DE2457106A1

DE2457106A1 - Thyristor

Info

Publication number: DE2457106A1
Application number: DE19742457106
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Kirschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1974-12-03
Publication date: 1976-06-10
Also published as: JPS584468B2; JPS5182572A; CA1042558A; US4035825A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einer außenliegenden Emitterzone und einer an diese Zone grenzenden Basiszone, die eine verzweigte, mit einer Basiselektrode elektrisch verbundene Struktur aufweist.

Ein solcher Thyristor ist bereits mehrfach beschrieben worden. Die Basiszone eines solchen Thyristors hat beispielsweise Tannenbaura- oder Fingerform und ist mit der Steuerelektrode bedeckt. Durch die genannte Form der Basiszone wird der Basis-Querwiderstand drastisch erniedrigt, wodurch mit Hilfe eines dem Einschalt-Steuerstrom entgegengesetzten Stromes der Thyristor im Extremfall abgeschaltet werden kann. Mindestens läßt sich jedoch die Freiwerdezeit des Thyristors durch eine solche Maßnahme verringern.

Bisher sind im wesentlichen zwei Arten der obengenannten Strukturen bekannt geworden: bei der einen Art liegt die Basiszone an der Oberfläche des Halbleiterkörpers und bildet dort mit dem Emitter einen pn-übergang. Dieser pn-übergang darf weder durch den Emitterkontakt noch durch den Basiskontakt überbrückt werden. Um die Fläche des Halbleiterkörpers gut auszunutzen, müssen die genannten Elektroden jedoch möglichst nahe an den pn-übergang g&legt werden. Dies bedingt insbesondere bei komplizierten, mehrfach verzweigten Strukturen eine komplizierte Justierung und einen aufwendigen Herstellungsprozeß.

VPA 9/110/4075 Hab/Pj .

—2—

609824/0428

7457106

Es ist auch bereits Vorgeschlagen worden, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß eine hoch p-dotierteZone entsprechender Form in die Basiszone eingelagert wird. Damit wird zwar eine komplizierte Elektrodenform vermieden, jedoch läßt sich der gennante hochdotierte Bereich nur durch relativ komplizierte und langwierige Verfahren, z.B. durch epitaktisches Aufwachsen, herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß eine hohe Querleitfähigkeit in der Basis auch mit einfacheren Mitteln erreichbar ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur von der Emitterzone mindestens teilweise bedeckt ist und daß die Struktur durch von der Basiszone her in die Emitterzone vorspringende, hochdotierte Bereiche gebildet ist.

Zweckmäßigerweise kann die Struktur aus sich von der Zündelektrode radialsymmetrisch nach außen erstreckenden Fingern bestehen. Die Struktur kann jedoch auch die Form eines Kammes oder eines Doppelkammes haben. Es ist auch möglich, die Struktur aus parallelen Streifen zu bilden, die durch eine streifenförmige Zündelektrode miteinander elektrisch verbunden sind. '

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 die Aufsicht auf ein Halbleiterelement eines Thyristors

gemäß der Erfindung,
Fig.2 einen Schnitt durch das Element nach Fig.1 entlang der

Linie H-II,
Fig.3 bis 5 verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Struktur, und zwar ohne Elektroden.

VPA 9/110/4075 -3-

60982470428

In Fig.1 ist das Halbleiterelement eines Thyristors mit I_- bezeichnet. Es weist eine Emitterzone 2 auf, die mit einer Emitterelektrode 3 bedeckt ist. An die genannte Emitterzone 2 grenzt eine Basiszone 4 an, die mit einer streifenförmigen Basiselektrode 5 verbunden ist. Die Emitterelektrode und die Basiselektrode ist der besseren Übersichtlichkeit halber schraffiert gezeichnet. Die Zonen des Halbleiterelementes weisen übliche Dotierungen und Dotierungsgradienten auf und die Elektroden 3 und 5 können auf jede beliebige Art und Weise, beispielsweise durch Bedampfen oder stromlose Metallisierung hergestellt sein. In der Basiszone '4 sind die erwähnte Struktur bildende hochdotierte Bereiche 6 angeordnet, die in die Emitterzone 2 vorspringen. Dies ist in Fig.2 veranschaulicht.. Dort ist zu erkennen, daß diese Bereiche 6 wesentlich dünner als die übrige Emitterzone sind. Bei den heute allgemein verwendeten, diffundierte äußere Zonen aufweisenden Halbleiterelementen steigt die Dotierungskonzentration zu den Elektroden hin stark an. Das heißt, daß die Bereiche 6 insbesondere eine höhere Querleitfähigkeit als die übrigen Teile der Basiszone. 4 aufweisen. Diese Bereiche 6 haben daher die Wirkung der bekannten verzweigten Basiszonen-Strukturen.

Die Herstellung solcher Strukturen ist relativ einfach und erfordert gegenüber einer zur Erzielung einer Emitterzone mit überall gleichmäßiger Tiefe angewandten normalen Diffusion lediglich einen zweiten Maskierung- und einen zweiten Diffusionsschritt. Anschließend wird die Emitterzone auf einfache Weise metallisiert, wobei auf eine mehr oder weniger komplizierte Struktur der hochdotierten Basisbereiche keine Rücksicht genommen werden muß. Es ist lediglich ein bestimmter Abstand zu dem der Steuerelektrode benachbarten pn-übergang einzuhalten.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat die Struktur die Form eines Doppelkammes mit hochdotierten Streifen 9,. die durch einen wei-

VPA 9/110/4075_ _6Μβ24/₀₄₂β

teren, querliegenden hochdotierten Streifen 8 untereinander und mit einer Basiselektrode 7 verbunden sind. In Fig.4 besteht die Struktur aus einer Anzahl sich radialsymmetrisch nach außen erstreckender Finger 10. Das^Ausführungsbeispiel nach Fig.5 unterscheidet sich von den nach Fig.1 im wesentlichen dadurch, daß hier die Steuerelektrode 11 am Rand des Halbleiterelementes angeordnet ist. Die hochdotierten Streifen in der Basiszone sind hier mit 12 bezeichnet.

Für die Dimension!erung der hochdotierten Bereiche gilt¹, daß die Eindringtiefe der darüber liegenden Emitterzone im Bereich 6 so bemessen sein muß, daß sowohl hohe Querleitfähigkeit der Streifen als auch ausreichend hohe Durchbruchspannung des zv/ischen Emitter- und Basiszone liegenden pn-Überganges im Bereich 6 erreicht wird. Bei einer Dicke a der Emitterzone 2 (Fig.2) von beispielsweise 15 bis 20/um und einer Dotierungskonzentration der Basiszone 4 im Bereich a unmittelbar unter der Emitterzone 2 von z.B.

17 "⁷I

5x10 '/cnr erhält man bei einer Dicke der Emitterzone. 2 im Bereich b von etwa 1/um eine Dotierungskonzentration von ca. 10 ,/era und eine Durchbruchspannung von ca. 4V, Bei einer Dicke der Emitterzone 2 im Bereich b von etwa 8/uin erhält man in diesem Bereich unmittelbar unter der Emitterzone 2 eine Dotierungskonzentr?

etwa 6 V,-

konzentration von ca. 10 /cm und eine Durchbruchspannung von

5 Figuren

5 Patentansprüche.

VPA 9/110/4075 -5-

6098 24/042 8 "

Claims

Patentansprüche

( 1.J Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einer außenliegenden Emitterzone und einer an diese Zone grenzenden Basiszone, die eine verzweigte, mit einer Basiselektrode elektrisch verbundene Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur von der Emitterzone (2) mindestens teilweise bedeckt ist und daß die Struktur durch von der Basiszone (4) her in die Emitterzone vorspringende hochdotierte Bereiche gebildet ist.
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h. η et , daß die Struktur aus sich von der Zündelektrode (4) radialsyrametrisch nach außen erstreckenden Fingern (10) besteht.
3. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Struktur die Form eines Kammes hat.
4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur aus parallelen Streifen (6) besteht, daß die Basiselektrode (5) ebenfalls streifenförmig ausgebildet ist und daß die Streifen über die Basiselektrode miteinander verbunden sind.
5. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Struktur die Form eines Doppelkararaes (8, 9) hat.

VPA 9/110/4075

609824/0428