DE2336287A1 - Easy switch-off thyristor of integrated transistors - has partial vertical transistor of high current amplification and lateral low-amplifying one - Google Patents

Easy switch-off thyristor of integrated transistors - has partial vertical transistor of high current amplification and lateral low-amplifying one

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DE2336287A1
DE2336287A1 DE19732336287 DE2336287A DE2336287A1 DE 2336287 A1 DE2336287 A1 DE 2336287A1 DE 19732336287 DE19732336287 DE 19732336287 DE 2336287 A DE2336287 A DE 2336287A DE 2336287 A1 DE2336287 A1 DE 2336287A1
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Abstract

The two transistors form an integrated semiconductor chip with a thin, high-resistance film, with a low-resistance region of identical conductivity underneath. This region provides low flow resistance of the thyristor, with a low life of minority charge carriers. One part of the region, extending laterally over the vertical transistor emitter zone is of increased width and is provided with a switch-off contact. This wider part and the contact extend along the emitter edge of the vertical transistor and also across this direction in a manner sufficient for derivation of a high switching-off current flow across the base contact from the base current flowing internally in the semiconductor body towards the vertical transistor.

Description

Deutsche Bundespost 2038Deutsche Bundespost 2038

Leicht abschaltbarer ThyristorEasily switchable thyristor

Die Erfindung betrifft einen leicht abschaltbaren Thyristor aus einem Vertikal-Teiltransistor hoher Stromverstärkung ß * und einem Lateral-TeiltranaiBfcor relativ niedriger Stromverstärkung β 27 die naoh Thyristorart in einem gemeinsamen plattenförmigen Halbleiterkörper integriert aufgebaut sind, wobei der Halbleiterkörper eine dünne, relativ hochohmige Oberflächenschicht besitzt, unter der sich ein niederohmiger Bereich des selben Leitungstyps befindet, der für niedrigen Durchlaßwiderstand des Thyristors sorgt und in dem die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger sehr kurz ist im Vergleich zu derjenigen in der Oberflächenschicht.The invention relates to a thyristor which can be easily switched off and consists of a vertical sub-transistor with high current gain ß * and a lateral sub-tranaiBfcor relatively low current gain β 27, the thyristor type are built integrated in a common plate-shaped semiconductor body, the semiconductor body having a thin, relatively high-resistance surface layer, underneath which is a low-resistance area of the same conductivity type, which ensures low on-resistance of the thyristor and in which the life of the minority charge carriers is very short compared to that in the surface layer.

Es sind sogenannte "Abschaltthyristoren11, bestehend aus zwei Vertikal-Teiltransistoren, bekannt, die mit einem negativen Steuerimpuls zwischen Kathodengate und Kathode vom Durchlaßin den Sperrzustand geschaltet werden können. Bei geeignetem Aufbau läßt sich ein solcher Thyristor bis zu einem gewissen - auch von der Last abhängigen - Wert des Durchlaßstroms und mit einer gewiesen Abschaltstromverstärkung abschalten. Diese ist definiert als Verhältnis des Durchgangsetroms zu dem minimalen, für das Abschalten erforderlichen, Gateetrom (Mindeetabschaltetrom).So-called "turn-off thyristors 11 , consisting of two vertical sub-transistors, are known which can be switched from conduction to blocking state with a negative control pulse between cathode gate and cathode. With a suitable construction, such a thyristor can be switched to a certain degree - also from the load dependent - value of the forward current and switch off with a certain switch-off current gain, which is defined as the ratio of the through current to the minimum gate current required for the switch-off (Mindeet switch-off current).

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Beim Abschalten muß, abgesehen vom Wegtransport der im npn-Transistor gespeicherten Basisladung, der diesem intern zufließende Basisstrom über den äußeren Basisanschluß (Kathodengate) in einem Maße abgeleitet werden, daß überall im Thyristor rasch der Blockierzustand eintritt. Hierzu muß das Gate auf negatives Potential gegenüber der Kathode (Emitter des npn-Transistors) gebracht werden, doch ist hier eine Grenze durch die Durchbruchspannung des Emitter-Basis-Überganges gesetzt.When switching off, apart from transporting away the base charge stored in the npn transistor, this internally incoming base current via the external base connection (cathode gate) can be derived to such an extent that everywhere the blocking state occurs quickly in the thyristor. To do this, the gate must have a negative potential in relation to the cathode (Emitter of the npn transistor), but here is a limit due to the breakdown voltage of the emitter-base junction set.

Bei einem solchen Thyristor sind Kathode und Kathodengate-Kontakt als sehr schmale, einander dicht benachbarte Streifen ausgebildet und die p-Basiszone nicht zu dünn, damit der Bahnwiderstand des Gebiets zwischen Gatekontakt und der von diesem am weitesten entfernten Stelle der Basiszone möglichst klein ist und bei einer bestimmten Spannung zwischen Gatekontakt und Kathode ein möglichst großer Abschaltstrom über das Gate fließen kann. Außer durch diesen wird die Größe des abschaltbaren Stroms durch die Abschaltetromverstärkung bestimmt, die wesentlich vom Verhältnis der Stromverstärkungsfaktoren der beiden Teiltraneistoren abhängt. Sie ist um so größer, je kleiner die Stromverstärkung des pnp-Transistors (bei entsprechend großer Stromverstärkung des npn-Transistors) ist und je weniger der Kollektor»trom des pnp-Transistors während der Abschaltphase über seinen Wert im Durohlaßzustand hinauswächst.In such a thyristor, the cathode and cathode gate contact are very narrow, closely spaced strips formed and the p-base zone not too thin, so that the sheet resistance of the area between the gate contact and that of This most distant point of the base zone is as small as possible and at a certain voltage between Gate contact and cathode as large a cut-off current as possible can flow through the gate. Besides this, the Size of the switchable current through the switch-off current gain determined, which depends essentially on the ratio of the current gain factors of the two partial transistors. It is greater, the smaller the current gain of the pnp transistor (with a correspondingly large current gain of the npn transistor) and the less the collector current of the pnp transistor during the switch-off phase via its Value grows out in the duroscale state.

Wegen der gewünschten hohen Stromverstärkung des npn-Transistors muß die Forderung einer großen Basisdicke eingeschränkt werden und wegen der Forderung einer kleinen Durchlaßspannung müssen die Transistoren einander in die Sättigung steuern. Dies begrenzt wiederum den Wert des Stromverstärkungsfaktors des npn-Traneistors nach oben und den des pnp-Transietors nach unten auf Kosten der Abschaltatromverstärkung. Auch durch die Forderung einer genügend großen maximal zulässigen AbschaItspannung und bezüglich derBecause of the desired high current gain of the npn transistor the requirement of a large base thickness must be restricted and because of the requirement of a small forward voltage the transistors must drive each other into saturation. This in turn limits the value of the current gain factor of the npn transistor up and that of the pnp-Transietors down at the expense of the cut-off current gain. Also by the requirement of a sufficiently large maximum permissible disconnection voltage and with regard to the

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Dotierung der p-Basiszone entstehen weitere Widersprüche. Infolge der verschiedenen gegensätzlichen Forderungen sowie der komplizierten Technologie ist es schwer, einen derartigen Abschaltthyristor mit befriedigenden Eigenschaften und reproduzierbar herzustellen. Die bis heute bekannt gewordenen Abschaltthyristoren weisen folgende Nachteile auf:Doping the p-base zone gives rise to further contradictions. Due to the various conflicting demands as well as the complicated technology, it is difficult to obtain one Switch-off thyristor with satisfactory properties and reproducible to manufacture. The turn-off thyristors that have become known to date have the following disadvantages:

Die Abschaltstromverstärkung ist gering, die erforderliche Abschaltleistung groß., zumal die erforderliche Abschaltspannung mit der Stromdichte im Thyristor stark anwächst. Die Durchlaßspannung nimmt mit der Abschaltstrom- (bzw. -leistungs-)verstärkung stark zu. Die Abschaltspannung erreicht bereits bei relativ kleinem Durchlaßstrom den zulässigen Maximalwert (Durchbruch des Emitter-Basis-Übergangs). Während der Abschaltphase tritt durch ungünstiges Zusammenwirken der internen Ansteuerung mit dem Basisquerwiderstand eine besonders stark ausgeprägte Stromeinschnürung ein, die ebenfalls den abschaltbaren Strom auf einen niedrigen Wert begrenzt und die Abschaltverlustleistung sowie auch die Löschzeit erhöht. Der abschaltbare Strom sinkt beträchtlich bei Erhöhen der Betriebsspannung. Die Polarität der Abschaltimpulse ist derjenigen der Zündimpulae entgegengesetzt, was bei der Größe der erforderlichen Abschaltleistung einen nicht geringen steuerseitigen Aufwand erfordert.The breaking current gain is low, the breaking power required is high, especially since the breaking voltage required increases sharply with the current density in the thyristor. The forward voltage increases with the breaking current (resp. -Performance-) amplification strongly. The cut-off voltage reaches the permissible maximum value even with a relatively small forward current (breakdown of the emitter-base transition). During the switch-off phase, a particularly pronounced current constriction occurs due to the unfavorable interaction of the internal control with the base transverse resistance one, which also limits the current that can be switched off to a low value and the switch-off power loss as well as the deletion time increased. The current that can be switched off drops considerably when the operating voltage is increased. The polarity of the switch-off pulses is that of the ignition pulses on the contrary, which, given the size of the required breaking capacity, has a not insignificant effect on the control side Requires effort.

Ebenso sind die bis heute bekannten unilateral aufgebauten Thyristoren (meist als Thyristortetroden ausgebildet) auoh mit negativen Impulsen über das Kathoden- bzw. positiven Impulsen über das Anodengate nur bei sehr kleinen Durchlaßströmen bzw. sehr geringer Abschaltstromverstärkung abschaltbar.Likewise, the unilaterally constructed thyristors (mostly designed as thyristor tetrodes) known to date are also available with negative pulses via the cathode or positive pulses via the anode gate only with very small forward currents or very low switch-off current gain can be switched off.

Aus der DAS Nr. 1 299 766 ist ein unilateral aufgebauter Thyristor bekannt, welcher eine hochohmlge Epitaxieschicht auf einem niederohmigen Subetratplättchen besitzt und eineFrom DAS No. 1 299 766 a unilaterally constructed thyristor is known which has a high-resistance epitaxial layer on a low-resistance subetrat plate and one

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zwischen der Basiszone des Vertikal- und der Emitterzone des Lateraltransistors befindliche zusätzliche Zone des gleichen Leitungstyps dazu benutzt, um den Minoritätsladungsträgeretrom in der Basiszone des Lateraltransietors unterbrechen zu können. Durch diese in die Basis des Lateraltran-Bistors eingeschobene Zone und die dadurch bedingte extrem große Basisweite wird jedoch u. a. die Stromverstärkung dieses Teiltransistors stark herabgesetzt. Da diese zusätzliche Zone, die beim Abschalten des Thyristors die Rolle der Kollektorzone des Lateraltransistors übernimmt, zwar nahe am Emitter des Lateraltransistor liegt, dessen Kollektorzone gleichzeitig Basiszone des Vertikaltraneistors) hingegen sehr weit vom Emitter entfernt ist, ist der Abschalt-Gatestrom, d. h. der Strom, der beim Abschalten über den Anschluß der zusätzlichen Zone (Abschaltgate) abgeleitet werden muß, sehr viel größer als der den Vertikaltransietor ansteuernde Strom. Infolgedessen hängen Durchlaßwiderstand und Abschaltstromverstärkung in besonders ungünstiger Weise voneinander ab - wenn man davon absieht, daß es überhaupt sehr schwer ist, eine zur Erzielung eines erträglich niedrigen Durchlaßwiderstandes ausreichende Ansteuerung des Vertikaltransistors zu erreichen. Der Aufwand bei der Herstellung und der Flächenbedarf sind gegenüber einfachen Unilateral-Thyristoren durch den erforderlichen epitaxialen Aufbau sowie die zusätzliche Zone vergrößert.additional zone of the located between the base zone of the vertical and the emitter zone of the lateral transistor same type of conduction used to generate the minority charge carrier flow Interrupt in the base zone of the lateral transit gate to be able to. Because of this zone pushed into the base of the Lateraltran-Bistro and the extreme resulting from it however, a large base width is used, inter alia. the current gain this sub-transistor is greatly reduced. Since this additional zone that plays the role of when switching off the thyristor The collector zone of the lateral transistor takes over, although its collector zone is close to the emitter of the lateral transistor at the same time the base zone of the vertical transistor), however, is very far from the emitter, the switch-off gate current is d. H. the current that is discharged during shutdown via the connection of the additional zone (shutdown gate) must be much larger than the current driving the vertical transistor gate. As a result, forward resistance hang and cut-off current gain from each other in a particularly unfavorable way - if one disregards the fact that it is at all It is very difficult to achieve sufficient control of the to achieve a tolerably low forward resistance Achieve vertical transistor. The effort involved in production and the space required are compared to simple ones Unilateral thyristors enlarged by the required epitaxial structure and the additional zone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach herzustellenden, abschaltbaren Thyristor zu finden, der sich von einem Zustand hohen Stromdurchgangs mit kleiner Durohlaßspannung leicht, d. h. bei hoher Absohaltetromverstärkung durch einen Gate-Abschaltimpuls kleiner Spannung, möglichst aber bereits durch kurzzeitiges Herstellen eines Nebenschlusses zwischen einem Gate und dem zugehörigen Hauptansohluß ohne Änderung der Polarität am Gate in den Sperrzustand schalten läßt. Der Vorteil der Abschaltbarkeit duroh einen Nebenschluß, erzeugt mittels eines einfachen, steuer-The invention is based on the object of finding a turn-off thyristor which is simple to manufacture and which from a state of high current passage with low thermosetting voltage easy, d. H. in the case of a high absorption current gain by a gate switch-off pulse of low voltage, if possible but already by briefly establishing a shunt between a gate and the associated main connection can be switched to the blocking state without changing the polarity at the gate. The advantage of being able to be switched off duroh a shunt, generated by means of a simple, controlled

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baren Schaltelemente, z. B. eines Bipolartransistors als Löschtransiator, der ja seinerseits eine hohe Strom·» und Leistungsverstärkung besitzt, besteht unter anderem darin, daß die Abschaltstromverstärkung und noch mehr die Abschaltleistungsveretärkung als Gesamt- Absehaltstrom- (bzw. -leistungB-)verstärkung dadurch um einen großen Paktor erhöht werden kann und Abschaltimpulse beiderlei Polarität verwendet werden können.ble switching elements, z. B. a bipolar transistor as a quenching transistor, which in turn has a high current · »and Has power gain, consists, among other things, in the fact that the cut-off current gain and even more so the cut-off power gain as a total stand-off current (or power B) gain increased by a large factor and switch-off pulses of both polarities can be used.

Die Lösung der Aufgabe wird auf einen unilateral aufgebauten !Thyristor mit einem Vertikal- und einem Lateral-Teiltransistor beschränkt, da sich in diesem Fall, im Gegensatz zu dem aus zwei Vertikal-Teiltransistoren bestehenden Thyristor, die zuvor genannten Schwierigkeiten, wie gezeigt werden soll, umgehen lassen. Insbesondere 1st bemerkenswert, daß ein solcher leicht abschaltbarer Thyristor gemäß der Erfindung kaum aufwendiger in der Herstellung als ein herkömmlicher Thyristor mit unilateralem Aufbau ist und der Vorteil des guten Abschaltverhaltens sowie weitere Vorteile durch keine Nachteile gegenüber dem herkömmlichen Unilateral-Thyristor erkauft werden müssen, wie gezeigt werden soll. Diese im unilateralen Aufbau liegende Möglichkeit bleibt bei den herkömmlichen Typen dieser Bauart ungenutzt.The solution to the problem is based on a unilaterally constructed thyristor with a vertical and a lateral sub-transistor limited, because in this case, in contrast to the one consisting of two vertical sub-transistors Thyristor, the aforementioned difficulties, as will be shown, bypassing. In particular, it is remarkable that such an easily disconnectable thyristor according to the invention is hardly more expensive to manufacture than a conventional one Thyristor with a unilateral structure is and has the advantage of good switch-off behavior and other advantages due to no disadvantages compared to the conventional unilateral thyristor must be bought as is to be shown. This possibility, which lies in the unilateral structure, remains the conventional types of this type unused.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens derjenige Teil des lateral über die Emitterzone E. des Vertikaltraneistors T1 hinausragenden Bereiches von dessen Basiszone B1, der zwischen der Emitterzone E1 des Vertikaltranslstors T1 und der Emitterzone E« des Lateraltransistors T2 liegt, verbreitert und zum Abschalten mit einem Kontakt G1 versehen 1st, daß der insgesamt verbreiterte Teil dieses Bereiches wie auch der Eontakt G1 sich längs des Emitterrandee des Vertikaltransistors T1 sowie quer zu dieser Richtung mindestens so weit erstrecken und die- relativ hoohohmige Oberflächenschicht 1 mindestens so dünn ist, daß der dem Vertikaltransistor T1 intern im Halbleiterkörper zu-The object is inventively achieved in that at least that portion of the laterally over the emitter region E. of Vertikaltraneistors T 1 protruding portion of the base region B 1, between the emitter region E 1 of the Vertikaltranslstors T 1 and the emitter region E 'is the lateral transistor T 2 , widened and provided with a contact G 1 for disconnection, so that the overall widened part of this area as well as the contact G 1 extend along the emitter edge of the vertical transistor T 1 and transversely to this direction at least as far and the relatively high-resistance surface layer 1 is at least so thin that the vertical transistor T 1 internally in the semiconductor body to-

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fließende Baeisstrom, zum Abschalten eines großen Durchlaßstromes, über den Ba8i.s'-(Gate-)an8chluß G1 abgeleitet wird.flowing base current, for switching off a large forward current, via the Ba8i.s' (gate) connection G 1 is derived.

Die gute Abschaltbarkeit, die auch beim Löschen mittels eines Löschtransistors als Nebenschluß bis zu Durchlaßströmen von einem Vielfachen des maximal zulässigen Dauergleichstroms erzielt werden kann, beruht auf dem günstigen Zusammenwirken der geforderten Maßnahmen, die dafür sorgen, daß der intern im Halbleiterkörper dem Vertikaltransistor zufließende Basisstrom leicht über dessen Basisanechluß (Gate) abgeleitet werden kann. Dies ist dadurch gegeben, daß die Dichte des zufließenden Basisstroms in dem Teil der Basiszone am stärksten ist, wo sich der Basisanschluß befindet, während sie in der Richtung abnimmt, in der der Bahnwiderstand zum Basisanschluß hin zunimmt. Wie dünn die hochohmige Oberflächenschicht mindestens sein muß, hängt von verschiedenen Parametern ab, wie Stromverstärkung und laterale Basisweite des Lateraltransistors, Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der hochohmigen Oberflächenschicht, Dotierungsprofil im Bereich von deren unteren Grenzfläche, Dicke und spezifische Leitfähigkeit der Basiszone des Vertikaltransietors sowie deren Eindringtiefe (von der Oberfläche der hochohmigen Schicht aus in deren Inneres) und Kontaktbreite. Doch sind nach vorliegendem experimentellem Ergebnis sowohl die Dicke der hochohmigen Oberflächenschicht als auch die übrigen Parameter im Hinblick auf Entwurf und Fertigung des Bauelemente keine besonders kritischen Größen. Nach unten wird die Dicke der hochohmigen Oberflächenschicht durch die geforderte Sperrspannung des Thyristors begrenzt. Der Bereich besonders günstiger Werte dürfte zwischen etwa 8 und 20 /um liegen, wenn bezüglioh aller übrigen Abmessungen und Werte etwa das unten beschriebene experimentelle Aueführungsbeispiel zugrunde gelegt wird, wo mit der Dicke von 20 yum allerdings keineswegs die obere Grenze bezüglich der definierten Abschaltbarkeit mittels Löechtransietor erreicht ist.The good switch-off, which is also possible when deleting with a quenching transistor as a shunt up to forward currents of a multiple of the maximum permissible continuous direct current can be achieved is based on the favorable interaction of the required measures, which ensure that the internal in the semiconductor body the vertical transistor incoming base current slightly via its base connection (Gate) can be derived. This is given by the fact that the density of the inflowing base current in the part of the Base zone is strongest where the base terminal is, while it decreases in the direction in which the Railway resistance increases towards the base connection. How thin the high-resistance surface layer must be at least depends on various parameters, such as current gain and lateral base width of the lateral transistor, service life of the Minority charge carriers in the high-resistance surface layer, doping profile in the area of its lower interface, Thickness and specific conductivity of the base zone of the vertical transit door as well as its depth of penetration (from the surface the high-resistance layer from inside) and contact width. However, according to the present experimental result both the thickness of the high-resistance surface layer and the other parameters with regard to design and manufacture of the components are not particularly critical. The thickness of the high-resistance surface layer is reduced downwards the required reverse voltage of the thyristor is limited. The range of particularly favorable values should be between about 8 and 20 / um, if all other dimensions and Values approximately the same as the experimental example described below it is based on where with the thickness of 20 yum however, by no means has the upper limit with regard to the defined switch-off capability by means of a hole-in-transit gate been reached.

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Die Basiezone des Vertikaltransistors kann, im Interesse einer hohen Stromverstärkung, relativ dünn und hochohmig sein, ohne daß etwa die definierte Abschalfbarkeit verloren geht. Vielmehr steigt für diesen Pail bei Erhöhung der Stromverstärkung P* * des Vertlkaltransistors und entsprechender Verringerung der Stromverstärkung ft>« &eB Lateraltransistors die Abschaltstrom- (bzw. -leistungs-) verstärkung.In the interest of a high current gain, the base zone of the vertical transistor can be relatively thin and high-resistance without losing the defined disconnection capability. Rather, if the current gain P * * of the vertical transistor is increased and the current gain ft> « & eB lateral transistor is increased, the switch-off current (or power) gain increases for this Pail.

Die Abschaltverlustleistung ist auch beim Abschalten von Strömen, die ein Vielfaches des maximal zulässigen Dauergleichstroms betragen, infolge des raschen Stromabfalls und des Wegfalls des zuvor beschriebenen ausgeprägten Stromeinschnürungeeffekt es, wie er bei dem aus zwei Vertikaltransistoren aufgebauten Abschaltthyristor auftritt, sehr gering.The cut-off power loss is also when switching off currents that are a multiple of the maximum permissible continuous direct current due to the rapid current drop and the elimination of the pronounced current constriction effect described above As it occurs with the turn-off thyristor made up of two vertical transistors, it is very much small amount.

Der durch die besondere Gateanordnung bedingte, gegenüber herkömmlichen Unilateral-Thyristoren etwas größere Abstand zwischen n- und p-Emitterzone bewirkt, bei großem fr.. und kleinem j^2> keine Erhöhung des Durchlaßwiderstandes, da durch den niederohmigen Bereich und die nur dünne, über diesem befindliche, hochohmige Oberflächenschicht für einen sehr niederohmigen Strompfad gesorgt ißt. Auch ist die trotz der besonderen Gateanordnung für den Vertikaltransistor erreichbare Stromverstärkung fb^ völlig ausreichend.The somewhat larger distance between the n- and p-emitter zone caused by the special gate arrangement, compared to conventional unilateral thyristors, results in no increase in the forward resistance with a large fr .. and a small j ^ 2 >, because the low-ohmic area and the only thin, Eats located above this, high-resistance surface layer for a very low-resistance current path. The current gain fb ^ which can be achieved for the vertical transistor in spite of the special gate arrangement is also completely sufficient.

Durch die geforderten Maßnahmen, und zwar durch die dünne hochohmige Oberflächenschicht und den niederohmigen Bereich, der auch für einen niedrigen Bahnwiderstand zum Basisanschluß des Lateraltransistors sorgt, sowie durch die Verbreiterung des zwischen n- und p-Emitter liegenden Baeisgebietes, ist es ferner möglich, den Thyristor in der angegebenen Weise mittels Löschtraneistor über den Basieanschluß des Lateraltraneistore, allerdings bei geringer et Ab»ch*lt- Area by the required measures, through the thin high-resistance surface layer and the low-resistance region, which also provides a low path resistance to the base terminal of the lateral transistor, and by the broadening of the lying between n- and p-type emitter Baeis, it is also possible, the thyristor in the specified way by means of a quenching transistor via the base connection of the Lateraltraneistore, but with less and less

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Stromverstärkung abzuschalten. Pur diese Art des Abschaltens bezieht sich die Anweisung zur Verbreiterung des zwischen den beiden Emittern liegenden Bereiches der Basiszonen nicht unbedingt auf die Basiszone B1, demdann 1st hier kein Anschluß erforderlich, sondern auf die Gesamtbreite der Basiszonen zwischen den Emittern.Switch off current amplification. For this type of switch-off, the instruction for widening the area of the base zones between the two emitters does not necessarily refer to the base zone B 1 , since no connection is required here, but to the total width of the base zones between the emitters.

Bei Anwendung einer Thyristortetrode in der bekannten Betriebsart, bei welcher der Emitteranschluß des Vertikaltransietore und der Basisanschluß des Lateraltransistors anstelle der EmitteranschlÜsse der beiden Teiltransistoren als Hauptanschlüsse dienen und die Last zwischen dem Basisanschluß des Lateraltraneistors und dem zugehörigen Betriebsspannungspol liegt (wobei in bekannter Weise zusätzlich für einen ausreichenden Stromfluß über den Emitter des Lateraltransistor gesorgt werden muß), ergeben sich beim Beachten der erfindungsgemäßen Haßnahmen als Tortelle eine besonders gute Abschaltbarkeit in der angegebenen Weise (z. B. mittels Lösohtransistor) zwischen Emitter- und Basisanschluß des Vertikaltransistors bei sehr niedriger Durchlaßspannung und kleinem Anodenstrom. Gegenüber der konventionellen Abschaltung bei dieser Betriebsart wird hier eine beträchtliche Erhöhung der Abschaltstrom- und insbesondere der Abschaltleistungsverstärkung erzielt. Die niedrige Durohlaßspannung wird dadurch erreicht, daß der Lastetrom nur über den Vertikaltransistor fließt und das Substrat niederohmig ist. Auch bei dieser Betriebsart ist es bei Beachtung der erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich, den Thyristor In der angegebenen Weise mittels Lösohtransistor zwischen Emitter- und Basisanschluß des Lateraltransistors abzuschalten, was aber auch hier zu einer Verringerung der Abschaltstromveretärkung führt.When using a thyristor tetrode in the known operating mode, at which the emitter connection of the vertical transietore and the base connection of the lateral transistor instead of the emitter connections of the two sub-transistors as main connections serve and the load between the base connection of the lateral transistor and the associated operating voltage pole is (in a known manner additionally for a sufficient current flow over the emitter of the lateral transistor must be taken care of), if the hatreds according to the invention are observed, a particularly good one results as a tortelle Can be switched off in the specified manner (e.g. using Lösohtransistor) between the emitter and base connection of the Vertical transistor at very low forward voltage and small anode current. Compared to the conventional shutdown in this operating mode, there is a considerable Increase in the breaking current and, in particular, the breaking power gain achieved. The low Durohlaßspannung is achieved that the load current only over the Vertical transistor flows and the substrate has a low resistance. In this mode of operation, too, it is the case in accordance with the invention Measures possible, the thyristor in the specified way by means of Lösohtransistor between the emitter and Disconnect the base connection of the lateral transistor, but what also here to a reduction in the amplification of the cut-off current leads.

Prinzipiell gibt es verschiedene Möglichkeiten des Aufbaue und der Herstellung eines solchen Bauelements, z. B. bezüglich des niederohmigen Bereiches, der relativ hochohmigenIn principle, there are various options for the construction and manufacture of such a component, e.g. B. regarding the low-resistance area, the relatively high-resistance area

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Oberflächenschicht, des Leitungstyps der Teiltransistoren und des Einbringens der verschiedenen Zonen (Basis- und Emitterzone des Vertikaltransiators, Emitterzone des Lateraltransistors) an der Oberfläche des Halbleiterkörpers.Surface layer, the conductivity type of the sub-transistors and the introduction of the different zones (base and emitter zone of the vertical transistor, emitter zone of the lateral transistor) on the surface of the semiconductor body.

Figur 1 zeigt eine nicht maßstäbliche für die Realisierung mittels der Silizium-Planartechnik besonders vorteilhafte Ausführungsform mit ihren wesentlichsten Teilen.Figure 1 shows a not to scale for the implementation by means of the silicon planar technology particularly advantageous embodiment with its most essential parts.

Figur 2 zeigt das für die Beschreibung benutzte Ersatzschaltbild. FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram used for the description.

In dem Beispiel nach Figur 1 ist der niederohmige Bereich ein stark dotiertes Halbleitersubstratplättehen des gleichen Leitungstyps wie die relativ hochohmige Oberflächenschicht 1, die eine auf dem Substratplättchen 2 aufgewachsene Epitaxieschicht ist. Der Vertikal-Teiltransistor T1 mit den Zonen E1, B1, C1 ist vom Typ npn und der Lateraltransistor T2 mit den Zonen E2, B„, O2 vom Typ pnp. Die Basiszone B1 von T1 ist gleichzeitig die Kollektorzone C2 von T2 und alles übrige Halbleitergebiet außerhalb der genannten Zonen bildet gleichzeitig die Kollektorzone C1 von T1 und die Basiszone B2 von T2. Der Halbleiterkörper ist auf eine metallische Unterlage fest und leitend aufgebracht, die auch den Basisanschluß O2 (anodenseitiges Gate) von T2 bildet. H1 und H2 sind die Hauptanschlüsse (Kathode und Anode) des Thyristors und G1 das kathodenseitlge Gate (Basisanschluß von T1). Die Halbleiterzonen und die Kontakte an der oberen Grenzfläche I des Halbleiterkörpers sind in Figur 1 in mögliehet einfacher Form dargestellt, was jedoch andere Formen der Gestaltung im Rahmen der gegebenen Anweisung nicht ausschließt. Unter anderem ist ein symmetrischer Aufbau denkbar, der beidseitig von der Emitterzone E2 jeweils eine Zone B1 = C2 mit der zugehörigen Emitterzone E1 und den Kontaktierungen G1 und H1 besitzt, oder ein symmetrischer Aufbau, der eine ZoneIn the example according to FIG. 1, the low-resistance region is a heavily doped semiconductor substrate plate of the same conductivity type as the relatively high-resistance surface layer 1, which is an epitaxial layer grown on the substrate plate 2. The vertical sub-transistor T 1 with the zones E 1 , B 1 , C 1 is of the npn type and the lateral transistor T 2 with the zones E 2 , B ', O 2 is of the pnp type. The base zone B 1 of T 1 is at the same time the collector zone C 2 of T 2 and all the remaining semiconductor area outside the named zones simultaneously forms the collector zone C 1 of T 1 and the base zone B 2 of T 2 . The semiconductor body is firmly and conductively applied to a metallic base which also forms the base connection O 2 (anode-side gate) of T 2 . H 1 and H 2 are the main connections (cathode and anode) of the thyristor and G 1 is the gate on the cathode side (base connection of T 1 ). The semiconductor zones and the contacts at the upper boundary surface I of the semiconductor body are shown in FIG. 1 in a possibly simple form, which, however, does not exclude other forms of design within the scope of the instructions given. Among other things, a symmetrical structure is conceivable that has a zone B 1 = C 2 with the associated emitter zone E 1 and the contacts G 1 and H 1 on both sides of the emitter zone E 2 , or a symmetrical structure that has one zone

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B1 s C2 enthält, die seitlich von den beiden Längsseiten der Emitterzone E1 kontaktiert ist, und beidseitig von dieser mittleren Zone je eine Emitterzone E2 besitzt, oder auch ein kreis- und ringförmiger Aufbau oder ein solcher mit kammförmigen Strukturen. Der Thyristor ist als Tetrode dargestellt, 1st aber auch als Triode (bei Wegfall z. B. von G«) ausführbar. Die Nebenachlußwideretände R2 und/oder R1 zwischen G2 und H2 und/oder G1 und H1 können auch integrierte Bestandteile des Bauelements sein.B 1 s C 2 , which is laterally contacted by the two long sides of the emitter zone E 1 , and has an emitter zone E 2 on both sides of this central zone, or a circular and ring-shaped structure or one with comb-shaped structures. The thyristor is shown as a tetrode, but can also be implemented as a triode (if G «is omitted, for example). The secondary connection resistors R 2 and / or R 1 between G 2 and H 2 and / or G 1 and H 1 can also be integrated components of the component.

In Figur 2 sind verschiedene Möglichkeiten der Steuerung eines erfindungsgemäßen Thyristors angedeutet. Auf der Kathodenseite dienen positive Impulse sehr kleiner Leistung sowohl zum Zünden (an G1) als auch zum Löschen (über T,), wobei T, die Punktion eines steuerbaren Nebenschlusses hat. Auf der Anodenseite hingegen bewirken negative Impulse etwas größerer Leistung das Zünden (an G2) und Löschen (über T1,). Ändert man die in Figur 2 angegebene Schaltung so ab, daß an die Stelle des npn-Löschtransistors auf der Kathodenseite ein pnp-Löachtransistor tritt und vor dessen Basisanschluß sowie vor dem Kathodengate-Anschluß in geeigneter Welse je eine Diode geschaltet ist, so kann man den Thyristor über ein und denselben Steuerpol der Schaltung mit einem positiven Impuls sehr kleiner Leistung zünden und mit einem gegenüber der Kathode negativen Impuls ebenfalls sehr kleiner Leistung abschalten. Entsprechendes gilt wieder für die Anodenseite, nur daß hier auch wieder die Absohaltstromverstärkung entsprechend geringer ist.Various possibilities for controlling a thyristor according to the invention are indicated in FIG. On the cathode side, positive pulses of very low power are used both for ignition (at G 1 ) and for extinguishing (via T,), where T, has the puncture of a controllable shunt. On the other hand, on the anode side, negative impulses with somewhat greater power cause ignition (at G 2 ) and extinguishing (via T 1 ,). If the circuit shown in FIG. 2 is changed so that the npn quenching transistor is replaced by a pnp quenching transistor on the cathode side and a diode is connected in front of its base connection and in front of the cathode gate connection in a suitable manner, then one can use the Ignite the thyristor via one and the same control pole of the circuit with a positive pulse of very low power and switch off with a pulse that is negative compared to the cathode, also with very low power. The same applies again to the anode side, only that here again the amplification of the absolute current is correspondingly lower.

Thyristoren nach Art der Figur 1, und zwar symmetrisch in der bereits erwähnten Form mit E2 als Mittelzone, wurden hergestellt und untersucht. Es handelt sich um ein mit einfachen technologischen Mitteln hergestelltes Labor-Versuchsmuster, das aber bereits deutlich die Vorteile und vielseitige Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen, sehr einfach aufgebauten und herstellbaren, Thyristors zeigt:Thyristors of the type shown in FIG. 1, symmetrically in the form already mentioned with E 2 as the central zone, were produced and investigated. It is a laboratory test sample produced with simple technological means, but it already clearly shows the advantages and versatility of the thyristor according to the invention, which is very simply constructed and can be produced:

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Auf einem niederohmigen η-leitenden Substrat (0,01 Ώ. cm) befindet sich eine η-leitende Epitaxieschicht (4,3 Sicm) von etwa 20 /um Dicke. Die Zonen E« und B1 sind 3,5 bis 4 /um tief (mit Bor) und die Emitterzonen E1 2 yum tief (mit Phosphor) eindiffundiert. Der Abstand zwischen den p-leitenden Zonen beträgt etwa 20 /um, der für das Anbringen des Gatekontakts G1 verfügbare Abstand zwischen einer n+-Emitterzone E.. und dem der p-Emitterzone Ep zugewandten Rand der p-Basiszone beträgt 50 /um. Die Zonen haben die folgenden Maße: p-Emitter E2 400 χ 70 /um2, p-Basis B1 je 440 χ 120 /um2, n+-Emitter E1 Je 400 χ 50 /um . Die Durchbruchspannung des Thyristors beträgt ca. 120 Volt. Bei einem Durohlaßstrom von 500 mA, der etwa dem maximal zulässigen Dauergleichstrom entspricht, beträgt die Durchlaßepannung ca. 1,2 Volt. Die Stromverstärkung des Vertikaltransistors ist hierbei mehr als 10 mal größer als die des Lateraltransietors. Der Thyristor ist als Tetrode ausgeführt und kann auf verschiedene Weise betrieben und gesteuert werden. Z. B. läßt er sich leicht gemäß Figur 2 steuerntOn a low-resistance η-conductive substrate (0.01 Ώ. Cm) there is an η-conductive epitaxial layer (4.3 Sicm) with a thickness of about 20 μm. The zones E 1 and B 1 are 3.5 to 4 μm deep (with boron) and the emitter zones E 1 2 μm deep (with phosphorus). The distance between the p-conductive zones is approximately 20 / μm, the distance available for attaching the gate contact G 1 between an n + emitter zone E .. and the edge of the p-base zone facing the p-emitter zone Ep is 50 / μm . The zones have the following dimensions: p-emitter E 2 400 70 / um 2 , p-base B 1 each 440 χ 120 / um 2 , n + emitter E 1 each 400 χ 50 / um. The breakdown voltage of the thyristor is approximately 120 volts. With a continuous current of 500 mA, which corresponds approximately to the maximum permissible continuous direct current, the forward voltage is approx. 1.2 volts. The current gain of the vertical transistor is more than 10 times greater than that of the lateral transistor. The thyristor is designed as a tetrode and can be operated and controlled in various ways. For example, it can be easily controlled according to FIG

a) Als Löschtransistor T, zum Herstellen des Nebenschlusses zwischen G1 und H1 diente ein Transistor des Typs 2N 2218. Der Lastwiderstand betrug 50 £l, der Nebenschluß R2 zwischen Gp und H2 1 k Ώ-. Ein Lastetrom von 500 mA wurde durch positive Zündimpulse von 4 mA an G1 mit einer Zündzeit von 300 ns eingeschaltet und durch positive Abschaltimpulse von 3 mA an der Basis des Löschtransistors mit einer Lösohzeit von 150 ns abgeschaltet (innerhalb Ztind- und Löschzeit 90 der Ge samt änderung des Laststroms). Die Spitze des Absohalt-Gate-Stromlmpulses erreichte hierbei den Wert 100 mA. Da die Stromverstärkung /^1 des npn-Transistors bei diesem Labormuster sehr gering ist, d.h. weit unter den bei Planartransistoren dieses Typs erreichbaren Werten liegt, verläuft die Durchlaßkennlinie oberhalb 800 mA nicht mehr linear. Durch bekanntea) A transistor of the type 2N 2218 was used as the quenching transistor T to produce the shunt between G 1 and H 1. The load resistance was 50 £ 1 , the shunt R 2 between Gp and H 2 1 k Ώ-. A load current of 500 mA was switched on by positive ignition pulses of 4 mA at G 1 with an ignition time of 300 ns and switched off by positive switch-off pulses of 3 mA at the base of the quenching transistor with a release time of 150 ns (within ignition and quenching time 90 i » the total change in the load current). The peak of the Absohalt-Gate current pulse reached a value of 100 mA. Since the current gain / ^ 1 of the npn transistor in this laboratory sample is very low, ie it is far below the values attainable with planar transistors of this type, the forward characteristic curve is no longer linear above 800 mA. By acquaintances

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Verfehrenemaßnahmen (neben einem optimierten Aufbau des Bauelemente) läßt sich /^1 wesentlich vergrößern und damit auch der für Impulsbetrleb In Frage kommende maximale Durchlasetrom, der auch abschaltbar let, auf ein Vielfaches des Wertes des maximal zulässigen Dauergleichstroms erhöhen. Wird gleichzeitig noch die Stromverstärkung /^2 des Lateraltransistor vergrößert, so wird noohmals eine Erhöhung des maximal zulässigen Impulsstroms erreicht, allerdings auf Kosten der AbschaltStromverstärkung.Procedural measures (in addition to an optimized structure of the component) can significantly increase / ^ 1 and thus also the maximum flow rate which can be used for pulsed operation, which can also be switched off, to a multiple of the value of the maximum permissible continuous direct current. If the current gain / ^ 2 of the lateral transistor is increased at the same time, an increase in the maximum permissible pulse current is no longer achieved, but at the expense of the cut-off current gain.

b) Der Thyristor läßt sich auch durch einen Nebenschluß zwischen G2 und H2 (Anodengate und Anode), z. B. realisiert durch einen Lösohtransistor (T1,), abschalten: Hierzu wurde ein Transistor des Typs 2N 2904 verwendet. Der Lastwiderstand betrug 50 Ώ. . Ein Laststrom von 500 mA wurde durch Abschaltlmpulse von 20 mA und 1 /us Mindestdauer an der Basis des Löschtransistors mit einer Löschzeit von 1,2 /us abgeschaltet.b) The thyristor can also be shunted between G 2 and H 2 (anode gate and anode), e.g. B. realized by a Lösohtransistor (T 1 ,), switch off: A transistor of the type 2N 2904 was used for this. The load resistance was 50 Ώ. . A load current of 500 mA was switched off by switch-off pulses of 20 mA and a minimum duration of 1 / us at the base of the erase transistor with an erase time of 1.2 / us.

o) Der Thyristor kann auch in der bereits erwähnten, bekannten Welse so betrieben werden, daß H. und G2 anstelle von H. und H? als Hauptanschlüsse dienen und die Last zwischen Gp und dem zugehörigen Betriebespannungspol liegt. Auch bei dieser Betriebsart läßt sich der Thyristor in der angegebenen, vorteilhaften Weise, also lediglich durch Herstellen eines Nebenschlusses zwischen G1. und H1 oder G2 und H2 mit dem Lösohtransistor, abschalten.o) The thyristor can also be operated in the already mentioned, known catfish in such a way that H. and G 2 instead of H. and H ? serve as main connections and the load is between Gp and the associated operating voltage pole. In this operating mode, too, the thyristor can be operated in the advantageous manner indicated, that is to say only by establishing a shunt between G 1 . and H 1 or G 2 and H 2 with the Lösohtransistor, turn off.

Trotz der kleinen Werte der Stromverstärkungen ^1 und betrug bei einem !!testwiderstand R» « 50 Ώ , einem Laststrom Xj1 s 100 mA und Anodenetrom I. « 7 mA die Spannung zwischen den Hauptanschlüssen nur 0,4 Volt, und der Laststrom konnte durch Abschaltimpulse von 2 mA an der Basis eines zwischen G. und H1 geschalteten Löeohtransistors (Typ 2N 2218) mit einer Löeoheeit von 100 ne abgeschaltet werden.Despite the small values of the current amplifications ^ 1 and with a !! test resistor R »« 50 Ώ, a load current Xj 1 s 100 mA and anode electric current I. «7 mA, the voltage between the main connections was only 0.4 volts, and the load current could can be switched off by switching off pulses of 2 mA at the base of a Löeohtransistor (type 2N 2218) connected between G. and H 1 with a Löeoheeit of 100 ne.

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Bei Bauelementen, die speziell für die Betriebsart c) hergestellt werden, kann ein großer Wert sowohl für ß> ^ als auch für β 2 angestrebt werden. Dadurch erhält man weit größere Lastströme, die bei kleiner Durchlaßspannung nur einen kleinen Anodenstrom erfordern, ohne daß, wie bei Betriebsart a), durch Vergrößern von /^2 die Abschaltstromverstärkung vermindert wird.In the case of components that are specially manufactured for operating mode c), a large value can be aimed for both for β> ^ and for β 2 . This results in much larger load currents which, with a low forward voltage, require only a small anode current without, as in operating mode a), reducing the switch-off current gain by increasing / ^ 2.

Zum dynamischen Verhalten eines derartigen Thyristors im Betriebsfall a) und c) ist ergänzend noch folgendes zu bemerken* Bei kurzer Löschzeit steigt infolg® der rasehen Entladung der Basis des Vertikaltransistors und des Anwachsens des Kollektorstromes (im Versuchsfall a) etwa um 50 #) des Lateraltransietors, der über das_Gate abzuführende Strom kurzzeitig über den für langsames AMckaltem geltenden Gate-Mindestabsöhaltstrom hinaus (In^1^ ^Q mA für In « 500 mA). -The following should also be noted regarding the dynamic behavior of such a thyristor in operating cases a) and c) , the current to be discharged via the gate briefly exceeds the minimum gate current applicable for slow AMckaltem (I n ^ 1 " ^ ^ Q mA for I n " 500 mA). -

Urmin " aUrmin "a

Die dadurch etwas verringerte Gate-Absohaltatromverstärkung kann aber gerade im Fall des Abschaltena etwa mit Hilfe eines Löschtransistors (ϊ*) leicht in Kauf genommen werden.; do In. die Gesamt-Abschaltstromverstärkung nosh die hohe Stromverstärkung des Löschtransistors eingeht. Bei dieser Art des Abscheltens ist nach Ablauf der Löeohseii der Yertikaltransistor im Sperrzustand und es fließt nur noch aufgrund der Basisladung des Lateraltransistors ein Strom, dessen Wert zu diesem Zeitpunkt (und zwar bei Betriebsart a) infolge der geringen Stromverstärkung des Lateraltransistore, bei Be» triebsart c) infolge des kleinen Anodenstroms und der geringeren Basisladung) im Versuchsfall bereite weniger als 10 ^ des Durchlaßstrome beträgt und der seinerseits im Fall a) in etwa Ibis 1,5 /us, im Fall c) in etwa 500 ns auf etwa 10 i> dieses Wertes absinkt.The somewhat reduced gate current gain can easily be accepted, especially in the event of a shutdown, for example with the help of a quenching transistor (ϊ *) .; do In. the total turn-off current gain nosh the high current gain of the quenching transistor enters. With this type of disconnection, the vertical transistor is in the blocking state after the end of the release and a current only flows due to the base charge of the lateral transistor, the value of which at this point in time (namely in operating mode a) due to the low current gain of the lateral transistor in operating mode c) due to the small anode current and the lower base charge) in the test case this is already less than 10 ^ of the forward current and which in turn amounts to about 10 i> in case a) about ibis 1.5 / us, in case c) about 500 ns to about 10 i> this value decreases.

Die Hlndestdauer des Abschaltimpulses bzw. des das Abschalten bewirkenden Nebenschlusses, die erforderlich ist, damit der Thyristor nicht anschließend selbsttätig wieder zündet, wird im Kormalfall vor allem durch die Ausschaltzeit des ver-The remaining duration of the switch-off pulse or the switch-off causing shunt, which is necessary so that the thyristor does not then re-ignite automatically in normal cases mainly due to the switch-off time of the

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gleichsweise trägen Lateraltransietors bestimmt und beträgt im Versuchefall a) etwa 2/US, im Versuchafall c) etwa 300 na. Sie kann im Pell a) bei großer Trägerlebensdauer in der Basis des Lateraltraneietore viele /vlb betragen. Sie kann andererseits durch Verringerung der Trägerlebenedauer (bei Ausnutzung der zur Erzielung der erforderlichen Stromverstärkungen verbleibenden Möglichkeiten) auf Werte unter 1 /us herabgesetzt werden. Durch lokale Beeinflussung der Trägerlebenedauer (nur im 3asisbereich des Lateraltraneistore) räch einem der hierfür geeigneten, bekannten Verfahren läßt sich die Mindestimpulsdauer auf den Bruchteil einer >us herabsetzen und gleichzeitig ein großes Verhältnis der Stromverstärkungsfaktoren /i-f/ß 2 erzielen· Bleibt die geringere Trägerlebensdauer auf den Bereich außerhalb der Kollektoreperrschicht beschränkt, so kann gleichzeitig ein sehr hoher Sperrwiderstand in Vorwärtsrichtung erzielt werden.similarly sluggish lateral transit gate and is in test case a) about 2 / US, in test case c) about 300 na. It can be many / vlb in pell a) with a long carrier life in the base of the lateral transit gate. On the other hand, it can be reduced to values below 1 / μs by reducing the carrier plane duration (if the possibilities that remain to achieve the required current amplifications are used). By locally influencing the carrier plane duration (only in the base area of the lateral transeptore) through one of the known methods suitable for this, the minimum pulse duration can be reduced to a fraction of> us and at the same time a large ratio of the current amplification factors / if / ß 2 is achieved limits the area outside the collector barrier layer, a very high blocking resistance can be achieved in the forward direction at the same time.

Wegen der besonderen Eignung eines Unilateral-Thyristors bei erfindungsgemäßem Aufbau als abschaltbarer Thyristor ist es sinnvoll, solche Thyristoren auch für wesentlich größere Ströme, als sie sonst bei Unilateral-Thyristoren gebräuchlich sind, zu bauen.Because of the special suitability of a unilateral thyristor In accordance with the structure of the invention as a thyristor that can be switched off, it makes sense to use such thyristors also for much larger ones Build currents than are usually used in unilateral thyristors.

Die Spannungen, die mit solchen Thyristoren geschaltet werden können, werden durch die mit den in Präge kommenden Technologien erreichbaren Sperrspannungen begrenzt, wobei diese durch bekannte technologische Maßnahmen noch erhöht werden können. Z. B. ermöglicht im Falle der Silizium-Planartechnik gerade die spezielle Gate-Anordnung ein Überlappen der Kontakte über die ganze Schnittlinie des Kollektor-Basis-Übergangs mit der Halbleiteroberfläche hinaus, wodurch die Kollektor-Sperrspannung der Teiltransistoren und damit die Vorwärte-Sperrspannung dee Thyristors erhöht wird.The voltages that are switched with such thyristors can be made possible by the technologies that are coming into being achievable blocking voltages are limited, these being increased by known technological measures can. For example, in the case of silicon planar technology, it is precisely the special gate arrangement that enables the contacts to overlap over the entire line of intersection of the collector-base junction with the semiconductor surface, whereby the Collector blocking voltage of the partial transistors and thus the forward blocking voltage of the thyristor is increased.

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Andererseits kann ein solcher absehaltbarer Thyristor durch Verkleinerung seiner Maße, geeignete Dotierung und Beeinflußung seiner Trägerlebensdauer zu einem schnellen bistabilen Schalter, etwa für schnelle digitale Anwendungen, abgewandelt werden.On the other hand, such a lockable thyristor can through Reduction of its dimensions, suitable doping and influencing its carrier life to a fast bistable switch, for example for fast digital applications, modified will.

Das Bauelement ist sehr gut für die Integration in monolithischer Siliziumtechnik geeignet, wobei die Punktion des niederohmigen Substrats durch eine niederohmige vergrabene Schicht übernommen werden muß.The component is very well suited for integration in monolithic silicon technology, with the puncture of the low-resistance Substrate must be taken over by a low-resistance buried layer.

Zum Stand der Technik wurde besonders berücksichtigt: DAS Nr. 1 299 766.With regard to the state of the art, particular attention was paid to: DAS No. 1 299 766.

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Claims (5)

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Patentansprüche:
German Federal Post Office 2058
Patent claims:
Leicht abschalfbarer Thyristor aus einem Vertikal-Teiltransistor (T1) hoher Stromverstärkung und einem Lateral-Teiltransistor (T?) relativ niedriger Stromverstärkung, die nach Thyristorart in einem gemeinsamen plattenförmigen Halbleiterkörper integriert aufgebaut sind, wobei der Halbleiterkörper eine dünne, relativ hoohohmige Oberflächenschicht (1) besitzt, unter der sich ein niederohmiger Bereich (2) des selben Leitungstype befindet, der für niedrigen Durchlaßwiderstand des Thyristors sorgt und in dem die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger sehr kurz ist im Vergleich zu derjenigen in der Oberflächenschicht (1), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens derjenige Teil des lateral über die Emitterzone (E.) des Vertikaltransistors (T1) hinausragenden Bereiches von dessen Basiszone (B1), der zwischen der Emitterzone (E1) des Vertikaltransistors (T1) und der Emitterzone (E«) des Lateraltransistors (T«) liegt, verbreitert und zum Abschalten mit einem Kontakt (G1) versehen ist, daß der insgesamt verbreiterte Teil dieses Bereiches wie auch der Kontakt (G1) sich längs des Emitterrandes des Vertikaltransistors (T1) sowie quer zu dieser Richtung mindestens so weit erstrecken und die relativ hochohmige Oberflächenschicht (1) mindestens so dünn ist, daß der dem Vertikaltransistor (T1) intern im Halbleiterkörper zufließende Basisstrom, zum Abschalten eines großen Durchlaßstromes, über den Basis-(Gate-)anschluß (G1) abgeleitet wird (Figur 1 und 2).Easily disconnectable thyristor consisting of a vertical sub-transistor (T 1 ) with a high current gain and a lateral sub-transistor (T ? ) With a relatively low current gain, which are built in a common plate-shaped semiconductor body like a thyristor, the semiconductor body having a thin, relatively high-ohmic surface layer (1 ), under which there is a low-resistance area (2) of the same line type, which ensures low on-resistance of the thyristor and in which the life of the minority charge carriers is very short compared to that in the surface layer (1), characterized in that at least the part of the laterally over the emitter region (E.) of the vertical transistor (T 1) protruding region of the base zone (B 1) connected between the emitter zone (e 1) of the vertical transistor (T 1) and the emitter zone (e ') of the lateral (T «) is widened and is provided with a contact (G 1 ) for switching off that the overall widened part of this area as well as the contact (G 1 ) extend along the emitter edge of the vertical transistor (T 1 ) and transversely to this direction at least as far and the relatively high-resistance surface layer (1) is at least so thin that the the vertical transistor (T 1 ) flowing internally in the semiconductor body base current, for switching off a large forward current , is derived via the base (gate) terminal (G 1 ) (Figures 1 and 2).
2. Leicht abschaltbarer Thyristor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die dünne, relativ hochohmige Oberflächenschicht (1) eine Epitaxieschicht (1) ist, die auf einem niederohmigen Substratplättehen (2), das den niederohmigen Bereich (2) bildet, aufgewachsen 1st (Figur 1).2. Easily switchable thyristor according to claim 1, characterized in that the thin, relatively high-resistance surface layer (1) an epitaxial layer (1), which is on a low-resistance substrate plate (2), which is the low-resistance Area (2) forms, grew up 1st (Figure 1). - 17 -409886/1U9 - 17 - 409886 / 1U9 Deutsche Bundespost 2038Deutsche Bundespost 2038 3. Leicht abschalfbarer Thyristor nach Anspruch 1. oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Dicke der dünnen, relativ hochohmigen Oberflächenschicht (1) als auch der Abstand zwischen der Basiszone (B1) des Vertikaltransietors (T1) und der Emitterzone (E2) des Lateraltransistor (T2) vorzugsweise zwischen 8 und 30 /um liegen (Figur 1).3. Easily peelable thyristor according to claim 1 or 2, characterized in that both the thickness of the thin, relatively high-resistance surface layer (1) and the distance between the base zone (B 1 ) of the vertical transistor (T 1 ) and the emitter zone ( E 2 ) of the lateral transistor (T 2 ) are preferably between 8 and 30 μm (FIG. 1). 4. Leicht abschaltbarer Thyristor nach Anspruch 1., 2. oder 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Minoritätsladungsträger-Lebensdauer in der Umgebung der Emitterzone (E2) des Lateraltrensistors (T2) herabgesetzt ist.4. Easily switchable thyristor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the minority charge carrier life in the vicinity of the emitter zone (E 2 ) of the lateral transistor (T 2 ) is reduced. 5. Leicht abschaltbarer Thyristor nach einem der Ansprüche5. Easily switched off thyristor according to one of the claims 1. bis 4., dadurch gekennzeichnet* daß "bezüglich mindestens einee seiner Teiltransistoren (T1 bzw. T9) der diesem intern im Halbleiterkörper zufließende Basisstrom durch (kurzzeitiges) Herstellen eines Nebenschlusses (z. B. T, bzw. T' ) zwischen Basisanschluß (G1 bzw. β«) und Smitteranschluß (H1 bzw. H2), zum Abschalten eines großen Durchlaßstromes, über den Basis-(Gate-)anschluß (G1 bzw. G2) abgeleitet wird (Figur 1 und 2)„1. to 4., characterized * that "with respect to at least one of its sub-transistors (T 1 or T 9 ) the base current flowing internally in the semiconductor body by (briefly) establishing a shunt (e.g. T, or T ') between base connection (G 1 or β «) and smitter connection (H 1 or H 2 ), for switching off a large forward current, via the base (gate) connection (G 1 or G 2 ) is derived (Figure 1 and 2) " 409886/11A 9409886 / 11A 9 LeerseiteBlank page
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