DE2149761B2 - Thyristor mit isolierter feldsteuerungselektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DT-OS 15 89 681 ist ein Halbleiterelement entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt, das als elektronischer Koppelpunkt für die Durchschaltung von Sprechwegen in Fernsprechanlagen dient Bei diesem bekannten Halbleiterelement erfolgt eine Durchschaltung in den Leitzustand nur, solange an der Steuerelektrode ein Signal anliegt.

Aus den Vorveröffentlichungen »Applied Physics Letters«, Band 8, Nr. 6 und »Proceedings of the IEEE«, Band 54, Nr. 6 sind Verfahren zur Herstellung von Fangzentren für bestimmte Ladungsträger in Isolierschichten aus S1O2 beschrieben, bei denen die Isolierschichten einer Strahlung mit hoher Energie ausgesetzt werden. Durch diese Bestrahlung ändern sich die Eigenschaften von MOS-Kondensatoren bzw. von MOS-Halbleitern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, der eine Speicherung eines an ihn angelegten Steuersignals ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Thyristor befimden sich in der Isolierschicht Ladungsträger- Fangzeintren, die entweder durch Dotierung der Isolierschicht mit niedrige Niveaus bildenden Dotierstoffen wie Au, Cu, Na, Fe und Ni erzeugt werden oder durch Gatterfehler entstehen. Derartige Gitterfehler werden durch Bestrahlung mit radioaktiven Strahlungen oder durch Änderung der Bedingungen beim Dampfniederschlag herbeigeführt. Beim Anlegen eines Steuersignals an die Steuerelektrode werden Ladungsträger in den Ladungsträger-Fangzentren eingefangen und dort festgehalten. Wenn das Steuersignal wieder abgetrennt wild, bleiben die entsprechenden Ladungsträger weiter in den Ladungsträger-Fangzentren festgehalten, so daß durch die dadurch entstehende Ladung das gleiche Potential wie beim Anlegen des Steuersignals bestehen bleibt Auf diese Weise bleibt der Leitzustand des Thyristors, der beim Anlegen des Steuersignals erzielt wurde, erhalten so daß also das Steuersignal hinsichtlich seiner Auswirkung gespeichert ist

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung an Ausführungsbeispiclen näher erläutert

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Auitführunfsform des Thyristors mit isolierter FelditeueningseWttrodej

FI g. 2 zeigt eine grafische Darstellung von statischen Kennwerten der AusfQhrungsform nach F i g. 1;

Fig,J zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausfühningsform des Thyristor» mit nolicirter Feld

steuerungselektrode.

In F i g. 1 ist ein n-leitfähiges Halbleitersubstrat mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet In dem Substrat 1 sind p-Leitfähigkeitsbereiche 2 und 3 gebildet Auf dem p-Bereich 2 ist eine Elektrode 4 angeordnet In dem p-Bereich 3 ist ein n-Bereich 5 gebildet Auf dem n-Bereich 5 ist eine Elektrode 6 angeordnet Zwischen den p-Bereichen2 und 3 ist auf der Oberfläche des Substrats 1 eine Ladungsträger-Fangzentren aufweisende Isolierschicht 7 gebildet auf der eine Torelektrode 8 vorgesehen ist

Dieses in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Element besitzt zwischen den Elektroden 4 und 6 einen pnpn-Aufbau und zeigt dieselbe Strom-Spannungs-Charakteristik wie ein gewöhnlicher Thyristor. Demzufolge ist die Ein-Aus-Steuerung des zwischen den Elektroden 4 und 6 fließenden Stroms mittels eines an die Steuerelektrode 8 angelegten Potentials möglich. Da in der Isolierschicht 7 des Elemems Ladungsträger-Fangzentren vorhanden sind, entsteht durch das Einfangen von elektrischen Ladungen in diesen Ladungsträger-Fangzentren eine Speicherwirkung. Das gleiche Ergebnis wird erhalten, wenn cie η-Bereiche durch p-Bereiche und die p-Bereiche durch n-Bereiche ersetzt werden.

im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der in F i g. 1 gesagten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiters und dessen Betriebsweise erläutert. In der Oberfläche eines n-Siliciumsubstrats 1 werden durch Eindiffundierung von Bor als Verunreinigungsstoff p-Bereiche 2 und 3 gebildet, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist. Dann wird ein n-Bereich 5 durch Eindiffundierung von Phosphor in dem p-Bereich 3 gebildet, wie dies ebenfalls aus F i g. 1 ersichtlich ist. Durch thermische Oxydation wird über der so behandelten Oberfläche des Substrats I ein Siliciumdioxid-(SiO2)-Film gebildet. Dann werden durch Photoätzen die nicht notwendigen Abschnitte des SiO₂-FiImS enifernt, was zu einer Isolierschicht 7 führt, in die Gold (Au) eindiffundiert wird. Die Elektroden 4, 6 und 8 werden durch Aluminiumdampfniederschlag erzeugt. AuF diese Weise wird ein Element mit pnpn-Aufbau hergestellt. In F i g. 2 ist ein Strom-Spannungsdiagramm dieses Elements mit einer an die Steuerelektrode 8 angelegten Sipannung als Parameter dargestellt.

Wird eine Spannung an die Steuerelektrode 8 angelegt, so werden elektrische Ladungen in die SiC>2-Schicht 1 eingegeben und dann von den durch die diffundierten Gold-(Au)-Atomen gebildeten Fangzentren eingefangen. Daher bleibt die S1O2- Isolierschicht 7 geladen, selbst nachdem die der Steuerelektrode 8 zugeführte Spannung verschwindet Demzufolge besteht weiterhin ein elektrisches Feld, das der zuvor angelegten Steuerspannung — oder strenger den empfangenen Ladungen — zugemessen werden kann. Dieses Feld beeinflußt die pn-Übergänge zwischen dem p-Bereich 2 und dem n-Substrat 1 und zwischen dem Bereich 3 und dem n-Substratl. Wird nämlich eine bestimmte Spannung an die Steuerelektrode 8 angclejft beginnt du Element bei entsprechender Kippspan nurig zwischen den Elektroden 4 und 6 zu leiten. Dann wird die Steuerspannung weggenommen. Das Steuerfeld bleibt jedoch bestehen, da die elektrischen Ladungen noch in den Fangzentren der Isolierschicht 7 eingefangen sind und ein elektrisches Feld bilden. .Wird eine Spannung sk das Element zwischen den Elektroden 4 und 6 angelegt, ohne daS irgendeine Spannung an der Steuerelektrode £ anliegt, beginnt das Element bei einer

Kippspannung zu leiten, die die gleiche ist, als wenn eine Steuerspannung vorliegt, die gleich dc:r anfänglich an die Steuerelektrode 8 angelegten Steuerspannung ist

In Fig.3 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelements gezeigt In S dieser Ausführungsform ist das verwendete Substrat Galliumarsenid (GaAs). Die in F i g. 3 gezeigten p- und n-Bereich» sind durch Kristallwachstum gebildet

In F i g. 3 ist ein η-leitendes GaAs-Substrat mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet Auf beiden Seiten des Substrats 9 sind p-Bereiche 10 und 11 gebildet Ein n-Bereich 12 ist auf den p-Bereich U aufgebracht worden. An dem p-Bereich 10 ist eine Elektrode 13 befestigt Durch eine geeignete Technik sind Nuten 16a und 166 gebildet Isolierschichten 15a und 156 sind derart gebildet, daß sie die Nuten 16a und 166 auskleiden und das n-Substrat9, den p-Bereich 11 und den n-Bereich 12 überdecken, die in den Nuten 16a und 166 freiliegen, wie dies in Fig.3 gezeigt ist Die Isolierschichten 15a und 156 sind durch Dampfniederschlag von S1O2 gebildet, dem Gold (Ai?) hinzugefügt wurde. Auf den Isolierschichten 15a bzw. 156 sind hauptsächlich auf den Oberflächen in und in der Nähe der Nuten 16a und 166 Elektroden 17a bzw. 176 zur Bildung von Feldeffekt-Steuerelektroden gebildet Eine Elektrode 14 ist zwischen den Nuten 16a und 166 auf der Oberfläche des n-Bereichs 12 angeordnet Somit wird ein pnpn-Element mit einer Thyristor-Kennlinie gebildet Bei Steuerung mit einer an die Feldeffekt-Steuerelektroden 17a und 176 angelegten Spannung folgt die Strom-Spannungskennlinie des Elements einer Gruppe von Kurven, die gleich den in Fig.2 gezeigten sind. In der Ausführungsform nach Fig.3 sind in den SiOj-Isolierschichten 15a und 156 Fangzentren gebildet, so daß dieses pnpn-Element ebenfalls eine Speicherwirkung in gleicher Weise wie das pnpn-Element nach F i g. 1 hat Das Element beginnt nämlich nach Wegnahme der Steuerspannung bei einer vergleichsweise niedrigen SCippspannung zwischen den Elektroden 17a und 176 zu leiten. Der einzige Unterschied zwischen dem Element nach F i g. 1 und dem nach F i g. 3 besteht darin, daß das Element nach F i g. 3 GaAs als Substrat verwendet so daß eine Elektrolumineszenz an den pn-Übergangszonen vorliegt, wenn das Element leitet

In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen werden Si und GaAs als Substrat verwendet. Statt dessen können jedoch auch Halbleiter wie GaP, Ge, GaPAs, InAs und GdS erfolgreich verwendet werden.

Der Thyristor mit isolierter Feldsteuerungselektrode kann als logisches Element oder Schaltelement verwendet werden und findet im Bereich elektronischer Rechnerschalttechniken breite Anwendung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Thyristor mit mindestens vier Halbleiterbereichen mit abwechselnder p- und η-Leitfähigkeit und mit einer Isolierschicht, die sich über zumindest drei der Halbleiterbereiche erstreckt und auf der eine Steuerelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (7, 15a, 15/>) Ladungsträger-Fangzentren enthält