DE1817497C3

DE1817497C3 - Verfahren zum Einstellen des Stromverstärkungsfaktors einer oder mehrerer lateraler Transistorzonenfolgen eines vertikalen Planartransistors oder eines Planarthyristors mit mindestens zwei Emitterzonen

Info

Publication number: DE1817497C3
Application number: DE19681817497
Authority: DE
Inventors: 7030 Böblingen Werner Kurt Dr. Kappallo
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1968-12-30
Filing date: 1968-12-30
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE1817497A1; DE1817497B2

Description

Beim Entwurf von integrierten Halbleiterschaltungen ergeben sich eine Reihe von bei mit Einzelhalbleiterbauelementen aufgebauten Schaltungen unbekannten Schwierigkeiten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einer integrierten Halbleiterschaltung die einzelnen Schaltungselemente bereits infolge des monolithischen Aufbaus über die schaltungsmäßig erwünschten Verbindungen hinaus weitere gegenseitige galvanische Verbindungen aufweisen und daher nicht mehr voneinander j unabhängig sind. Streng genommen beeinflußt vielmehr jedes Schaltungselement einer Schaltung jedes andere Schaltungselement dieser Schaltung und es ergeben sich eine Anzahl von parasitären Effekten.
So weist jede Längeneinheit eines z. B. als P-leitende

in Schicht in ein N-leitendes Gebiet eingebetteten Widerstandes außer dem eigentlichen Widerstandswert auch noch einen Kapazitätswert auf, so daß ein derartiger Widerstand exakt als elektrische Leitung mit verteilter Kapazität zu beschreiben ist.

Weiterhin sind außer den bei passiven Schaltungselementen auftretenden parasitären Effekten noch weitere sogenannte aktive parasitäre Effekte zu berücksichtigen, da durch den integrierten Schaltungsaufbau außer in den gewünschten Transistoren weitere Foleen von

2i) PN-Übergängen zustande kommen, die unerwünschte Transistoren oder Thyristoren bilden. Diese ergeben sich insbesondere durch die Benutzung eines für alle integrierten Schaltungselemente gemeinsamen Halbleitersubstrates, wobei die Isolation einzelner Schaltungselemente gegeneinander mittels in Sperrichtung vorgespannter PN-Übergänge realisiert wird.

So zeigt bereits die Betrachtung einer verhältnismäßig einfachen Halbleiterschaltung, bei der in einer Halbleiterschicht ein NPN-Transistor mit einem eindif-

Jo fundierten (P-Ieitenden) Arbeitswiderstand integriert ist, daß außer dem eigentlichen NPN-Transistor noch parasitäre PNP-Trwisistoren auftreten.

Seit dem Aufkommen der Technik der integrierten Halbleiterschaltungen erlangten besonders im Zusam-

3^ menhang mit logischen Schaltungen und integrierten Festkörperspeichern Mehremittertransistoren eine gewisse Bedeutung, vgl. z. B. »Electronics«, Bd. 36, Nr. 37, vom 13. SepL 1963, Seiten 25 bis 29.
Bei diesen sind in einer z. B. P-Ieitenden Basiszone mindestens zwei N-Ieitende, als Emitter wirkende Zonen vorgesehen, wie dies in F i g. I dargestellt ist

Als weitere Form derartiger integrierter Halbleiterbauelemente wurden auch Thyristoren bekannt. Neben den Thyristoren mit vertikaler Zonenfolge wurden auch

·»■"» bereits Planarthyristoren bekannt, bei denen die gesamte planare Vierzonenfolge aus einer vertikalen und einer lateralen Transistorzonenfolge aufgebaut ist, wobei z. B. der vertikale Transistorteil die Zonenfolge NPN und der horizontale Transistorteil die Zonenfolge /WPaufweist. Eine derartige Vierzonenanordnung ist in F i g. 2 gezeigt. Die Zonenfolge 23, 22, 21 bildet den vertikalen Λ/ι/W-Transistorteil, die Zonenfolge 24, 21, 22 den lateralen Pi/W-Transistor, wobei die A/i-Zone 23 aU Kathodenzone, die P-Zone 22 als Steuerzone und die PrZone 24 als Anodenzone wirken.

Nach dem Vorstehenden ist zu erwarten, daß bei Planartransistoren mit mehreren Emittern nach Art der F i g. 1 aufgrund von Wechselwirkungen der Emitterzonen untereinander sowie mit anderen Zonen parasitäre

w> Effekte entstehen, die auch als Kopplung bezeichnet werden können und welche die Arbeitsweise der Planartransistoren teilweise erheblich beeinträchtigen, Bisher war man der Ansicht, daß solche störenden parasitären Effekte durch Einbau von die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger begrenzenden Substanzen, z. B. von Gold, in ausreichendem Maße unterdrückt werden könnten, vgl. z. B. »Solid-State Electronics« Bd. 11 (1968), Nr. 4, Seiten 437 bis 444. Dort ist außerdem ein

Aufbau eines Planarthyristors beschrieben, der eine vertikale und eine laterale Transistorzonenfolge aufweist und zwischen hochdotierten Isolationsgebieten angeordnet ist. Zur Unterdrückung einer parasitären Transistorwirkung aufgrund der hochdotierten Isola- ϊ tionsgebiete ist die Anordnung einer vergrabenen Schicht vom Leitungstyp der Koliektorzone des vertikalen Transistorteils beschrieben. Mit der damit erreichbaren starken Reduzierung des Stromverstärkungsfaktors der parasitären Transistorstruktur geht i<> eine leichte Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors des lateralen Transistorteils des Planarthyristors einher. Die Unterdrückung derartiger parasitärer Transistorwirkungen zu benachbarten Isolationsgebieten ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer Golddotierung nur bedingte Abhilfe geschaffen werden kann und daß für die Kopplung der Emitterzonen untereinander zwei grundsätzlich verschiedene Ursachen wirksam sind. Zum besseren Verständnis dieser beiden verschiedenen Kopplungsursachen sei auf den in F i g. 1 dargestellten Planartransistor mit zwei Emitterzonen zurückgegriffen. Die beiden Emitterzonen tragen die Bezugszeichen E\ und Ei, während die beiden Emitterzonen gemeinsame Basiszone mit B und die Kollektorzone mit C bezeichnet ist Die Zonenfolge E\ BC sowie E2 B C stellen zwei äquivalente vertikale Transistoren dar, und die Zonenfolge E\ B Ei wird unter bestimmten Betriebsbedingungen als lateraler Transistor wirksam. Diese Transistorwirkung tritt besonders dann ein, wenn in entweder der Emitterübergang E\ B oder der Emitterübergang Ei B in Sperrichtung gepolt ist, so daß dieser Emitterübergang in der Lage ist, die von dem anderen Emitterübergang emittierten Ladungsträger zu sammeln. Diese oft unerwünschte Transistorwirkung v/ird auch mit »erster oder regulärer lateraler Effekt« bezeichnet Ein weiterer, etwas anders gearteter parasitärer Effekt tritt in der lateralen Zonenfolge E\ B Ei dann ein, wenn der Kollektorübergang CB des vertikalen Planartransistors in Durchlaßrichtung betrieben ist, so daß von diesem emittierte Ladungsträger eine Kopplung zwischen den Emitterzonen E\ und Ei bewirken können. Dieser Zustand liegt bei Sättigungsbetrieb einer vertikalen Transistorzonenfolge vor, auf den später noch eingegangen wird, und wird auch »zweiter oder fiktiver lateraler Effekt« genannt

In vielen Fällen, z. B., wenn die Zonenanordnung nach F i g. I als Zweiemittertransistor zur Realisierung von logischen Funktionen benutzt werden soll, ist eine Kopplung zwischen den beiden Emitterzonen E_x und E₂ unerwünscht. Andererseits sind Betriebsweisen des Planartransistors mit mehreren Emittern denkbar, bei denen eine derartige Kopplung einen Nutzeffekt ergibt, so daß man in diesen Fällen den regulären oder den fiktiven lateralen Effekt möglichst wirksam machen möchte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine Beeinflussung der bei vertikalen Planartransistoren oder bei Planarthyristoren mit mehreren Emittern bei bestimmten Betriebs- ω weisen besonders ins Gewicht fallenden regulären oder fiktiven lateralen Effekt in der Weise gestattet, daß dieser Effekt bzw. der als Maß für ihn substituierbare Stromverstärkungsfaktor der lateralen Zonenfolge entweder hinreichend klein gemacht werden kann, t>^r> wenn er für den Betrieb des Halbleiterbauelementes unerwünscht ist oder daß dieser Verstärkungsfaktor ausreichend vergrößert werden kann, falls auf ihm der eigentliche Nutzen beruht

Insbesondere soll das Verfahren auch zur Umerdrükkung der Kopplung der Emitter untereinander brauchbar sein, die infolge eines Sättigungsbetriebes einer vertikalen Transistorzonenfolge auftritt und die mittels einer die Lebensdauer herabsetzenden Dotierung nicht wirksam unterdrückt werden kann.

Die genannte Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren in Ausführungsbeispielen erläutert. In den Figuren bedeuten:

Fig. la und Ib Draufsicht und Schnittdarstellung eines Planartransistors mit zwei Emitterzonen;

F i g. 2 Schnittdarstellung einer Vierzonendiode:

Fig.3 eine schematische Transistordarstellung und eine Betriebsschaltung zur Erläuterung der Definition und der Meßmethode für die laterale Stromverstärkung ßh;

Fig.4 Schnittdarstellung des Plasuttransistors von F i g. 1 mit eingezeichneten Pfeilen zur Erläuterung der verschiedenen, dem Transistorzonenaufbau zugeordneter Verstärkungsfaktoren;

F i g. 5a eine schematische Transistordarstellung und eine Betriebsschaltung zur Veranschaulichung der Definition der normalen Stromverstärkung ß„ (Schaltung mit gemeinsamem Emitter), die Injektion erfolgt hierbei von der Emitterzone E\ oder Ei;

F i g. 5b eine schematische Transistorüarstellung und eine Betriebsschaltung zur Veranschaulichung der Definition der inversen Stromverstärkung α,-(Schaltung mit gemeinsamer Basis), hier wird ein Strom Ie von der Kollektorzone Cinjiziert;

F i g. 6 ein Halbleiterbauelement, in dem ein vertikaler Zweiemittertransistor (Fig. 1) und eine laterale Vierzonendiode (F i g. 2) kombiniert sind;

F i g. 7 eine schematische Darstellung des Halbleiterbauelementes von Fig.6, und eine Betriebsschaltung für dessen Verwendung als Schalter;

F i g. 8 eine Ausführung der Schaltung nach F i g. 7 mitteis eines herkömmlichen bekannten Relais;

F i g. 9 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Arbeitsstromes h eines Emitters des Halbleiterbauelementes von F i g. 6 in der Betriebsschaltung nach F i g. 7 von dem Anodenstrom U sowie von der Spannung der Stromquelle Va 2·

Der in Fig. la und Ib dargestellte Zweiemitter-Planartransistor zeigt die Kollektorzone C, in welcher die Basiszone B eingebettet ist, in die wiederum die beiden Emitterzonen £1 und Ei einbezogen sind. Der Leitfähigkeitstyp dieser Zonen ist alternierend, wobei die Zonenfolge PNP oder NPN gewählt werden kann. In Fig.l ist daher für die Zonen kein spezieller Leitfähigkeitstyp festgelegt

Ein Transistor mit drei Zonen alternierenden Leitfähigkeitstyps kann bekanntlich in vier verschiedenen Weisen betrieben werden, wobei die Betriebsweise von der jeweiligen Polung der beiden Übergänge abhängt. Da insgesamt zwei Übergänge zu betrachten sind und jeder in Sperr- oder in Durchlaßrichtung gepolt werden kann, ist jeder Transistor in vier verschiedenen Weisen betreibbar. In der normalen Arbeitsweise ist der Emitterübergang in Durchlaßrichtung und der Kollektorübergang in Sperrichtung gepolt. Bei umgekehrter Polung erhält man die sogenannte inverse Betriebsweise, die sich meist wegen der Unsymmetrie der

Transistoren stark von der normalen Betriebsweise unterscheidet. Nur bei völliger Symmetrie des Transistorzonenaufbaus sind bei beiden Betriebsweisen gleiche Verstärkungsfaktoren zu erwarten.

Sind beide Übergänge in Durchlaßrichtung gepolt, so spricht man vom Sättigungsbetrieb. Bei der vierten Betriebsweise sind beide Übergänge gesperrt und der Transistor führt bei dieser Polung keinen wesentlichen Strom. Sind nun in dem in Fig. 1 dargestellten Planartransistor mit zwei Emittern beide Emitterübergänge E\ B und Ei B in Flußrichtung vorgespannt, so weisen beide Zonen F.mitterwirkung auf und werden keine wesentliche gegenseitige Kopplung erfahren. Ist dahingegen einer der beiden EmitterQbergänge in Sperrichtung vorgespannt, so ergibt sich^%eine Transistorwirkung der lateralen Zonenfolge E\ B E₁ bzw. E₁ B E], was dem erwähnten regulären lateralen Effekt entspricht, der z. B. als unerwünscht zu betrachten ist. wenn der Planartransistor als Zweiemittertransistor hptriphpn wprHpn soll. Ha hiprhpi in Hpr RpppI pinr möglichst große Unabhängigkeit zwischen den einzelnen vertikalen Transistorteilen angestrebt wird.

Dieser reguläre laterale Effekt der lateralen Transistorzonenfolge läßt sich nun verhältnismäßig einfach dadurch unterdrücken, daß man den Abstand zwischen den Emitterzonen groß macht. Außerdem bietet sich die Möglichkeit an, durch Einbau von Rekombinationszentren in den Raum zwischen den verschiedenen Emitterzonen die Rekombinationswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Als Material hierfür ist Gold besonders geeignet, das häufig in der Halbleitertechnik zur Herabsetzung der Lebensdauer der Ladungsträger angewendet wird.

Der bereits erwähnte zweite, schwerwiegendere, sogenannte fiktive laterale Effekt läßt sich dagegen nur teilweise durch eine die Lebendauer der Ladungsträger verkürzende Dotierung eliminieren. Der fiktive laterale Effekt tritt nur dann auf, wenn ein vertikaler Transistorteil in der Sättigung arbeitet, wenn also der Übergang CB in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, so daß von der Kollektorzone C Ladungsträger emittiert werden, die sich in Richtung auf die Emitterzonen E₁ und E₂ zu bewegen und eine Kopplung dieser Emitterzonen bewerkstelligen. Der fiktive iateraie Effekt wird demnach auftreten, wenn mindestens ein vertikaler Transistorteil in Sättigung geht und damit auch invers arbeitet. Hierbei ergibt sich eine erhöhte Stromverstärkung der lateralen Transistorzonenfolge.

Jeder der in dem Planartransistor nach F i g. 1 enthaltenen Transistorteile kann charakterisiert werden durch einen zugehörigen Stromverstärkungsfaktor. Berücksichtigt man nun die Tatsache, daß außer dem Stromverstärkungstaktor <%. gegeben durch das Verhältnis von Kollektorstrom zum Emitterstrom (Schaltung mit gemeinsamer Basis), noch der Stromverstärkungsfaktor β durch das Verhältnis vom Kollektorstrom zum Basisstrom definiert ist (Schaltung mit gemeinsamem Emitter), wobei aus beiden Definitionen der Zusammenhang ß =

1 -

welcher ein Maß für die Kopplung der Emitterzonen E\ und E₁ infolge der beim inversen Betrieb der vertikalen Transistorzonenfolge von dem Übergang CB in Richtung auf die Emitterzonen £Ί und E₁ injizierten Ladungsträger ist. Die Emitterzone E₁ wirkt hier als Kollektor der lateralen Transistorzonenfolge. Der Stromverstärkungsfaktor/?i2 der lateralen Transistorzonenfolge E\ B E₁ in Schaltungen mit gemeinsamem Emitter ist demnach definiert als Verhältnis des Kollektorstromes /02 zum Basisstrom Ir. also als das Verhältnis lcnlln- Entsprechend ist der Stromverstärkungsfaktor ß'i\ der lateralen Transistorzonenfolge E₁BEx definiert als das Verhältnis des Kollektorstromes /ei zum Basisstrom Ip. also als das Verhältnis /ei//»

Es sei darauf hingewiesen, daß der Stromverstärkungsfaktor ß\₂ vermöge eines Kunstgriffes der Messung zugänglich ist. Läßt man nämlich die Kollektorzone des Planartransistors ohne definiertes Potential, so u/erden di^p mpktpn Hpr vnn Hrr ('mittprznnp Fi injizierten Ladungsträger den Kollektorübergang BC erreichen und so die vertikale Transistorzonenfolge in die Sättigung treiben, wobei ein Teil dieser Ladungsträger von der schaltungsmäßig als Kollektor wirkenden Emitterzone E₁ gesammelt werden. Die Tatsache, daß die Kollektorzone Cbei der Messung ohne bestimmtes Potential (ohne Anschluß) bleibt, kommt in der Fig. 3 durch die Angabe der Vorschrift /_f ■= 0 zum Ausdruck.

Um nur die Maßnahmen zur Lösung der gestellten Aufgabe besser übersehen zu können, wurde eine Analyse des Transistorzonenaufbaus nach F i g. 1 durchgeführt, indem die Ströme der einzelnen Transistorzonenfolgen in normaler und inverser Richtung einzeln bestimmt und zur Beschreibung der Arbeitsweise des Gesamttransistors superponiert wurden. Dieses ist unter Zugrundelegung eines linearen Transistorverhaltens gerechtfertigt, wobei der Zusammenhang zwischen den Ladungsträgerdichten und den Strömen innerhalb eines gewissen Bereiches als linear anzusehen ist. Unter Zugrundelegung des genannten Sachverhaltes wurden folgende Ausdrücke gewonnen, welche die Abhängigkeit des Stromverstärkungsfaktors ß' der lateralen Transistorzonenfolge E\ B E₁ bzw. E₂ B E\ von einer keine unten naher bezeichneten Parametern darstellt.

hervorgeht, sowie daß jede Transistorzonenfolge sowohl in der normalen Richtung als auch in inverser Richtung betrieben werden kann, so sieht man, daß grundsätzlich eine größere Zahl von Verstärkungsfaktoren definiert werden kann.

Die F i g. 3 zeigt schematisch einen NPN-PIanartransistor mit der in F i g. 1 dargestellten Zonenanordnung und dient zur Erläuterung des Begriffes des Stromverstärkungsfaktors ß'n der lateralen Transistorzonenfolge.

/«■

i'nl

Durch Vertauschen der Indizes 1 und 2 ergibt sich folgender Ausdruck

-T₊ M -

Hierbei bedeuten:

ß'\2 den Stromverstärkungsfaktor in Schaltung mit gemeinsamem Emitter für die laterale Zonenfolge Ei B E₂ in der die Emitterzone Ei als Emitter und die Emitterzone E? als Kollektor wirksam ist:

ßn den .Stromverstärkungsfaktor in Schaltung mit gemeinsamem Emitter für die laterale Zonenfolge E₂ B l'\, in der die Emitterzone E₂ als Emitter und die Emitterzone /:Ί als Kollektor wirksam ist;

λ,ι den inversen Stromverstärkungsfaktor der vertikalen Transistorzonenfolge E\ B C ir Schaltung mit gemeinsamer Basis;

Vj den inversen .Stromverstärkungsfaktor der vertikalen Transistorzonenfolge EjBC in Schaltung mit gemeinsamer Basis;

/)„i den normalen Stromvcrstärkuiigsfaktor der vertikalen Transistorzonenfolgc L\ B C in Schaltung mit gemeinsamem Emitter;

/J₁, ι den normalen Stromverstärkungsfaktor der vertikalen Transistorzonenfolge EiBC in Schaltung mit gemeinsamem Emitter;

/( den Kollcktorstrom des vertikalen Planartransistors und

//) den Basisstrom des vertikalen Planartransistors.

Fig. 4 zeigt nochmals die Schnittdarstellung von F" ig. I b. in welche die meisten der in den Ausdrucken (I) und (2) als Parameter vorkommenden Stromverstärkungsfaktoren in der Weise eingetragen sind, daß an jeder einzelnen Transistorzonenfolgc ein Pfeil in die Richtung der von der jeweiligen Emitterzone emittierten Minoritätsladungsträger weist.

Die F i g. 5 zeigt zwei weitere schematische Transistordarstellungen zur Erläuterung der Definition der in (1) Gie Größe ß{₂ bestimmenden Paramter«, und ß„. Die Figur zeigt außerdem die Meßschaltungen und gibt die betreffenden Parameter als Quotienten der gemessenen Ströme an.

Zur experimentellen Bestätigung der Beziehung (I) bzw. (2) seien in der folgenden Tafel noch einige Meßergebnisse für ß\₂ und ß'₂\, die mittels des oben erwähnten Kunstgriffes gemessen wurden, mit den entsprechenden nach (I) bzw. (2) berechneten Werten verglichen.

IU:
berechnet

gemessen

ß':\
berechnet

0.20	0,21	0.69	0,59
0.19	0.21	0.62	0.60
0.16	0.20	0.62	0,61

falls aus dem in Fig. 2 gezeigten Zonenaufbau einer Vierzonendiode durch Hinzufügen zweier weilerer Emitterzonen Ni und Λ/j. Macht man in dem Halbleiterbauelement mit dem Zonenaufbau nach Fig. 6 den Stromverstärkungsfaktor ß' der lateralen Transistorzonenfolge N\ P₂ N₂ oder N\ P₂ N₃ oder mit anderen Worten die Kopplung zwischen den Emitterzonen Nj, N₂ und N] genügend hoch, so bekommt man ein Halbleiterbauelement mit der Wirkungsweise eines selbsthaltenden Relais mit zwei Arbeitskontakten zur simultanen Schaltung von zwei verschiedenen Spannungsquellen Vbi und Vfl3, wobei die Emitterzonen Ni und /V) den Relaiskontakten für die zufließenden Ströme und die F.mitterzone N] einem für die Rückleitung gemeinsamen Kontakt entsprechen. Die entsprechende Schaltung ist in Fig. 7 unter Benutzung einer dem Zonenaufbau von F i g. 6 entsprechenden schematischen Darstellung des Halbleiterbauelementcs gezeigt. Im einzelnen arbeitet das als elektronisches Relais wirkende Halbleiterbauelement wie folgt:

Wenn der Vierzonendiodenteil P\ N P₂ /V₁ über die Steuerelektrode an der Basiszone Pi gezündet wird, geht der Transistorteil N] Pi N in Sättigung, d. h. von der /V-Zone werden Elektronen injiziert, die von den positiv vorgespannten Emitterzonen N₂ und ΛΛ teilweise gesammelt werden und dadurch einen Strom nach der herkömmlichen Zählrichtung in die Emitterzonen N₂ und Ni liinein ergeben. Diese Ströme sind in der F i g. 7 mit /2 und h bezeichnet.

Es läßt sich zeigen, daß die Emitterzonen N₂ und N> sich ähnlich verhalten wie die Kollektorzonen eines Zweikollektortransistors mit der Emitterzone N\ und der Basiszone P₂. mit anderen Worten, die Ströme I₂ und /j können gleichzeitig durch den Anodenstrom /i gesteuert werden. Benutzt man die Emitterzonen N₂ und Ni zum Schalten, so kann ähnlich wie bei einem Schalttransistor der Schaltzustand »ein« durch Zünden des Vierzonendiodenteils und der Schaltzustand »aus« durch Ausschalten des Vierzonendiodenteils realisiert werden. Diese Betriebsart entspricht derjenigen eines selbsthaltenden Relais mit mehreren Schaltkontakten, von denen jeweils der eine I ' ■- ' '•emeinsamem Potential liegt.

gemessen

Als Beispiel für ein Halbleiterbauelement, dessen Funktion auf dem im vorgehenden erläuterten fiktiven lateralen Effekt einer oder mehrerer lateraler, als Transistorzonenfolgen beruht ist in Fig.6 eine Kombination aus einer Vierzonendiode nach F i g. 2 und einem Zweiemittertransistor nach F i g. 1 in Schnittdarstellung gezeigt Ein solches Halbleiterbauelement stellt einen Planarthyristor mit drei Emittern dar.

Sieht man von dem eine Vielzahl gleicher Zonenanordnungen von Schaltungselementen tragenden Halbleitersubstrat 61, der Subkollektorzone 62 und den der Isolation dienenden Diffusionszonen 63 ab, so kann eine solche Kombination aus der Transistorzonenanordnung der F i g. 1 durch Hinzufügen einer weiteren Emitterzone /V₃ und der als Anode wirkenden Zone P\ erhalten werden. Das Halbleiterbauelement ergibt sich gleichVerbindung mit einem einen Vierzonendiodenteil und einen Zweiemittertransistorteil aufweisenden Halbleiterbauelement beschriebenen Schaltaufgabe mittels eines herkömmlichen bekannten Relais mit drei Arbeitskontakten K\. K₂ und Kj, von denen K\ so geschaltet ist daß das Relais nach kurzzeitiger Erregung der Wicklung 5 mitteis des Schalters Z in diesem erregten Zustand verbleibt, bis der Haltestrom an irgendeiner Stelle unterbrochen wird. Da alle Kontakte Ali, K₂ und Al₃ simultan betätigt werden, sind bei erregter Wicklung Sdie Stromquellen + Vbi und + Ve₃ über die Arbeitswiderstände R₂ und A₃ sowie über die Kontakte Kt und Ali und über die gemeinsame mit Masse verbundene Rückleitung eingeschaltet.

Aus dem Vergleich der F i g. 7 und 8 ergibt sich die Analogie zwischen Anodenstrom Ia und dem Erregerstrom für die Spule S. zwischen Zündung des Vierzonendiodenteils des Halbleiterbauelements und der Betätigung des Kontaktes Z zwischen der Emitterzone N] und dem für die Selbsthaltung des Relais ausgenützten Kontakt Ali sowie zwischen den Emitterzonen Afc und N] und den Arbeitskontakten A^ und Al₃.

Im Gegensatz zur Wirkungsweise des Relais, welches ausschließlich für diskontinuierliche Schaltvorgänge

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(ein, aus) geeignet ist, besteht aber bei dem beschriebenen Halbleiterbauelement darüber hinaus die Möglichkeit, über die Emitterzonen und Nj fließende Nutzströme I2 und Λ in kontinuierlicher Weise in Abhängigkeit vom Anodenstrom Ia zu steuern. Dies geht aus Messungen hervor, deren Ergebnisse in der F i g. 9 dargestellt sind. Hierzu wurden an einem Halbleiterbauelement mit einem der in F i g. 6 dargestellten

10

Zonenanordnung entsprechenden Zonenaufbau der Strom /2 bei verschiedenen Anodenströmen I,\ und für verschiedene Spannungen der Spannungsquelle Vbi mittels eines Kurvenschreibers gemessen. Die Kurven zeigen deutlich das starke Anwachsen des zu steuernden Stromes h mit wachsendem Anodenstrom Ia, während die Abhängigkeit von der jeweiligen Spannungsquelle gering ist (Betrieb eines Transistors im aktiven Gebiet).

Hierzu 2 lilatt Zeichnungen

ZEICHNUNGEN BLAn 2

FIG. 6

Nummer: 1817 497

Int. Cl.*: H 01 L 29/72

Bekanntmachungstag: 26. Juni 1990

FIG.7

lh

■ Γ

n-

—	\|N3



JL
N
P₂
IN2

FIG. 8

UQO +V DJ

FIG.9

= 9mA

0.6 i.O 1.4

1.8 Vn? (VOIT)

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einstellen des Stromverstärkungsfaktors einer oder mehrerer lateraler Transistorzonenfolgen eines vertikalen Planartransistors mit einer Kollektorzone, einer Basiszone und mindestens zwei in die Basiszone eingelassenen Emitterzonen, die eine gleiche Zahl vertikaler Transistorzonenfolgen und mindestens eine laterale Transistorzonenfolge bilden, oder eines Planarthyristors mit einer ersten Basiszone, in die eine zweite Basiszone und eine Anodenzone eingelassen sind, und mindestens zwei in die zweite Basiszone eingelassenen Emitterzonen, die eine gleiche Zahl vertikaler Transistorzonenfolgen und mindestens eine laterale Transistorzonenfolge bilden, und bei dessen Betrieb mindestens ein Emitter-Übergang in Durchlaß- und mindestens ein Emitter-Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Strom Verstärkungsfaktors (z.B. #2, ßit in Fig.4) einer der lateralen Transistorzonenfolgen (z. B. Et BE₂) durch den Wert des inversen Stromverstärkungsfaktors («,) mindestens einer der vertikalen Transistorzonenfolgen (E₁BC, E₂BC) eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein großer Wert des inversen Stromverstärkungsfaktors («;) dadurch erzielt wird, daß eine vergrabene Schicht (62) vom Leitungstyp der Kollektorzone bzw. der ersten Basiszone (N) nahe an der Basiszone bzw. der zweiten Basiszone (P₂) angeordnet wird (z. B. F i g. 6).

3. Verfahren zum Einstelle*", des Stromverstärkungsfaktors einer oder mehrerer lateraler Transistorzonenfolgen eines vertikale ι Planartransistors oder eines Planarthyristors nach Anspruch 1, und zwar eines solchen Planartransistors oder Planarthyristors, bei dessen Betrieb mindestens eine der vertikalen Transistorzonenfolgen in die Sättigung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem vorgegebenen Wert des inversen Stromverstärkungsfaktors (λι) der vertikalen Transistorzonenfolge(n) (EtBC, E₂BC) der Wert des Stromverstärkungsfaktors (z.B. ßit in Fig.4) mindestens einer der lateralen Transistorzonenfolgen (z. B. EtBE₂) durch den jeweiligen Sättigungsgrad der vertikalen Transistorzonenfolge (z. B. EtBC) eingestellt wird, die im Betrieb in die Sättigung gelangt.

4. Verfahren zum Einstellen des Stromverstärkungsfaktors einer oder mehrerer der lateralen Transistorzonenfolgen eines Planarthyristors nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zünden der Thyristorzonenfolge(n), (PtNP₂Nt in Fig.6) die diese vertikale(n) Transistorzonenfolge(n) (NP₂Nt) enthält bzw. enthalten, über die Steuerelektrode an einer der Basiszonen (P₂-N) diese vertikale Transistorzonenfolge(n) (NP₂Nt) in die Sättigung getrieben wird bzw. werden.