DE2209518C3

DE2209518C3 - Zweirichtungsthyristor

Info

Publication number: DE2209518C3
Application number: DE2209518A
Authority: DE
Inventors: Alan Cheadle Cheshire Foster (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1972-02-29
Publication date: 1980-10-02
Also published as: AU463708B2; AT334421B; US3739242A; BE780014A; IT952873B; CA954978A; JPS526078B1; DE2209518A1; NL7202537A; FR2128464B1; CH537097A; GB1345186A; SE368117B; FR2128464A1; ATA169472A; AU3941272A; DE2209518B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweirichtungsthyristor mit einem Halbleiterkörper mit einer inneren Zone von einem bestimmten Leitfähigkeiis'yp zwischen einer ersten und einer zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste äußere Zone an eine erste Hauptoberfläche des Korpers und die /weite äußere Zone an die gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche grenzt, und wobei die äußeren Zonen mit der erwähnten inneren Zone pn-Übergänge bilden, wobei eine erste weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp einen pn-Übergang mit der erwähnten ersten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitiähigkeitstyp bildet und ebenfalls an die erwähnte erste Hauptoberfläche des Körpers grenzt, während eine erste Hauptstromelektrode auf der erwähnten ersten Hauptoberfläche des Körpers liegt, die einen ohmschen Kontakt mit der erwähnten ersten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und mit der erwähnten ersten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp bildet, wobei eine /weite und eine dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit je der /weiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einen pn-übergang bilden und jeweils an die erwähnte zweite Haupioberfläche des Körpers gren/en. während ferner eine erste und eine /weite weitere Elektrode auf der erwähnten /weiten Haupioberfläche des Korpers zur Bildung einer /weiten Hauptstromelektrode und einer Steuerelektrode vorgesehen si"d. wobei die erwähnte trste weitere Elektrode einen gemeinsamen ohmsihen Kontakt mit der /weiten äußeren Zone vom entgegengesetzten I.eiifähigkeitsiyp und mit der zweiten weiteren Zone vom einen leitfähigkeitstyp bildet, w und wobei die erwähnte zweite weitere Elektrode einen gemeinsamen ohmschen Kontakt mit der zweiten äußeren Zone vom erigegengesetzten Leitfähigkeitstyp und mit der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp bilde'.

Ein Zweirichtungsthyristor dieser Art ist aus »Internationale Elektronische Rundschau« 1966. Nr. 6. Seiten 353-356 bekannt.

Die Fig. I der Zeichnungen zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen bekannten Zweirichtungsthyristor. Er enthält einen Halbleiterkörper mit einer inneren ri'leitetiden Zone 1, die sich zwischen einer ersten und einer zweiten äußeren p-leitenden Zone 2 und 3 befindet, die auf ersten und zweiten einander gegen·¹ überliegenden Oberflächen des Körpers liegen und pn-Übergänge /1 bzw. /2 mit der inneren n-leitenden Zone I bilden. Eine weitere η-leitende Zone 4 bildet einen pn-übergang /3 mit dtr ersten äußeren p-Ieitenden Zone 2 und erstreckt sich auf derselben einen Oberfläche des Körpers wie die erwähnte p-leitende Zone 2. Eint zweite weitere η-leitende Zone 5 bildet einen pn-übergang U mit der zweiten äußeren p-leitenden Zone 3 und erstreckt sich auf derselben gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers wie die erwähnte p-Ieitende Zone 3. Die dritte weitere η-leitende Zone 6 bildet einen pn-übergang /5 mit der zweiten äußeren p-leitenden Zone 3 und erstreckt sich ebenfalls auf derselben Oberfläche des Körpers wie die p-leitende Zone 3. Auf der ersten Oberfläche des Korpers ist noch eine η-leitende Zone 12 dargestellt, die sich auf der ersten Oberfläche des Körpers erstreckt und einen pn-Übergang /& mit der ersten äußeren p-leitenden Zone 2 bildet in der Praxis bilden die Zonen

4 und 12 üblicherweise ein Ganzes, aber für ein besseres Verständnis der Erfindung sind diese als gesonderte Zonen gezeigt. Auch da die zusammengesetzte Zone 4, 12 auf der ersten Oberfläche des Körpers eine komplexe Form aufweist, zeigen gewisse Schnitte durch den Körper, daß zwei gesonderte Zonen 4 u.-.j 12 vorhanden sind.

Auf der erwähnten einen Oberfläche des Körpers befindet sich eine erste Hauptstromelektrode 7, die einen ohmschen Kontakt mit der p-leiienden äußeren Zone 2 unj mit den n-leitenden Zonen 4 und 12 bildet und auf diese Weise Teile der Übergänge /j und /_b an den Stellen, an denen sie sich an der Oberfläche erstrecken, knrzschließt. Die Elektrode 7 ist mit der Hauptstromklemme Γι des Thyristors verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich eine zweite Hauptstromelektrode 8. die einen ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Zone 3 und mit der n-leitenden Zone

5 bildet und einen Teil des Überganges /_t an der Stelle, an der er sich an der Oberfläche erstreckt, kurzschließt. Die Elektrode 8 ist mit der Hauptstromklemme T₂ verbunden. Auch befindet sich auf dieser Seite des Körpers eine Steuerelektrode 9, die einen gemeinsamen ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Zone 3 und mit der n-leitenden Zone 6 bildet und auf diese Weise einen Teil des Überganges /5 an der Stelle, an der sich an der Oberfläche erstreckt, kurzschließt. Die Elektrode 9 ist mit einer Steuerklemme C des Thyristors verbunden. In bezug auf die Richtung zwischen den e;nander gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Körpers überlappen sich die n-leitenden Zonen 4 und 5 gewissermaßen, gleich wie die n-leitenden Zonen 5 und 12. Die Betriebsweise des bekannten Thyristors kann gesondert in den beiden Halbperioden einer über den Klemmen 7Ί und T₂ angeordneten Wechselstromquelle betrachtet werden. Wenn die Struktur ohne die η-leitende Zone 6 und die Steuerelektrode 9 in der ersten Halbperiode belraciitet wird, wobei T\ positiv und T₂ i.cgjitiv ist. würde nach dem Überschreiten der Durchschlagspannung des Übergangs h zwischen den Elektroden 7 und 8 Leitung über die npnp-Thyristorstruktur in der Mitte des gezeigten Querschnittes durch die Anordnung auftreten, welche Struktur durch die in Reihenfolge angeordneten Zonen 5, 3, 1 und 2 gebildet wird, während in der anderen Halbperiode, wobei 7Ί negativ und Ti positiv ist, nach dem Überschreiten der Durchschlagspannung des Übergangs ]\ zwischen den Elektroden 7 und 8 Leitung über die pnpn-Thyristorstruktur auf der linken Seite des dargestellten Querschnittes durch di? Anordnung auftreten würde, welche Struktur durch die in Reihenfolge angeordneten Zonen 3,1,2 und 4 gebildet wird. Die n-leitenrJen Zonen

6 und 12 und die Steuerelektrode 9 sind derart

angebracht, Haß, im Gegensatz zu der obenbeschriebenen Wirkung, wobei von der Abwesenheit dieser Zonen und dieser Elektrode ausgegangen wird, der anfängliche Strom in jeder Halbperiode gesteuert werden kann und hicht Von der äußeren angelegten Spannung abhängig ist, die die Durchschlagspannungen der Übergänge J₂ und _;]\ überschreitet. Die besondere Form einer gesteuerten Anordnung nach Fig;l ist derart, daß entweder in dem ersten Quadranten des SlronvSpanriungsdiagfarrims (vefgl. Fig.2) öder in dem dritten Quadranten Strom dadurch zu fließen anfangen kann, daß eine Spannung an die Klemme C angelegt wird, die in bezug auf die an die Klemme T₂ angelegte Spannung positiv oder negativ ist. Diese Form einer gesteuerten bilateralen Anordnung mit drei Klemmen, die unter der Bezeichnung »Triac« bekannt ist, ist die am meisten hergestellte und verkaufte Ausfiihrungsform. Es gibt andere Typen, bei denen durch eine verschiedene Kuniiguiiiiiun üci ii-ieiieiideii Zu nc 6 lind/udci dci Steuerelektrode 9 der Schaltmechanismus und/oder die Schaltmöglichkeiten der angelegten Spannungspolaritat von der Struktur nach Fig. 1 verschieden sind. Es können z. B. Anordnungen mit drei Klemmen erhalten werden, in denen nur in dem ersten oder in dem dritten Quadranten getriggert werden kann, wenn an die Steuerelektrode eine Spannung angelegt wird, die in bezug auf die an T₂ angelegte Spannung eine bestimmte Polarität aufweist.

Die elektrischen Kennlinien des Thyristors nach F i g. 1 sind schematisch in F i g. 2 dargestellt, wobei die Spannung V über dem Strom / zwischen den Klemmen T₁ und T₂ aufgetragen ist. In dem ersten Quadranten (oberer rechter Teil mit Γι positiv und T₂ negativ) steigt bei einer Steuervorspannung 0 der Ausgangsstrom langsam an, wobei sich die Anordnung in dem nichtleitenden Zustand befindet. Bei einer weiteren Zunahme der angelegten Spannung auf die Durchschlagspannung V_B ι weist die Kennlinie ein zweiteiliges negatives Widerstandsgebiet auf. das mit der gestrichelten Linie angedeutet ist. Die Anordnung schaltet dann in den leitenden Zustand auf einen durch die Kreisimpedanz bestimmten Strom um. Wenn anschließend der Strom herabgesetzt wird, schaltet die Anordnung schließlich auf dem Haltestrompegel Ih \ ab, weil die injizierte Ladung ungenügend wird, um die beiden inneren Zonen der betreffenden Vierzonen-Thyristorstruktur in dem Sättigungszustand zu halten. In dem dritten Quadranten (unterer linker Teil mit Γι negativ und T₂ positiv) ist die Kennlinie im allgemeinen zu der im ersten Quadranten symmetrisch. Sowohl im ersten als auch im dritten Quadranten wird, wenn an die Klemme G eine niedrige Spannung angelegt wird, die in bezug auf die Spannung an T₂ entweder positiv oder negativ ist, die Anordnung von dem nichtleitenden zu dem leitenden Zustand getriggerL Diese Schaltungsweisen sind unter der Bezeichnung I⁺-, I~-, IH⁺- und III--Modus bekannt, wobei I⁺ die Triggerung im ersten Quadranten (T\ positiv, T₂ negativ) mit einer positiven Steuerspannung in bezug auf T₂, I- die Triggerung im ersten Quadranten mit einer negativen Steuerspannung in bezug auf T₂, IH⁺ die Triggerung im dritten Quadranten (7i negativ, T₂ positiv) bei einer positiven Steuerspannung in bezug auf T₂, und HI- die Triggerung im dritten Quadranten mit einer negativen Steuerspannung in bezug auf T₂ darstellt

In hergestellten Anordnungen der in Fig. i dargestellten Art sind die Oberflächengeometrie der n-leitenden Gebiete, die sich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers erstrecken, und ihre Überlappung verhältnismäßig verwickelt. Grundsätzlich gibt es in bezug auf die Form des Halbleiterkörper zwei käuflich erhältliche »Triacw-Typcri. In einem dieser »Triads« ist der Körper im allgemeinen fechteckig gestaltet, während die sich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers erstreckenden n-leilenden Gebiete, gleich wie die den Elektroden 8 und 9 nach F i g. I entsprechenden Elektroden, längs der Seiten des rechteckigen Körpers orientiert sind. Bei dem anderen Typ weist der Körper die Pö'rni einer kreisförmigen Platte mit einer verhältnismäßig verwickelten Anordnung der η-leitenden Gebiete und ihrer Überlappung auf einander gegenüberliegenden Seite der Platte auf.

wobei die Steuerelektrode (9 in Fig. I) in der Mitte einer Seite der Platte angebracht ist. während die Hauptstromelektrode (8 in Fig. I) durch einen Ring gebildet wird, der die mittlere Steuerelektrode umgibt Bei der Herstellung der Anuruiiung isi es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, daß Bearbeitungen, wie Diffusion zur Bildung einer Anzahl von »Triacw-Elementen in derselben Halbleiterscheibe und die anschließende Unterteilung der Scheibe, vor der Montage der gesonderten Elemente durchgeführt werden. Der Körper jedes »Triac«-Elements kann die Form einer Platte aufweisen, wobei diese Platte durch ein Ultraschallverfahren in Scheibchen unterteilt wird. Diese Tc.hnik eignet sich aber am besten für Anordnungen mit einem großen Flächeninhalt und einem verhältnismäßig hohen Strom, weil die Anzahl plattenförmiger »Truicw-Elemente, die auf ein und derselben Scheibe hergestellt werden kann, beschränkt ist. Für Anordnungen mit einem kleinen Flächeninhalt und einem verhältnismäßig niedrigen Strom wird für den Halbleiterkörper vorzugsweise die Rechteckform gewählt, weil auf wirtschaftliche Weise aus derselben Materialscheibe eine Vielzahl von »Triac«-Elementen erhalten werden können. Bei der Behandlung solcher Elemente mit einem verhältnismäßig kleinen Flächeninhalt ergibt sich aber ein Problem in bezug auf die Kontaktierung und die Hantierung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Steuerelektrode und die Hauptstromelektrode auf der einen Oberfläche des Körpers besonders klein sind und, weil sie verschiedene Gebiete des Körpers kontaktieren, müssen sie geson dert identifiziert und während der nach der Unterteilung der Scheibe durchgeführten Bearbeitungen als solche beibehalten werden. Dies führt zu hohen Kosten, nicht nur beim Hantieren der Körper, sondern auch beim Anbringen in einer Umhüllung, wobei die Steuerklemme und die Hauptstromklemme mit J?r erwähnten Hauptstromelektrode auf ungleiche Weise angebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zweirichtungsthyristor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die elektrischen Verbindungen mit der Steuerelektrode und der Haiiptstromelektrode auf derselben Seite des Halbleiterkörpers miteinander vertauscht werden können und dennoch der Thyristor praktisch die gleichen Kennlinien für jede der beiden Alternativen Anschlußweisen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite und die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp praktisch den gleichen Flächeninhalt aufweisen und sich praktisch völlig auf einander entgegengesetzten Seiten einer Linie befinden, die die erwähnte Oberfläche in zwei praktisch gleiche Oberflächenteile unterteilt, wobei die weiteren Elektroden, die

die zweite Hauplslromelektrode Und die Steuerelektrode bilden, ebenfalls zu beiden Seilen der genannten Linie angebracht sindi

Da so der Zweilichtungsthyristor für die beiden alternativen Scnällüngswdsen praktisch die gleichen Kennlinien aufweist, ergeben sich die Vorteile, daß die Herstellungskosten erheblich herabgesetzt werden, und die Vermeidungen zwischen den Elektroden und dem Aüßenanscriluß am Ende des Thyristors Vereinfacht werden körinen. Zunächst wird die zuletzt genannte Möglichkeit betrachtet: Da eine der beiden Elektroden auf der zweiten Oberfläche des Körpers die Steuerelektrode bilden kann, wobei die andere der erwähnten Elektroden eine Hauptstromelektrode bildet, kann die Umhüllung des Thyristors verhältnismäßig einfach sein, weil es nicht erforderlich ist, die mit diesen Elektroden Verbundenen Klemmen voneinander zu unterscheiden. Ferner ist der Gebraucher frei in der Wahl der Klemme für Hip ^lpiiprplpklrnHp hpi pinpr I lmhiilliinu Hip vu/pi — — —-—-·σ· —*- — ··-·

auf gleiche Weise auf einer Seite angebrachte Klemmen 2d enthält, die die Steuerklemme und eine Hauptklemme bilden, während auf einer anderen Seite der Umhüllung eine Klemme angebracht ist, die die andere Hauptklemme bildet.

Ein viel wichtigerer Vorteil der besonderen Bauart des Zweirichtungsthyristors nach der Erfindung besteht aber darin, daß die Herstellungskosten infolge dieser besonderen Bauart erheblich herabgesetzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleit rkörper praktisch rechteckige Hauploberflächen aufweist, wobei die von der zweiten und der dritten weiteren Zone eingenommenen Teile der zweiten Hauptoberfläche zu einer Linie, die die rechteckige zweite Hauptoberfläche in zwei Teile unterteilt, praktisch symmetrisch sind.

Bei dieser Ausführungsform werden bei der Herstellung Vorteile erhalten, weil die Elektroden auf der erwähnten zweiten Oberfläche in Form von Metallstreifen angebracht werden können, die sich praktisch parallel zu der erwähnten Linie erstrecken. Durch Anwendung solcher Elektroden in Form von Metallstreiien kann Dei der bildung einer Anzahl von Schaltungselementen auf ein und derselben Scheibe das Elektrodenkontaktmuster, das auf der ganzen Scheibe angebracht ist, aus einer Anzahl paralleler Streifen bestehen. Dadurch können die Kosten erheblich herabgesetzt werden, weil die bei der Bildung eines Kontaktmusters erforderliche Maskierung sehr einfach ist und unter Verwendung der verhältnismäßig billigen Technik erhalten werden kann, bei der Wachs durch eine Metallmaske hindurchgespritzt wird, in der durch Funkenerosion streifenförmige Öffnungen angebracht sind.

Bei der genannten bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zur Bildung der ersten, der zweiten und der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp verhältnismäßig einfach sein, weil die Technik, bei der Wachs durch Metallmasken, in denen durch Funkenerosion öffnungen angebracht sind, hindurchgespritzt wird, auch beim Anbringen von Maskierungsmustern angewandt werden kann, die bei der Bildung von öffnungen in Oberflächenisolierschichten auf der gegenüber liegenden Oberfläche des Körpers erforderlich sind, wobei Diffusion eines den einen Leitfähigkeitstyp herbeiführenden Dotienjr.gselernents anschließend in die Oberflächenteile durchgeführt wird, die durch die öffnungen freigelegt sind, damit die erwähnte erste.

zweite und dritte weitere Zone vom einen LeilFähigkeilstyp gebildet werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsförm einer Anordnung nach der Erfindung mit einem Halbleiterkörper mit fechleckigCn Häüptöbefflächen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Von der zweiten und der dritten weiteren Zone eingenommenen Teile der zweiten Hauptoberfläche zu einer Diagonalen der zweiten Hauptoberfläche praktisch symmetrisch sind. Bei dieser Ausführungsförm ergeben sich Vorteile nicht nur in bezug auf die Weise, in der die Kontakte angebracht werden können, sondern auch dadurch, daß ein Teil der zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den angrenzenden Teilen der zweiten und der dritten weiteren Zone von einen Leitfähigkeitstyp erzeugt werden kann, der eine größere Länge in einer zu der Diagonale parallelen Richtung aufweist. Tatsächlich kann für einen Körper mit pinpm nimHratkrhpn I ImriR rlipcpr Tpil Hpc 7u/pitpn ., _ _ . — _..

äußeren Gebietes eine maximale Länge aufweisen, die annähernd gleich dem 2-fachen der Seitenlänge ist, während dagegen für einen solchen Körper mit einem quadratischen Umriß, in dem die Symmetrie der erwähnten zweiten und dritten weiteren Zone von einen Leitfähigkeitstyp um eine Linie herum liegt, die sich parallel zu der gegenüber liegenden Seite des Quadrates erstreckt, der erwähnte Teil des zweiten äußeren Gebietes vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eine maximale Länge haben kann, die erheblich geringer als die Länge der Seite und gewöhnlich höchstens nur gleich der Hälfte der Länge der Seite ist. Dies ist wichtig für die empfindliche Triggerung der Anordnung und wird nachstehend im Detail beschrieben.

Bei der erwähnten bevorzugten Ausführungsform der Anordnung, bei der die zweite und die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp zu einer Diagonale praktisch symmetrisch angebracht sind, können vorteilhaft die erste und die zweite weitere Elektrode an der zweiten Hauptoberfläche die Form von Metallstreifen einer praktisch gleichmäßigen Breite aufweisen, die sich in einer zu einer Diagonale praktisch parallelen Richtung erstrecken. In der Herstellungsstufe dieser Anordnung, in der die ivieiaiistreifeneieKtroden angebracht werden, wird das Kontaktmuster für eine Anzahl von Schaltungselementen auf ein und derselben Scheibe aus einer Anzahl Metallstreifen bestehen, die sich parallel zu den erwähnten Diagonalen jeder der Hauptoberflächen des Schaltungselements erstrecken. Beim Anbringen solcher längs einer Diagonale orientierter Elektroden ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine größere Oberfläche für Kontaktierung, z. B. durch Thernokompression, erhalten wird als für längs der Seiten orientierte Elektroden der Fall wäre.

In der erwähnten bevorzugten Ausführungsform der Anordnung, in der die zweite und die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp zu einer Diagonale symmetrisch angebracht sind, können die zweite und die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp je einen ersten Randteil und einen zweiten Randteil aufweisen, wobei die pn-Obergangsteile zwischen den ersten Randteilen und der zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sich zu beiden Seiten der Diagonale und in einer zu der Diagonale praktisch parallelen Richtung erstrecken, während sich die pn-Übergangsteile zwischen den zweiten Randteilen und der zweiten äußeren Zone zu beiden Seiten der Diagonale und in einer die Diagonale schneidenden Richtung erstrecken, wobei in Projektion quer zu den

Hauptoberflächen die ersten Randteile der zweiten und der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp die erste weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers überlappen, während in Projektion die zweiten Randteile der zweiten und der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers wenigstens über einen Teil ihrer Länge in der Nähe der ersten Randteile die erste äußere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers nicht überlappen.

Durch diese Lokalisierung des Überlappungsgebietes der Zonen vom einen Leitfähigkeitslyp auf einander gegenüberliegenden Seiten des Körpers wird die Schaltgeschwindigkeit dadurch vergrößert, daß eine möglichst niedrige Stromdichte in der Nähe der Überlappung besteht. Diese Form einer lokalisierten Überlappung gestattet ferner eine empfindliche Triggerung der Anordnung, insbesondere in dem oben erläuterten III*-Modus.

Bei Betrachtung der erwähnten zweiten Randteile, die die erste weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp nicht überlappen, soll auch der Fall betrachtet werden, in dem in bezug auf die Richtung zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche des Körpers die erwähnten Zonen auf Abstand voneinander liegen, aber auch der Fall, in dem der Abstand zwischen diesen Zonen praktisch gleich null ist. In dem letzteren Fall, der durch sine Anforderung bedingt sein kann, die mit Rücksicht auf die betreffenden Herstellungsverfahren und andere Erwägungen bezüglich des Entwurfes gestellt werden muß, kann zwar nicht eine so große Erhöhung der Schallgeschwindigkeit erhalten werden als in dem Falle, in dem die erwähnten Zonen in bezug auf die Richtung zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche des Körpers auf Abstand voneinander liegen, aber trotzdem wird eine Zunahme dieser Geschwindigkeit erzielt.

Bei der Anordnung mit der genannten lokalisierten Überlappung ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß in einer Projektionsebene quer zu den Hauptoberflächen jede der erwähnten ersten und zweiten weiteren Elektroden an <ici erwähnten zweiten Haupiuberiläche lies Körpers . auf Abstand von dem Überlappungsgebiet der ersten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers mit der ersten Randzone der zweiten bzw. der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers liegt. Dadurch wird effektiv ein hoher Widerstand in dem Stromweg von der Elektrode zu dem Überlappungsgebiet herbeigeführt. Wenn eine der beiden genannten Elektroden eine Hauptstromelektrode bildet und sich die Anordnung in dem leitenden Zustand befindet, wobei die angelegte Spannungspolarität derartig ist, daß die zweite oder die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp die äußere Emitterzone einer Vierzonenstruktur bildet, durch die der Hauptstrom zwischen den Hauptstromelektroden mit der erwähnten angelegten Spannungspolarität fließt, ist die Stromdichte am höchsten in dem unmittelbaren »Schatten« der erwähnten einen der beiden Elektroden, wobei in diesem Gebiet die zweite oder die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers die erste weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers nicht überlappt. Da das Überlappungsgebiet in der Nähe der anderen Elektrode an der zweiten Oberfläche des Körpers liegt, verläuft der Weg von Ladungsträgern, die den einen Leitfähigkeitstyp kennzeichnen, von der respektiven zweiten oder dritten weiteren Zone vom eitlen Leitfähigkeitstyp zu dem Überlappungsgebiet über den Teil mit verhältnismäßig hoher Impedanz der erwähnten respektiven zweiten oder dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp, der nicht von der Hauptstromelektrode bedeckt ist. Daher ist die Stromdichte in dem Überlappungsgebiet sehr niedrig, so daß die gespeicherte Ladung in der inneren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp in diesem Gebiet auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Diese minimale gespeicherte Ladung rekombiniert bald, wodurch hohe Schaltgeschwindigkeiten erzielbar sind.

In der erwähnten bevorzugten Ausfülirungsform der Anordnung, in der die zweite und die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp zu den beiden Seiten der Diagonale praktisch symmetrisch angebracht sind, können vorteilhaft die zweite und die dritte weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp je einen Vorsprung aufweisen, wobei die erwähnten Vorspränge sich im allgemeinen parallel zu der Diagonale in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und zwischen der zweiten und der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp einen Teil der zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit einer größeren Abmessung in einer zu der Diagonale parallelen Richtung als in einer Richtung quer zu der erwähnten Diagonale difinieren. Diese günstige bauliehe Eigenschaft sichert eine empfindliche Triggerung. weil dadurch ein verhältnismäßig langer Widerstandsweg in dem zweiten äußeren Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp für Ladungsträger erhalten wird, die den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp kennzeichnen und die sich in dem an die Oberfläche grenzenden Teil der zweiten äußeren Zone zwischen der Steuerelektrode an ihrer Kontaktfläche mit der erwähnten Zone und der Hauptstromelektrode an ihrer Kontaktfläche mit der erwähnten Zone bewegen.

Dieser rein ohmsche Stromweg in dem zweiten äußeren Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bildet einen Verluste erzeugenden Nebenschlußstromweg und sui! uuT ein mmüeMmuG beschränkt werden.

Bei einer Anordnung nach der Erfindung mit den erwähnten hervorragenden Teilen ist eine bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Teil der zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eine praktisch rechteckige Oberfläche aufweist, und daß das Verhältnis

so l/w wenigstens gleich 6 ist, wobei / die Länge des erwähnten Teiles darstellt, in einer Richtung parallel zu der Diagonale zwischen den Enden der Vorsprünge gemessen, und wobei ivdie Breite des erwähnten Teiles der zweiten äußeren Zone darstellt, in einer Richtung quer zu der Diagonale zwischen den einander zugekehrten Rändern der zweiten und dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp gemessen. Der Widerstand des Verluste erzeugenden Nebenschlußweges ist gleich dem spezifischen Widerstand der zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp multipliziert mit Uw. Der spezifische Widerstand kann innerhalb gewisser Grenzen gesteuert werden, aber in einer praktischen Ausführungsform der Anordnung muß l/w mindestens gleich 6 sein, damit kritische Scbaltströme erhalten werden können. Der kürzere Stramweg in der zweiten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, der sich unmittelbar unterhalb der Vorsprünge erstreckt, soll einen viel höheren

spezifischen Widerstand aufweisen, was durch Regelung von Diffusionsgradienten erzielt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfinijng weist die erste weitere Zone von; einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers zwei Aussparungen auf, die in einer Projektionsebene quer zu den Hauptoberflächen in der Nähe der Vorsprünge der zweiten und dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers liegen. Der Grund der Anbringung der Aussparungen ist folgender: Einige der Schaltmechanismen der Anordnungen bewirken den Anfang von Leitung an dem Ende eines der hervorragenden Teile. Die erste weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Oberfläche des Körpers unterteilt die erste is äußere Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp effektiv in zwei Oberflächenteile die zu beiden Seiten der Diagonale liegen und miteinander durch den übrigen Teil des Gebietes, in den die erste weitere Zone vom einen Leit^rähigkeitstyp nicht eingedrungen ist, verbunden sind Die Triggerung erfolgt von dem Ende eines Vorsprungs einer der zweiten oder dritten weiteren Zonen vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Oberfläche des Körpeis zu der ersten äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp an der ersten Oberfläche des Körpers. Es ist wesentlich, daß dieser Strom zu dem nächsten unterliegenden Teil der erwähnten ersten äußeren Zone fließt, der auf derselben Seite der Diagonale wie der Vorsprung liegt, weil sonst der Hauptleitungsweg sich quer zu uem Teil der ersten lußeren Zone auf der gegenüberliegenden Seite der Diagonale erstrecken und auf diese Weise eine hohe Verlustleistung herbeiführen würde. Durch das Anbringen jeder Aussparung in der ersten äußeren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp wird auf zweckmäßige Weise der nächstliegende Teil der ersten äußeren Zon^ vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und somit das Leistungsgebiet näher zu dem betreffenden Vorsprung geführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nächstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 und 4 dns Diffusionsmuster auf der Oberseite bzw. das Dinusionsmuster auf der Unterseite des Halbleiterkörpers eines ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zweirichtungsthyristors,

Fig. 5 und 6 für eine andere Orientierung des Halbleiterkörpers nach den Fig. 3 und 4 die Oberseite des Halbleiterkörpers bzw. die Unterseite des Halbleiterkörpers nach dem Anbringen von Elektrodenschichten auf der Oberseite bzw. Unterseite,

Fig. 7 und 8 senkrechte Schnitte durch den Halbleiterkörper längs der Linien VII-VII bzw. VIII-VIII der F ig. 5 und 6,

Fig.9 eine Draufsicht auf die Oberseite eines Teiles des Halbleiterkörpers, in dem eine Anzahl der Schaltungselemente nach den F i g. 3 bis 8 gebildet sind, wobei diese Figur den Körper nach dem Anbringen der Elektrodenschichten und vor der Unterteilung in die einzelnen Elemente darstellt, und

Fig. 10 eine Draufsicht auf die Oberseite eines weiteren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zweirichtungsthyristors.

Der Zweirichtungsthyristor nach den Fig.3 bis 9 kann bei einem Durchlaßstrom-Effektivwert von 8 A oder weniger betrieben werden.

Die Anordnung enthält einen plattenförmigen, aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper mit einem quadratischen Umriß von 2,5 mm χ 2,5 mm und einer Dicke von 230 μιτι. Der Körper weist eine innere n-Ieitende Zone 21 Fig. 7 und 8) mit einer Dicke von ΙΙΟμίη und diffundierte erste Und zweite äußere p-leitende Zonen 22 bzw. 23 mit je einer Dicke von 60 um auf, die sich auf der Unterseite bzw. der Oberseite des Siliziumkörpers erstrecken und pn-Übergänge /1 bzw. /2 mit der inneren η-leitenden Zone 21 bilden. Eine; erste weitere η-leitende Zone 24 mit einer Dicke von 15 μιτι bildet einen pn-übergang /j mit der ersten äußeren p-leitenden Zone 22 und erstreckt sich auf der Unterseite des Siliziumkörpers. Eine zweite und eine dritte weitere η-leitende Zone 25 und 26 bilden pn-Übergänge /4 bzw. A mit der zweiten äußeren p-leitenden Zone 23 und erstrecken sich beide auf der Oberseite des Siliziumkörpers.

Die Übergänge /1 und /2 erstrecken sich völlig auf dem Halbleiterkörper und enden an den Seitenflächen. Der Übergang /3 endet teilweise an den Seitenflächen und teilweise an der llnterflärhe des .Silmiimknrners. wohei der letztere Abschluß in den Fig.4 und 6 mit den gestrichelten Linien /3 angedeutet ist. Die Übergänge U Und /5 enden teilweise an den Seitenflächen und teilweise an den oberen Flächen des Siliziumkörpers, wobei die letzteren Abschlüsse in den F i g. 3,5 und 9 mit den gestrichelten Linien /4 und /5 angedeutet sind.

In jeder der Fig.3 bis 6 sind die Ecken des quadratischen Siliziumkörpers mit A. B, C und D bezeichnet.

Die F i g. 3 und 4 zeigen die Diffusionsmuster auf der Ober- bzw. der Unterseite und stellen beide eine Draufsicht dar. F i g. 5 und 6 sind den F i g. 3 und 4 gleich, mit dem Unterschied, daß sie außerdem die Elektrodenschichten zeigen, die auf der Ober- und der Unterseite des Körpers angebracht sind, während diese Figuren eine verschiedene Orientation des Halbleiterkörpers zeigen, wobei die anschließenden Diagonalen CD senkrecht sind. Dadurch, daß die beiden verschiedenen Orientationen des Siliziumkörpers dargestellt werden, kann die Lage der ersten weiteren η-leitenden Zone 24 in bezug auf die zweite und die dritte η-leitende Zone 25 bzw. 26 und kann die Lage des Übergangs /3 in bzug auf die Übergänge U und /5 abgeleitet werden, wie nachstehend im Detail beschrieben wird.

Aus den F i g. 3 und 5 ist ersichtlich, daß die zweite und die dritte weitere η-leitende Zone 25 bzw. 26 an den Stellen, an denen sie auf der Oberseite des Körpers erstrecken, zu einer Diagonale CD zwischen einander gegenüberliegenden Ecken der Oberfläche symmetrisch angebracht sind. Die Elektrodenstruktur ist folgende. Auf der Unterseite befindet sich eine Metallschichtelektrode 27, die in F i g. 6 schraffiert dargestellt ist und sich völlig auf der Unterseite der Siliziumoberfiäche erstreckt und aus einer Nickelschicht mit einer Dicke von 2 bis 3 μηι und einer darauf liegenden Goldschicht mit einer Dicke von weniger als 1 μπι besteht. Die Elektrode 27 bildet somit auf der Unterseite des Siliziumkörpers einen gemeinsamen ohmschen Kontakt mit der ersten äußeren Zone 22 und mit der ersten weiteren n-Ieitenden Zone 24, wobei die Elektrode den Übergang /3 an der Stelle, an der er sich an der Oberfläche erstreckt, kurzschließt und eine erste Hauptstromelektrode bildet Auf der Oberseite des Körpers befinden sich zwei weitere Metallelektroden 28 und 29, die je die Form von Metallstreifen aufweisen, die ebenfalls aus Nickel (2 bis 3 μπι) und darauf liegendem Gold (< ί μπι) bestehen. Die Streifen weisen eine Breite von 1,0 mm auf und erstrecken sich völlig parallel zu einer Diaeonale CD. Die Metallschichtelektrode 28

bildet einen gemeinsamen ohmschen Kontakt auf der Oberseite des Siliziumkörpers mit der zweiien äußeren p-leitenden Zone 23 und mit der zweiten weiteren η-leitenden Zone 25, wobei ein Teil des Überganges /ι an der Stelle, an der er an der oberen Fläche endet, von der Elektrode 28 kurzgeschlossen wird. Die Metallschichtelektrode 2S bildet einen gemeinsamen ohmschen Kontakt auf der Oberseite des Siliziumkörpers mit der zweiten äußeren p-leitenden Zone 23 und der dritten weiteren n-Ieitenden Zone 26, wobei ein Teil des Überganges h an der Stelle, an der er an der oberen Fläche endet, von der Elektrode 29 kurzgeschlossen wird. Die Elektroden 28 und 29 bilden zusammen eine zweite Hauptstromeleklrode und eine Steuerelektrode; die alternativen Schaltungsweisen für diese Elektroden sind beide möglich. Ferner weist die Anordnung, trotz der besonderen Lagerung der η-leitenden Zonen 25 und 26 gleichen Flächeninhalts in bezug auf die n-Ieitende Zone 25 und ihrer Symmetrie zu der Diagonale CD. praktisch die gleichen Kennlinien für jede der beiden alternativen Schaltungsweisen der Elektroden 28 und 29 auf

Zunächst sei der FaIi betrachtet, in dem die Elekrode 28 als Steuerelektrode und die Elektrode 29 als zweite Hauptstromelektrode der Anordnung geschaltet ist. Bei einer derartigen Schaltungsweise kann beim Anlegen einer Wechselspannung zwischen den Hauptstromelektroden 27 und 29, wenn die Elektrode 27 in bezug auf die EIe! trode 28 negativ ist, nach der Triggerung ein Strom zwischen diesen Elektroden über die npnp-Thyristorstruktur fließen, die durch die Zonen 24, 22, 21, 23 gebildet wird, während wenn die Elektrode 27 in bezug auf die Elektrode 29 positiv ist. nach Triggerung ein Strom zwischen diesen Elektroden über die pnpn-Thynstorstruktur fließen kann, die durch die Zonen 22,21, 23,

26 gebildet wird Bei dieser Schaltungsweise der Anordnung tritt also der Hauptstrom, d. h. der Strom zwischen den Elektroden 27 und 29. nach der Triggerung in dem Teil des Körpers auf der rechten Seite der Diagonale C— D auf.

Auf entsprechende Weise wird bei der alternativen Schaltungsweise der Elektroden 28 und 29. d. h. mit der Elektrode 28 als zweite Hauptstromelektrode und Elektrode 29 als Steuerelektrode, beim Anlegen einer Wechselspannung /wischen den Hauptstromelektroden

27 und 28, wenn die Elektrode 27 in bezug auf die Elektrode 29 negativ ist. nach Triggerung ein Strom zwischen diesen Elektroden über die npnp-Thyristorstruktur fließen können, die durch die Zonen 24, 22, 21, 23 gebildet wird, während wenn die Elektrode 27 in bezug auf die Elektrode 28 positiv ist. ein Strom zwischen diesen Elektroden nach Triggerung über die pnpn-Thyristorstruktur fließt, die durch die Zonen 22, 21, 23, 25 gebildet wird. Bei dieser Schaltungsweise der Elektroden 28 und 29 tritt also der Hauptstrom nach Triggerung in dem Teil des Körpers auf der linken Seite der Diagonale C-D auf.

Für jede der beiden alternativen Schaltungsweisen kann die Anordnung in dem ersten Quadranten und in dem dritten Quadranten mit einer positiven oder negativen Spannung an der Steuerelektrode 28 oder 29 in bezug auf die an die Hauptstromelektrode 29 bzw- 28 angelegte Spannung getriggert Werden, Während die übliche ZweirichtUngs-Thyristortriode zwei Haiteströme, vier Steuerströme und vier Sperrströme aufweist, kann die Anordnung als vier Halteströme, acht Steuerströme und acht Sperrströme aufweisend be* trachtet werden. Die Weitere Umhüllung des Halbleiterkörpers, einschließlich der Klemmenverbindungen mit dem Halbleiterkörper, geht auf folgende Weise vor sich. Der Halbleiterkörper wird mit der Elektrode 27 auf einem Teil der Fläche der mittleren Klemme eines Kammes befestigi, für den eine Normalausführung einer Kunsistoffumhüllung verwendet wird, die unter der JEDEC-Bezeichnung TO 127 bekannt isL Drähte können mit den Elektroden 28 und 29 durch Thermokompression verbunden und an ihren ,anderen Enden an

ίο weiteren Klemmteilen des Kammes, befestigt werden, die sich zu beiden Seiten der mittleren Klemme erstrecken. Auch können die Verbindungen zwischen den Elektroden 28 und 29 und den weiteren Klemmenteilen des Kammes über einen sekundären Kamm hergestellt werden, wobei die Verbindungen zwischen den Endteilen des sekundären Kammes und den Elektroden 28 und 29 durch unmittelbares Löten hergestellt werden. Die auf diese Weise montierte und an dem Kamm befestigte Halbleiteranordnung wird in einer Kunststoffumhüllung untergebracht. Die Unterseite des Teiles der Fläche der mittleren Klemme, auf dem der Halbleiterkörper montiert ist. liegt in derselben Ebene wie eine der Flächen der Umhüllung und ergibt eine befriedigende Wärmeableitung.

Die beiden anderen Klemmen, und zwar die zweite Hauptstromklemme und die Steuerklemme, oder umgekehrt, ragen aus dem Kunststoffmaterial hervor und können ggf. je für sich als Hauptklemme und Steuerklemme iden · ^;fiziert werden.

Die Moglichkeil der gegenseitigen Verwechselbarkei! ist unmittelbar den besonderen Entwurfeigenschaften der unterschiedlichen Gebiete in dem Halbleiterkörper zuzuschreiben.

Diese Entwurfeigenschaften ergeben jedoch auch einige vorteilhafte Effekte, nicht nur in bezug auf die elektrischen Kennlinien der Anordnung, sondern auch in bezug auf die Herstellung, wie nachstehend beschrieben wird.

Die zweite und die dritte weitere η-leitende Zone 25 bzw. 26 (siehe insbesondere F ι g. 3.4 und 5.6) weisen je einen ersten Randteil 25a bzw. 26a und einen zweiten Randteil 256 bzw. 266 auf. wobei die Teile der Übergänge U und f·, zwischen den ersten Randteilen 25,i und 26a und der zweiten äußeren p-leitenden Zone 23 sich zu beiden Seiten der Diagonale DC in einer im allgemeinen zu der Diagonalen CD parallelen Richtung erstrecken, während die Teile der Übergänge U und /·> zwischen den zweiten Randteilen 256 und 266 und der zweiten äußeren Zone 23 sich zu beiden Seiten der Diagonale CD und in einer von der Diagonalen CD abgekehrten Richtung erstrecken. Aus den F ι g "> und 6 und dem Schnitt nach F ι g. 8 geht hervor, daß in bezug auf die Richtung zwischen der Ober- und der Unterseite des Körpers der erste Randteil 25ader η-leitenden Zone 25 die nleitende Zone 24 auf der Unterseite des Körpers gewissermaßen überlappt. Die Größe dieser Überlappunp ist mit der Abmessung »t/i« zwischen den F i g. 5 und b und in dem Schnitt nach F i g. 8 angegeben und beträgt etwa 0.2 mm. Es sei bemerkt, daß in der Nähe der Ecke D die Überlappung größer ist. Das letztere Gebiet großer Überlappung bildet keine Eigenschaft des Entwurfes, die auf den Wunsch zurückzuführen ist, etwas verbesserte Kennlinien zu erhallen, sondern ergibt sich aus dem Maskenentwurf,

der beim Anbringen der diffundierten n-leitenden Gebiete 25 und 26 verwendet wird, wie nachstehend im Detail beschrieben wird/
Auf ähnliche Weise überlappt die erste Randzone 26a

ί5

der η-leitenden Zone 26 gewissermaßen die n-leitende Zone 24 auf der Unterseite des Körpers. Die Größe dieser Überlappung ist mit der Abmessung »cfe« zwischen den Fig.5 und 6 und im Schnitt nach Fig.7 angegeben und beträgt ebenfalls 0,2 mm. Auf ähnliche Weise ist die Überlappung in der Nähe der Ecke C größer, was wieder eine Funktion des Maskenentwurfes ist, der für die Herstellung der η-leitenden diffundierten Gebiete 25 und 26 verwendet wird.

Aus den F i g. 3 und 4 ist ersichtlich, daß in bezug auf die Richtung zwischen der Ober- und der Unterseite des Körpers der zweite Randteil 250 der η-leitenden Zone 25 die η-leitende Zone 24 auf der Unterseite des Körpers nicht überlappt; tatsächlich beträgt der seitliche Abstand praktisch 0, weil sowohl die betreffenden Teile des Überganges /» als auch des Überganges /j in einer senkrechten Ebene liegen, die die Diagonale A-B enthält. Auf entsprechende Weise überlappt der zweite Randteil 266 der η-leitenden Zone 26 die η-leitende Zone 24 nicht, wobei der seitliche Abstand wieder praktisch 0 beträgt, weil sowohl die betreffenden Teile des Überganges /5 als auch des Überganges h in der die Diagonale A-B enthaltenden senkrechten Ebene liegen.

Bei den besonderen lokalisierten Überlappeungsgebieten der zweiten und der dritten weiteren n-leitenden Zone 25 bzw. 26 auf der Oberseite des Körpers mit der ersten weiteren η-leitenden Zone 24 auf der Unterseite des Körpers wird eine optimale Schaltgeschwindigkeit erhallen, die mit kritischen Einschalterleichterungen vereinbar ist; insbesondere wird die Schaltempfindlichkeit indem 111*-Modus für die beiden Schaltungsweisen der Elektroden 28 und 29 durch diese lokalisierte Überlappung verbessert.

Ein weiteres Merkmal der Struktur in bezug auf die lokalisierte Überlappung betrifft die Lage der Elektroden 28 und 29 gegenüber den Überlappungsgebieten. Aus den F i g. 5 und 6 und dem Schnitt nach F i g. 8 ist ersichtlich, daß der Innenrand der Elektrode 28 seitlich in einem Abstand »</j« von dem Überlappungsgebiei der η-leitenden Zonen 25 und 24 liegt, während aus den F i g. 5 und 6 und dem Schnitt nach F i g. 7 ersichtlich ist. daß der Innenrand der Elektrode 29 seitlich in einem Abstand »dt« von dem Überlappungsgebiet der η-leitenden Zonen 26 und 24 liegt. Diese Abstände »cft« und »c&« betragen je etwa 0.15 mm. Diese Abstände führen effektiv einen hohen Reihenwiderstand von etwa 0,2 Sl in dem Stromweg in den Zonen 25 und 26 von den Elektroden 28 und 29 zu den Überlappungsgebieten herbei. Diese Widerstände liegen in Reihe mit den Vorwärtswiderständen in den Überlappungsgebieten und sind gleich einem Vielfachen der letzteren Widerstände. Dadurch ergibt sich eine Herabsetzung der Strorjidichten in den Überlappungsgebieten.

Die zweite und die dritte weitere η-leitende Zone 25 bzw. 26 weisen hervorragende Teile 25c bzw. 26c auf. die sich im allgemeinen parallel zu der Diagonale CD in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und zwischen den η-leitenden Zonen 25 und 26 einen Teil des zweiten äußeren p-leitenden Gebietes mit einer rechteckigen Oberfläche definieren, dessen Länge 1 in einer zu der Diagonale CD parallelen Richtung wesentlich größer als-seine Breite w in einer Richtung quer zu der Diagonale CD ist (siehe F ig, 3). In dem dargestellten Äusführungsbeispiel ist /1,5 mm Und ist W 0,25 mm, so daß das Verhältnis 1/tV = 6 ist« Durch das Anbringen der Vorsprünge 25c und 26c und des dazwischen liegenden fortgesetzten Teiles der pleiten·' den Zone 23 wird eine sehr empfindliche Triggerung für die beiden alternativen Schaltungsweisen der Elektroden 28 und 29 erhalten. Es sei z. B. der Fall betrachtet, in dem die Elektrode 28 die Steuerelektrode und die Elektrode 29 die zweite Hauptstromelektrode ist. In dem I + -Modus ist die Elektrode 29 negativ in bezug auf die Elektrode 27 und wird an die Steuerelektrode 28 eine Spannung angelegt, die in bezug auf die Spannung an der Elektrode 29 positiv ist. Ein Verluste erzeugender Löcherstrom fließt von der Steuerelektrode 28 über die p-leitende Zone 23 zu der Hauptstromelektrode 29. Dieser Löcherstrom kann über den fortgesetzten Teil IAv zwischen den Vorsprüngen 25c und 26c und kann auch in der p-leitenden Zone 23 über einen kürzeren Weg unterhalb der η-leitenden Zone 25 und 26 fließen. Die p-Ieitende Zone 22 wird jedoch durch eine zwei Schritte umfassende Diffusion erzeugt, so daß die Oberflächenleitung viel niedriger als die Leituc^· des unterhalb der η-leitenden Zonen 25 und 26 liegenden Teiles des Gebietes 22 ist, so daß der Weg unterhalb der η-leitenden Zonen 25 und 26 ein Weg hohen Widerstandes ist; der Löcherstom fließt also vorzugsweise über das fortgesetzte /Λν-Gebiet zwischen den η-leitenden Zonen 25 und 26. Indem dieser Teil des Gebietes als fortgesetzter Teil angebracht wird, kann der Widerstand verhältnismäßig hoch gemacht werden. Dies ist aus den folgenden Gründen erwünscht. Zum Einschalten der auf der rechten Seite der Anordnung liegenden npnp-Struktur, die durch die Gebiete 26, 23, 21 und 22 gebildet wird, wird das η-leitende Gebiet 26 nur in den untenliegenden Teil des p-leitenden Gebietes 23 Elektronen injizieren, wenn der seitliche Spannungsabfall an dem mittleren Teil der p-leitenden Zone 23 entlang die Kniespannung von 0.8 V erreicht. Wenn der Widerstand des mittleren Teiles der p-leitenden Zone nur 10 Ω beträgt, wird die Anordnung nicht getriggert. bevor der Strom zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 29 80 mA beträgt. Wenn aber der Widerstand 100 Ω beträgt, erfolgt eine Triggerung. wenn der Strom zwischen diesen Elektroden nur 8 mA ist.

Da es aus Obenstehendern deutlich hervorgeht, daß es zum Erhalten einer hohen Triggerempfindlichkeit bei niedrigem Schaltstrom erwünscht ist. daß ein langer Mittelteil des p-leitenden Gebietes 23 zwischen den η-leitenden Vorsprüngen 25c und 26c liegt, ist die Orientierung der η-leitenden Zonen 25 und 26 derartig, daß sie zu einer Diagonale CD symmetrisch angebracht sind, was günstig ist, weil bei dieser Orientierung die Abmessung größer sein kann als der Fall wäre, wenn die η-leitenden Zonen symmetrisch zu eine- Mittellinie angebracht sind, die sich parallel zu einander gegenüberliegenden Seiten des Körpers erstreckt.

Die wichtigsten Schritte bei der Herstellung der Anordnung nach den Fig. 3 bis 8 werden nachstehend beschrieben. Es wird von einer η-leitenden Siliziumscheibe mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Dicke von 0,35 mm und einem spezifischen Widerstand von 25 Ω. cm ausgegangen. Die beiden Hauptoberflächen der Scheibe werden durch Läppen und Ätzen vor der ersten Diffusionsbehandlung flach gemacht. In dieser Scheibe müssen etwa 70 bis 80 der Anordnungen nach den Fig,3 bis 8 gebildet werden, wobei Bearbeitungen, wie Diffusion, Maskierung usw^ gleich· zeitig an allen Steilen der Scheibe durchgeführt werden, und Wobei die Scheibe nach dem Anbringen der Elektrodenschichten in die einzelnen Körper mit quadratischer Oberfläche unterteilt wird, Die nächste* hende Beschreibeung bezieht sich aber nur auf die

Bearbeitungen für eine einzige Stelle, Akzeptorverunreinigungen werden in einander gegenüberliegende Hauptoberflächen der Scheibe eindiffumdiert zur Bildung der äußeren p-leitenden Zonen 22 und 23 und der Übergänge ]\ und }i, die auf je einer Tiefe von etwa 60 μιη von der benachbarten Hauptobeirfläche liegen. Vorzugsweise wird ein zwei Stufen umfassendes Akzeptordiffusionsverfahren verwendet, bei dem zunächst Aluminium mit einem Schichtwiderstand von mehr als 200 Ω pro Quadrat eindiffundiert wird, um den verlangten spezifischen Widerstand des p-leitenden Gebietes zu erhalten, das unter den Vorsprüngen 25c und 26 zur Anlage kommen muß, während danach Bor eindiffundiert wird, um eine höhere Oberflächenkonzentration zu erhalten, die für einen guten ohmschen |5 Kontakt mit den nachher anzubringenden Elektroden benötigt wird.

Durch ein in der Halbleitertechnik übliches Verfahren wird die Scheibe mit einer Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von etwa 13 μΐη auf allen Oberflächen versehen. Dann werden auf den Oxidschichten auf einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Scheibe Maskierungsschichten angebracht, welche Schichten die Muster aufweisen, die erforderlich sind, um, durch anschließende Diffusion von Phosphor in die frei gelegten Siliziumteile, die durch die örtliche Entfernung der Oxidschichten gebildet werden, 'n den Öffnungen in den Maskierungsschichten die ersten weiteren n-leitenden Zonen 24 und die zweiten und dritten weiteren η-leitenden Zonen 25 und 26 zu erhalten. Die Maskierungsschichten können durch einen Photolack gebildet werden der durch ein photographisches Verfahren unter Verwendung von Photomasken strukturiert wird. Auch kann das Vertahren Anwendung finden, bei dem Wachs durch öffnungen in Metallmasken hindurchgespritzt wird. Bei dem letzteren Verfahren werden die Gebiete der Oxidschichten, die geschützt werden müssen, mit Wachs überzogen. Dann werden die nicht überzogenen Teile der Oxidschichten z. B. mit Fluorwasserstoffsäure geätzt, um die untenliegenden Siliziumoberflächenteile freizulegen. Die Wachsmaskierung oder ggf. der verbleibende Photolack wird anschließend entfernt. Danach wird ein Phosphordiffusionsschritt unter Verwendung eines in der Halbleitertechnik üblichen Verfahrens durchgeführt zur Bildung der η-leitenden Zonen 24, 25 und 26. Die Übergangstiefen der η-leitenden Zonen 24, 25 und 26 betragen in jedem Einzelfall etwa Ι5μΐτι. während die Phosphoroberflächenkonzentration etwa 10²' Atome/cm' ist. Während dieses Phosphordiffusionsschrittes wird eine weitere Oxidschicht auf den frei gelegten Oberflächenteilen gebildet, während die Dicke der verbleibenden Teile der ursprünglichen Oxidschichten zunimmt.

Die Elektrodenschichten werden dann auf folgende Weise angebracht. An der oberen Fläche wird ein Maskierungsmuster auf der Oberflächenoxidschicht dadurch angebracht, daß Wachs durch Öffnungen in einer Metallmaske hindurchgespritzt wird. Die öffnungen in der Maske bestehen aus einer Anzahl paralleler 6υ Streifen, wobei die Metallmaske derart angebracht wird, daß sich die Streifen in einer zu der Diagonale OD der gesonderten quadratischen Flächen parallelen Richtung erstrecken, auf welchen Streifen die Gebiete jedes einzelnen Elements gebildet werden; Diese Maske, die eine verhältnismäßig einfache Form hat, wird durch funkenerosion erhalten. Das Wachs wird an den Stellen der Oberflächenoxidschicht angebracht, die von den Metallkontaktstreifan frei bleiben müssen. Die unmaskierten Teile der Oberflächenoxidschicht auf der oberen Fläche werden dann durch Ätzen mit Fluorwasserstoffsäure entfernt. Gleichzeitig wird die Oxidschicht auf der gegenüberliegenden unteren Fläche mit Fluorwasserstoffsäure weggeätzt. Anschließend wird die Wachsmaskierungsschicht auf der Oberseite entfernt. Danach werden auf den streifenförmigen freigelegten Siliziumoberflächenteilen an der durch das Oxid maskierten oberen Fläche und auf der ganzen freigelegten unteren Fläche dadurch Elektrodenschichten angebracht, daß zunächst Nickel (2 bis 3 μιτι) und dann Gold (< 1 μιτι) auf elektrolytischem Wege niedergeschlagen wird. Auf diese Weise werden eine Anzahl sich parallel erstrekkender Metallelektrodenstreifen auf der oberen Fläche und wird eine ununterbrochene Elektrodenschicht auf der unteren Fläche gebildet.

Fig.9 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite eines Teiles des Siliziumkörpers nach der Bildung der Metallelektrodenstreifen. In der Mitte der Figur ist eine Anordnung mit einer quadratischen Oberfläche mit Diagonalen A-B und C-D (siehe Fig. 3 bis 8) und mit Elektroden 28 und 29 (siehe die schraffierten Gebiete) dargestellt. Die senkrechten und waagerechten Linien geben die Stellen an, an denen nachher durch Sägebearbeitungen Schnittlinien gebildet werden sollen. Aus der Figur ist ersichtlich, daß die Elektroden 28 und 29 in der mittleren Airordnung einen Teil ununterbrochener Streifen bilden, die sich parallei zu der Diagonale C-D erstrecken. Der Streifen, aus dem die Elektrode 28 der mittleren Anordnung erhalten ist, bildet auch die Elektrode 29 der sofort unterhalb der mittleren A nordnung gezeigten Anordnung und auch die Elektrode 28 der sofort rechts von der letzteren Anordnung liegenden Anordnung. Der Streifen, aus dem die Elektiode 29 der mittleren Anordnung erhalten ist, bildet auch die Elektrode 28 der sofort unterhalb der mittleren Anordnung liegenden Anordnung und ebenfalls die Elektrode 28 der sofort rechts von der mittleren Anordnung liegenden Anordnung. '■' i g. 9 zeigt die Form eines Diffusionsmusters der η-leitenden Zonen 25 und 26 oberhalb anschließender Teile der Scheibe. Übergänge /» und A enden beide an den beiden Seitenflächen AC und D-B jeder Anordnung. Füi optimale Symmetrie der Kennlinien wäre es erwünscht, daß der Übergang / in der Nähe der Ecken Cund ßund daß der Übergang A an den Ecken A und D endet. Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite des Halbleiterkörpers einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in der die Abschlüsse der Übergänge /4 und A sich an den Ecken A. D bzw. B. C befinden. Übrigens ist die Anordnung genau gleich der an Hand der F1 g. 3 bis 8 beschriebenen Anordnung. Der Grund, aus dem die Übergänge /4 und A an den Seitenflächen der in den Fig. 3 bis 9 dargestellten Anordnung längs der Seite A-Cenden, läßt sich durch die Maskierung erklären, die zur Herstellung des Diffusionsmusters der n-leitenden Zonen 25 und 26 erforderlich ist (siehe F i g. 9). Wenn es wünschenswert wäre, eine Vielzahl von Anordnungen der in Fig. 10 gezeigten Art auf ein und derselben Scheibe nach Fig. 9 herzustellen, würde, dank dem Abschluß der Übergänge U und h an den Ecken jedes Teiles des Elements auf der Scheibe, die Maske, die zum Definieren der zu entfernenden Oxidschichtteile für die η-Typ-Diffusion verwendet wird, aus einer Anzahl isolierter Öffnungen bestehen, d. h, aus einer isolierten Insel für jedes Quadrat, Dagegen weist die für die Herstellung der Anordnung nach Fig.9 erforderliche

Maske nicht eine solche Anzahl isolierter öffnungen auf, weil die Übergänge /, und h an den Seitenflächen jedes Teiles eines Elements enden. Tatsächlich besteht diese Maske aus einer Anzahl streifenförmiger öffnungen, die sich in Reihen erstrecken, deren Flächeninhalt praktisch dem der ununterbrochenen p-leitenden sich in Reihen auf der Scheibe erstreckenden Zonen entspricht. Obgleich die Öffnungen der Maske, die zum Definieren der öffnungen in der Oxidschicht für den Diffusionsschritt verwende: wird, eine kompliziertere Form als die öffnungen in der Maske aufweisen, die zum Definieren der öffnungen in der Oxidschicht für die Elektrodensxreifen verwendet wird, kann die erstere Maske noch ohne Schwierigkeiten durch Funkenerosion gebildet werden, dank der Kontinuität der sich in Reihen erstreckenden öffnungen. Bei der Herstellung können also Anordnungen nach F i g. 9, wenigstens in bezug auf diese besondere Maskierungsbearbeitung, leichter erhalten werden.

Bei der Herstellung der Anordnung nach den Fig.3 bis 8 wird die Scheibe nach Anbringung der Elektroden, wie oben beschrieben, längs der orthogonalen Linien nach Fig. 9 unterteilt Diese Unterteilung erfolgt durch Sägen in Gegenwart eines Läppmittels. Die gesonderten Elemente werden dann einer Ätzbehandlung unterworfen, um eine etwaige mechaniscne Beschädigung der Ränder der Sägeschnitte zu beseitigen. Während dieser Ätzbehandlung dienen die verbleibenden Teile der Oxidschicht an dar oberen Fläche zusammen mit den vorhandenen Elektrodenschichten als Schutzmaske. Vorzugsweise werden die verbleibenden Oxidschichtteile an der oberen Fläche nicht entfernt und in der endgültigen Anordnung zur Förderung der Stabilität beibehalten. Der Deutlichkeit halber sind diese Oxidschichtteile in den Figuren aber nicht dargestellt.

Anschließend werden die einzelnen Elemente montiert.

Es können auch andere Halbleitermaterialien und andere Metalle, Isolierschichten usw. als die hier genannten verwendet werden, auch können andere Geometrien gewählt werden. Auch können alle Leitfähigkeitrtypen in den beschriebenen Beispielen gleichzeitig durch die entgegengesetzte Leitfähigkeitsiypen ersetzt werden, wobei die Vorspamu'ngspotentia-Ie umgekehrt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Zweirichtungsthyristor mit einem Halbleiterkörper mit einer inneren Zone (21) von einem bestimmten Leitfähigkeitstyp zwischen einer ersten (22) und einer zweiten (23) äußeren Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste äußere Zone (22) an eine erste Hauptoberfläche des Körpers und die zweite äußere Zone (23) an die gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche grenzt, und wobei die äußeren Zonen mit der erwähnten inneren Zone PN-Übergänge (Ju h) bilden, wobei eine erste weitere Zone (24) vom einen Leitfähigkeitstyp einen PN-Obergang (Ji) mit der erwähnten ersten äußeren Zone (22) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bildet und ebenfalls an die erwähnte erste Hauptoberfläche des Körpers grenzt, während eine erste Hauptstromelektrode (27) auf der erwähnten ersten Hauptoberfläche des Körpers liegt, die einen ohmschen Kontakt mit der erwähnten ensten äußeren Zone (22) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und mit der erwähnten ersten weiteren Zone (24) vom einen Leitfähigkeitstyp bildet, wobei eine zweite (25) und eine dritte (26) weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit je der zweiten äußeren Zone (23) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einen PN-Übergang (U, /5) bilden und jeweils an die erwähnte zweite Hauptoberfläche des Körpers grenzen, während ferner eine erste (28) und eine zweite (29) weitere Elektrode auf der erwähnten zweiten Hauptoberfläche des Körpers Eur Bildung eine, zweiten Hauptstromelektrodc und einer Steuerelektrode vorgesehen sind, wobei die erwähnte erste weitere Elektrode (28) einen gemeinsamen ohmschen Kontakt 'lit der zweiten äußeren Zone (23) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und mit der /weiten weiteren Zone (25) vom einen Leitfähigkeitstyp bildet, und wobei die erwähnte zweite weitere Elektrode (29) einen gemeinsamen ohmschen Kontakt mit der /weiten äußeren Zone (23) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und mit der dritten weiteren Zone (26) vom einen Leitfähigkeitstyp bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die /weite (25) und die dritte (26) weitere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp praktisch den gleichen Flächeninhalt aufweisen und sich praktisch völlig auf einander entgegengesetzten Seiten einer Linie (CD) befinden, die die erwähnte Oberfläche in zwei praktisch gleich Oberflächenteile unterteilt, wobei die weiteren Elektroden (28,29). die die /weite Hauptstromelektrode und die Steuerelektrode bilden, ebenfalls zu beiden Seiten der genannten Linie (C£yangebracht sind.

2. Zweirichtungsthyristor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper praktisch rechteckige Hauptoberflächen aufweist, wobei die von der zweiten und der dritten weiteren Zone (25, 26) eingenommenen Teile der zweiten Hauptoberfläche zu einer Linie, die die rechteckige zweite Hauploberfläche in /wei Teile unterteilt. 6t> praktisch symmetrisch SiRd₁

3. Zweirichtungsthyristor nach Anspruch 2, da» durch gekennzeichnet, daß die von der zweiten und der dritten weiteren Zone (25, 26) eingenommenen Teile der zweiten Hauploberfläche zu einer Diagonale (CD) der zweiten Hauptoberfläche praktisch symmetrisch sind.

4. ZweirichlUngslhyrisför nach Anspruch X dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite weitere Elektrode (28, 29) an der zweiten Hauptoberfläche die Form von Metallstreifen einer praktisch gleichmäßigen Breite aufweisen, die sich in einer zu einer Diagonale (CD) praktisch parallelen Richtung erstrecken.

5. Zweirichtungsthyristor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte weitere Zone (25, 26) vom einen Leitfihigkeitstyp je einen ersten Randteil (25a, 26a)und einen zweiten Randteil (25b, 26b) aufweisen, wobei die PN-Übergangsteile zwischen den ersten Randteilen (25a, 26a) und der zweiten äußeren Zone (23) vom entgegengesetzten Lei'fähigkeitstyp sich zu beiden Seiten der Diagonale (CD) und in einer zu der Diagonale praktisch parallelen Richtung erstrecken, während sich die PN-Übergangsteile zwischen den zweiten Randteilen (25b. 26b) und der zweiten äußeren Zone (23) zu beiden Seiten der Diagonale (CD) und in einer in Diagonale schneidenden Richtung erstrecken, wobei in Projektion quer zu den Hauptoberflächen die ersten Randteile (25a, 26ajder zweiten und der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp die erste weitere Zone (24) vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers überlappen, während in Projektion die zweiten Randteile (2ub, 26b) der zweiten und der dritten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers wenigstens über einen Teil ihrer Länge in der Nähe der ersten Randteile (25a, 25Z^ die erste weitere Zone (24) vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers nicht überlappen.

6. Zweirichtungsthyristor nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß in Projektion quer /u den Hauptoberflächen jede der erwähnten ersten und zweiten weiteren Elektroden (28, 29) an der erwähnten zweiten Hauptoberfläche des Korpers auf Abstand von dem Überlappt igsgebiet der ersten weiteren Zone vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauploberfläche des Körpers mit der ersten Randzone (25a. 26a,/ der /weiten bzw. der dritten weiteren Zone vom einen l.eiifähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers liegt.

7. Zweirichtungsthyristor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte weitere Zone (25, 26) vom einen LeitfähigkeitMyp je einen Vorsprung (25c 26tV aufweisen, wobei die erwähnten Vorsprünge sich im allgemeinen parallel /u der Diagonale (C D) in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und /wi sjhen der zweiten und der dritten weiteren Zone (25, 26) vom einen l.eitfähigkeitstyp einen Teil der zweiten äußeren Zone (23) vom entgegengesetzten Leilfähigkeitstyp mit einer größeren Abmessung in einer /u der Diagonale (CD) parallelen Richtung als in einer Richtung quer /u der erwähnten Diagonale definieren.

8. Zweirichtungsthyristor nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Teil der zweiten äußeren Zone (23) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eine praktisch rechteckige Oberfläche aufweist, und daß das Verhältnis l/w wenigstens gleich 6 ist, wobei / die Länge des erwähnten Teiles darstellt, in einer Richtung parallel zu der Diagonale (CD) zwischen den Enden der Vorsprünge gemessen, und wobei w die Breite des

erwähnten Teiles der zweiten Süßeren Zone (23) darstellt, in einer Richtung quer zu der Diagonale (CD) zwischen den einander zugekehrten Rändern der zweiten und der dritten weiteren Zone (25, 26) vom einen Leitfähigkeitstyp gemessen.

9. Zweirichtungsthyristor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste weitere Zone (2) vom einen Leitfähigkeitstyp an der ersten Hauptoberfläche des Körpers zwei Aussparungen aufweist, die in Projektion quer zu den Hauptoberflächen in der Nähe der Vorsprünge (25c, 26c) der zweiten und der dritten weiteren Zone (25, 26) vom einen Leitfähigkeitstyp an der zweiten Hauptoberfläche des Körpers liegen

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