DE2422748A1

DE2422748A1 - Thyristor

Info

Publication number: DE2422748A1
Application number: DE2422748A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Voss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1975-11-20
Also published as: CA1036714A; DE2422748C3; JPS50156886A; DE2422748B2; US3999211A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 1 CLMA11974
Berlin und München Witteisbacherplatz 2

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Thyristor

Thyristoren für hohe di/dt-Werte erfordern einen Aufbau, der eine schnelle Ausbreitung des Zündvorgangs zuläßt. Die Ausbreitung des Zündvorgangs wird unter anderem von der Lage und Form der Steuerelektrode des Thyristors bestimmt.

In der deutschen Patentschrift 1 254 326 ist ein Thyristor beschrieben worden, der eine streifenförmig^, in einer streifenförmigen Ausnehmung der Emitterelektrode liegende Steuerelektrode aufweist. Die Steuerelektrode, die Ausnehmung der Emitterelektrode und die Emitterelektrode weisen jeweils zwei parallel zueinander liegende Kanten auf und sind im übrigen so
geformt, daß die Steuerelektrode überall den gleichen Abstand von der Emitterzone und der Kante der Ausnehmung in der Emitterelektrode hat.

Experimente mit Thyristoren, bei denen der Steuerkontakt überall den gleichen Abstand vom Emitterrand hat, haben gezeigt,
daß die Zündung häufig an bevorzugten Stellen einsetzt, deren Lage an die Kristallorientierung gebunden ist. Diese Stellen haben anfangs eine sehr kleine Ausdehnung und werden, da sie vom Laststrom durchflossen werden, unter Umständen überhitzt. Der Thyristor kann dadurch zerstört werden.

In Pig. 1 ist dargestellt, an welchen bevorzugten Stellen die Zündung für den Pail einsetzt, daß der Halbleiterkörper aus * einem Halbleiterstab hergestellt wurde, der in /11 γ-Richtung gezogen wurde. Die Steuerelektrode ist mit 12 und der an die

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Oberfläche des Halbleiterkörpers tretende Emitterrand mit 13 bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Zündung zunächst an bevorzugten Stellen H einsetzt, die der [θΤΐ]-, der [jioj- und der [iOTJ-Richtung etwa parallel liegen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps aufweisenden Halbleiterkörper mit einer Emitterelektrode auf einer der äußeren als Emitter wirkenden Zonen und mit einer in einer Ausnehmung der Emitterelektrode liegenden, auf der der äußeren Zone benachbarten inneren Zone angeordneten Steuerelektrode, wobei der Rand des Emitters innerhalb der Ausnehmung an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt und die Steuerelektrode, die Ausnehmung und der Emitterrand wenigstens eine gerade Kante aufweisen, die zueinander parallel liegen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen solchen Thyristor so weiterzubilden, daß die bevorzugt zündenden Bereiche möglichst groß werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der geraden Kanten der Steuerelektrode einen Abstand zur gegenüberliegenden geraden Kante des Emitterrandes hat, der kleiner als der Abstand zwischen der Steuerelektrode und dem Emitterrand an den übrigen Teilen des Umfangs ist.

Eine besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn der Emitterrand .die Form eines Kreissegments und die Steuerelektrode die Form eines Rechtecks hat. Eine Vergrößerung des bevorzugten Bereiches erhält man dann, wenn der Emitterrand und die Steuerelektrode die Form eines Kreissektors mit jeweils einer gekrümmten und zwei geraden Kanten haben, wobei die geraden Kanten miteinander einen Winkel von 60 einschließen und die Abstände der geraden Kanten untereinander gleich und kleiner alsdie der gekrümmten Kanten sind.

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Eine Ausführungsform mit einer weiteren Vergrößerung des "bevorzugten Bereichs erhält man, wenn die Steuerelektrode, der Emitterrand und die Ausnehmung der Elektrode die Form eines gleichseitigen Dreiecks haben und die Abstände zwischen allen geraden Kanten des Steuerkontakts und des Emitterrandes gleich und kleiner als die Abstände der Eckpunkte der Dreiecke untereinander sind.

Eine minimale Zündverzögerungszeit und damit ein optimales Zünden erhält man bei allen drei Ausführungsformen dann, wenn die geraden Kanten parallel zu den kristallographischen [j1Oj-Richtungen eines in <y111^-Richtung gezogenen Haltleiterkörpers liegen.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Es zeigen die Fig. 2 und 3 ein erstes Ausführungsbeispiel in der Aufsicht beziehungsweise im Schnitt, Fig. 4 die ausschnittsweise Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel und Fig. 5 die ausschnittsweise Aufsicht auf .ein drittes Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 2 und 3 ist ausschnittsweise ein Halbleiterelement eines Thyristors mit innerer Zündverstärkung gezeigt. Dieses weist mehrere Zonen abwechselnden Leitungstyps auf, von denen die erste, die Emitterzone, mit 1 und die darunterliegende Basiszone mit 2 bezeichnet ist. Eine dritte und vierte Zone des Halbleiterkörpers sind mit 3- und 4 bezeichnet. Die Emitterzone 1 ist-mit einer Emitterelektrode 5 verbunden. Im Halbleiterkörper ist eine Hilfsemitterzone 6 vorgesehen, die mit einer Hilfsemitterelektrode 7 elektrisch verbunden ist. Mit der Basiszone 2 ist eine Steuerelektrode 8 verbunden. Zwischen der Steuerelektrode 8 und der Emitterelektrode 7 tritt der Emitterrand J_2 des Hilfsemitters 6 an die Oberfläche des Halbleiterkörpers. "

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Die Steuerelektrode 8 hat eine gerade Kante 10 und sitzt in einer Ausnehmung der Hilfsemitterelektrode 7. Die Ausnehmung der Hilfsemitterelektrode 7 und der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretende Rand _1_2 des Hilfsemitters 6 haben die Form eines Kreissegments mit je einer geraden Kante. Die gerade Kante des Emitterrandes ist mit 11 bezeichnet. Die Kanten 10 und 11 liegen einander parallel im Abstand A gegenüber. Die Abstände zwischen den übrigen Teilen des Umfangs der Steuerelektrode 8 und des Emitterrandes Jj? sind mit B und C bezeichnet. Der Abstand A ist kleiner als die Abstände B und C.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Zündvorgang bevorzugt an dem der Kante 10 gegenüberliegenden Teil der Kante 11 stattfindet. Da entlang dieses Teils jeder Punkt in bezug auf seine Orientierung zu den Kristallachsen gleichwertig ist,· setzt die Zündung entlang einer langen Linie ein, und der Thyristor wird nicht überlastet und nicht zerstört. An den übrigen Stellen des Emitterrandes des Hilfsemitters 6 setzt zunächst keine Zündung ein, da diese wegen der gegenüber dem Abstand A größeren Abstände B, C benachteiligt sind.

In Pig. 4 ist die Steuerelektrode mit 15 bezeichnet. Sie hat die Form eines Kreissegments mit zwei geraden Kanten 17 und und einer gekrümmten Kante 23. Die geraden Kanten 17 und 18 schließen zwischen sich einen Winkel von 60 ein. Ebenso weist der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretende Emitterrand j[6 zwei gerade Kanten 19 und 20 und eine gekrümmte Kante 24 auf. Die Steuerelektrode 15 und der Emitterrand _1_6 sitzen in einer kreissektorförmigen Aussparung einer Emitterelektrode 21. Der Abstand zwischen den geraden Kanten 17 und 19 einerseits und 18 und 20 andererseits ist wiederum mit A bezeichnet. Der Abstand zwischen den gekrümmten Kanten 24 und 23 ist größer als der Abstand A und ist mit B bezeichnet. In diesem Fall wird die Zündung bevorzugt entlang der Kanten 19

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und 20 an denjenigen Stellen einsetzen, die den geraden Kanten 17 und 18 gegenüberliegen, da hier der Abstand zwischen der Steuerelektrode und dem Emitterrand am geringsten ist. Der Winkel zwischen den geraden Kanten von 60 ° trägt der Tatsache Rechnung, daß die in Fig. 1 dargestellten kristallοgraphischen Achsen "bei Verwendung eines in ^11i}-Richtung gezogenen Halbleiterkristalls ebenfalls einen Winkel von 60 ° miteinander einschließen.

Im Ausführungsbeispiel nach Mg. 5 sind die Steuerelektrode mit 26, der Emitterrand mit 23 und die Emitterelektrode mit 28 bezeichnet. Die Steuerelektrode 26 und der Emitterrand 2j> haben die Form eines gleichseitigen Dreiecks und sitzen in einer Aussparung der Emitterelektrode, die ebenfalls die Form eines gleichseitigen Dreiecks hat. Der Abstand der Kanten der Steu- · erelektrode 26 von den Kanten 27 des Emitterrandes £5> ist wiederrum mit. A bezeichnet. Der Abstand A ist kleiner als der Abstand zwischen den Spitzen der Dreiecke, der mit B bezeichnet ist. Eine Zündung setzt in diesem Fall bevorzugt an denjenigen Stellen des Emitterrandes 2j> ein, die den Kanten des Steuerkontakts gegenüberliegen, das heißt auf einem Großteil des Umfangs des Emitterrandes 25.

Die Orientierung der geraden Kanten der Steuerelektrode und der ihnen gegenüberliegenden geraden Kanten des Emitterrandes relativ zu den kristallοgraphischen Achsen spielt im Hinblick auf die Ausdehnung der primär zündenden Bereiche zunächst keine Rolle. Die kürzesten Zündverzugszeiten erhält man jedoch, wenn man die geraden Kanten von Steuerelektrode und Emitterrand parallel zu einer der kristallographisehen Achsen nach Fig. 1 ausrichtet.

5 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1· jThyristor mit einem mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps aufweisenden Halbleiterkörper mit einer Emitterelektrode auf einer der äußeren als Emitter wirkenden Zonen und mit einer in einer Ausnehmung der Emitterelektrode liegenden, auf der der äußeren Zone benachbarten inneren Zone angeordneten Steuerelektrode, wobei der Rand des Emitters innerhalb der Ausnehmung an die Oberfläche des Halbleiterskörpers tritt und die Steuerelektrode, die Ausnehmung und der Emitterrand wenigstens eine gerade Kante aufweisen, die zueinander parallel liegen, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der geraden Kanten (TO, 17, 18) der Steuerelektrode (8, 15, 26) einen Abstand zur gegenüberliegenden geraden Kante (11, 19» 20,· 27)- des Emitterrandes Q£, _H), 23) hat, der kleiner als der Abstand zwischen der Steuerelektrode und dem Emitterrand an den übrigen Teilen des Umfangs ist.
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch g'e kennzeichnet, daß der Emitterrand (J_2) die Form eines Kreissegments und die Steuerelektrode (8) die Form eines Rechtecks hat.
3. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Emitterrand (_1_6) und die Steuerelektrode (15) die Form eines Kreissektors mit jeweils einer gekrümmten (23, 24). und zwei geraden (17, 19» 18, 20) Kanten haben, daß die geraden Kanten miteinander einen Winkel von 60 ° einschließen und daß die Abstände der- geraden Kanten untereinander gleich und kleiner als die der gekrümmten Kanten sind.

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4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerelektrode (26), der Emitterrand (23) und die. Ausnehmung in der Emitterelektrode die Form eines gleichseitigen Dreiecks haben, und daß die Abstände zwischen allen geraden Kanten des Steuerkontakts und des Emitterrandes gleich und kleiner als die Abstände der Eckpunkte der Dreiecke untereinander sind.
5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die geraden Kanten parallel zu den kristallographischen Pl lO^-Richtungen des in \111/-Richtung gezogenen Halbleiterkörpers liegen.

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