DE2461208A1 - Thyristor with four alternating conductivity zones - has low depod or naturally conductivity intermediate zones - Google Patents

Thyristor with four alternating conductivity zones - has low depod or naturally conductivity intermediate zones

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Abstract

The thyristor is primarily intended for improving the switching possibilities and preventing undesirable breakdowns, without reducing considerably its current feed surface. Between the thyristor control base zone (5) and the adjacent outer emitter zone (3) is provided an intermediate zone (9) which is lowly doped in relation to the adjacent regions of the two zones, or even naturally conductive. Preferably the breakdown voltage of the structure formed by the emitter zone, the intermediate zone and the control base zone is between 30 and 150V. The control base zone may directly contacted by the control electrode (6). The control base zone is typically produced by impurities diffusion, the thickness of the impurity locations being adjusted by material removing.

Description

~Thyri stor Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode.~ Thyri stor The invention relates to a thyristor with at least four zones of alternately opposite conduction types and at least one control electrode.

Ein Thyristor mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Iieitungstyps weist zwei äußere, metallisch kontaktierte Zonen auf, die als Emitterzonen des Thyristors bezeichnet werden. Die beiden mittleren Zonen werden als Basiszonen bezeichnet, wobei eine dieser beiden Zonen mit einem Steuerkontakt versehen ist und daher die sogenannte Steuerbasiszone darstellt.A thyristor with four zones of alternately opposite conduction types has two outer, metallically contacted zones, which act as emitter zones of the thyristor are designated. The two middle zones are called the base zones, one of these two zones is provided with a control contact and therefore the represents the so-called tax base zone.

Ein Thyristor wird üblicherweise durch einen über den Steuerkontakt zugeführten Zündstromimpuls in den leitenden Zustand übergeführt. Das Abschalten des Laststromes erfolgt in konventioneller Weise dadurch, daß der Laststrom auf einen Wert unterhalb eines für den Betrieb des Thyristors notwendigen Haltestroms gebracht wird. Der Thyristor kehrt dann nach einer von den Betriebsbedingungen und der Ausführung des Bauelementes abhängigen Freiwerdezeit in den sperrenden Zustand zurück.A thyristor is usually operated by a control contact supplied ignition current pulse transferred into the conductive state. Switching off the load current takes place in a conventional manner in that the load current on a value below a holding current necessary for the operation of the thyristor is brought. The thyristor then returns after one of the operating conditions and the execution of the component dependent release time in the blocking state return.

Es ist auch seit langem bekannt, den Thyristor durch einen Stromimpuls entgegengesetzter Polarität über den Seuerr.It has also long been known to power the thyristor by means of a current pulse opposite polarity over the Seuerr.

kontakt abzuschalten. Dabei ist jedoch die Ausschaltverstärkung als das Verhältnis von Laststrom zu dem notwendigen Ausschaltstrom im allgemeinen sehr niedrig im Vergleich zu der entsprechend definierten Einschaltverstärkung.switch off contact. However, this is the switch-off gain as the ratio of load current to the necessary breaking current is generally very high low compared to the correspondingly defined switch-on gain.

Während das Einschalten eines Thyristors prinzipiell nur an einer Stelle zu erfolgen braucht und sich von dieser Stelle aus dann die Zündung selbständig auf die gesamte Thyristorfläche ausbreitet, muß beim Abschalten jedoch die gesamte Steuerbasiszone bezüglich der dort vorhandenen Ladungsträger ausgeräumt werden. Daher ergeben sich bei vorgegebener Dotierung und Zonendicke maximal zulässige Abstände zwischen dem Steuerkontakt und den am weitesten davon entfernten Punkten der Kathodenfläche. Ferner wird beim Abschalten des Thyristors in der Steuerbasis ein Querstrom geführt, der einen entsprechenden Spannungsabfall bewirkt und gegebenenfalls zu einem Durchbruch des Emitter-Steuerbasis-PN-t'bergangs führt. In diesen Fällen wird der Thyristor entweder nicht mehr abgeschaltet, oder es tritt eine technisch nicht mehr vertretbare Abschaltverstärkung auf.While a thyristor is only switched on in principle on one Position needs to take place and from this point the ignition is then independent spreads over the entire thyristor surface, but must turn off the entire Control base zone with regard to the charge carriers present there are cleared. Therefore, with a given doping and zone thickness, maximum permissible distances result between the control contact and the most distant points on the cathode surface. Furthermore, when the thyristor is switched off, a cross current is carried in the control base, which causes a corresponding voltage drop and possibly a breakdown of the emitter control base PN transition leads. In these cases the thyristor will either no longer switched off, or something that is no longer technically justifiable occurs Switch-off gain on.

Zur Uberwindung der vorerwähnten Schwierigkeiten ist es üblich, den Steuerkontakt und den Kontakt der zugeordneten Emitterzone aufzuteilen, um damit die maximal möglichen Abstände zwischen der Umrandung des Steuerkontaktes und der davon am weitesten entfernt liegenden Punkte zu verringern. Für die praktische Durchführung dieses Konzepts sind jedoch sehr komplizierte Strukturen notwendig, die einerseits einen Flächenverlust der aktiven Stromführungsfläche bedingen und zusätzlich ein gleichmäßiges Abschalten der einzelnen Thyristoranteile erschweren.To overcome the aforementioned difficulties, it is common to use the To divide the control contact and the contact of the assigned emitter zone in order to do so the maximum possible distances between the border of the control contact and the to decrease the most distant points. For practical implementation However, this concept requires very complicated structures, on the one hand cause a loss of area of the active current-carrying surface and additionally a make it difficult to switch off the individual thyristor components evenly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen abschaltbaren Thyristor verfügbar zu machen, der ein einwandfreies Abschalten des Thyristors gestattet, ohne daß die Stromführungsfläche gegenüber einem-konventionellen, nur einschaltbaren Thyristor ia-hohem Maßelverringert wird.The invention is therefore based on the object of providing a disconnectable To make thyristor available, which allows a proper shutdown of the thyristor, without the current-carrying surface compared to a conventional one that can only be switched on Thyristor ia-high dimension is reduced.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Steuerbasiszone und der benachbarten äußeren Emitterzone eine Zwischenzone vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen schwach dotiert oder eigenleitend ist.This object is achieved according to the invention in that between an intermediate region is provided between the control base region and the adjacent outer emitter region which is weakly doped or intrinsically conductive compared to the adjacent areas is.

Die Dicke und Dotierung-der schwach dotierten oder eigenleitenden Zwischenzone wird zweckmäßig so gewählt, daß sich für die aus Emitter, Zwischenzone und Steuerbasis gebildete P-S-N- bzw. P-I-N-Struktur eine Sperrspannung von etwa 30 bis 150 V einstellt.The thickness and doping - the weakly doped or intrinsically conductive Intermediate zone is expediently chosen so that there is an intermediate zone for the emitter and control base formed P-S-N or P-I-N structure a reverse voltage of about 30 to 150 V.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Steuerelektrode direkt auf der Steuerbasiszone, so daß nur ein sehr kleiner Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluß und der Steuerbasiszone liegt.In a particularly advantageous embodiment of the invention is located the control electrode is directly on the control base zone, so that only a very small one Resistance between the electrode terminal and the control base zone.

Das Wesen der Erfindung soll anhand der beiden Figuren näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt einen Thyristor gemäß der Erfindung mit einer Mesastruktur; Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel in planarer Ausführungsform.The essence of the invention will be explained in more detail with reference to the two figures Fig. 1 shows a thyristor according to the invention with a mesa structure; Fig. 2 is an embodiment in planar embodiment.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same parts are provided with the same reference numerals.

Der Thyristor 1 gemäß Fig.1 besteht aus den beiden Emitterzonen 2, 3 und den beiden Basiszonen 4, 5, wobei die Zone 5 als Steuerbasiszone mit dem Steuerkontakt 6 versehen ist.The thyristor 1 according to Figure 1 consists of the two emitter zones 2, 3 and the two base zones 4, 5, with zone 5 as the control base zone with the control contact 6 is provided.

Die Emitterzonen 2 und 3 sind jeweils mit metallischen Kontakten 7 bzw. 8 versehen. Zwischen der Emitterzone 3 und der Basiszone 5 befindet sich gemäß der Erfindung eine Zwischenzone 9, die eigenleitend oder schwach dotiert ist.The emitter zones 2 and 3 are each provided with metallic contacts 7 or 8 provided. Between the emitter zone 3 and the base zone 5 is located according to According to the invention, an intermediate zone 9 which is intrinsically conductive or weakly doped.

Im letzteren Fall kann die Zwischenzone vom Leitungstyp der Basiszone oder vom Leitungstyp der Emitterzone sein. Infolge der schwachen Dotierung bilden die Zonen 3, 9 und 5 eine P-S-N- bzw. P-I-N-Struktur mit relativ hoher Durchbruchsspannung. Beim Abschalten des -Thyristors fließt unterhalb des Kontaktes 8 in der Basiszone 5 ein durch den Pfeil 10 charakterisierter Strom zu dem Steuerkontakt 6. Infolge der hohen Durchbruchs spannung der zwischen der Emitterzone und der Basiszone bestehenden Sperrschicht wird vermieden, daß aufgrund des in Pfeilrichtung auftretenden lateralen Spannungsabfalls diese Sperrschicht an irgend einer Stelle in den Durchbruch geht.In the latter case, the intermediate zone can be of the conductivity type Base zone or of the conductivity type of the emitter zone. Form as a result of the weak doping zones 3, 9 and 5 have a P-S-N or P-I-N structure with a relatively high breakdown voltage. When the thyristor is switched off, flows below the contact 8 in the base zone 5 a current, characterized by the arrow 10, to the control contact 6. As a result the high breakdown voltage between the emitter zone and the base zone Barrier layer is avoided that due to the lateral occurring in the direction of the arrow If there is a voltage drop, this barrier layer breaks down at some point.

Eine technologisch besonders vorteilhafte und einfache Struktur ist in Fig.2 dargestellt. Hierbei muß die Zwischenzone 9 jedoch den gleichen Leitungstyp - allerdings mit entsprechend niedrigerer Konzentration - wie die benachbarte Steuerbasiszone 5 aufweisen, damit kein PN-Ubergang zwischen diesen beiden Zonen entsteht.A technologically particularly advantageous and simple structure is shown in Fig.2. Here, however, the intermediate zone 9 must have the same conductivity type - but with a correspondingly lower concentration - like the neighboring tax base zone 5 have so that no PN transition occurs between these two zones.

Bei dem Thyristor gemäß der Erfindung wird die Querleitfähigkeit der Steuerbasiszone nicht unnötig stark reduziert, was von dieser Seite aus den Ausschaltvorgang begünstigt. Da bei Belastung in Durchlaßrichtung die nur schwach dotierte Zone 9 von Ladungsträgern überschwemmt wird und da die Ladungsträgerlebensdauer in schwach dotierten Zonen bei hoher Injektion relativ groß ist gegenüber der Trägerlebensdauer in den höher dotierten Bereichen, muß bei dem Thyristor gemäß der Erfindung auch keine Beeinträchtigung des Schaltverhaltens in Kauf genommen werden, und das Durchlaßverhalten wird nicht wesentlich beeinträchtigt.In the thyristor according to the invention, the transverse conductivity is the Control base zone is not unnecessarily greatly reduced, which affects the switch-off process from this side favored. Since the only weakly doped zone 9 is flooded by charge carriers and since the charge carrier life is weak doped zones at high injection is relatively large compared to the carrier lifetime in the more highly doped areas must also be used in the thyristor according to the invention no impairment of the switching behavior can be accepted, and the transmission behavior is not significantly affected.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Thyristors gemäß Fig.1 besteht darin, daß die Steuerbasiszone durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materiaiabtragung zur gewünschten Dimensionierung des Einschaltstromes eingestellt wird. Auf die Steuerbasiszone wird anschließend die hochohmige Zwischenzone epitaktisch abgeschieden und in diese Zwischenschicht die eigentliche Emitterzone durch Diffusion oder Legierung eingebracht. Zum Anschluß der Steuerbasiszone mittels eines Steuerkontaktes wird an der dafür vorgesehenen Stelle eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung durchgeführt. Die Herstellung des Thyristors bezüglich der anderen Parameter erfolgt in bekannter Weise.There is a method for producing a thyristor according to FIG in that the control base zone generated by diffusion of impurities and their Thickness if necessary by material removal to the desired dimensioning of the Inrush current is set. Will be on the tax base zone afterward the high-resistance intermediate zone is deposited epitaxially and in this intermediate layer the actual emitter zone introduced by diffusion or alloy. For connection the control base zone by means of a control contact is connected to the designated Place a selective deep etch followed by metallization. The production of the thyristor with regard to the other parameters is carried out in a known manner Way.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird die Halbleiterschicht, die bei dem fertigen Thyristor die Zonen 3 und 9 enthält, ebenfalls epitaktisch abgeschieden. In diese Schicht wird selektiv die Zone 3 eindiffundiert, wobei automatisch die Zwischenzone 9 entsteht.In the embodiment of Figure 2, the semiconductor layer, which in the finished thyristor contains zones 3 and 9, also epitaxially deposited. Zone 3 is selectively diffused into this layer, automatically the intermediate zone 9 is created.

Claims (5)

Patentansprüche Claims 3 Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerbasiszone (5) und der benachbarten äußeren Emitterzone (3) eine Zwischenzone (9) vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen (3, 5) schwach dotiert oder eigenleitend ist.3 thyristor with at least four zones alternately opposite one another Line type and at least one control electrode, characterized in that between the control base zone (5) and the adjacent outer emitter zone (3) an intermediate zone (9) is provided, which is weakly doped compared to the adjacent areas (3, 5) or is intrinsic. 2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung der aus Emitterzone (3), Zwischenzone (9) und Steuerbasiszone (5) gebildeten P-S-N-bzw. P-I-N-Struktur etwa zwischen 30 und 150 Volt liegt. 2. Thyristor according to claim 1, characterized in that the breakdown voltage the P-S-N or P-S-N zone formed from the emitter zone (3), intermediate zone (9) and control base zone (5). P-I-N structure is roughly between 30 and 150 volts. 3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (6) die Steuerbasiszone (5) direkt kontaktiert. 3. Thyristor according to claim 1 or 2, characterized in that the control electrode (6) makes direct contact with the control base zone (5). 4. Verfahren zum Herstellen eines Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbasiszone (5) durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung eingestellt wird, daß auf der Steuerbasiszone (5) die Zwischenzone (9) epitaktisch abgeschieden und anschließend die Emitterzone (3) durch Diffusion oder Legierung gebildet wird. 4. A method for manufacturing a thyristor according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the control base zone (5) by diffusion generated by imperfections and adjusted their thickness, if necessary, by removing material is that on the control base zone (5), the intermediate zone (9) is deposited epitaxially and then the emitter zone (3) is formed by diffusion or alloying. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (5, 9, 3) auf bzw. in einem Halbleitersubstrat ganzflächig ausgebildet werden und die Kontaktierung der Steuerbasiszone durch eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung erfolgt. 5. The method according to claim 4, characterized in that the zones (5, 9, 3) are formed over the entire area on or in a semiconductor substrate and the contacting of the control base zone through selective deep etching with subsequent Metallization takes place.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2719219A1 (en) * 1977-03-08 1978-09-14 Tokyo Shibaura Electric Co SEMI-CONDUCTOR DEVICE
DE2941021A1 (en) * 1979-10-10 1981-04-23 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Thyristor base-emitted junction with sharply increasing current gain - has narrow low concentration region between base and emitter

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