DE2538549C2

DE2538549C2 - Mit Licht steuerbarer Thyristor

Info

Publication number: DE2538549C2
Application number: DE2538549A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dr. 8000 München Voß
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1985-06-13
Also published as: SE420874B; GB1544495A; FR2322458B1; JPS5229189A; SE7609343L; CA1064150A; FR2322458A1; US4060826A; DE2538549A1

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf einen mit Licht steuerbaren Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einer an der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegenden Emitterzone, die mit einer eine Aussparung aufweisenden Emitterelektrode bedeckt ist, mit einer an die Emitterzone angrenzenden Basiszone und einem zwischen Emitterzone und Basiszone liegenden pn-Übergang, wobei die Basiszone und der pn-Übergang innerhalb der Aussparung an die Oberfläche des Halbleiterkörpers treten, und mit einem innerhalb der Aussparung liegenden, zur Belichtung bestimmten Bereich.

Ein solcher Thyristor ist beispielsweise im US-Patent 36 97 833 beschrieben worden. Dieser Thyristor weist zwischen dem zur Belichtung bestimmten Bereich und der Emitterzone eine ringförmige Elektrode auf. Diese Elektrode kontaktiert einerseits eine Hilfsemitterzone, die den zur Belichtung bestimmten Bereich bildet und andererseits die Basiszone. Bei Lichteinfall wird zunächst der Hilfsthyristor gezündet, der dann seinerseits den Hauptthyristor zündet Bei schwacher Lichteinstrahlung ist es aber möglich, daß der Hilfsthyristor mit hoher Verzögerung gezündet wird und die Zündung lediglich auf sehr kleiner Fläche stattfindet Damit kann der Thyristor zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß eine Zerstörung des Thyristors bei schwacher Lichteinstrahlung verhindert wird.

Diese Aufgabe wird, dadurch gelöst daß der zur Belichtung bestimmte Bereich auf der Basiszone angeord-

net ist daß zwischen dem Bereich und dem pn-Übergang auf der Basiszone eine den Bereich umfassende . Hilfselektrode liegt daß die Hilfselektrode einen auf den pn-Übergang zu gerichteten Vorsprung aufweist und daß der Vorsprung sich über weniger als die Hälfte

der Länge des pn-Übergangs erstreckt.

Damit wird eine Konzentration des Fotostroms erreicht

Im US-Patent 37 31 162 ist zwar bereits ein Thyristor beschrieben worden, bei dem der Zündstrom durch zwisehen der Gateelektrode und der Emitterzone liegende zusätzliche Zonen partiell behindert und damit konzentriert wird. Eine Hilfselektrode mit einem Vorsprung hat dieser Thyristor jedoch nicht.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den F i g. 1 bis 5 näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 einen teilweisen Schnitt durch eine teilweise Aufsicht auf einen Halbleiterkörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 und 4 teilweise Aufsichten auf ein zweites bzw. drittes Ausführungsbeispiel, und

F i g. 5 die Aufsicht auf einen Halbleiterkörper für einen Thyristor mit zündstromverstärkenden Hilfsstrukturen.

In F i g. 1 ist der Halbleiterkörper mit 1 bezeichnet. Er weist eine Emitterzone 2, eine erste Basiszone 3 und eine zweite Basiszone 4 auf. Die Emitterzone 2 ist mit einer Emitterelektrode 5 versehen und v/eist außerdem Kurzschlüsse 6 auf, über die die erste Basiszone 3 unmittelbar mit der Emitterelektrode 5 verbunden ist Die erste Basiszone 3 ist zentral mit einem zur Belichtung bestimmten Bereich 9 versehen. Der zur Belichtung bestimmte Bereich 9 ist von einer Hilfselektrode 7 umgeben, welche mit der ersten Basiszone 3 elektrisch verbunden ist. Die Hilfselektrode 7 weist einen Vorsprung 8 auf, der auf den zwischen Emitterzone 2 und erster Basiszone 3 liegenden, an die Oberfläche tretenden pn-Übergang 10 zu gerichtet ist.
Wird der Bereich 9 mit Licht bestrahlt, so werden innerhalb dieses Bereiches Ladungsträgerpaare erzeugt, von denen die Ladungsträger einer Polarität zur Hilfselektrode 7 abfließen. Aus der Hilfselektrode 7 fließen sie über den Vorsprung 8 zurück in die erste Basiszone 3, von dort durch den pn-Übergang 10 in die Emitterzone 2 und in die Emitterelektrode 5. Der Vorsprung 8 bildet einen Strompfäd niedrigeren ohmschen Widerstandes im Vergleich zur Oberfläche der ersten Basiszone 3. Dadurch fließt der größte Teil des durch die Ein-

25 3$ 549

strahlung des Lichtes erzeugten Stromes über den Vorsprung zum pn-Übergang 10. Die Breite des Vorsprungs ist klein gegenüber der Länge des pn-Übergangs 10; dadurch erhöht sich die Stromdichte des zur Zündung bestimmten Stroms und es kann im Bereich des Vor-Sprungs eine ausgedehnte Zündung des Thyristors erfolgen. Die Breite des Vorsprungs S beträgt imvorliegenden Fall etwa ein Viertel der Länge des pn-Obergangs. Sie kann jedoch auch größer sein, sollte jedoch sinnvollerweise nicht mehr als die Hälfte der Länge des pn-Überganges betragen.

Durch den Vorsprung wird ein Strompfad geschaffen, der eine Konzentration des Zündstroms bewirkt Ein aus der Richtung der zweiten Basiszone 4 kommender nicht zur Zündung führender du/dt-Strom wird dagegen durch die Hilfselektrode nicht beeinflußt Solange der du/dt-Strom praktisch nicht in den Emitter hineinfließt also keine Zündung auslöst, wird seine Verteilung im wesentlichen durch die Querwiderstände unter der Emitterzone bestimmt gegen die die unterschiedlichen, niedrigeren Querwiderstände an der Oberfläche kaum ins Gewicht fallen. Der du/dt-Strom fließt daher, wie in F i g. 1 durch die Pfeile dai gestellt, zunächst gerade auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 zu und fließt dann im wesentlichen radialsymmetrisch nach außen und durch die Kurzschlüsse 6 zur Emitterelektrode 5 ab. Erst wenn der in den Emitter hineinfließende Stromanteil die Größenordnung des Nebenschlußstromanteils erreicht, beginnt der Strom bevorzugt über den Vorsprung zu fließen.

In Fig.3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, die sowohl eine den Stromfluß behindernde Zone als auch eine Hilfselektrode aufweisen. Die Zone 11 nach F i g. 3 is* offen ausgebildet Der Vorsprung 8 der Hilfselektrode 7 liegt innerhalb der öffnung der Zone 11. Die Anordnung nach Fig.4 unterscheidet sich von der nach F i g. 3 im wesentlichen dadurch, daß bei dieser eine geschlossene Zone 12 vorgesehen ist. Der Vorsprung 8 der Hilfselektrode 7 ragt über den zum pn-Übergang 10 gewandten Rand der Zone 12 hinaus und ist dort mit der Basiszone 3 elektrisch verbunden. Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 3 und 4 entspricht der Wirkungsweise der Anordnungen nach F i g. 1 und 2.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Anordnungen können als stromverstärkende Strukturen in Thyristoren mit innerer Zündstromverstärkung angewandt werden. In F i g. 5 ist eine teilweise Aufsicht auf ein Halbleiterelement eines solchen Thyristors dargestellt Der innere Teil entspricht der in F i g. 3 gezeigten Anordnung und dient als erste stromverstärkende Struktur. Ihr Laststrom fließt über einen Vorsprung 13 der Emitterelektrode 5 zu einem pn-Übergang 14 und von dort in eine Emitterelektrode 15, die einer zweiten stroinverstärkenden Struktur angehört Von der Emitterelektrode 15 fließt der Laststrom der zweiten stromverstärkenden Struktur als Steuerstrom zum Hauptthyristor. Dieser ist in F i g. 7 der besseren Übersichtlichkeit nichi gezeichnet.

Das Verhältnis der Länge der Vorsprünge 8 und 13 kann so gewählt werden, daß die erste stromverstärkende Struktur nicht zündet, bevor die zweite stromverstärkende Struktur gezündet hat Sie arbeitet dann nur als Stromverstärker. Das Verhältnis der erwähnten Längen kann dazu z. B. 1 : 2 sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Licht steuerbarer Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einer an der Oberfläche des Hsifoiehsrkörpers liegenden Emitterzone, die mit einer eine Aussparung aufweisenden Emitterelektrode bedeckt ist, mit einer an die Emitterzone angrenzenden Basiszone und einem zwischen Emitterzone und Basiszone liegenden pn-Obergang, wobei die Basiszone und der pn-übergang innerhalb der Aussparung an die Oberfläche des Halbleiterkörpers treten, und mit einem innerhalb der Aussparung liegenden, zur Belichtung bestimmten Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Belichtung bestimmte Bereich (9) auf der Basiszone (3) angeordnet ist, daß zwischen dem Bereich (9) und dem pn-übergang (10) auf der Basiszone (3) eine den Bereich (9) umfassende Hilfselektrode (7) liegt, daß die Hilfselektrode einen auf den pn-übergang (10) zu gerichteten Vorsprung (8) aufweist, und daß der Vorsprung sich über weniger als die Hälfte der Länge des pn-Übergangs erstreckt

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Basiszone (3) zwischen dem Bereich (9) und dem pn-übergang (10) unter der Hilfselektrode (7) eine geschlossene, den Strcmfluß behindernde Zone (12) liegt, daß die Hilfselektrode (7) den zum Bereich (9) hin gewandten Rand der Zone (12) überbrückt und daß der Vorsprung (8) über den zum pn-Übergang hin gewandten Rand der Zone (12) hinübergreift.

3. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Basiszone (3) zwischen dem Bereich (9) und dem pn-übergang (10) unter der Hilfselektrode (7) eine mit einer öffnung versehene, den Stromfluß behindernde Zone (11) vorgesehen ist, daß die Hilfselektrode den zum Bereich (9) hin gewandten Rand der Zone (11) überbrückt und daß der Vorsprung (8) der Hilfselektrode (7) in der öffnung der Zone (11) liegt.

4. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, der Vorsprung (8) von dem ihm gegenüberliegenden Abschnitt des pn-Übergangs (10) einen konstanten Abstand aufweist

5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch seine Verwendung als zündender Hilfsthyristor in einem Thyristor mit innerer Zündstromverstärkung.

6. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch seine Verwendung als nicht zündender Hilfsthyristor in einem Thyristor mit innerer Zündstromverstärkung.