DE2461208C3 - Abschaltbarer Thyristor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen abschaltbaren Thyristor mit mindestens v^;er Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer Steuerelektrode.

Ein Thyristor mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps weist zwei äußere, metallisch koniakiierte Zonen auf, die ais 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

Ein Thyristor wird üblicherweise durch einen über den Steuerkontakt zugeführten Zündsiromimpu's 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 Thyrisior kehrt dann nach einer von den Betriebsbedingungen und der Ausführung des Bauelementes abhängigen Freiwerdezeit in den sperrenden Zustand zurück.

Es ist auch seit langem bekannt den Thyristor durch einen Stromimpuls entgegengesetzter Polarität über den Steuerkontakt abzuschalten. Dabei ist jedoch die Ausschaltverstärkung als das Verhältnis vcn Laststrom zu dem notwendigen Ausschaltstrom im allgemeinen sehr niedrig im Vergleich zu der entsprechend definierten Einschaltverstärkung.

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-Obergangs führt In diesen Fällen wird der Thyristor entweder nicht mehr abgeschaltet oder es tritt eine technisch nicht nehr vertretbare Abschaltverstärkung auf.

Zur Oberwindung 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 (DT-AS 12 09 207).

Aus der CH-PS S 46 485 ist ein abschaltbarer Thyristor bekannt, in den zur Erhöhung der Freiwerdezeit ein Hilfsthyristor integriert ist Zur Unterstützung des gewünschten Effekts ist die hochohmige n-Hauptbasiszone in eine niederohmige n-Ieitende und zwei diese umgebende eigenleitende Zonen aufgeteilt Auch bei diesem bekannten abschaltbaren Thyristor tritt durch den Hilfsthyristor ein Verlust an aktiver Stromführungsfläche auf. Gegenüber den vorgenannten Strukturen tritt auch noch eine unerwünscht hohe Abschaltverstärkungauf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen abschaltbaren Thyristor verfügbar zu machen, der ein einwandfreies Abschalten bei relativ geringer Abschaltverstärkung des Thyristors gestattet ohne daß die Stromführungsfläche gegenüber einem konventionellen, nur einschaltbaren Thyristor in hohem Maße verringert wird.

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

Die Dicke und Dotierung der schwach dotierten oder einleitenden 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

in einer besonders vorteiinarten 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.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beiden Figuren näher erläutert:

Fig.! zeigt einen Thyristor mit einer Mesastruktur;

Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel in planarer Ausführungsform.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Der Thyristor 1 gemäß F i g. 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 Die Emitterzonen 2 und 3 sind jeweils mit -. metallischen Kontakten 7 bzw. 8 versehen. Zwischen der Emitterzone 3 und der Basiszone 5 befindet sich eine Zwischenzone 9, die eigenieitend oder schwach dotiert ist. Im letzteren Fall kann die Zwischenzone vom Lestungstyp 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 ι -, charakterisierter Strom zu dem Steuerkonts ■"" infolge der hohen Durchbruchsspannung djr zv.i.dien der Emitterzone und der Basiszone bestehenden Sperrschicht wird vermieden, daß auifcrc· d des in Pfeilrichtung auftretenden lateralen So -.iinungsabfalls diese jn Sperrschicht an irgendeine- Stelle in den Durchbruch geht.

Eine technologisch besonders vorteilhafte und einfache Struktur ist in Fig.2 dargestellt Hierbei muß die Zwischenzone 9 jedoch den gleichen Leitur.gstyp — allerdings mit entsprechend niedrigerer Konzentration — wie die benachbarte Steuerbasiszone 5 aufweisen, damit kein PN-Übergang zwischen diesen beiden Zonen entsteht

Bei dem Thyristor gemäß Fig. i oder 2 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 dei· Trägerlebensdauer in den höher dotierten Bereichen, muß bei dem Thyristor gemäß F i g. I oder 2 auch keine Beeinträchtigung des Schaltverhaltens in Kauf genommen werden, und das Durchlaßverhalt^n wird nicht wesentlich beeinträchtigt

Ein Verfahren zum Herstellen eines Thyristors gemäß F i g. 1 besteht darin, daß die Steuerbasiszone durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung 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 Steile eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung durchgeführt Die Herstellunr des Thyristors bezüglich der anderen Parameter erfolgt in bekannter Weise.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abschaltbarer 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

2. Abschaltbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Dicke und Dotierung der Zwischenzone (9) so gewählt wird, daß die Durchbruchsspannung der aus Emitterzone (3), Zwischenzone (9) und Steuerbasiszone (5) gebildeten P-S-N- bzw. P'. N-Struktur etwa zwischen 30 und 150 Volt liegt

3. Abschaltbarer Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Steuerelektrode (6) die Steuerbasiszone (5) direkt kontaktiert

4. Verfaliren zum Herstellen eines abschaltbare" Thyristors nsci einem der Ansprüche 1 bis
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.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die > jnen (5, 9, 3) auf bzw. in einem Halbleitersubstrat ganzflächig ausgebildet werden und die Kontaktierung der Steuerbasiszone durch eine selektive Tiefenät7-ung f't nachfolgender Metallisierung erfolgt