DE2251251A1

DE2251251A1 - TWO WAY THYRISTOR WITH HIGHLY SENSITIVE GATE ELECTRODE

Info

Publication number: DE2251251A1
Application number: DE19722251251
Authority: DE
Inventors: Frederick Peter Jones; John Manning Savidge Neilson
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-10-22
Filing date: 1972-10-19
Publication date: 1973-04-26
Also published as: NL7214234A; BE790415A; GB1399644A; CA972076A; FR2156819B1; FR2156819A1; IT964378B; JPS4851592A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dn.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 7B · Telefon 432732Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dn.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patent Attorneys 4ooo Düsseldorf 3D Cecilienallee 7B Telephone 432732

17o Oktober 1972 27 798 B17th October 1972 27 798 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,

New Yorkg N₀Y₀ 10020 (V.St.A.-) New Yorkg N ₀ Y ₀ 10020 (V.St.A.-)

"Zweiwegthvristor mit hochempfindlicher Gate-Elektrode""Two-way thyristor with highly sensitive gate electrode"

Die Erfindung betrifft Halbleiterbauteile, insbesondere die als Schalt- und Steuerbauteile verwendeten, als Thyristoren bekannten Halbleiter»The invention relates to semiconductor components, in particular those used as switching and control components, as thyristors known semiconductors »

Thyristoren sind Halbleiterbauteile, welche den Stromfluß in einer oder mehreren Richtungen so lange verhindern, bis eine bestimmte Spannungshöhe erreicht ist, oder bis ein Gate-Elektroden-"Trigger"-Strom angelegt wird. Eine als gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCR) bekannte Thyristorenart zeigt diese Eigenschaft in Durchlaßrichtung "und sperrt gegen umgekehrt fließende Ströme₀ Ein weiteres Bauteil dieser Art ist der Zweiwegthyristor, der die Gate-Elektroden-Steuercharakteristik in beiden Stromflußrichtungen zeigte Dieses Bauteil wird auch als Triac bezeichnet und ist das schaltungsmäßige Äquivalent von zwei SCR¹S, die mit entgegengesetzten Polaritäten parallel geschaltet sind und eine gemeinsame Gate-Elektrode aufweisen. Thyristors are semiconductor components which prevent the flow of current in one or more directions until a certain voltage level is reached or until a gate-electrode "trigger" current is applied. Is known as a silicon controlled rectifier (SCR) Thyristorenart shows this property in the forward direction "and locks against reverse currents flowing ₀ Another device of this kind is the triac, which showed the gate electrode control characteristic in both directions of current flow, this component is also referred to as a triac and is the circuit equivalent of two SCR ¹ S, which are connected in parallel with opposite polarities and have a common gate electrode.

Hinsichtlich des Aufbaus weisen Triacs fünf Halbleiterzonen von abwechselndem Leitungstyp auf, wobei die äußersten Emitterzonen mit der benachbarten Basiszone entgegengesetzten Leitungstyps kurzgeschlossen sind«, Dieser sogenannte "Kurzschluß-Emitter"-Aufbau ist erforderlich,In terms of construction, triacs have five semiconductor zones of alternating conductivity type, with the outermost Emitter zones are short-circuited with the neighboring base zone of the opposite conductivity type «, This so-called "short-circuit emitter" structure is required,

6 fu6 fu

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um Hochtemperaturbetrieb und eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit der Sperrspannungen zu erzielen,around high temperature operation and a high slew rate to achieve the blocking voltages,

Kurzschluß-Emitter-Triacs erfordern jedoch hohe Gate-Elektroden-Ströme, um einen hinreichend hohen Spannungsabfall am kurzgeschlossenen Übergang zu erzielen, der ausreicht, um den kurzgeschlossenen Emitter zu triggern, so daß er leitet. Triacs waren deshalb bisher nicht so empfindlich bezüglich niedriger Gate-Elektroden-Ströme, wie dies für bestimmte Anwendungsfälle erforderlich ist»However, short-circuit emitter triacs require high gate electrode currents, in order to achieve a sufficiently high voltage drop at the short-circuited junction, the sufficient to trigger the shorted emitter so that it conducts. Triacs have therefore not been like that before sensitive to low gate electrode currents, as required for certain applications »

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweiwegthyristor anzugeben, der hohe Gate-Elektroden-Empfindlichkeit aufweist, d.h., der bereits bei niedrigen Gate-Elektroden-Strömen getriggert wird»The invention is based on the object of specifying a two-way thyristor which has high gate electrode sensitivity , i.e. that is triggered at low gate electrode currents »

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine in einem Halbleiterkörper gebildete erste halbleitende Zone eines ersten Leitungstyps; eine zweite und dritte halbleitende Zone von der ersten Zone entgegengesetztem Leittungstyp auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Abschnitts der ersten Zone; eine vierte und fünfte halbleitende Zone von der ersten Zone entgegengesetztem Leitungstyp auf gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Abschnitts der ersten Zone; eine siebte und achte, an die dritte bzw. vierte Zone anschließende, von der ersten Zone entfernte halbleitende Zone; eine Einrichtung zur Isolierung der zweiten Zone gegen die vierte Zone; und durch eine Einrichtung zur Isolierung der fünften Zone gegen die dritte Zone.According to the invention, this object is achieved by a first semiconducting zone formed in a semiconductor body a first type of conduction; second and third semiconducting zones of the opposite conductivity type from the first zone on opposite sides of a first portion of the first zone; fourth and fifth semiconducting zones of the opposite conductivity type to the first zone on opposite sides of a second portion of the first zone; a seventh and eighth, to the third or fourth zone, subsequent semiconducting zone remote from the first zone; a facility for Isolating the second zone from the fourth zone; and by a means for isolating the fifth zone against the third zone.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is in the following description of several exemplary embodiments in conjunction with the drawing explained in more detail. Show it:

Fig« 1 eine schematische Schnittansicht der Anordnung von Halbleiterzonen und Übergängen eines erfindungsgemäßen Zweiwegthyristorsj 1 shows a schematic sectional view of the arrangement of semiconductor zones and junctions of a two-way thyristor according to the invention

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Fig. 2a und 2b eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen, lichtempfindlichen Zweiwe gthyri st ο rs j 2a and 2b show a top view and a sectional view of a photosensitive two-way thyri st ο rs j according to the invention

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform des in Fig. 2b gezeigten Triacs; und Fig. 3 shows an alternative embodiment of the triac shown in Fig. 2b; and

Fig. 4 eine Kapselungsanordnung für die Thyristoren nach den Fig, 2b und 3. 4 shows an encapsulation arrangement for the thyristors according to FIGS. 2b and 3.

Der in Fig. 1 gezeigte ^Thyristor 10 ist in einem Halt»- · leiterkörper 12 (beispielsweise aus Silizium) gebildet und weist eine äußerste Ober- und eine äußerste Unterseite 11 bzw, 13 auf. Eine erste Halbleiterzone 14 eines Leitungstyps liegt im Halbleiterkörper 12„ Die erste Zone 14 kann P-leitend oder N-leitend seinj die erste Zone ist in der Zeichnung lediglich zu Erläuterungszwecken als N-leitend dargestellt,, Die Abmessungen und die die Leitungsart bestimmenden Dotierstoffkonzentrationen der ersten Zone 14 und der nachfolgend beschriebenen HaIbleiterzonen sind nicht kritisch und werden durch bekannte Aufbaukriterien bestimmt.The thyristor 10 shown in Fig. 1 is in a halt »- · Conductor body 12 (for example made of silicon) and has an outermost top and an outermost bottom 11 and 13 respectively. A first semiconductor zone 14 of one conductivity type lies in the semiconductor body 12 “The first zone 14 can be P-type or N-type j the first zone is shown in the drawing as N-conductive only for explanatory purposes, the dimensions and the type of cable determining dopant concentrations of the first zone 14 and the semiconductor zones described below are not critical and are determined by known structural criteria.

Eine zweite und eine dritte Halbleiterzone 16 bzw. 18 liegen auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Abschnitts 20 der ersten Zone 14„ Die zweite und dritte Zone 16 und 18 haben einen'Leitungstyp, der dem der ersten Zone entgegengesetzt ist (P-leitend in Fig. 1). Die genaue Anordnung des ersten Abschnitts 20 ist nicht kritisch, solange dieser von einem zweiten Abschnitt 22 der ersten Zone 14 Abstand hat.A second and a third semiconductor zone 16 and 18, respectively lie on opposite sides of a first section 20 of the first zone 14 “The second and third Zones 16 and 18 have a conduction type which is opposite to that of the first zone (P-conductive in FIG. 1). the precise arrangement of the first section 20 is not critical as long as it is separated from a second section 22 the first zone 14 is at a distance.

Eine vierte und eine fünfte Halbleiterzone 24 bzw. 26 liegen auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Abschnitts 22 der ersten Zone 14„ Die vierte und fünfte Zone 24 und 26 sind vom gleichen Leitungstyp wie dieFourth and fifth semiconductor zones 24 and 26, respectively lie on opposite sides of the second section 22 of the first zone 14 “the fourth and fifth Zone 24 and 26 are of the same conductivity type as that

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zweite und dritte Zone 16 und 18 (in der Zeichnung P-leitend). second and third zones 16 and 18 (P-conductive in the drawing).

Auf der dritten Zone 18 liegt eine sechste Halbleiterzone 28, die durch die dritte Zone 18 von der ersten Zone 14 getrennt ist«, In gleicher Weise liegt eine siebte Halbleiterzone 30 auf der vierten Halbleiterzone 24 und ist von dieser durch die fünfte Zone 26 getrennt. Die sechste und'siebte Zone 28 und 30 haben den gleichen Leitungstyp wie die erste Zone 14.A sixth semiconductor zone lies on the third zone 18 28 passing through the third zone 18 from the first zone 14 is separated «, a seventh semiconductor zone is located in the same way 30 on the fourth semiconductor zone 24 and is separated therefrom by the fifth zone 26. The sixth and the seventh zones 28 and 30 are of the same conductivity type like the first zone 14.

Der Thyristor 10 weist sechs PN-Übergänge auf, von denen vier zwischen der ersten Zone 14 und der zweiten, dritten, vierten und fünften Zone 16, 18, 24 und 26 liegen. Die anderen beiden PN-Übergänge befinden sich zwischen der dritten und sechsten Zone 18 und 28 und der vierten und siebten Zone 24 und 30. Die sechs PN-Übergänge sind in Fig. 1 gezeigt, ohne jedoch mit Bezugszeichen versehen zu sein.The thyristor 10 has six PN junctions, four of which between the first zone 14 and the second, third, fourth and fifth zones 16, 18, 24 and 26 lie. the the other two PN junctions are between the third and sixth zones 18 and 28 and the fourth and seventh zone 24 and 30. The six PN junctions are shown in FIG. 1, but are not provided with reference symbols to be.

Der Thyristor 10 ist weiter mit zwei Hauptanschlüssen versehen, die in Fig. 1 mit MT 1 und MT 2 bezeichnet sind. Der Hauptanschluß MT 1 ist elektrisch mit der zweiten und siebten Zone 16 bzw. 30 verbunden. Der Hauptanschluß MT ist mit der fünften und sechsten Zone 26 bzw. 28 elektrisch verbunden. An der ersten Zone 14 ist eine Gate-Elektrode G angeschlossen. Alternativ kann die Gate-Elektrode entweder an der dritten oder der vierten Zone 18 oder 24 angeschlossen sein. Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau stellt einen Thyristor 10 dar, der Strom in beiden Richtungen zwischen den Hauptanschlüssen MT 1 und MT 2 leiten kann, und der darüber hinaus hoch empfindlich für niedrige Gate-Elektroden-Ströme ist. Diese Empfindlichkeit wird durch die Isolation der zweiten Zone 16 gegen die vierte Zone 24 und die Isolation der fünften Zone 26 gegen die dritte Zone 18 erreicht. Anders betrachtet bildet der Thyristor 10 zwischen der Oberseite 11 und der UnterseiteThe thyristor 10 is further provided with two main connections, which are designated in FIG. 1 with MT 1 and MT 2. The main terminal MT 1 is electrically connected to the second and seventh zones 16 and 30, respectively. The main connection MT is electrically connected to fifth and sixth zones 26 and 28, respectively. A gate electrode is located on the first zone 14 G connected. Alternatively, the gate electrode can be on either the third or fourth zone 18 or 24 be connected. The structure shown in Fig. 1 represents a thyristor 10 which carries current in both directions can conduct between the main connections MT 1 and MT 2, and which is also highly sensitive to low Gate electrode currents is. This sensitivity is achieved by isolating the second zone 16 from the fourth Zone 24 and the isolation of the fifth zone 26 from the third zone 18 is reached. Viewed another way, that forms Thyristor 10 between the top 11 and the bottom

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einen PNPN-Aufbau in einem ersten Abschnitt des Halbleiterkörpers 12 und einen NPNP-Aufbau in einem zweiten Abschnitt des Halbleiterkörpers 12, wobei dem PNPN- und NPNP-Aufbau lediglich die erste Zone 14 gemeinsam ist. Wegen des nicht kurzgeschlossenen Zweiwegaufbaus kann der Thyristor durch Anlegen sehr geringer Gate-llektroden-Ströme an der innersten gemeinsamen (ersten) Zone 14 oder der dritten oder vierten Zone 18 und 24 oder einer Kombination dieser Zonen in leitenden Zustand getriggert werdenβa PNPN structure in a first portion of the semiconductor body 12 and an NPNP structure in a second section of the semiconductor body 12, wherein the PNPN and NPNP structure only the first zone 14 is common. Because the two-way structure is not short-circuited, the Thyristor by applying very low gate electrode currents at the innermost common (first) zone 14 or the third or fourth zones 18 and 24 or a combination these zones are triggered in the conductive state

Ein tatsächlicher Thyristoraufbau mit dem schematisch in Fig. 1 gezeigten Aufbau ist in den Fig. 2a und 2b gezeigt und wird mit Bezug auf diese Figuren beschrieben.An actual thyristor structure with the schematic in Fig. 1 is shown in Figs. 2a and 2b and will be described with reference to these figures.

Der in seiner Gesamtheit mit 40 bezeichnete Thyristor ist in einem Halbleiterkörper 42 mit einer äußersten Ober- und Unterseite 44 bzw. 46 gebildet. Der Thyristor weist sieben Halbleiterzonen 48, 49, 50, 51, 52, 53 und 54 auf, von denen jede mit einer der entsprechenden sieben Zonen 14, 16, 18, 24, 26, 28 und 30 in Fig. 1 übereinstimmt. Das heißt, der Thyristor 40 weist eine der ersten Zone 14 in Fig. 1 entsprechende erste Zone 48, eine der zweiten Zone 16 in Fig. 1 entsprechende zweite Zone 49 usw. auf. Weiter umfaßt die zweite Zone 49 nach Fig. 2 einen hochleitenden Abschnitt 55 im Anschluß an die äußerste Oberseite 44, um einen guten ohm'sehen Kontakt sicherzustellen. In gleicher Weise umfaßt die fünfte Zone52 einen hochleitenden Abschnitt 57 im Anschluß an die ' Unterseite 46.The thyristor, designated in its entirety by 40, is in a semiconductor body 42 with an outermost upper and bottom 44 and 46, respectively. The thyristor has seven semiconductor zones 48, 49, 50, 51, 52, 53 and 54, each of which corresponds to one of the corresponding seven zones 14, 16, 18, 24, 26, 28 and 30 in FIG. That is, the thyristor 40 has a first zone 48 corresponding to the first zone 14 in FIG. 1, one of the second Zone 16 in Fig. 1 corresponding second zone 49 and so on. The second zone 49 according to FIG. 2 further comprises one highly conductive section 55 following the outermost top side 44 to ensure good ohmic contact. In the same way, the fifth zone 52 comprises a highly conductive section 57 following the ' Underside 46.

Der Thyristor 40 ist mit einer grabenartigen Vertiefung 56 versehen, die sich von der äußersten Oberseite 44 aus in den Körper 42 erstreckt. Die erste Vertiefung 56 reicht bis zur ersten Zone 48 und umgibt die zweite 49 sowie die siebente und vierte Zone 53 bzw. 51- voll-.The thyristor 40 is provided with a trench-like depression 56, which extends from the outermost top side 44 extends out into the body 42. The first recess 56 extends to the first zone 48 and surrounds the second 49 as well as the seventh and fourth zones 53 and 51- full-.

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ständig (siehe Fig. 2a). Auf diese Weise begrenzt die erste grabenartige Vertiefung 56 zwei an der Oberseite flache Erhebungen, die von einer Seite der ersten Zone 48 nach außen vorspringen. Eine dieser Erhebungen umfaßt die zweite Zone 49, während die zweite Erhebung die siebte und vierte Zone 53 und 51 enthält.constantly (see Fig. 2a). That way, that limits first trench-like recess 56 two at the top flat elevations, which from one side of the first zone 48 protrude outwards. One of these elevations comprises the second zone 49, while the second elevation the seventh and fourth zones 53 and 51 contain.

Der Thyristor 40 weist in gleicher Weise eine zweite grabenartige Vertiefung 58 auf, die sich von der äußersten Unterseite 46 bis zur ersten Zone 48 erstreckt« Die zweite Vertiefung 58 liegt in Flucht mit der ersten Vertiefung 56, d.h. die Projektion der einen Vertiefung überlappt die andere identisch., Die zweite Vertiefung bildet ebenfalls zwei an der Oberseite flache Erhebungen, von denen eine die fünfte Zone 52 und die andere die dritte und sechste Zone 50 bzw. 54 enthält. Die erste und zweite Vertiefung 56 und 58 und die Kanten der vier Erhebungen sind mit einem transparenten Isoliermaterial 60, beispielsweise Glas, beschichtet.The thyristor 40 has in the same way a second trench-like depression 58, which extends from the outermost The underside 46 extends to the first zone 48. The second recess 58 is in alignment with the first Well 56, i.e. the projection of one well overlaps the other identically., The second well also forms two flat elevations on the upper side, one of which is the fifth zone 52 and the other is the third and sixth zones 50 and 54, respectively. The first and second recesses 56 and 58 and the edges of the four Elevations are coated with a transparent insulating material 60, for example glass.

Der Thyristor 40 ist außerdem mit Anschlußkontakten 62, 63, 64 und 65 an der zweiten, siebten, sechsten und fünften Zone 49, 53, 54 und 52 versehen. Die Kontakte 62 und 63 sind vorzugsweise gegenüber der Kante der Vertiefung 56 leicht zurückgezogen. Der Thyristor 40 kann also mit einer Gate-Elektrode an der ersten Zone 48 versehen werden, wie dies an der ersten Zone 14 in Fig. 1 gezeigt ist» Der Thyristor 40 ist jedoch im folgenden in Zusammenhang mit einem lichtgesteuerten Anwendungsfall erläutert und die Gate-Elektrode ist in den Fig. 2a und 2b weggelassen.The thyristor 40 is also provided with terminal contacts 62, 63, 64 and 65 on the second, seventh, sixth and fifth zone 49, 53, 54 and 52 provided. Contacts 62 and 63 are preferably opposite the edge of the recess 56 slightly withdrawn. The thyristor 40 can therefore be provided with a gate electrode on the first zone 48 as shown at the first zone 14 in FIG. 1. However, the thyristor 40 is shown in FIG Explained in connection with a light-controlled application and the gate electrode is shown in FIGS 2b omitted.

Der Thyristor 40 kann auf die folgende Weise hergestellt werden. Das Ausgangsmaterial ist ein N-leitendes Siliziumscheibchen einer Dicke von etwa 0,23 mm. In der Praxis wird eine Vielzahl von Bauelementen gleichzeitig in einem einzigen Scheibchen hergestellt. Die vorliegendeThe thyristor 40 can be manufactured in the following manner. The starting material is an N-conductive silicon wafer a thickness of about 0.23 mm. In practice, a large number of components are used simultaneously in made in a single disc. The present

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Beschreibung ist jedoch auf ein einziges als Beispiel dienendes Bauteil beschränkt.However, the description is limited to a single exemplary component.

Zunächst werden die beiden Hauptflächen des Scheibchens von Verunreinigungen und allen Oxidrückständen gereinigt. Das Scheibchen wird dann in einen Diffusionsofen eingebracht, erhitzt und einer P-Leitung hervorrufenden Dotierstoffquelle, z.B₀ Bornitrid, ausgesetzt, wobei dies hinreichend lange durchgeführt wird, um die (Bor-) Dotierstoffe in eine gleichmäßige Tiefe von etwa 0,04 mm von beiden Oberflächen aus einzudiffundieren. -Das Scheibchen wird dann aus dem Ofen herausgenommen.First of all, the two main surfaces of the disc are cleaned of impurities and all oxide residues. The wafer is then placed in a diffusion furnace, heated and _{exposed to a P-conduction-inducing dopant source, eg 0} boron nitride, this being carried out for a sufficient time to remove the (boron) dopants to a uniform depth of about 0.04 mm from both Diffuse surfaces from. -The disc is then taken out of the oven.

Während des Diffusionsprozesses wird auf beiden Scheibchenoberflächen eine dünne Schicht aus Borglas niedergeschlagen. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Schicht eines Photolacks auf der Glasschicht aufgetragen und der, Photolack belichtet, entwickelt, behandelt und zur Entfernung des Glases an den Stellen der jeweiligen Oberfläche, an denen die sechste und siebte Zone 53 und 54.(Fig. 2b) im Bauteil angeordnet werden sollen, geätzt. Eine N-Leitung hervorrufende Dotierstoffquelle, z_eB_o Phosphoroxychlorid wird dann auf der freiliegenden Oberfläche aufgesetzt und das Scheibchen wird in einen Diffusionsofen eingebracht und hinreichend lange erhitzt, so daß die Abschnitte der sechsten und siebten Zone der beiden P-. leitenden Schichten in N-Leitungen umgewandelt werden. Vorzugsweise erstreckt sich sowohl die sechste als auch die siebte Zone etwa 0,01 bis 0,02 mm tief in die jeweilige P-Ieitende Schicht,During the diffusion process, a thin layer of boron glass is deposited on both disk surfaces. At this point a layer of a photoresist is applied to the glass layer and the photoresist is exposed, developed, treated and removed to remove the glass at the points on the respective surface where the sixth and seventh zones 53 and 54 (Fig. 2b) in the Component to be arranged, etched. An N-conduction causing dopant source, z _e B _o phosphorus oxychloride, is then placed on the exposed surface and the wafer is placed in a diffusion furnace and heated for a sufficient time so that the sections of the sixth and seventh zones of the two P-. conductive layers are converted into N-lines. Both the sixth and the seventh zone preferably extend approximately 0.01 to 0.02 mm deep into the respective P-conductive layer,

Anschließend wird das Scheibchen dem Ofen entnommen und die Oberflächen werden mit einem üblichen Siliziumätzmittel geätzt, um die beiden Vertiefungen 56 und 58 zu bilden, die dann mit einer Glasschicht versehen werden. Das Scheibchen wird dann einem weiteren photolithographischen Verfahrensschritt unterzogen, um die gewünschte Metallisierung zu erzeugen»Then the slice is removed from the oven and the surfaces are etched with a conventional silicon etchant to close the two recesses 56 and 58 form, which are then provided with a layer of glass. The wafer is then subjected to a further photolithographic process step in order to obtain the desired To produce metallization »

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Eine alternative Ausführungsform des Thyristors 40 nach Fig. 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Dieser in seiner Gesamtheit mit 40* bezeichnete Thyristor ist mit dem Thyristor 40 gemäß Fig. 2 im wesentlichen identisch, mit der Ausnahme, daß die siebte Zone eine Planar-Zone ist, d_eh. der benachbarte PN-Übergang verläuft bis zur Oberseite 44. Der hochleitende Abschnitt (55¹ in Fig. 3) ist ebenfalls eben. Die ebene siebte Zone ist mit 54' bezeichnet.An alternative embodiment of the thyristor 40 according to FIG. 2 is shown in FIG. This in its entirety by 40 * Marked thyristor is connected to the thyristor 40 of FIG. 2 are substantially identical, except that the seventh zone is a planar zone, d _e h. the adjacent PN junction runs up to the top 44. The highly conductive section (55 ¹ in Fig. 3) is also flat. The flat seventh zone is denoted by 54 '.

Wegen seiner Empfindlichkeit für niedrige Gate-Elektrodenr Ströme, ist der erfindungsgemäße Zweiwegthyristor besonders brauchbar für solche Anwendungsfälle, in denen eine Lichtquelle zum Erzeugen des Gate-Triggerstromes verwendet wird. Solche Anwendungsfälle kommen in Systemen mit hoher Anforderung an die Zuverlässigkeit (beispielsweise bei Rechnern) vor, bei denen streng gefordert wird, daß zwischen einem Leistungsschaltkreis und einem zur Schaltung des Leistungsschaltkreises in leitendem Zustand dienenden Triggerschaltkreis absolute elektrische Isolation besteht.Because of its sensitivity to low gate electrodes Currents, the two-way thyristor according to the invention is particularly useful for those applications in which one Light source used to generate the gate trigger current will. Such use cases come in systems with high reliability requirements (for example with computers), where it is strictly required that between a power circuit and a circuit of the power circuit in the conductive state serving trigger circuit absolute electrical isolation consists.

Eine für die Verwendung in Anwendungsfällen mit Lichttriggerung geeignete Kapselungsanordnung für den erfindungsgemäßen Zweiwegthyristor ist in Fig. 4 gezeigt.An encapsulation arrangement suitable for use in applications with light triggering for the inventive Full-wave thyristor is shown in FIG.

Die Kapselung 70 umfaßt eine Unterlage oder ein Abschlußstück 72, welches vorzugsweise aus einem Metall hoher Zugfestigkeit, beispielsweise Stahl, besteht. Das Abschlußstück 72 weist eine Oberfläche 74 auf, mit der ein Sockel 76 verbunden ist. Der Sockel 76 besteht aus einem isolierenden Material hoher Wärmeleitfähigkeit. Ein Sockel aus Aluminiumoxid mit metallisierter Ober- und Unterseite ist dafür beispielsweise geeignet.The encapsulation 70 comprises a pad or a closure piece 72, which is preferably made of a high metal Tensile strength, for example steel, exists. The terminating piece 72 has a surface 74, with the a socket 76 is connected. The base 76 consists of an insulating material of high thermal conductivity. A base made of aluminum oxide with a metallized top and underside is suitable for this, for example.

Ein dem Thyristor 40 oder 40^! der Fig. 2 bzw. 3 entsprechender Zweiwegthyristor 78 ist auf dem Sockel 76 so befestigt, daß die sechste und fünfte Zone in wärmelei-A thyristor 40 or 40 ^! the Fig. 2 and 3 corresponding two-way thyristor 78 is mounted on the base 76 so that the sixth and fifth zones in thermally conductive

309Ö17/Uü5h 309Ö17 / Uü5 h

tendem Kontakt rait dem Abschlußstück 72 (über den Sockel 76) steht. Vier starre Anschlußstifte 80, 81, 82 und 83 aus Metall erstrecken'sich durch das Abschlußstück 72 und stehen im wesentlichen normal zu diesem. Die Anschlußstifte 80 "bis 85 sind durch GlasJsolierungen 84 isoliert im Abschlußstück 72 eingesetzt. Eine der Glasisolierungen ist in Fig. 4 am dritten Anschlußstift 82 gezeigt,, Ein metallischer Clip 86 ist mit dem zweiten Anschlußstift 81 verbunden und hat zwei Finger 87 und 88, die sich zum Thyristor 78 erstrecken und mit der zweiten bzw. siebten Zone elektrisch verbunden sind. Ein zweiter metallischer Clip 89 ist mit dem vierten Anschlußstift 83 verbunden und hat elektrischen Kontakt mit der Oberseite des Sockels 76 und damit mit der sechsten und fünften Zone des Thyristors 78.tending contact rait the end piece 72 (over the base 76) stands. Four rigid connector pins 80, 81, 82 and 83 made of metal extend through the end piece 72 and are essentially normal to this. The connection pins 80 ″ to 85 are insulated by glass 84 Insulated inserted in the end piece 72. One of the glass insulation is shown in Fig. 4 at the third connector pin 82, a metallic clip 86 is connected to the second Terminal pin 81 connected and has two fingers 87 and 88 which extend to thyristor 78 and to the second and seventh zone are electrically connected. A second metallic clip 89 is connected to the fourth connector pin 83 and has electrical contact with the top of the base 76 and thus with the sixth and fifth Zone of the thyristor 78.

Ein beispielsweise aus Berylliumoxid bestehendes Isolierstück 90 ist mit Abstand vom Abschlußstück 72 schwebend angeordnet und wird von den vier Anschlußstiften 80 bis 83 getragen«, Das Isolierstück 90 ist vom Thyristor 78 vorzugsweise durch eine Entfernung in der Größenordnung von 1,27 mm getrennt. Auf einem Abschnitt der Unterseite des Isolierstücks 90 ist eine erste Metallschicht 92 niedergeschlagen, die in elektrischem Kontakt lediglich mit dem ersten Anschlußstift 80 steht. Eine zweite Metallschicht 94 ist in gleicher Weise auf einem anderen Abschnitt der Unterseite des Isolierstücks niedergeschlagen und steht nur mit dem dritten Anschlußstift 82. in elektrischer Verbindung. Zwei Lichtemittierende Dioden 96 und 98 vom Flächen-Emissionstyp sind auf der ersten Metallschicht 92 befestigt. Jede der Licht emittierenden Dioden 96 und 98 ist in bekannter Weise mit einer P- und N-leitenden Zone versehen, zwischen denen ein PN-Übergang liegt, der bei einem über den Übergang fließenden Strom Licht emittiert. Eine der P- oder N-leitenden Zonen der Dioden 96 und 98 hat also elektrische Verbindung mit derAn insulating piece 90, for example made of beryllium oxide, is floating at a distance from the terminating piece 72 and is carried by the four connecting pins 80 to 83. The insulating piece 90 is from the thyristor 78 preferably separated by a distance on the order of 1.27 mm. On a section of the bottom of the insulating piece 90, a first metal layer 92 is deposited which is in electrical contact only with the first pin 80 is. A second metal layer 94 is similarly on top of another Depressed section of the bottom of the insulating piece and is only with the third connector pin 82nd in electrical connection. Two surface emission type light emitting diodes 96 and 98 are on the first Metal layer 92 attached. Each of the light emitting diodes 96 and 98 is known in the art with a P and Provided N-conductive zone, between which there is a PN junction, which is triggered by a current flowing through the junction Emits light. One of the P- or N-conductive zones of the diodes 96 and 98 is therefore electrically connected to the

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ersten Metallschicht 92, während die andere Zone mittels in Fig» 4 gezeigter, jedoch nicht mit Bezugszeichen versehener beweglicher Drähte mit der zweiten Metallschicht 94 elektrisch verbunden ist. Obwohl nicht unbedingt erforderlich, werden vorzugsweise Licht emittierende Dioden 96 und 98 gewählt, welche Licht einer Wellenlänge von etwa 8500 2. emittieren, da dies in einem Bereich der Erzeugung von Photonen mit höchstem Wirkungsgrad in Silizium liegt. Zusätzlich empfiehlt es sich, Dioden zu verwenden, die so bemessen sind, daß sie Licht bei niedrigen Strömen in der Größenordnung von 10 mA emittieren, um eine niedrige Gate-Elektroden-Empfindlichkeit zu realisieren. Der Abstand zwischen dem Abschlußstück 72 und dem Isolierstück 90 ist mit einem Harz 91» beispielsweise einem Silikonharz, gefüllt, um den Übertragungswirkungsgrad des auf den Thyristor 78 fallenden Lichts zu verbessern. Hierfür ist es wesentlich, daß das Harz einen Brechungsindex zwischen 3_f0 und 4,0, vorzugsweise bei etwa 3,5 hat„ Die Kapselung 70 wird durch einen (nicht gezeigten) Gehäusebauteil vervollständigt, der über der Thyristor-Dioden-Anordnung mit dem Abschlußstück 72 verbunden ist.first metal layer 92, while the other zone is electrically connected to the second metal layer 94 by means of movable wires shown in FIG. Although not absolutely necessary, light-emitting diodes 96 and 98 are preferably chosen which emit light of a wavelength of about 8500 2, since this is in a range of the generation of photons with the highest efficiency in silicon. In addition, it is advisable to use diodes which are dimensioned so that they emit light at low currents, on the order of 10 mA, in order to achieve a low gate electrode sensitivity. The space between the end piece 72 and the insulating piece 90 is filled with a resin 91 », for example a silicone resin, in order to improve the transmission efficiency of the light incident on the thyristor 78. For this it is essential that the resin has a refractive index between 3 _f 0 and 4.0, preferably around 3.5. The encapsulation 70 is completed by a housing component (not shown) which is connected to the End piece 72 is connected.

Bei diesem Aufbau zeigt die Kapselung 70 Zweiwegthyristorfunktionen zwischen den Anschlußstiften 81 und 83, die den Hauptanschlüssen MT 1 und MT 2 (in Fig. 1) entsprechen. Die auf zugeführte Elektrizität ansprechende Lichtquelle ist zwischen den Anschlußstiften 80 und 82 gebildet.In this construction, the package 70 exhibits two-way thyristor functions between pins 81 and 83, which correspond to the main terminals MT 1 and MT 2 (in Fig. 1). The light source responsive to the supplied electricity is between pins 80 and 82 educated.

Im Betrieb fällt das emittierte Licht auf die erste Zone 48 (Fig„ 2b und 3) und erzeugt in dieser Zone Ladungsträger. Unter der Annahme, daß an den Anschlußstiften und 83 ein geeignetes Spannungsniveau angelegt ist, triggern die erzeugten Ladungsträger den Thyristor 78 in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung zu einem gegebenen Zeitpunkt,so daß er entweder in Durchlaß- oder in Sperrichtung Strom-leitend ist,During operation, the emitted light falls on the first zone 48 (FIGS. 2b and 3) and generates charge carriers in this zone. Assuming that a suitable voltage level is applied to the connection pins 83 and 83, the generated charge carriers trigger the thyristor 78 depending on the polarity of the voltage at a given point in time, so that it is current-conducting either in the forward or reverse direction,

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Claims

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York «NY ₀ 10020 (V.St.A.)

Claims;

M. J thyristor, characterized by a first formed in a semiconductor body (12; -42) semiconducting zone (14; 42) of a first conductivity type; a second and third semiconducting zone (16 and 18 ·· 59 and 50) of the opposite conductivity type from the first zone on opposite sides of a first section (20) the first zone (14; 42); fourth and fifth semiconducting zones {24 and 26; 51 and 52) from the first zone of opposite conductivity type on opposite sides of a second section (22) of the first Zone (14; 42); a seventh and eighth zone, adjoining the third and fourth zone, respectively, distant from the first zone semiconducting zone (28 and 30; 53 and 54; 53 * and 54 *); means for isolating the second zone (16; 49) against the fourth zone (24; 51); and by means for isolating the fifth zone (26; 52) from the third zone (18; 50).

2. Thyristor according to claim 1, characterized by electrical connection (for example, _e 86) of the second and seventh zone (16 and 30; 49 and 54; 49 and 54 * ¹⁾ »and electrical connection (for example, 76 _o ) the fifth and seventh zones (26 and 28; 52 and 53).

3. Thyristor according to claim 2, characterized ' that with the first zone (14; 42) means (G; 96, 98) for triggering the Thyristor (10; 40; 40 ') coupled in the conductive state are.

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4. Thyristor according to claim 3 »characterized by g e that the means (96, 98) electromagnetic radiation on the first zone (40; 40 *) shine.

5. Thyristor according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the device for isolating the second zone (16; 49) against the fourth zone (24; 51) comprises a first trench-like depression (56) which the second and fourth Zone surrounds and extends to the first zone (12, 42).

6. Thyristor according to claim 5 _f, characterized in that the means for isolating the fifth zone (26, 52) from the third zone (18, 50) comprises a second trench-like recess (58) which surrounds the third and fifth zones and extends to the first zone (12; 42).

7. Thyristor according to claim 6, characterized that a layer of transparent insulating material (60) the first zone (12; 42) within the first and second depressions (56, 58) covered.

8. Thyristor according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that that the fifth and sixth zones (52 and 53) are electrically connected to a heat-conducting base (72) are, and that at a distance from the second and the seventh zone (49 and 54) a light-emitting Diode (96, 98) is arranged.

9. Thyristor according to claim 8, characterized that the pad (72)

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is penetrated by electrically insulated against them terminals (for example, ₀ 80, 81, 82, 83) that could be accepted by the terminals insulating piece (90) is provided at a distance from the base (72), and that the light. emitting diode (96, 98) is attached to one of the second and the seventh zone (49 and 54) adjacent side of the insulating piece (90).

1Oo thyristor according to claim 9, characterized that the connections have four rigid connection pins (80, 81, 82, 83) made of metal, a first pin (80) of which to a first portion of the light emitting diode (96, 98), a second connecting pin (82) with a single second portion of the light emitting diode (96, 98), a third connector pin (81) with the second and seventh Zone (49 and 54), and the fourth pin (83) to the fifth and sixth zones (52 and 53) electrical connected is.

11. Thyristor according to claim 10, characterized that of the pad (72), the insulating piece (90) and the four connecting pins (80, 81, 82, 83) is filled with a resin material whose refractive index is between 3.0 and 4.0.

12. Thyristor according to claim 1, characterized in that the semiconductor body (12) has two opposite surfaces (11, 13) that in a first section (20) of the semiconductor body (12) between the two surfaces (11, 13) a PNPN -Aufbau (16, 14, 18, 28) is formed, wherein a P-type region (16) to the first surface (11) and ^s is an N-type region (28) extends to the second surface (13) that in a second section (22) of the half

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conductor body (12) between the surfaces an NPNP structure (30, 24, 14, 26) is formed, wherein an N-conductive zone (30) to the first surface (11) and a P-type region (26) extends to the second surface (13); and that the PNPN and NPNP structures only one does not move up to one of the surfaces (11, 13) extending zone (14) have in common.

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, A., A.

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