DE2346256A1 - Thyristor - Google Patents

Thyristor

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DE2346256A1 DE19732346256 DE2346256A DE2346256A1 DE 2346256 A1 DE2346256 A1 DE 2346256A1 DE 19732346256 DE19732346256 DE 19732346256 DE 2346256 A DE2346256 A DE 2346256A DE 2346256 A1 DE2346256 A1 DE 2346256A1
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps, von denen die ersten drei Zonen eine Emitterzone, eine erste und eine zweite Basiszone bilden, mit einer Steuerelektrode auf. der ersten Basiszone und einem zwischen Emitter und Steuerelektrode in der ersten Basiszone liegenden Ballastsegment.
Ein solcher Thyristor ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift 2 109 508 beschrieben worden. Das Ballastsegment dient bei diesem Thyristor zum einen dazu, den Zündstrom nicht an der Oberfläche, sondern in der Tiefe der Basiszone fließen zu lassen, v/o 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 gleichmäßige Verteilung des Zündstroms ' erreicht werden, wenn in folge einer Justierungenauigkeit der Abstand zwischen der Steuerelektrode und Emitter nicht überall gleich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs angegebenen Gattung so weiter-
VPA 9/190/3025 Hab/Nem
— 2 —
509813/0926
zubilden, daß beim Überkopfzünden des Thyristors (Zünden durch. Überschreiten der Kippspannung) eine hohe Einschaltbelastung zugelassen werden kann.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ballastsegment mindestens eine Ausnehmung aufweist, daß der Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise einen Bereich aufweist, dessen Durchbruchspannung niedrigerer ist als die des übrigen Halbleiterkörpers, daß dieser Bereich innei-halb des Baiistsegmentes liegt, daß der Emitter mit einer Nase versehen ist, die in die Ausnehmung des Ballastsegments hineinragt, daß die Nase des Emitters den Bereich überlappt und daß die Zündelektrode den Bereich weitgehend überdeckt.
Zweckmäßigerweise überlappt die Nase den Bereich um höchstens 1 mm. Die Ausnehmung sollte mindestens 1 mm breit sein. Das Ballastsegment ist zweckmäßigerweise an seinen der Ausnehmung zugekehrten Enden mit Fortsätzen versehen, die zwischen der Zündelektrode und denjenigen Stellen der Nase liegen, die bezüglich der Zündelektrode konvex sind. Der Bereich niedrigerer Durchbruchspannung wird zweckmäßigerweise dadurch gebildet, daß der spezifische Widerstand in diesem Bereich um 10 bis 40j£ niedriger als außerhalb des Bereichs ist. Die Zündelektrode kann im wesentlichen kreisförmig ausgebildet und in der Nähe der Ausnehmung abgeflacht sein. Die Erfindung kann nicht nur bei einem einfachen Thyristor, sondern auch bei einem Thyristor mit innerer Zündstromverstärkung Anwendung finden.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele in Ver-
VPA 9/190/3025 - 3 -
5098Ϊ3/0926
"bindung mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Pig. 1 und 2 das Halbleiterelement eines ersten Ausführungsbeispiels im Schnitt und in der Aufsicht und
Fig. 3 und 4 das Halbleiterelement eines zweiten Ausführungsbeispiels im Schnitt und in der Aufsicht
Das Halbleiterelement nach Fig. 1 v/eist vier Zonen 1, 2, und 4 mit abwechselndem Leitfähiglceitstyp auf. Die Zone 1 bildet den Emitter, die Zone 2 eine erste Basis, die Zone 3 die zweite Basis und die Zone 4 einen weiteren Emitter. Der Emitter 1 ist mit einer Emitterelektrode 5 und die erste Basiszone 2 mit einer Zündelektrode 6 versehen. Der weitere Emitter 4 i-st mit einer weiteren Emitterelektrode 7 verbunden. In der zweiten Basiszone 3 ist ein Bereich 9 vorgesehen, dessen Durchbruchspannung durch höhere Dotierung niedriger als die Durchbruchspannung außerhalb des Bereiches 9 ist. Der Bereich 9 wird von der Zündelektrode 6 weitgehend überdeckt. In der ersten Basiszone 2 ist ein Ballastsegment 8 vorgesehen, das die Zündelektrode 6 teilweise umschließt. Das Ballastsegment 8 weist eine Ausnehmung 13 (Fig.2) auf. In diese Ausnehmung ragt eine Nase 10 des zwischen dem Emitter 1 und der ersten Basis 2 liegenden pn-Überganges 14 hinein. Die Nase 10 überlappt innerhalb der Ausnehmung 13 den Bereich 9 etwas. Das Eallastsegment 8 v/eist den gleichen Leitungstyp wie der Emitter 1 auf und kann gleichzeitig mit diesem z.B. durch Diffusion hergestellt werden. Die der Ausnehmung 13 zugekehrten Enden des Ballastsegmentes 8 sind Fortsätze 1/1, 12 versehen, die zwischen der Zündelektrode 6 und denjenigen Stellen der Hase 10 liegen, die bezüglich der Zündelektrode konvex ausgebildet sind.
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B09813/0926
•V-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird'angenommen, daß an der Hauptstrecke des !Thyristors, d.h.. an den Elektroden 5 und 7 des Thyristors eine die Durchbruchspannung des aus der Basis 2, dem Bereich 9 in der zweiten Basis 3 und der weiteren Emitterzone 4 "bestehenden Elementes übersteigende Spannung angelegt wird. Der "beim Durchbruch fließende Lawinenstrom fließt in der Richtung des Pfeils von der Elektrode 7 in Richtung der Zündelektrode 6. Diese überdeckt den Bereich 9 weitgehend und bewirkt, daß der erwähnte Lawinenstrom, der das Überkopfzünden einleitet, zuerst zur Zündelektrode 6 und nicht direkt zum Emitter 1 fließt. Das die Zündelektrode 6 teilweise umgebende Ballastsegment 8 bildet einen so hohen Widerstand für diesen Strom, daß er praktisch nur noch durch die Ausnehmung 13 zur Nase 10 des Emitters 1 abfließen kann. Er wird durch da3 Ballastsegment 8 auf eine relativ kleine Fläche konzentriert und fließt durch den Innenrand des pn-Überganges 14 zur Emitter-Elektrode 5· Der spezifisch hohe Zündstrom führt daher an der Nase 10 des pn-Überganges 14 von vorneherein zu einem relativ gleichmäßigen, linienförmigen Ilurchsteuern des Emitters. Entlang dieser Linie beginnt der Laststrom zu fließen. Die Nase 10 des Emitters 1 überlappt den Bereich geringfügig. Die Überlappung beträgt zweckmäßigerweise nicht mehr als 1 mm. Durch die Überlappung wird erreicht, daß die vom Innenrand des Emitters 14 emittierten Elektronen innerhalb des Bereiches 9 in die in den Zonen 2 und 3 liegende Raumladungszone fließen. Diese Ladungsträger werden wegen der in der Raumladungszone im Bereich 9 herrschenden hohen Feldstärke stark beschleunigt und erzeugen dort aufgrund hoher Ladungsträgermultiplikation einen Strom, der schnell ansteigt und in kurzer Zeit die Basiszonen 2 und 3 in der Nähe des Innenrandes des pn-Überganges 14 mit Ladungsträgern überschwemmt. Damit bleibt ein relativ großflächiger Zündbereich erhalten.
VPA 9/190/3025 509813/0926 _ ,. _
Die Fortsätze .11 und 12 des Ballastsegments 8 umgeben die Nase 10 des Emitters 1 an denjenigen Stellen, an denen sie ■bezüglich der Zündelektrode 6 zu gerichtete Ecken aufweist. Damit wird eine Zündung an den Kanten oder konvexen Stellen des pn-Überganges 14 infolge Spitzenwirkung vermieden. Durch die Spitzenwirkung würde nämlich der primäre Einschaltvorgang wiederum in einem sehr kleinen Bereich stattfinden, was zur Überlastung dieses Bereichs infolge hoher spezifischer Belastung durch den Laststrom führen würde. Die Breite der Ausnehmung beträgt zweckmäßigerweise nicht weniger als etwa 1 mm. Wird .die Ausnehmung kleiner gemacht, so wird entsprechend die Länge der zündenden Linie zu stark verringert, um noch hohe Einschaltbelastungen zuzulassen.
Die in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Merlanale können auch bei einem Thyristor mit innerer Zündstromverstärkung Anwendung finden, wie er beispielsweise in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Teile mit gleicher Funktion, wie in den Figuren 1 und 2, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Thyristor nach den Figuren 3 und unterscheidet sich von dem nach den Figuren 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß er einen Hilfsemitter 16 und eine Hilfsemitter-Elektrode 18 aufweist. Der pn-übergang des Hilfsemitters ist mit 19 bezeichnet. Der eigentliche Emitter, auch Hauptemitter genannt, ist hier mit 15 bezeichnet, der pn-übergang zwischen dem Hauptemitter 15 und der ersten Basis 2 trägt das Bezugszeichen 20. Der Hauptemitter 15 ist mit einer Hauptemitter-Elektrode 17 versehen. Die Zündelektrode 21 ist im wesentlichen kreisförmig^ausgebildet und in der Nähe der Ausnehmung 13 abgeflacht. Dadurch wird eine graße Überdeckung des Bereiches 9 erzielt, ohne die Nase 10 zu berühren. Die Zündelektrode kann jedoch auch hier kreisförmig , ausgebildet sein. Die Zündelektrode im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann auch die Form der Zündelektrode 21 aufweisen.
VPA 9/190/3025 509813/0926
Die Funktionsweise des aus dem Hilfsemitter 16, der ersten Basis 2, der zweiten Basis 3 und des weiteren Emitter 4 bestehenden Hilf£5thyristors und des aus den Zonen 2, dem Bereich 9 und der Zone 4 bestehenden Elements ist mit dem Thyristor nach den Figuren 1 und 2 identisch. Der aus der Zündelektrode 6 in den Hilfsemitter 16 fließende Durchbruchsstrom zündet den Hilfsthyristor am Innenrand des pn-Überganges Damit fließt ein Laststrom ausgehend von der Elektrode 7 über den Hilfsemitter 16 zur Hilfsemitter-Elektrode 18. Dieser Laststrom fließt zum Hauptemitter 15 und dient als Zündstrora für den aus den Zonen 1, 2, 3 und 4 bestehenden Hauptthyristor
4 Figuren
7 Ansprüche
VPA 9/190/3025
509 8.1 3/0926

Claims (7)

  1. Patentans ρ r ü c h e
    Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps, von denen die ersten drei Zonen eine Emitterzone, eine erste und eine zweite Basiszone bilden, mit einer Steuerelektrode auf der ersten Basiszone und einem zwischen Emitter und Steuerelektrode in der ersten Basiszone liegenden Ballastsegment, dadurch gekennzeichnet, daß das Ballastsegment (8) mindestens eine Ausnehmung (13) aufweist, daß der Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise einen Bereich (9) aufweist, dessen Durchbruchspannung niedriger ist als die des übrigen Halbleiterkörpers, daß dieser Bereich (9) innerhalb des Ballastsegmentes (8) liegt, daß der Emitter (1) mit einer Nase (10) versehen ist, die in die Ausnehmung (13) des Ballactsegmentes hineinragt, daß die Nase (10) des Emitters (1) den Bereich (9) überlappt und daß die Zündelektrode (6,21) den Bereich (9) weitgehend überdeckt.
  2. 2.) Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (10) den Bereich (9) um höchstens 1 mm überlappt.
  3. 3.) Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r e h gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (13) mindestens 1 mm breit ist.
  4. 4.) Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ballastsegment (8) an seinen der Ausnehmung (13) zugekehrten Enden mit Fortsätzen (11,12)
    VPA 9/190/3025 - 8 -
    50981 3/0926
    versehen ist, die zwischen der Zündelektrode (6) und denjenigen Stellen der Nase (10) liegen, die bezüglich der Zündelektrode (6) konvex sind oder auf die Zündelektrode zu gerichtete Ecken aufweisen.
  5. 5.) Thyristor nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, d a durch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in dem Bereich (9) 10 "bis 40% niedriger als außerhalb des Bereiches ist.
  6. 6.) Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (6) im wesentlichen kreisförmig ausgebildet und in der Nähe der Ausnehmung (13) abgeflacht ist.
  7. 7.) "Verwendung des Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Hilfsthyristor in einem Thyristor mit innerer Zündverstärkung.
    VPA 9/190/3025
    Hab/Nem
    509813/0926
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