumgleichrichter sperrt, ist also die 20 in F i g. 5 dargestellt, in welcher der von der Anode durch den PN-Übergang zwischen den P + - und zur Kathode fließende Strom über der zwischen N-Zonen 34 bzw. 61 gebildete Diode, weiche zwi- Anode und Kathode herrschenden Spannung aufgesehen den beiden ohmschen Kontakten liegt, leitend tragen ist. Wenn die Anoden-Kathoden-Spannung in vorgespannt und führt einen Strom, so daß das Vier- Sperrichtung anliegt, dann ist der den gesteuerten Sischicht-Halbleiterbauelement einen Stromfluß in um- 25 liziumgleichrichter bildende Teil des Vierschichtgekehrte Richtung ermöglicht. Halbleiterbauelementes nichtleitend, während die

Wenn der gesteuerte Siliziumgleichrichter in Umfangsdiode leitend vorgespannt ist und Strom Durchlaßrichtung vorgespannt ist, kann er durch An- führt. Dies zeigt der Abschnitt 66 der Stromspanlegen positiver Spannungsimpulse an seine Steuer- nungskurve. Kehrt sich die Polarität der angelegter elektrode 56 zum Leiten gebracht werden. In diesem 30 Vorspannung so um, daß der gesteuerte Silizium-Fall fließt ein Defektelektronenstrom vom Steuer- gleichrichter in Durchlaßrichtung vorgespannt ist elektrodenkontakt durch die P-leitende Basiszone 34 dann fließt ein kleiner Leckstrom. Wenn sich die zum Umfang des Vierschicht-Halbleiterbauele- Durchlaßvorspannung erhöht, dann wird ein Span· mentes, wo die Kathode 58 des gesteuerten Silizium- nungspunkt 68 erreicht, bei dem der Durchlaßstrorr gleichrichters einen Kontakt zur P-Zone 34 bildet. 35 stark ansteigt. Erreicht der Durchlaßstrom einen kri-Der Randstrom in der P-leitenden Zone 34 hat einen tischen Wert, dann kehrt die Spannung über dem geSpannungsabfall zur Folge, welcher an der N+ -Zone steuerten Siliziumgleichrichter zurück auf einen nie· 46 liegt und diese in der Mitte neben dem Steuer- drigen Wert. In diesem Punkt ist der gesteuerte SiIielektrodenkontakt 56 des gesteuerten Siliziumgleich- ziumgleichrichter eingeschaltet, und der Durchlaßrichters in Durchlaßrichtung vorspannt. Auf diese 40 strom steigt schnell an, wobei die Durchlaßspannunj Weise injiziert die P+ -Zone 46 Elektronen. Einige leicht ansteigt. Dies zeigt der Teil 70 in der Stromdieser Elektronen diffundieren durch die P-Zone 34 spannungskurve.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. serung dieser Eigenschaften des bekannten Vier-Patentanspruch: schicht-Halbleiterbauelementes durch eine bessere

   Trennung der Funktionen des den gesteuerten Silizi-

   Vierschicht-Halbleiterbauelement, bei dem ungleichrichter bildenden Teils und des die Diode eine Hauptelektrode in Kontakt mit der ihr be- 5 bildenden Teils des Vierschidit-Halbleiterbauelenachbarten Außenschicht und einem Teil der an- mentes. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dagrenzenden Zwischenschicht steht und die andere durch gelöst, daß die nicht an die Steuerelektrode an-Hauptelektrode in Kontakt mit der gegenüberlie- geschlossene Zwischenschicht an ihrer an die Hauptgenden Außenschicht und einem Teil der an elektrode angrenzenden Fläche eine stärker als ihr diese angrenzenden Zwischenschicht steht und 10 übriger Teil leitende Zone aufweist, welche die an die eine Zwischenschicht an eine Steuerelektrode die mit diesen Zwischenschichten gemeinsamen angeschlossen ist, derart, daß ein gesteuerter SiIi- Hauptelektrode grenzende Außenschicht umgibt,
   ziumgleichrichter mit einer antiparallelgeschalte- Infolge dieses niederohmigeren Umfangsbereiches

   ten Diode gebildet wird, dadurch gekenn- wird die Wirkung der Diode auf den Umfangsbereich zeichnet, daß die nicht an die Steuerelek- xs des Vierschicht-Halbleiterbauelementes konzentriert, trode (56) angeschlossene Zwischenschicht (28) während die Wirkung des gesteuerten Siliziumgleichan ihrer ganzen an die Hauptelektrode (60) an- richters im inneren Bereich vorherrscht. Diese besgrenzenden Fläche eine stärker als ihr übriger sere bereichsmäßige Trennung der Funktionen der Teil leitende Zone (48) aufweist, welche die an beiden Teilbauelemente führt zu einer geringeren gedie mit dieser Zwischenschicht gemeinsame 20 genseitigcn Beeinflussung durch Oberflächenwechsel-Hauptelektrode grenzende Außenschicht umgibt. Wirkungen zwischen den einzelnen pn-Übergängen.

   Außerdem verhindert der niederohmige Umfangsbe-

   reich, daß die im Betrieb auftretende Veiarmungs-

   zone an Kanten der metallischen Kontaktelektroden 25 heranreicht, wo sich hohe Leckströme ausbilden

   Die Erfindung betrifft ein Vierschicht-Halbleiter- könnten. Die starke Dotierung des Umfangsbereiches bauelement, bei dem eine Hauptelektrode in Kontakt wirkt ferner der Ausbildung von Leckströmen der mit der ihr benachbarten Außenschicht und einem angrenzenden Außenschicht entgegen. Das erfin-Teil der angrenzenden Zwischenschicht steht und die dungsgemäße Vierschicht-Halbleiterbauelement

   andere Hauptelektrode in Kontakt mit der gegen- 30 zeichnet sich insbesondere durch einen verringerten überliegenden Außenschicht und einem Teil der an Leckstrom und einem niedrigeren Diodendurchlaßdiese angrenzenden Zwischenschicht steht und die widerstand ans.

   eine Zwischenschicht an eine Steuerelektrode ange- Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darschlossen ist, derart, daß ein gesteuerter Silizium- Stellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläugleichrichler mit einer antiparallelgeschalteten Diode 35 tert.

   gebildet wird. F i g. 1 zeigt eine Schaltung eines Teils einer Hori¹-

   Ein derartiges Halbleiterbauelement ist bekannt zontalablenkschaltung eines Fernsehempfängers un-(deutsches Patent 1 154 872). Es bringt hinsichtlich ter Verwendung eines Vierschicht-Halbleiterbaueledes Raumbedarfs Verbesserungen gegenüber der Zu- menles nach der Erfindung;

   sammenschaltung eines gesteuerten Siliziumgleich- 40 Fig. 2a bis 2f zeigen Querschnitte durch das errichters mit einer gesonderten Halbleiterdiode. Bei findungsgemäße Vierschicht-Halbleiterbauelement solchen Schaltelementen, welche bei bestimmten während verschiedener Herstellungsstufen;
   Umkehrschaltungen, Kraftfahrzeugzündanlagen und F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch ein Vier-

   Horizontalabienkschaltungen für Fernsehempfänger schicht-Halbleiterbauelement nach der Erfindung;
   verwendet werden, leitet der gesteuerte Silizium- 45 F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild des in F i g. 3 gleichrichter im Normalzustand nicht, solange seiner dargestellten Vierschicht-Halbleiterbauelemenles, Steuerelektrode nicht eine geeignete Steuerspannung und

   oder ein Stromimpuls bei geeigneter Polarität seiner F i g. 5 zeigt die Stromspannungscharakteristik des

   Hauptelektroden zugeführt wird. Bei umgekehrter Vierschicht-Halbleiterbauelementes nach den F i g. 3 Polung ist der gesteuerte Siliziumgleichrichter wie 50 und 4.

   üblich gesperrt und nicht durch ein Steuersignal ein- In Fig. 1 ist eine Horizontalablenkschaltung für

   schaltbar. Leitet er dagegen, so ist er nicht mehr einen Fernsehempfänger veranschaulicht, in welcher steuerbar und schaltet erst bei Absinken des ihn das Vierschicht-Halbleiterbauelement nach der Erdurchfließenden Stromes unter den sogenannten Hal- findung benutzt wird. Sie umfaßt beispielsweise zwei testromwert ab. Bei Sperrpolarität des gesteuerten Si- 55 in beiden Richtungen leitende Schaltanordnungen 12 liziumgleichrichters leitet dagegen die antiparallel zu oder 14, die je eine Kombination aus einen gesteuerihm liegende Diode. Obwohl das bekannte Bauele- ten Siliziumgleichrichter und einer Diode darstellen, ment, welches einen gesteuerten Siliziumgleichrichter welche den Strom in der dem zugehörigen gesteuer- und eine antiparallel dazu geschaltete Diode in sich ten Süiziumgleichrichter entgegengesetzten Richtung vereinigt, einen Fortschritt hinsichtlich Raumbedarf 60 leitet. Beispielsweise umfaßt die Schallanordnung 12 und Schaltungstechnik bringt, sind seine Betriebsei- einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 16 und eine genschaften hinsichtlich Sperrstrom oder Speicher- Diode 18, deren Kathode mit der Anode des gesteustrom und Erholungszeit für manche Anwendungs- erten Siliziumgleichrichters 16 und deren Anode mit fälle noch weiter verbesserungsbedürftig. Insbeson- dessen Kathode verbunden ist. Entsprechend ist die dere stören Oberflächeneffekte, indem nämlich liner- 65 Anode der Diode 22 mit der Kathode des gesteuerten wünschte Oberflächenströme die Wirkung der ver- Siliziumgleichrichters 20 in der Schaltanordnung 14 schiedenen pn-Übergänge zu überdecken suchen. und ihre Kathode mit seiner Anode verbunden.

   Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbes- Die in beiden Richtungen leitenden Schaltanord-