DE1764990A1

DE1764990A1 - Multi-layer semiconductor component

Info

Publication number: DE1764990A1
Application number: DE19681764990
Authority: DE
Inventors: Oto Dipl-Ing Valczich
Original assignee: CZKD PRAHA OP
Current assignee: CZKD PRAHA OP
Priority date: 1967-09-19
Filing date: 1968-09-18
Publication date: 1972-01-13
Also published as: YU31964B; FR1581897A; SE352780B; YU217368A; DE1764990B2; GB1231096A

Description

PatentanwältePatent attorneys

Dlpl.-!ng. R.Beetz U. 255-15.Ö74p( 13.875H) 18.9.1908 Dlpl .-! Ng. R. Beetz U. 255-15.Ö74p (13.875H) September 18, 1908

Dipl.-!ng. Lamprecht M SteiMdofttr. 10 1764990Dipl .-! Ng. Lamprecht M SteiMdofttr. 10 1764990

PRAHA, oborovy poanik, Prag (Tschechoslowakei)PRAHA, oborovy poanik, Prague (Czechoslovakia)

Mehrschicht-HalbleiterbauelernentMulti-layer semiconductor component

Die Erfindung betrifft ein Mehrschicht-Halbleiterbauelement, welches mehrere nebeneinanderliegende Zonen unterschiedlichen Leitungstyps besitzt, die in einem einzigen Einkristall-Halbleiterkörper zwischen äußeren elektrischen Kontakten ausgebildet sind und bei welchem der Einfluß der entblößten Oberfläche des Halbleiterkörper auf die eigentliche Funktion des Halbleiterbauelementes vermieden ist.The invention relates to a multilayer semiconductor component which has a number of different zones lying next to one another Conduction type, which in a single single crystal semiconductor body are formed between external electrical contacts and in which the influence of the exposed surface of the semiconductor body on the actual function of the Semiconductor component is avoided.

Es ist bekannt, daß Mehrschicht-Halbleiterbauelernente
durch Legieren, Diffusion, Epitaxialwuchs oder Kombinationen dieser Methoden hergestellt werden, indem in oder auf dem Halbleitergrundmaterial meist planparallele Schichten verschiedener Dicke und mit erforderlicher Verteilung sowie Leitungstyp der Aktivatorfremdstoffe ausgebildet werden. Zur Erreichung
guter Spannungseigenschaften ist es notwendig, daß die unterschiedlichen Leitungstypen der erwähnten Schichten nicht nurIt is known that multilayer semiconductor components
by alloying, diffusion, epitaxial growth or combinations of these methods, in that mostly plane-parallel layers of different thickness and with the required distribution and conductivity type of the activator impurities are formed in or on the semiconductor base material. To achieve
good voltage properties, it is necessary that the different types of conduction of the layers mentioned not only

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innerhalb des Halbleiterkristalls, sondern auch auf seiner Oberfläche zur Erreichung derartiger Verteilung des elektrischen Feldes, wo die Stromübertragung auf der Oberfläche vernachlässigbar ist, ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Hierbei steigern sich die Ansprüche auf die Herabsetzung des Oberflächenstromes und vor allem seine Umfangsverteilung nicht nur mit der Betriebsspannung, sondern auch mit der Anzahl der Schichten, aus welchen das Halbleiterbauelement besteht, da der Oberflächenstrom eine unerwünschte Funktion des Halbleiterbauelementes hervorrufen kann, beispielsweise bei einem Thyristor kann es bei einer niedrigeren Betriebsspannung als die Durchbruchsspannung zu seiner Zündung kommen, ohne das Steuersignal erhalten zu haben.within the semiconductor crystal, but also on its surface to achieve such distribution of the electrical Field, where the current transmission on the surface is negligible, is associated with considerable difficulties. This increases the demands on the reduction of the surface flow and, above all, its circumferential distribution not only with the operating voltage, but also with the number of layers that make up the semiconductor component exists because the surface current can cause an undesirable function of the semiconductor component, for example in the case of a thyristor, an operating voltage lower than the breakdown voltage can cause it to be ignited come without having received the control signal.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, den durch die Emitterschicht hindurchfließenden Oberflächenstrom abzuschaffen, der beim Durchfluß durch diese Schicht üblicherweise eine unerwünschte Zündung des Thyristors verursacht. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß derart gelöst, daß die ganze Umfangsschicht des Mehrschicht-Halbleiterbauelementes lediglich drei Schichten enthält, von welchen die die Basis des Bauelementes bildende mittlere Schicht denselben Leitfähigkeitstyp wie das Grundmaterial aufweist, die übrigen zwei Schichten gegenüber der Basis entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps sind und im mittleren Teil der einen dieser Randschichten eine vierte Schicht desselben Leitfähigkeitstyps wie die Basis ausgebildet ist, die den Funktionsquerschnitt des Halbleiter-The object of the invention is to abolish the surface current flowing through the emitter layer, the usually an undesired one when flowing through this layer Ignition of the thyristor caused. The object set is achieved according to the invention in such a way that the entire circumferential layer of the multilayer semiconductor component contains only three layers, of which the base of the component The middle layer that forms the same conductivity type as the base material, the remaining two layers are opposite to the base conductivity type and in the middle part of one of these edge layers one fourth layer of the same conductivity type as the base is formed, which the functional cross-section of the semiconductor

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bauelementes bestimmt, wobei der außerhalb des Funktionsquerschnitts liegende Umfangsbereich der Randschicht mit der vierten Schicht durch einen der äußeren elektrischen Kontakte kurzgeschlossen ist.Component determined, the peripheral area of the edge layer lying outside the functional cross-section with the fourth layer is short-circuited by one of the external electrical contacts.

Ein derartiges Bauelement führt für beide Polaritäten der aufgedrückten Spannung bis zur Erreichung der Durchbruchspannung praktisch keinen Strom, so daß das Kennlinienfeld der Mehrschichtstruktur, sofern ihre Betriebsspannung nicht höher liegt, nicht beeinflußt wird.Such a component leads for both polarities of the applied voltage until the breakdown voltage is reached practically no current, so that the characteristic curve field the multilayer structure, provided its operating voltage is not higher, is not affected.

Um die Einwirkung des Oberflächenstromes auf die Funktion der inneren Mehrschichtstruktur des Halbleiter-Bauelements auszuschließen, muß die Dreischichtstruktur eine ausreichende Breite aufweisen. Erfindungsgemäß ist daher die Breite des äußeren Umfangsbereiches zweitausend- b±s zehntausendfach größer als die Dicke der Basis des Elementes, gerechnet von der Stelle, wo der PN-Übergang auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt.About the effect of the surface current on the function Exclude the inner multilayer structure of the semiconductor device, the three-layer structure must have a sufficient Have width. According to the invention is therefore the Width of the outer peripheral area two thousand b ± s ten thousand times greater than the thickness of the base of the element, calculated from the point where the PN junction on the surface of the semiconductor body occurs.

Um die erreichten Wirkungen noch weiter verbessern zu können, ist der Gradient der Aktivatorkonzentration bei den PN-Übergangen in der Zone, wo die PN-Ubergänge zwischen der Basis und den übrigen Schichten auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers treten, gleich oder kleiner als der Gradient der Aktivatorkonzentration bei denselben PN-Übergängen in beliebiger Stelle des Funktionsquerschnitts der Mehrschicht-'. struktur.In order to be able to improve the achieved effects even further, the gradient of the activator concentration is at the PN junctions in the zone where the PN junctions between the Base and the other layers on the surface of the semiconductor body occur, equal to or smaller than the gradient the activator concentration for the same PN junctions in any point of the functional cross-section of the multilayer '. structure.

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Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die Arbeitsspannung· der Mehrschichtstruktur im Gegenteil durch einen Lawinendurchbruch dieses inneren Teiles der Dreischichtstruktur begrenzt ist» Das Halbleiterbauelement kann sodann erfolgreich zur Absorption von aus den Kreisen kommenden Überspannungswellen, wo dieses Bauelement ohne die unerwünschten Nebeneffekte arbeitet - im Falle eines Thyristors Zündung beim Durchbruch der Vierschichtstruktur - verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Mehrschicht-Halbleiterbauelement kann der Steuerkontakt vorzugsweise im äußeren Umfangsbereich durch Unterbrechung der Oberfläche eines der äußeren elektrischen Kontakte als ein abgetrennter äußerer elektrischer Kontakt einer Steuerelektrode ausgebildet sein.In this way it can be achieved that the working voltage · of the multilayer structure, on the contrary, by a Avalanche breakdown of this inner part of the three-layer structure is limited »The semiconductor component can then successful in absorbing overvoltage waves coming from the circles, where this component without the undesired Side effects works - in the case of a thyristor ignition when the four-layer structure breaks through - used will. In the multilayer semiconductor component according to the invention can the control contact preferably in the outer circumferential area by interrupting the surface of one of the external electrical contacts can be designed as a separate external electrical contact of a control electrode.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der beigelegten Zeichnung beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to the accompanying drawing. Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vierschicht-Diode;1 shows the basic structure of a four-layer diode;

ITig. 2 einen Thyristor, dessen Steuerelektrode durch Unterbrechung eines der Hauptkontakte in seinem äußeren Umfangsbereich ausgebildet ist.ITig. 2 a thyristor, the control electrode through Interruption of one of the main contacts is formed in its outer peripheral region.

Fig. 1 zeigt eine Vierschicht-Halbleiterdiode, enthaltend a\ußere elektrische Kontakte 6, 16, zwischen welchen zwei Bereiche ausgebildet sind, von welchen der äußere Bereich A drei Schichten besitzt und der innere Bereich B, der den Funktionsquerschnitt bestimmt, zumindest vier Schichten auf-Fig. 1 shows a four-layer semiconductor diode containing outer electrical contacts 6, 16, between which two Areas are formed, of which the outer area A has three layers and the inner area B, the Functional cross-section determined, at least four layers

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weist. Die gemeinsame Basis 1 besteht üblicherweise aus dem Einkristall-Grundmaterial bestimmten Leitfähigkeitstyps, die zwei weiteren Schichten 2, 12, zwischen denen die Basis liegt, weisen den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf, während die vierte Schicht 3 des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die Basis 1 ist» Die äußere Umfangszone der Basis 1 in der Dreischichtstruktur ist mit 1 a bezeichnet.shows. Common base 1 usually consists of the Single crystal base material of a certain conductivity type, the two further layers 2, 12, between which the base lies, have the opposite conductivity type, while the fourth layer 3 of the same conductivity type as the base 1 is »the outer peripheral region of the base 1 in the three-layer structure is denoted by 1 a.

Der Thyristor nach Fig. 2 besitzt praktisch dieselbe Struktur wie das in Fig. 1 gezeigte Element, mit dem Unterschied, daß die Steuerelektrode 7 im äußeren Bereich A des Elementes durch Unterbrechung des Hauptkontaktes in der Nähe der vierten Schicht 3 ausgebildet ist.The thyristor according to FIG. 2 has practically the same structure as the element shown in FIG. 1, with the difference that that the control electrode 7 in the outer area A of the element by breaking the main contact in the vicinity the fourth layer 3 is formed.

Der das elektrische Feld in der Nähe der Oberfläche 5 beeinflussende Oberflächenstrom tritt in die Oberflächenzone und verläßt dieselbe über die äußeren elektrischen Kontakte 6, 16, die dem äußeren Umfangsbereich A zugehören,und infolgedessen bleibt das elektrische Feld im Funktionsquerschnitt B der Vierschichtstruktur unbeeinflußt. Im Falle, daß der Gradient der Aktivatorkonzentration am Übergang k a im äußeren Umfangsbereich A kleiner oder gleich ist dem Gradienten der Aktivatorkonzentration im Funktionsquerschnitt B, wird die äußere Charakteristik des Mehrschichtelementes bei geeigneter Entblößung der Oberfläche 5 praktisch überhaupt nicht beeinflußt. Ist jedoch dieser Gradient größer, so richtetThe surface current influencing the electric field in the vicinity of the surface 5 enters the surface zone and leaves it via the external electrical contacts 6, 16, which belong to the outer circumferential area A, and consequently the electric field in the functional cross-section B of the four-layer structure remains unaffected. In the event that the gradient of the activator concentration at the transition k a in the outer circumferential area A is less than or equal to the gradient of the activator concentration in the functional cross-section B, the external characteristics of the multilayer element are practically not influenced at all if the surface 5 is suitably exposed. If, however, this gradient is greater, then directs

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sich die äußere Charakteristik im Bereich der Durchbruchspannung nach diesem Gradienten, und im Falle eines ausreichend großen Unterschiedes kann überhaupt keine entsprechende Durchbruchspannung der Vier- oder Mehrschichtstruktur erreicht werden.the external characteristic in the range of the breakdown voltage according to this gradient, and in the case of a sufficient There can be no corresponding breakdown voltage of the four-layer or multilayer structure at all can be achieved.

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Claims

1 .J multilayer semiconductor component containing several adjacent Zones of different performance types, which are in a single single crystal semiconductor body between external electrical contacts are formed, characterized in that there are three Contains layers (1 a, 2, 12), of which the middle layer (1 a) forming the base (i) of the component contains the same Conductivity type as the base material that • the other two layers (2, 12) opposite to the base (i) Conductivity type and in the middle part of one of these edge layers (2, 12) a fourth layer (3) The same conductivity type as the base (i) is formed, which has the functional cross-section (b) of the semiconductor component determined, whereby the peripheral area (A) of the edge layer (2, 12) is short-circuited with the fourth layer (3) by one of the external electrical contacts (6 or 16).

2. Multi-layer semiconductor component according to claim 1, characterized characterized in that the width of the outer peripheral region (a) Two thousand to ten thousand times greater than the thickness of the The base (1) of the component is calculated from the point where the PN junction on the surface (5) of the semiconductor body kick «

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3. Multi-layer semiconductor component according to claim 1, characterized characterized in that the gradient of the activator concentration at the PN junctions in the zone. (1 a), where the PN junctions occur between the base (i) and the other layers (2, 12) on the surface (5) of the semiconductor body, the same or is smaller than the gradient of the activator concentration for the same PN junctions in any point (4 b) of the functional cross-section (b) the multilayer structure.

4. Multi-layer semiconductor component according to claims 1 and 2, characterized in that the gradient of the activator concentration of the PN junction in the outer peripheral region (A) in Direction towards the center of the four or multi-layer structure, starting with the distance that is at least five times Thickness of the base (1) of the component corresponds, is greater than the gradient of the same PN junction in the functional cross-section (b) the multilayer structure.

5. Multi-layer semiconductor component according to Claims 1 to 4, characterized in that in the outer peripheral region (A) by interrupting the surface of one of the outer electrical contacts (6, 16) a separated outer electrical Contact of a control electrode (7) is formed.

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