DE2346237A1 - THYRISTOR - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1012—Base regions of thyristors
- H01L29/102—Cathode base regions of thyristors
Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8 München 2 1 3,SER 1973SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8 Munich 2 1 3, SER 1973
Berlin und Hünchen Witteisbacherplatz 2Berlin and Hünchen Witteisbacherplatz 2
VPA 73/1 173VPA 73/1 173
Thyri störThyri sturgeon
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps, von denen die ersten beiden eine Emitterzone und eine Basiszone bilden, mit einer Steuerelektrode auf der Basiszone und einem zwischen Emitter und Steuerelektrode in der Basiszone liegenden Ballastsegment.The present invention relates to a thyristor having a semiconductor body with at least four zones alternating Conduction type, of which the first two form an emitter zone and a base zone, with a control electrode on the base zone and a ballast segment lying between the emitter and control electrode in the base zone.
Ein solcher Thyristor ist beispielsweise in der DT-OS 2 109 508 beschrieben worden. Das Ballastsegment hat hier mehrere Aufgaben. Es dient zum einen dazu, den Zündstrom nicht an der Oberfläche, sondern in der Tiefe der Basiszone fließen zu lassen, wo wegen der im Vergleich zur Oberfläche größeren Homogenität des Halbleitermaterials ein gleichmäßiges Fließen des Zündstroms möglich ist. Außerdem soll mit dem Ballastsegment auch dann eine Vergleichmäßigung des Zündstroms erreicht werden, wenn infolge einer Justierungenauigkeit der Abstand zwischen Steuerelektrode und Emitter nicht überall gleich ist.Such a thyristor has been described in DT-OS 2 109 508, for example. The ballast segment has here multiple tasks. On the one hand, it serves to control the ignition current not on the surface, but in the depth of the base zone to let flow where because of the greater homogeneity of the semiconductor material compared to the surface even flow of the ignition current is possible. In addition, the ballast segment should also be used to make it even more uniform of the ignition current can be achieved if, as a result of an adjustment inaccuracy, the distance between the control electrode and Emitter is not the same everywhere.
Der Erfindung liegt jedoch ein anderes Problem zugrunde. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß es für einen Thyristor günstig ist, wenn der primäre Einschaltvorgang auf einer möglichst großen Fläche stattfindet. Durch diese Fläche fließt nämlich anfänglich vder Laststrom des ThyristoYs, Ist die Einschaltfläche zunächst sehr klein, wird dort· der Thyristor durch den Laststrom spezifisch sehr hoch belastetf However, the invention is based on a different problem. The invention is based on the knowledge that it is favorable for a thyristor if the primary switch-on process takes place over as large an area as possible. The load current of the thyristor initially flows through this area. If the switch-on area is initially very small, the thyristor there is specifically very heavily loaded by the load current f
VPA 9/190/3024 - 2 -VPA 9/190/3024 - 2 -
Hab/ddHab / dd
509 8 13/0925509 8 13/0925
2 3 - -Γ 2 32 3 - -Γ 2 3
wodurch es zur Zerstörung des Thyristors an dieser Stelle .kommen kann. Die Größe des Einschaltbereiches ist unter anderem von der Stärke des über die Steuerelektrode eingespeisten Steuerstroms abhängig. Je höher dieser Strom ist, desto größer wird im allgemeinen der Einschaltbereich. Der Steuerstrom ist jedoch nicht beliebig vergrößerbar und sollte insbesondere mit Rücksicht auf Kosten und Größe der Steuergeräte klein gehalten werden»which can destroy the thyristor at this point. The size of the switch-on area is below Among other things, it depends on the strength of the control current fed in via the control electrode. The higher this current is, the larger the switch-on range becomes in general. However, the control current cannot be increased at will and should be kept small, especially considering the cost and size of the control units »
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs angegebenen Gattung so weiterzuentwiekeln, daß ein relativ flächenförmiger großer Einschaltbereich auch mit niedrigem Zündstrom erreicht wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Ballastsegment mindestens eine Ausnehmung aufweist.The present invention is based on the task of developing a thyristor of the type specified at the beginning so that that a relatively flat large switch-on area is achieved even with a low ignition current. this will achieved according to the invention in that the ballast segment has at least one recess.
Vorzugsweise ist nur eine einzige Ausnehmung vorgesehen. Die Größe der Ausnehmung bzw. der Ausnehmungen richtet sich nach dem zur Verfügung stehenden Zündstrom und nach dem Thyristortyp. Die Länge einer Ausnehmung sollte 1 mm nicht unterschreiten. Das Ballastsegment kann von gleichem Leitungstyp wie die Emitterzone sein und die gleiche Tiefe aufweisen. Es ist nicht notwendig, daß zwischen der Steuerelektrode und dem Ballastsegment ein Abstand liegt; die Steuerelektrode kann das Ballastsegment auch an der Innenseite überlappen.Only a single recess is preferably provided. The size of the recess or the recesses is directed the available ignition current and the thyristor type. The length of a recess should be 1 mm not fall below. The ballast segment can be of the same conductivity type as the emitter zone and the same depth exhibit. It is not necessary that there is a distance between the control electrode and the ballast segment; the The control electrode can also overlap the ballast segment on the inside.
Ein besonderer Vorteil liegt in der Verwendung eines derartigen Thyristors als Hilfsthyristor in einem Thyristor mit innerer Zündverstärkung.A particular advantage lies in the use of such a thyristor as an auxiliary thyristor in a thyristor with internal ignition amplification.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1-3 näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail using two exemplary embodiments in conjunction with FIGS. 1-3. It shows:
VPA 9/190/3024 - 3 -VPA 9/190/3024 - 3 -
509813/0925 OHIGINAL INSPECTED509813/0925 OHIGINAL INSPECTED
Fig. 1 den Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel entlang der Linie I - I der Fig. 2,Fig. 1 shows the section through a first embodiment along the line I - I of Fig. 2,
Fig. 2 die teilweise Aufsicht auf dieses Halbleiterelement,2 shows the partial plan view of this semiconductor element,
Fig. 3 die teilweise Aufsicht auf ein Halbleiterelement eines Thyristors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 shows the partial plan view of a semiconductor element a thyristor according to a second embodiment.
Das Halbleiterelement nach Fig. 1 weist vier Zonen auf, von denen die Zone 1 eine erste Emitterzone, die Zone 2 eine erste Basiszone, die Zone 3 eine zweite Basiszone und die Zone 4 eine zweite Emitterzone bilden. Die erste Emitterzone 1 ist mit einer Elektrode 6 und die zweite Emitterzone mit einer Elektrode 5 versehen. Die erste Basiszone 2 weist eine Steuerelektrode 7 auf. Zwischen der Steuerelektrode 7 und der ersten Emitterzone 1 liegt auf der linken Seite ein Ballastsegment 8. Dieses Ballastsegment 8 schließt die Steuerelektrode teilweise ein.The semiconductor element according to FIG. 1 has four zones, of which zone 1 is a first emitter zone, zone 2 a first base zone, zone 3 a second base zone and zone 4 a second emitter zone. The first emitter zone 1 is provided with an electrode 6 and the second emitter zone with an electrode 5. The first base zone 2 has a control electrode 7. Between the control electrode 7 and the first emitter zone 1 lies on the left a ballast segment 8. This ballast segment 8 partially encloses the control electrode.
Wird in der Steuerelektrode 7 ein Strom eingespeist, nimmt dieser den durch die Pfeile gekennzeichneten Weg zur ersten Emitterzone 1. Auf der von dem Ballastsegment 8 umschlossenen Seit« muß der Steuerstrom - ausgehend von der Steuerelektrode 7 - unter dem Ballastsegment 8 hindurchfließen. Dieser "Weg bildet jedoch wegen der mit zunehmender Tiefe in der ersten Basiszone 2 abnehmenden Dotierung einen hohen Widerstand für den Steuerstrom. Dieser konzentriert sich daher im wesentlichen auf die Ausnehmung im Ballastsegment 8, durch die der Strom im wesentliehen an der Oberfläche der ersten Basiszone 2 zur rechten Seite der ersten Emitterzone 1 abfließen kann. Die genannte Konzentration bewirkt eine Erhöhung der Steuerstromdichte am der Ausnehmung gegenüberliegenden Teil des zwischen der ersten Emitterzone 1 undIf a current is fed into the control electrode 7, it takes the path indicated by the arrows to the first Emitter zone 1. On the side enclosed by the ballast segment 8, the control current - starting from the control electrode 7 - flow under the ballast segment 8. However, this "path forms because of the increasing depth in the first base zone 2 decreasing doping a high resistance for the control current. This is therefore concentrated essentially to the recess in the ballast segment 8, through which the current is essentially on the surface of the first base zone 2 can flow to the right side of the first emitter zone 1. The concentration mentioned causes an increase in the control current density on the opposite of the recess Part of the between the first emitter zone 1 and
VPA 9/190/3024 - 4 -VPA 9/190/3024 - 4 -
509813/0925509813/0925
der Basiszone 2 liegenden pn-Übergangs. Der Zündvorgang kann daher dort relativ großflächig einsetzen. Der Thyristor wird dann durch den durch diesen Bereich fließenden Laststrom entsprechend wenig belastet. In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die erwähnte Ausnehmung des Ballastsegments 8 ist hier mit 10 bezeichnet. Die Länge der Ausnehmung 10 richtet sich nach den Anforderungen an die Zündbelastbarkeit und nach dem zur Verfügung stehenden Zündstrom. Je nach Thyristortyp, z.B. je nach der Dotierung, ergibt sich ein unterschiedliches Optimum. Es kann zwischen 1 mm und 10 mm liegen. Die Breite des Ballastsegments 8 kann beispielsweise 0,5 mm betragen. Die Tiefe ist zweckmäßigerweise gleich groß wie die Tiefe der ersten Basiszone 2 und weist auch den gleichen Leitfähigkeitstyp auf. Das Ballastsegment 8 kann dann gleichzeitig mit der ersten Emitterzone 1, z.B. durch Diffusion, hergestellt werden.the base zone 2 lying pn junction. The ignition process can therefore start over a relatively large area. The thyristor is then correspondingly little loaded by the load current flowing through this area. In Fig. 2 are the same Parts as in Fig. 1 are given the same reference numerals. The mentioned recess of the ballast segment 8 is here denoted by 10. The length of the recess 10 depends on the requirements on the ignition load capacity and according to the available ignition current. Depending on the type of thyristor, e.g. depending on the doping, the result is a different optimum. It can be between 1 mm and 10 mm. The width of the ballast segment 8 can, for example 0.5 mm. The depth is expediently the same as the depth of the first base zone 2 and has also have the same conductivity type. The ballast segment 8 can then simultaneously with the first emitter zone 1, e.g. by diffusion.
Es ist nicht unbedingt notwendig, daß zwischen der Steuerelektrode 7 und dem Ballastsegment 8 ein Abstand liegt. Die Steuerelektrode und das Ballastsegment können sich auch an der Innenseite des Ballastsegments 8 überlappen. Dieser Fall ist in Fig. 3 gezeigt. Die Steuerelektrode trägt hier die Bezugsziffer 9. Die Wirkung dieser Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie die nach Fig. 2, da auch hier eine Konzentration des Zündstroms durch die Ausnehmung im Ballastsegment 8 erfolgt. Der unter dem Ballastsegment 8 direkt zur ersten Emitterzone 1 fließende Strom ist wegen des sehr viel höheren Widerstandes auch in diesem Fall vernachlässigbar gering.It is not absolutely necessary that between the control electrode 7 and the ballast segment 8 is a distance. The control electrode and the ballast segment can also connect the inside of the ballast segment 8 overlap. This case is shown in FIG. 3. The control electrode carries here the reference number 9. The effect of this arrangement is essentially the same as that of FIG. 2, since here too the ignition current is concentrated through the recess in the ballast segment 8. The one under the ballast segment 8 Current flowing directly to the first emitter zone 1 is also negligible in this case because of the much higher resistance small amount.
Die beschriebene Anordnung hat neben einer Vergrößerung des Einschaltbereiches noch den Vorteil, daß die Zündverzugszeit bedingt durch die höhere Stromdichte geringer wird. DiesThe arrangement described has in addition to an enlargement of the Switch-on range still has the advantage that the ignition delay time is lower due to the higher current density. this
VPA 9/190/3024 - 5 -VPA 9/190/3024 - 5 -
509813/0925509813/0925
ist beispielsweise bei Parallelschaltungen von mehreren Thyristoren wesentlich, bei denen möglichst gleiche Zündverzugszeiten erwünscht sind. Bei der Verkleinerung der Zündverzugszeiten wird aber auch der absolute Streubereich geringer.is for example with parallel connections of several Thyristors are essential in which the same ignition delay times are desired. When downsizing of the ignition delay times, however, the absolute spread is also smaller.
Thyristoren der beschriebenen Art lassen sich auch als Hilfsthyristören in Thyristoren mit zündstromverstärkender Struktur verwenden, wenn sichergestellt werden soll, daß der Hilfsthyristör vor dem Hauptthyristor zündet. Dies wird durch eine Erhöhung der spezifischen Zündstromdichte für den Hilfsthyristör erreicht. Diese Erhöhung wiederum läßt sich durch geeignete Bemessung der Ausnehmung bewirken. Damit ist es möglich, die. Zündstromdichte für den Hilfsthyristor ohne Rücksicht auf Geometrie und Abmessungen der Emitter-pn-Übergänge.den Erfordernissen anzupassen.Thyristors of the type described can also be called Auxiliary thyristors in thyristors with ignition current amplifying Use structure if you want to ensure that the auxiliary thyristor ignites before the main thyristor. this is achieved by increasing the specific ignition current density for the auxiliary thyristor. This increase in turn can be brought about by suitable dimensioning of the recess. This makes it possible to use the. Ignition current density for the Auxiliary thyristor to be adapted to requirements regardless of the geometry and dimensions of the emitter-pn junctions.
Die Elektroden in den Figuren 2 und 3 sind der besseren Übersichtlichkeit halber schraffiert gezeichnet.The electrodes in Figures 2 and 3 are for better clarity half hatched.
6 Patentansprüche
3 Figuren6 claims
3 figures
VPA 9/190/3024 - 6 -VPA 9/190/3024 - 6 -
509813/0925509813/0925
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