DE2316354A1 - SEMICONDUCTOR THYRISTOR - Google Patents

SEMICONDUCTOR THYRISTOR

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DE2316354A1
DE2316354A1 DE19732316354 DE2316354A DE2316354A1 DE 2316354 A1 DE2316354 A1 DE 2316354A1 DE 19732316354 DE19732316354 DE 19732316354 DE 2316354 A DE2316354 A DE 2316354A DE 2316354 A1 DE2316354 A1 DE 2316354A1
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Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Thyristor mit einer Anodenelektrode an der einen Oberfläche und einer Tor- sowie Kahtodenelektrode an einer gegenüberliegenden Oberfläche, wobei die Torelektrode in ohmischer Kontaktverbindung mit einem Basisbereich des Halbleiterkörpers und die Kathodenelektrode in ohmischer Kontaktverbindung mit einem Emitterbereich innerhalb des Basisbereiches steht, und wobei Teile des Basisbereiches durch den Emitterbereich verlaufen und in ohmischer Kontaktverbindung mit der Kathodenelektrode zur Bildung von punktförmigen Nebenschlüssen stehen.The invention relates to a semiconductor thyristor with an anode electrode on one surface and a gate as well Wire electrode on an opposite surface, with the gate electrode in ohmic contact with a base region of the semiconductor body and the cathode electrode in ohmic contact connection with an emitter region stands within the base region, and parts of the base region extend through the emitter region and into ohmic contact connection with the cathode electrode to form punctiform shunts.

Für Hochfrequenz-Thyristoren in Form thyristorgesteuerter Gleichrichter für hohe Leistung ist es bekannt,Kathoden-For high-frequency thyristors in the form of thyristor-controlled rectifiers for high power, it is known to use cathode

Fs/ba Emitternebenschlüsse Fs / ba emitter shunts

30 98 427091330 98 4270913

Emitternebenschlüsse in punktföriaiger Ausbildung vorzusehen, um die Kathoden-Emitterinjektion zu verringern und einen Weg für den Sperrstrom vorzusehen, um die im Basisbereich zurückgelassenen Ladungsträger im Durchlassbetrieb zu beseitigen. Auf diese Weise kann die Verteilungsdichte der Nebenschlusspunkte bzw. der Nebenschlussbereiche und insbesondere das Verhältnis der Nebenschlussbereiche zu dem Kathoden-Emitterbereich vergrössert werden, um die dV/dt-Charakterisitik zu.verbessern und die Abschaltzeit des Thyristors zu verkürzen«, Durch die Vergrösserung des /Verhältnisses der Nebenschltissbereiche im Kathoden-Emitterbereich oder der Verteilungsdichte der Nebenschlusspunkte wird üblicherweise die Wirkungsweise des Thyristors verringert, da dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit kleiner wird. Die sich aus der Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit ergebende Verschlechterung der Charakteristik des Thyristors führt zu hoher Stromkonzentration in kleinen Bereichen. Diese hohe Stromdichte in kleinen Bereichen erzeugt einen Spannungsabfall in Durchlassrichtung, bis sich der Einschaltbereich weiter ausbreitet und die mittleren Stromdichten über diesen Bereich abnehmen. Innerhalb dieses Zeitintervalls wird durch augenblickliche Leistungskonzentration die lokale Temperatur auf ein Niveau angehoben, was zumindest zu einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens des Thyristors, wenn nicht sogar zur Zerstörung führen kann* Auch-die erhöhte Einschaltzeit führt zu erhöhten Einschaltleistungsverlusten. Der gesamte Einschältleistungsverlust ist besonders kritisch, wenn der Thyristor für-hochfrequente Anwendungsfälle eingesetzt werden soll. Es ist bekannt„ dass die Schaltverluste mit dem Anstieg der Frequenz sehr rasch ansteigen. Überdies wird die Leistungsfähigkeit der Halbleiteranordnung stark verringert, da die Einschaltverluste einen überwiegenden Teil der gesamten Verluste ausmachen» Üblicherweise wird ein Thyristor abgeschaltet, indem vor dem Anlegen der Spannung der Strom verringert wird,, Auf dieseTo provide for emitter shunts in specific training, to reduce cathode-emitter injection and one Provide a way for the reverse current to allow the charge carriers left behind in the base area to operate remove. In this way, the distribution density the shunt points or the shunt areas and in particular the ratio of the shunt areas to the cathode-emitter area in order to improve the dV / dt characteristic and the switch-off time of the thyristor «, by increasing the / ratio of the shunt areas in the cathode-emitter area or the distribution density of the shunt points usually reduces the effectiveness of the thyristor, because its speed of propagation becomes smaller. Resulting from the reduction in the speed of propagation resulting deterioration in the characteristic of the thyristor leads to high current concentration in small Areas. This high current density in small areas creates a voltage drop in the forward direction, to the switch-on range expands further and the mean current densities decrease over this range. Inside this Time interval, the local temperature is raised to a level by instantaneous power concentration which can at least lead to a deterioration in the performance of the thyristor, if not even to its destruction * The increased switch-on time also leads to increased switch-on power losses. The total switch-on power loss is particularly critical when the thyristor is used for high-frequency Use cases to be used. It is known that the switching losses very rapidly with the increase in frequency increase. In addition, the performance of the semiconductor device is greatly reduced because of the turn-on losses make up a predominant part of the total losses »Usually a thyristor is switched off by before the Applying the voltage the current is reduced, on this

- 2 - Weise - 2 - wise

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Weise wird wesentlich weniger Leistung beim Abschalten verbraucht bzw. in Wärme umgesetzt. Daraus ergibt sich, dass für den hochfrequenten Betrieb von Thyristoren die Einschaltverluste auf ein Minimum verringert werden müssen und die Abschaltzeit verkürzt werden muss. Ferner muss die Sperrspannung in kürzester Zeit angelegt und die dV/dt-Charakteristik hochgehalten werden. Überdies ist es wünschenswert, die Lebensdauer derartiger Halbleiter-Anordnungen möglichst zu vergrössern.In this way, significantly less power is consumed or converted into heat when switching off. This results in, that for the high-frequency operation of thyristors, the switch-on losses must be reduced to a minimum and the switch-off time must be shortened. Furthermore, the Reverse voltage applied in the shortest possible time and the dV / dt characteristic kept high. Besides, it is desirable to increase the service life of such semiconductor arrangements as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Thyristor in Form eines gesteuerten Gleichrichters, insbesondere für hohe Leistung und für hochfrequenten Betrieb zu schaffen, dessen dV/dt-Charakteristik weiter verbessert ist und bei welchem die Einschaltleistung und damit die Wärmebelastung der Grenzschicht weiter verbessert werden kann, wobei sich gleichzeitig auch eine Erhöhung der Lebensdauer ergeben soll.The invention is based on the object of a semiconductor thyristor in the form of a controlled rectifier, especially for high power and for high frequency To create operation whose dV / dt characteristic is further improved and in which the switch-on power and so that the thermal load on the boundary layer can be further improved, with an increase at the same time should result in the service life.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Halbleiter-Thyristor gemäss Anspruch 1 erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Punktnebenschlüsse im Bereich der Scheitelpunkte gleichseitiger Dreiecke liegen, und dass die Kante der neben dem Emitterbereich liegenden Torelektrode im Bereich eines Scheitelpunktes des gleichseitigen Dreiecks liegt, welches durch die der Torelektrode am nächsten gelegenen Punktnebenschlüsse bestimmt ist, um dadurch für den Torstrom einen Kanalbereich zwischen den Punktnebenschlüssen zu bestimmen.This object is achieved according to the invention on the basis of the semiconductor thyristor according to claim 1 mentioned at the outset solved in that the point shunts are in the area of the vertices of equilateral triangles, and that the edge of the gate electrode lying next to the emitter area in the area of an apex of the equilateral triangle lies, which is determined by the point shunts closest to the gate electrode, thereby for the Gate current to determine a channel area between the point shunts.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen. ' ; Further features and configurations of the invention are the subject matter of further claims. ';

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei-The features and advantages of the invention also emerge from the following description of an exemplary embodiment.

- 3 - spiels - 3 - game

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spiels in Verbindung mit den sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination die Erfindung kennzeichnenden Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:game in conjunction with the characterizing the invention both individually and in any combination Claims and the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Thyristor gemäss der Erfindung;Fig. 1 is a plan view of a thyristor according to the Invention;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;Figure 2 is a section along line 2-2 of Figure 1;

Fig. 4 und 5 Draufsichten auf verschiedene weitere4 and 5 plan views of various others

Ausführungsformen der Erfindung; ■ .Embodiments of the invention; ■.

Fig. 6 und 7 eine Draufsicht und eine Seitenansicht bei einem Transistor mit einer integrierten Toransteuerung; 6 and 7 show a plan view and a side view in the case of a transistor with an integrated gate control;

Fig. 8 das Schaltbild, welches bei einem Thyristor gemäss den Fig. 6 und 7 verwirklicht ist.8 shows the circuit diagram which is implemented in a thyristor according to FIGS. 6 and 7.

Der. Zweck eines Kathodennebenschlusses bei Thyristoren dient der Verhinderung einer vorzeitigen Zündung des Thyristors durch Spannungsstösse auf der Kathoden-Anodenleitung und ferner der Schaffung eines Strompfades für Ladungsträger im Basisbereich, sodass der Thyristor rasch abschaltet, wenn der Strom verringert bzw. in seiner Richtung umgekehrt wird. Bei kleineren Thyristoren und damit geringerer Leistung lassen sich diese Kathodehnebenschlüsse an den Kanten des Kathoden-Emitterbereiches verwirklichen, die dem Torbereich gegenüberliegend angeordnet sind. Bei grösseren Thyristoren mit höherer Leistung ist ein solcher Kantennebenschluss nicht ausreichend, um eine geeignete dV/dt-Charakteristik aufrecht zu erhalten. Daher werden Punktnebenschlüsse im Kathoden-Emitterbereich vorgesehen. Es ist jedoch offensichtlich, dass eine Vergrösserung der Nebenschlussbereiche in ungünstiger NäheOf the. The purpose of a cathode shunt in thyristors is to prevent the premature ignition of the Thyristor by voltage surges on the cathode-anode line and also the creation of a current path for Charge carriers in the base area, so the thyristor quickly switches off when the current is reduced or reversed in its direction. With smaller thyristors and These cathode shunts at the edges of the cathode-emitter area can therefore be reduced in power realize, which are arranged opposite the gate area. With larger thyristors with higher power such an edge shunt is not sufficient to maintain a suitable dV / dt characteristic. Point shunts are therefore provided in the cathode-emitter area. However, it is obvious that a magnification the shunt areas in unfavorable proximity

- 4 - des - 4 - des

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NiCSOP'G-960/1NiCSOP'G-960/1

Torbereiches den über das Tor fliessenden Strom soweit ■ übernehmen kann, dass der Thyristor nicht mehr zündbar ist. Durch geeignete Anordnung des Torbereiches bezüglich der Punktnebenschlüsse im Kathoden-Emitterbereich ist eine Kanalzündung mit hoher Ausbreitungsgeschwindigkeit möglich, wobei die dV/dt-Charakteristik des Thyristors aufrechterhalten und sogar verbessert werden kann.The gate area the current flowing through the gate as far as ■ can take over that the thyristor can no longer be ignited. By suitable arrangement of the gate area with respect to the point shunts in the cathode-emitter area, a channel ignition with high propagation speed is possible, whereby the dV / dt characteristic of the thyristor can be maintained and even improved.

Gemäss Fig. 1 und 2 ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein von einem Kanten- oder Seitenbereich zündbarer Thyristor 10 auf einem Substrat bzw. einem normalerweise als Wärmeableitung wirkenden Träger montiert, wobei diese Montageelemente als Anodenelektroden für den P-leitenden Emitterbereich dienen, mit dem sie verbunden sind. Der PNPN-Schichtaufbau des Halbleiterplättchens ergibt sich durch das weitere Vorhandensein eines N-leitenden Basisbereiches 14 und eines P-leitenden Basisbereiches 13, sowie dem Kathoden-Emitterbereich 12. Die Torelektrode 15 steht im ohmischer Kontaktverbindung mit dem P-leitenden Basisbereich 13, wogegen ein Kathodenkontakt bzw. die Kathodenelektrode im ohmischer Kontaktverbindung mit dem N-leitenden Emitterbereich 12 steht. Eine Vielzahl von Kathoden-Punktnebenschlüssen 17 verlaufen durch den N-leitenden Emitterbereich 12 und stehen in ohmischer Kontaktverbindung mit der Kathodenelektrode 16.1 and 2 is in one embodiment of the invention a thyristor 10 ignitable from an edge or side area on a substrate or a normally mounted as heat dissipation carrier, these mounting elements as anode electrodes for the P-type Serve the emitter area to which they are connected. The PNPN layer structure of the semiconductor wafer results by the further presence of an N-conductive base region 14 and a P-conductive base region 13, as well as the cathode-emitter region 12. The gate electrode 15 is in ohmic contact with the P-conducting base region 13, whereas a cathode contact or the cathode electrode in ohmic contact connection with the N-conductive Emitter area 12 is. A plurality of cathode point shunts 17 run through the N-type emitter region 12 and are in ohmic contact with the cathode electrode 16.

Normalerweise wird der Halbleiteraufbau hergestellt, indem man von einem N-leitenden Substrat ausgeht, das den N-leitenden Basisbereich 15 bildet. Anschliessend werden der P-leitende Emitterbereich 11 und der P-leitende Basisbereich 13 in den Halbleiterkörper während getrennter oder gleichzeitiger Diffusionsschritte eindiffundiert. Der Kathoden-Emitterbereich 12 wird sodann durch geeignete Maskierung des P-leitenden Basisbereiches 13 ausgebildet, um die Diffusionsbereiche zu begrenzen und den Kathoden-Emitterbereich 12 und die Punkt-Normally, the semiconductor structure is produced by starting from an N-conductive substrate, which is the N-conductive Base area 15 forms. Then the P-conductive emitter region 11 and the P-conductive base region 13 are in the Semiconductor body diffused in during separate or simultaneous diffusion steps. The cathode-emitter area 12 is then formed by suitable masking of the P-conductive base region 13 around the diffusion regions to limit and the cathode-emitter area 12 and the point

- 5 - nebenschlüsse - 5 - shunts

309842/0913 ■309842/0913 ■

MO6OP/G-96O/1MO6OP / G-96O / 1

nebenschlüsse 17 auszubilden.to train shunts 17.

Die Einschaltung eines Thyristors beginnt im Emitterbereich neben dem Torbereich, indem Ladungsträger vom Emitterbereich in den P-leitenden Basisbereich injiziert werden und Ladungsträger über die Grenzschicht zwischen dem P-leitenden Basisbereich und dem N-leitenden Basisbereich dringen, bis sich ein Strompfad zum Anodenbereich ausgebildet hat. Dies ist schematisch mit gestrichelten Pfeilen 21 in Fig. 2 dargestellt. Dieser Einschaltbereich breitet sich über den Emitterbereich aus, um den gesamten Bereich zwischen dem Kathoden-Emitterbereich und dem Anoden-Emitterbereich, wie mit dem Pfeil 22 angedeutet, auszufüllen. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Einschaltbereich ausbildet, wird auch als Ausbreitungsgeschwindigkeit bezeichnet. Um jeden der Punktnebenschlüsse 17 ergibt sich ein Einflussbereich, innerhalb wechem der seitliche Spannungsabfall nicht ausreichend gross ist, um eine nennenswerte Ladungsinjektion auszulösen und daher eine Einschaltung in diesem Bereich zu bewirken. Somit ist die Ursache für die Verringerung der Kathoden-Emitterinjektion (dV/dt) auch verantwortlich für die Behinderung der Ausbreitung des Einschaltbereiches nach dem anfänglichen Zünden. ,The switching on of a thyristor begins in the emitter area next to the gate area, by adding charge carriers from the emitter area are injected into the P-type base region and charge carriers penetrate through the interface between the P-type base region and the N-type base region until has formed a current path to the anode region. This is shown schematically with dashed arrows 21 in FIG. 2. This switch-on area extends over the emitter area, around the entire area between the cathode-emitter area and the anode-emitter area, as indicated by arrow 22, to be filled. The speed with which forms the switch-on area is also referred to as the speed of propagation. About each of the point shunts 17 there is an area of influence within which the lateral voltage drop is insufficient is large to trigger a significant charge injection and therefore to bring about an involvement in this area. Thus, the cause of the decrease is the cathode-emitter injection (dV / dt) also responsible for hindering the expansion of the switch-on area after initial ignition. ,

Der Umfang, bis zu welchem die Ausbreitung des Einschaltbereiches beeinflusst wird, kann durch eine geeignete Anordnung der Kathoden-Punktnebenschlüsse bezüglich der Torelektrode verbessert werden» Da der neben einem Nebenschluss liegende Torbereich Strom innerhalb des Einflussbereiches der Kathoden-Punktnebenschlüsse liefert und den Thyristor mit diesem nicht zünden kann, kann dieser Bereich, wie in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 23 angedeutet, eliminiert werden. Somit wird der von dem Torbereich aus injizierte Strom hauptsächlich dazu benutzt, die Einschaltung auszulösen und geht nicht verloren. Wie durch die gestrichelten Pfeile 24 angedeutet, wird der vom Torbereich ausgehende Strom in denThe extent to which the expansion of the switch-on range is influenced can be determined by a suitable Arrangement of the cathode point shunts with respect to the gate electrode can be improved »Since the next to a shunt lying gate area supplies current within the sphere of influence of the cathode point shunts and the Thyristor cannot fire with this, this area can be eliminated, as indicated in FIG. 1 with the reference numeral 23 will. Thus, the current injected from the gate area is mainly used to trigger the closing and is not lost. As indicated by the dashed arrows 24 indicated, the current going out from the gate area into the

- 6 - -' Kanal - 6 - - ' channel

309842/0913 ~~~"309842/0913 ~~~ "

Kanal zwischen den Kathoden-Punktnebenschlüssen gerichtet, da die neben dem Kathoden-Emitterbereich liegende Kante des Torbereiches derart ausgebildet ist, dass sie etwa im Scheitelpunkt eines gleichseitigen Dreiecks liegt, welches von den beiden benachbarten Punktnebenschlüssen 17 bestimmt ist. Die Punktnebenschlüsse begrenzen die Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht in diesen Kanälen, sodass sich eine hohe Einschaltgeschwindigkeit ergibt.Channel directed between the cathode point shunts because the edge next to the cathode emitter area of the gate area is designed such that it lies approximately at the apex of an equilateral triangle, which is determined by the two adjacent point shunts 17. The point shunts limit the speed of propagation not in these channels, resulting in a high switch-on speed.

In Fig. 3 ist ein Thyristor 30 dargestellt, bei dem der Torbereich in der Mitte des Halbleiteraufbaus angeordnet ist. Die Torelektrode 31 steht in ohmischer Kqntaktverbindung mit dem P-leitenden Basisbereich 32, wogegen die Kathodenelektroden 33 in ohmischer Kontaktverbindung mit den Kathoden-Emitterbereichen 34 und den Kathoden-Punktnebenschlüssen 35 stehen. Die Torelektrode 31 ist in den Bereichen 36 und 37 derart gestaltet, dass Kanten 38 und 39 in dem durch die benachbarten Punktnebenschlüsse bestimmten Scheitelpunkt liegen und nicht im Einflussbereich der benachbarten Punktnebenschlüsse 35. Der Aufbau gemäss Fig. 3 kann dazu benutzt werden, um den aktiven Bereich des Thyristors im Vergleich mit dem Aufbau gemäss Fig. 1 zu verdoppeln oder um die Einschaltzeit etwas zu verringern, indem der Torstrom im Zentrum der beiden Kathoden-Emitterbereiche erzeugt wird, in Abwandlung von der Ausführungsform gemäss Fig. 1, wo die Torelektrode an einer seitlichen Kante des Kathoden-Emitterbereiches angeordnet ist.In Fig. 3, a thyristor 30 is shown in which the Gate area arranged in the middle of the semiconductor structure is. The gate electrode 31 is in ohmic contact with the P-conductive base region 32, whereas the Cathode electrodes 33 in ohmic contact connection with the cathode emitter regions 34 and the cathode point shunts 35 stand. The gate electrode 31 is designed in the areas 36 and 37 in such a way that edges 38 and 39 lie in the vertex determined by the neighboring point shunts and not in the sphere of influence of the adjacent point shunts 35. The structure according to FIG. 3 can be used to generate the active Area of the thyristor in comparison with the structure according to FIG. 1 to double or the switch-on time somewhat by generating the gate current in the center of the two cathode-emitter areas, as a modification of the embodiment according to FIG. 1, where the gate electrode is on a lateral edge of the cathode-emitter area is arranged.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Leistungskapazität des Thyristors weiter durch einen Aufbau gemäss Fig. 4 vergrössert werden, indem nicht nur im Inneren des Kathoden-Emitterbe.reiches Punktnebenschlüsse vorgesehen werden, sondern durch eine Metallisation über die Kanten des Kathoden-Emitterbereiches Nebenschlüsse mit derAccording to a further embodiment, the power capacity of the thyristor can further be achieved by a structure according to FIG Fig. 4 can be enlarged by not only inside the Kathoden-Emitterbe.reiches point shunts are provided, but by a metallization over the edges of the cathode-emitter area shunts with the

- 7 - P-leitenden - 7 - P-type

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MO6OP/G-96O/1MO6OP / G-96O / 1

P-leitenden Basis in Bereichen angebracht werden, die nicht neben der Torelektrode liegen. Dieser Thyristor 40 hat eine Torelektrode 41 in ohmischer Kontaktverbindung mit einem P-leitenden Basisbereich 42, neben dem Kathoden-Emitterbereich 43. Die Kathodenelektrode 44 steht in ohmischer Kontaktverbindung mit dem Kathoden-Emitterbereich 43 und Kathoden-Punktnebenschlüssen 45 und ferner in bestimmten Punkten 46 entlang des Umfangs des P-leitenden Basisbereiches 42. Die Torelektrode 41 ist im Bereich 47 derart ausgestaltet, dass eine vom Tor ausgehende Ladungsträgerinjektion in denjenigen Punkteneliminiert wird, die unmittelbar neben den Bereichen von Punktnebenschlüssen liegen, sodass der vom Tor aus injizierte Strom in Kanäle fliesst, welche sowohl zwischen den Punktneb^nschiüssen als auch zwischen diesen und der daneben verlaufenden Kante des Kathoden-Emitterbereiches verlaufen.P-type base to be attached in areas that do not lie next to the gate electrode. This thyristor 40 has a gate electrode 41 in an ohmic contact connection with a P-type base region 42, next to the cathode-emitter region 43. The cathode electrode 44 is in ohmic contact with the cathode-emitter area 43 and cathode point shunts 45 and also at certain points 46 along the perimeter of the P-type Base area 42. The gate electrode 41 is designed in area 47 in such a way that charge carrier injection emanating from the gate is eliminated in those points immediately adjacent to the areas of point shunts so that the current injected from the gate into channels flows, which both between the point connections as well as between these and the adjacent edge of the cathode-emitter area.

Bei der Herstellung von thyristorgesteuerten Gleichrichtern mit möglichst hoher Leistung ist es in der Regel vorzuziehen, diese in einer kreisförmigen Konfiguration aufzubauen, wobei das Tor im Zentrum liegt und von einem ringförmigen Kathoden-Emitterbereich umgeben wird. Ein solcher Aufbau ist in Fig. 5 dargestellt und hat eine Torelektrode 51, die in ohmischer Kontaktverbindung mit einem P-leitenden Basisbereich 52 steht, in welchen ein ringförmiger Kathoden-Emitterbereich 53 eindiffundiert ist. Eine ringförmige Kathodenelektrode 45 verläuft über dem Kathoden-Emitterbereich 53. und steht mit diesem sowie mit den Kathoden-Punktnebenschlüssen 54 in ohmischer Kontakt.verbindung. Die Torelektrode 51 ist längs ihrer Kante derart ausge- . staltet, dass diejenigen Bereiche eliminiert sind, die am nächsten zu Kathoden-Punktnebenschlüssen liegen* Dadurch entstehen bei der dargestellten Ausführungsform zwölf wirksame Torkanten 56, von welchen aus der injizierte Torstrom entsprechend den gestrichelten Pfeilen 57 in KanälenWhen manufacturing thyristor-controlled rectifiers with the highest possible power, it is usually preferable to build this up in a circular configuration with the gate in the center and from an annular one Cathode-emitter area is surrounded. Such a structure is shown in Fig. 5 and has a gate electrode 51 which is in ohmic contact with a P-conductive base region 52 in which an annular cathode-emitter region 53 is diffused. An annular cathode electrode 45 extends over the cathode-emitter area 53. and is in ohmic contact with this and with the cathode point shunts 54. The gate electrode 51 is designed along its edge in this way. ensure that those areas are eliminated that are on closest to cathode point shunts * This results in twelve in the illustrated embodiment effective gate edges 56, from which the injected gate current according to the dashed arrows 57 in channels

- 8 - zwischen - 8 - between

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MO6OP/G-96O/1MO6OP / G-96O / 1

zwischen Gruppen von Kathoden-Punktnebenschlüssen verläuft, wodurch die Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit die effektive Einschaltzeit wesentlich verbessert wird, indem Torströme vermieden werden, die direkt auf die Punktnebenschlüsse gerichtet sind. Der Thyristor 50 kann auch noch mit Kantennebenschlüssen 58 versehen sein, um seine dV/dt-Charakteristik weiter zu verbessern.runs between groups of cathode point shunts, which increases the speed of propagation and thus the effective switch-on time is significantly improved by avoiding gate currents that directly affect the point shunts are directed. The thyristor 50 can also be provided with edge shunts 58 in order to protect its Further improve the dV / dt characteristic.

Ein weiterer kreisförmiger Thyristoraufbau ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Zur Erläuterung dieses Thyristoraufbaus wird auch auf die Schaltung gemäss Fig. 8 Bezug genommen. Dieser Thyristoraufbau ist in der Lage, einen Strom von 100 A mit einer Einschaltzeit von weniger als 2 Mikrosekunden zu steuern, wobei die dV/dt-Charakteristik 400 V/MikroSekunden übersteigt. Der dargestellte Thyristor besteht aus einem Halbleiterplättchen 61, das mit einer Wärmeableitung 62 über einen legierten Bereich 63 ver- . bunden ist, der zwischen dem Anoden-Emitterbereich 64 und der Scheibe für die Wärmeableitung liegt. Der Anoden-Basisbereich 65 wird von dem Silicium-Halbleitermaterial gebildet, von dem bei der Herstellung ausgegangen wird. Durch eine P-Diffusion wird in diesem Ausgangsmaterial der Kathoden-Basisbereich 66 aufgebaut. Durch zwei grundsätzlich ringförmig und konzentrisch verlaufende N-Diffusionen innerhalb des Kathoden-Basisbereiches 66 werden erste und zweite Kathoden-Emitterbereiche 67 und 68 gebildet. Eine primäre Torelektrode 69 steht in ohmischer Kontaktverbindung mit dem Zentrumsbereich des Kathoden-Basisbereiches 66, während eine zweite schwimmende Torelektrode 70 diese primäre Torelektrode umgibt und gleichzeitig als Kathodenelektrode für den Kathoden-Emitterbereich 67 dient. Die primäre Kathodenelektrode 71 steht in ohmischer Kontäktverbindung mit dem äusseren ringförmigen Kathoden-Emitterbereich 68, sowie auch mit den Kathoden-Punktnebenschlüssen 72, die innerhalb dieses Kathoden-Emitterbereiches vorgesehen sind.Another circular thyristor structure is shown in FIGS. To explain this thyristor structure reference is also made to the circuit according to FIG. This thyristor structure is capable of a Control current of 100 A with a turn-on time of less than 2 microseconds, with the dV / dt characteristic 400 V / microsecond. The thyristor shown consists of a semiconductor wafer 61, which is provided with a heat dissipation 62 via an alloyed area 63. is bonded, which lies between the anode emitter region 64 and the disk for heat dissipation. The anode base area 65 is formed from the silicon semiconductor material that is used in manufacture. The cathode base region 66 is built up in this starting material by a P diffusion. By two in principle annular and concentrically extending N diffusions within the cathode base region 66 are first and second cathode-emitter regions 67 and 68 are formed. A primary gate electrode 69 is in ohmic contact connection with the central region of the cathode base region 66, while a second floating gate electrode 70 this primary Surrounds gate electrode and at the same time serves as a cathode electrode for the cathode emitter region 67. The primary cathode electrode 71 is in ohmic contact with the outer annular cathode-emitter area 68, as well with the cathode point shunts 72 within this Cathode-emitter area are provided.

- 9 - Da - 9 - There

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Da der Thyristoraufbau gemäss Fig„ 6 eine dreifache Symmetrie zeigt, wird nachfolgend ein Ersatzschaltbild für das obere Drittel des dargestellten Aufbaus anhand von Fig. 8 beschrieben. Der Anodenanschluss A, der Toranschluss G und der Kathodenanschluss K des Ersatzschaltbildes entsprechen bei dem Thyristoraufbau gemäss Fig. 6 der Scheibe 62 für die Wärmeableitung der primären Torelektrode 69 und der primären Kathodenelektrode 71. Die primäre Torelektrode ist über einen Widerstand R mit dem Tor des äquivalenten thyristorgesteuerten Gleichrichters 81 verbunden, dessen Kathode über einer} Widerstand R mit der primären Kathode und dessen Anode mit der primären Anode verbunden ist. Wenn der thyristorgesteuerte Gleichrichter 81 eingeschaltet wird, wird ein Strom,über die Leiter 82 und parallel geschaltete Widerstände Rs an die parallel liegenden Tore von äquivalenten thyristorgesteuerten Gleichrichtern 83 bis 86 geleitet. Der Widerstand R repräsentiert den Widerstand .des Kathoden-Basisbereiches zwischen der Torelektrode 69 und dem Bereich zwischen dem Kathoden-Emitterbereich 67 und dem Anoden-Basisbereich 65. Der thyristorgesteuerte Gleichrichter 81 wird von dem Bereich des Thyristors 60 repräsentiert, der unter dem Kathoden-Emitterbereich 67 liegt. DerSince the thyristor structure according to FIG. 6 shows a triple symmetry, an equivalent circuit diagram for the upper third of the structure shown is described below with reference to FIG. The anode connection A, the gate connection G and the cathode connection K of the equivalent circuit correspond in the thyristor structure according to FIG connected thyristor-controlled rectifier 81, the cathode of which is connected via a} resistor R to the primary cathode and whose anode is connected to the primary anode. When the thyristor-controlled rectifier 81 is switched on, a current is conducted via the conductors 82 and resistors R s connected in parallel to the parallel gates of equivalent thyristor-controlled rectifiers 83 to 86. The resistor R represents the resistance of the cathode-base region between the gate electrode 69 and the region between the cathode-emitter region 67 and the anode-base region 65. The thyristor-controlled rectifier 81 is represented by the region of the thyristor 60 which is below the cathode-emitter region 67 lies. Of the

Widerstand R wird durch einen diffundierten N-leitenden ηResistance R is diffused through an N-type η

Bereich verwirklicht, der den ersten Kathoden-Emitterbereich 67 mit dem zweiten Kathoden-Emitterbereich 68 verbindet. Die äussere Kante des diffundierten Kathoden-Emitterbereiches 67 ist derart ausgestaltet, dass gewisse Bereiche 75 entstehen, mit welchen die schwimmende Kathodenelektrode 70 (schwimmende Torelektrode) ohmisch verbunden ist, um die . Torkonfiguration für die äquivalenten thyristorgesteuerten Gleichrichter 83 bis 86 zu schaffen. Die Widerstände R_ erscheinen als Widerstände des Kathoden-Basisbereiches 66;, zwischen den Torelektroden und der inneren Kante des zweiten Kathoden-Emitterbereiches 68. Aus diesem beschriebenen Teilaufbau des Thyristors 60 ergibt sich, dass der dargestellteRealized area that the first cathode-emitter area 67 connects to the second cathode-emitter region 68. The outer edge of the diffused cathode-emitter area 67 is designed in such a way that certain areas 75 arise with which the floating cathode electrode 70 (floating Gate electrode) is ohmically connected to the. Gate configuration for the equivalent thyristor controlled Rectifiers 83-86 to create. The resistors R_ appear as resistances of the cathode base area 66 ;, between the gate electrodes and the inner edge of the second cathode-emitter region 68. For this described Partial construction of the thyristor 60 results in that shown

- 10 - Aufbau - 10 - Structure

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Aufbau gemUss Fig. 6 grundsätzlich äquivalent mit drei als Treiber betriebenen thyristorgesteuerten Gleichrichtern ist, die mit 12 parallel geschalteten thyristorgesteuerten Gleichrichtern in einer monolithischen integrierten Bauweise hergestellt sind.Structure according to FIG. 6 is basically equivalent to three Thyristor-controlled rectifiers operated as drivers are those with 12 thyristor-controlled rectifiers connected in parallel Rectifiers are made in a monolithic integrated design.

Es ist offensichtlich, dass sich aufgrund der vorausstehend beschriebenen prinzipiellen Gestaltungsmerkmale für den Aufbau von Thyristoren auch weitere Schalt- und monolithische Konfigurationen schaffen lassen, die unter Beibehaltung der wesentlichen Merkmale der Erfindung zu abweichenden geometrischen Strukturen führen.It is obvious that due to the above-described basic design features for the Construction of thyristors can also be used to create additional switching and monolithic configurations, while maintaining the essential features of the invention lead to different geometric structures.

- 11 - Patentansprüche- 11 - Claims

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ORIGINAL INSPECTED
309842/0913
ORIGINAL INSPECTED

Claims (5)

M06GP/G-960/1 PatentansprücheM06GP / G-960/1 claims 1.) Halbleiter-Thyristcr mit einer Anodenelektrode an der einen Oberfläche und einer Tor- sowie Kathodenelektrode an einer gegenüberliegenden Oberfläche, wobei die Torelektrode in ohmischer Kontaktverbindung mit einem Basisbereich des Halbleiterkörpers und die Kathodenelektrode in ohmischer Kontaktverbindung mit einem Emitterbereich innerhalb des Basisbereiches steht,und wobei Teile des Basisbereiches durch den Emitterbereich verlaufen und in ohmischer Kontaktverbindung mit der Kathodenelektrode zur Bildung von punktförmigen Nebenschlüssen stehen, dadurch g e k e η η ζ e i c h.n e t, dass die Punktnebenschlüsse (17, 35, 45, 54, 72) im Bereich der Scheitelpunkte gleichseitiger Dreiecke liegen»und dass die Kante der neben dem Emitterbereich liegenden Torelektrode im Bereich eines Scheitelpunktes des gleichseitigen Dreiecks liegt, welches durch die der Torelektrode am nächsten gelegenen Punktnebenschlüsse bestimmt ist, um dadurch für den Torstrom einen Kanalbereich zwischen den Punktnebenschlüssen zu bestimmen. 1.) Semiconductor thyristor with an anode electrode one surface and a gate and cathode electrode on an opposite surface, wherein the gate electrode is in ohmic contact connection with a base region of the semiconductor body and the Cathode electrode in ohmic contact connection with an emitter region is within the base region, and parts of the base region through the Run emitter area and in ohmic contact connection with the cathode electrode to form point-shaped shunts, so that the point shunts (17, 35, 45, 54, 72) lie in the area of the vertices of equilateral triangles »and that the edge of the next to the emitter area lying gate electrode in the area of an apex of the equilateral triangle, which is through the point shunts closest to the gate electrode is determined to thereby create a Determine the channel area between the point shunts. 2. Halbleiter-Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torelektrode derart ausgestaltet ist, dass der Torstrom in denjenigen Bereichen begrenzt wird, welche den der Torelektrode am nächsten gelegenen Punktnebenschlüssen benachbart sind» .2. Semiconductor thyristor according to claim 1, characterized in that the gate electrode is designed in such a way is that the gate current is limited in those areas which are closest to the gate electrode Point shunts are adjacent ». 309842/0913309842/0913 MO6OP/G-96O/1MO6OP / G-96O / 1 3. Halbleiter-Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitterbereich ringförmig ausgebildet ist und die Torelektrode umgibt.3. Semiconductor thyristor according to claim 1, characterized in that the emitter region is ring-shaped is formed and surrounds the gate electrode. 4. Halbleiter-Thyristor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer ringförmiger Emitterhilfsbereich vorhanden ist, der konzentrisch innerhalb des ringförmigen Emitterbereiches verläuft, und dass eine schwimmende Torelektrode diesen Emitterhilfsbereich und einen Teil des Basisbereiches verbindet.4. Semiconductor thyristor according to claim 3, characterized in that a further ring-shaped There is an auxiliary emitter area which runs concentrically within the annular emitter area, and that a floating gate electrode connects this auxiliary emitter region and part of the base region. 5. Halbleiter-Thyristor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktverbindung mit dem Basisbereich in einer Vielzahl von Punkten vorgesehen ist, um den Torstrom in Kanäle zu richten, die grundsätzlich zwischen den Punktnebenschlüssen verlaufen.5. semiconductor thyristor according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Contact connection with the base region is provided at a plurality of points to channel the gate current align, which basically run between the point shunts. 309842/091 3309842/091 3
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