DE2625009C2

DE2625009C2 - Thyristortriode

Info

Publication number: DE2625009C2
Application number: DE2625009A
Authority: DE
Inventors: Shin Hitachi Kimura; Yoshio Katsuta Terasawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1986-01-09
Also published as: JPS51142983A; US4063270A; DE2625009A1; JPS5631748B2

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das freiliegende Ende des pnObergangs (%2a) in konstantem Abstand zu der zum pn-übergang (62a,) weisenden Kante der Steuerelektrode (4) verläuft, so daß ein erster Strompfad für einen Steuerstrom von der Steuerelektrode (4) zur Hilfssteuerelektrode (9) längs des ersten Bereichs (14) innerhalb der zweiten Schicht (5) und ein zweiter Strompfad entstehen, dessen Widerstand (Rs +Rt) kleiner ist als der Widerstand (R\ + Ri) längs des ersten Strompfades und der einen Teil des Steuerstroms längs des zweiten Bereichs (13) innerhalb der zweiten Schicht (5) ableitet.

2. Thyristortriode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Widerstandes (R₆) des zweiten Strompfades längs des zweiten Bereiches (13) so gewählt ist, daß der Spannungsabfall über diesen Widerstand (R₆) die Diffusionssp ;nnung (Vb) eines pn-Übergangs (J₃), der parallel zu den Hauptoberflächen (111, 112) zwischen der ersten und der zweiten Schicht (5,6) liegt auch dann nicht übersteigt wenn der zum Einschalten des Hilfsthyristors (11) erforderliche Steuerstrom in den ersten Bereich (14) fließt

3. Thyristortriode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die effektive Breite (W₂) des zweiten Bereichs (13) durch Öffnungen (15) innerhalb des zweiten Teils (62) der ersten Schicht (6) festgelegt ist durch die die zweite Schicht (5) bis an die erste Hauptoberfläche (111) reicht

4. Thyristortriode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Öffnungen (15) eine rechteckige Form haben und jeweils mit einer Seite parallel zum pn-übergang (62a) liegen.

5. Thyristortriode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet da!?, zwei Öffnungen (i5) vorgesehen sind, die miteinander in einer Richtung parallel zum pn-übergang (62a,J liegen und voneinander um eine vorgegebene Entfernung beabstandet sind.

6. Thyristortriode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Öffnungen (15) kreisförmig sind.

7. Thyristortriode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die kreisförmigen Öffnungen (15) in einem Abstand zueinander angeordnet und dabei miteinander parallel zum pn-übergang (62a) ausgerichtet sind.

8. Thyristortriode nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in Form zweier Kreispaare vorliegen, deren Abstand voneinander größer ist als der Abstand der kreisförmigen Öffnungen (15) eines Kreispaares.

9. Thyristortriode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß bei kreisförmiger Ausbildung der Steuerelektrode (4) das freiliegende Ende des pn-Übergangs (62a,) ebenfalls kreisförmig ist und konzentrisch zur Steuerelektrode (4) liegt und daß die Öffnungen (15) kreisförmig sind und auf einem zur Steuerelektrode (4) konzentrischen Kreis liegen.

Die Erfindung betrifft eine Thyristortriode der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, aus der DE-OS 23 46 256 bekannten Art.

Zunächst wird die grundlegende Funktionsweise einer Thyristortriode mit Hilfe eines allgemeinen Standes der Technik, wie er beispielsweise aus der DE-OS 89 455 bekannt ist, anhand der F i g. 1 bis 5 beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen herkömmlichen Thyristor in Aufsicht,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-Il in Fig. 1,
F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2,
F i g. 4 ein Ersatzschaltbild für den Zündvorgang des in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Thyristors,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Dichteverteilung des Steuerstromes des in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Thyristors.

Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Thyristor weist eine Steuerelektrodenform auf, die als Verstärkungs-Steuerelektrode oder Amplifying Gate bezeichnet wird. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Halbleitersubstrat 1 mit einer ersten Schicht 6, im folgenden auch als n-Emitterschicht bezeichnet, einer zweiten Schicht 5, im folgenden auch als p-Basisschicht bezeichnet, einer n-Basisschicbt 7 und einer p-Emitterschicht 8, die zwischen zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen 111 und ί 12 aufeinanderfolgend ausgebildet sind. Die n-Emitterschicht 6 ist in der p-Basisschicht 5 ausgebildet, wobei die Oberfläche der n-Emitterschicht 6 an der Hauptoberfläche 111 des Substrats 1 freiliegt und einen ersten Teil 61 mit einem größeren sowie einen zweiten Teil 62 mit einem kleineren Oberflächenbereich aufweist. Der erste Teil 61 der n-Emitterschicht 6 stellt eine der Endschichten eines ersten Vierschichten-Bereichs dar. der als Haupttbyristor 10 wirkt, und der zweite Teil 62 der n-Emitterschicht 6 eine der Endschichten eines zweiten Vierschichten-Bereichs, der als Hilfsthyristor 11 dient. Bei der als Verstärkungs-Steuerelektrode bezeichneten Steuerelektrodenform ist der erste Teil 61 der n-Emitterschicht 6 vom zweiten Teil 62 isoliert Bei Steuerelektrodenformen, die als feldgesteuerte Steuerelektroden (Field Initiated Gate) und als Rückkoppel-Steuerelektroden (Regenerative Gate) bezeichnet werden, sind diese beiden Teile 61 und 62 der n-Emitterschicht 6 jedoch miteinander verbunden.

Eine erste Hauptelektrode 2 steht mit der Oberfläche des ersten Teils 61 der n-Emitterschicht 6 in ohmschen Kontakt und bildet die Kathode, eine zweite Hauptelektrode 3 mit der Oberfläche der p-Emitterschicht 8, sie bildet die Anode.

Eine weitere Elektrode steht mit der Oberfläche der p-Basisschicht 5 in der Nähe des zweiten Teils 62 der n-Emittersc^lucht 6 in ohmschem Kontakt und bildet die Steuerelektrode 4. Der zweite Teil 62 weist einen pn-Übergang 62a zwischen sich und der p-Basisschicht 5 gegenüber der Steuerelektrode 4 auf. Eine ringförmige Elektrode bedeckt den größeren Teil der Oberfläche des zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6 und umgibt den ersten Teil 61 der n-Emitterschi?ht 6, wobei dazwischen ein vorgegebener Abstand ist, und bildet eine Hilfssteuerelektrode 9. Fig.3 zeigt die Steuerelektrodenbereiche des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Thyristors im einzelnen. Wie hi F i g. 3 dargestellt ist, sind im ersten Teil 61 der n-Emitterschicht 6 Kurzschlußlöcher 12 ausgebj'det, um das dl'/di-Verhalten des Thyristors zu verbessern.

Der Einschaltvorgang eines solchen Thyristors, d. h. der Vorgang, mix dem ein solcher Thyristor in den leitenden Zustand versetzt wird, wird anhand des in F i g. 4 dargestellten Ersatzschaltbildes beschrieben. Der Steuerstrom fließt von der Steuerelektrode 4 über einen Widerstand R_t zu einem Widerstand A₂. Wenn der Spannungsabfajl am Widerstand Ri die Diffusionsspannung eines pn-Übergangs Jj übersteigt, kann der Steuerstrom durch den Übergang /3 in den zweiten Teil 62 der n-Emitterschicht 6 fließen, so daß der Hilfsthyristor 11 in den leitenden Zustand versetzt wird. Der Einschaltstrom in der \n Vorwärtsrichtung durch den Hilfsthyristor 11 fließt, dient als Steuerstrom für den Hauptthyristor 10, der in de: silben Weise in den leitenden Zustand versetzt wird wie der Hilfsthyristor 11.

Bei einem Thyristor vom Verstärkungs-Elektrodentyp ist der minimale Steuerstrom (Ic)mn der den Hilfsthyristor 11 in den leitenden Zustand versetzt, näherungsweise durch folgende Gleichung gegeben:

K'Glmin ~JJ -

Hierbei ist Vb die Diffusionsspannung des pn-Übergangs /3 zwischen dem η-Emitter und der p-Basis.
Wenn mehrere Thyristoren in einer Schaltung parallel liegen, müssen diese Thyristoren eine einheitliche Einschalt-Charakteristik aufweisen, um zu erreichen, daß der Strom gleichmäßig auf die Thyristoren aufgeteilt wird. Wird beispielsweise die Wirksamkeit der Ladungsträgerinjektion in den pn-übergang /3 verbessert und damit die Ansprechempfindlichkeit erhöht, so kann dadurch die Streuung in der Einschalt-Charakteristik der einzelnen Thyristoren verringert werden. Dies führt jedoch zu einer Verringerung des minimalen Steuerstromes (Ig)™™, so daß die Gefahr *«on Fehlzündungen des Thyristors durch Störströme vergrötert ist

Der Wert des minimalen Steuerstromes (l_c)min kann durch Verändern des Wertes des Widerstandes Ri in der Gleichung (1) geändert werden. Um den Wert des Widerstaiides Ri zu verkleinern und damit den Wert des minimalen Steuerstromes zu erhöhen, kann die Länge L (vgL Fi g. 1) des zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6, der der Steuerelektrode (4) gegenüberliegt, vergrößert oder die Breite W des zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6 verkleinert werden. Eine Vergrößerung der Länge L des zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6 führt jedoch dazu, daß ein höherer Strom für die Steuerelektrodenschaltung erforderlich ist Ein Verkleinern der Breite Wdes zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6 führt dazu, daß die Schaltleistung, d. h. der Wert d/7df, verringert wird. Dies wird anhand der Fi g. 5 im folgenden erläutert.

In F i g. 5 sind Meßergebnisse an verschiedenen Thyristoren mit unterschiedlicher Breite W des zweiten Tei's 62 der n-Emitterschicht 6 graphisch aufgetragen. Dabei wurde keine Spannung zwischen Anode 3 und Kathode 2 der Thyristoren angelegt und die Dichteverteilung des Steuerstroms gemessen, der in den zweiten Teil 62 der n-Emitterschicht 6 fließt. Auf der Ordinate ist die Steuerstromdichte und auf der Abszisse der Abstand in Richtung der Breite Wvom Ende, d. h. vom pn-Übergang 62a des zweiten Teiles 62 der n-Emitterschicht 6, der der Steuerelektrode (4) am nächsten liegt, aufgetragen. Die Steuerstromdiente weist am pn-übergang 62a den größten Wert auf und nimmt mit zunehmendem Abstand davon ab. Der Zündvorgang, der durch den Steuerstrom ausgelöst wird, beginnt in einem Bereich des zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6, in dem die Steuerstromdichte höher als ein vorgegebener Wen ist. Der Bereich mit hoher Steuerstromdichte wild mit Abnahme der Breite Wdes zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6 kleiner, wie aus der F i g. 5 zu ersehen ist, was zur Folge hat, daß der Anfangs-Zündbereich eingeengt und die Schaltleistung des Thyristors verringert wird.
Andererseits kann der minimale Steuerstrom (lc)mm proportional mit einer Vergrößerung der lunge L des zweiten Teils 62 der n-Emitterschicht 6, erhöht werden, wenn die Breite IV konstant bleibt. Gleichzeitig muß jedoch der Betriebsitsuersforn, der für eine zuverlässij5 ge Zündung der Thyristoren im Betrieb erforderlich ist, stark erhöht werden. Um mehrere Thyristoren gleichzeitig sicher und zuverlässig zu zünden, ist es erforderlich, einen ßetriebssteuerstrom bereitzustellen, der aus-

reichend größer als der minimale Steuerstrom ist, damit die einzelnen Thyristoren mit möglichst kleinen Schwankungen hinsichtlich der Zünd-Verzögerungszeit gezündet werden. Wenn beispielsweise mehrere Thyristoren mit einem minimalen Steuerstrom von 20 bis 30 mA in Reihe und parallel geschaltet sind, muß normalerweise ein Betriebssteuerstrom von etwa 1 Ampere bereitgestellt werden. Wird durch Vergrößern der Länge L um das Doppelte der minimale Steuerstrom auf 40 bis 60 mA verdoppelt, so muß ein Betriebssteuerstrom von 2 Ampere bereitgestellt werden, damit der Steuerstrom mit der gleichen Stromdichte in den zweiten Teil 62 der n-Emitterschicht 6 jedes einzelnen Thyristors fließt

Bei der durch die DE-OS 23 46 256 bekannten gattungsjemäßen Thyristortriode weist der zweite Teil der ersten Schicht eine zur Steuerelektrode vorspringende Nase ais einen ersten Bereich größerer Breite und daran anschließende Bereiche mit geringerer Breite auf. Durch diese Nase soll in Verbindung mit einem in der angrenzenden zweiten Schicht zusätzlich ausgebildeten Bereich hohen spezifischen Widerstandes eine Konzentration des Steuerstromes auf die Nase und damit eine hohe Einschaltgeschwindigkeit bei einer Überkopfzündung des Thyristors erreicht werden, d.h. bei einem Zünden des Thyristors durch Überschreiten der Kippspannung, wobei der Steuerstrom ein Leckstrom des Thyristors ist Der Steuer- bzw. Leckstrom wird also daran gehindert längs der Bereiche geringerer Breite zu fließen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der minimale Steuerstrom angehoben ist ohne daß sich die zulässige Schaltleistung verringert und ohne daß der Betriebssteuerstrom wesentlich er-

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Thyristordiode durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht darin, daß eine Aufteilung des Steuerstromes auf den den Hilfsthyristor bildenden ersten Bereich mit größerer Breite und den einen Nebenschluß bildenden Bereich geringerer Breite erfolgt Der Nebenschluß wirkt sich dabei besonders bei kleinen Strömen aus, hebt dadurch den minimalen Steuerstrom bedeutend an und erhöht damit die Sicherheit des Thyristors gegen Fehlzündungen durch induzierte oder sonstige Störströme. Bei Strömen in der Größe des Betriebsstromes ist die Auswirkung des Nebenschlusses dagegen gering, da der Steuerstrom fast vollständig in dem Bereich des Hilfsthyristors fließt Der zur zuverlässigen Zündung erforderliche Betriebsstrom braucht deswegen nicht wesentlicht erhöht zu werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht gleichzeitig die Aufrechterhaltung einer hohen Schaltleistung, da die Konfiguration des Hilfsthyristors im wesentlichen beibehalten werden kann und eine Einschnürung des Zündbereiches vermieden wird.

Darüber hinaus verläuft der Strompfad des Nebenschlusses vollständig im Inneren des Halbleitersubstrates unter der ersten Schicht und hat daher einen von dem in der Regel stark schwankenden Oberflächeneigenschaf'en. des Substrates unabhängigen und weitgehend konstanten Widerstandswert

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Thyristors beschrieben. Dabei bewirkte die Ausgestaltung nach Anspruch 2, daß bei gegebener Anhebung des minimalen Steuerstromes die Erhöhung des Betriebssteuerstromes den geringstmöglichen Wert annimmt Durch die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 3 bis 9 wird eine Vergleichmäßigung der Dichteverteilung des Steuerstromes erreicht

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Fig.6 bis 15 der Zeichnung beschrieben. Es zeigt to F i g. 6 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig.7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6,

F i g. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in F i g. 8, F i g. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie Xl-XI in Fij. 10,

K i g. i2 ein viertes Ausführungsbeispiel,

Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIH in Fig. 12,

F i g. 14 ein fünftes Ausführungsbeispiel,

Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV in Fig. 14.

F i g. 6 und 7 zeigen eine erste Ausführungsform der Thyristortriode, wobei diese eine Verstärkungs-Steuer-

elektrode aufweist Für entsprechende Teile werden im folgende·*.-die gleichen Bezugszeichen und Symbole wie in den F i g. 1 bis 3 verwendet Die Anordnung weist also eine erste Hauptelektrode als Kathode 2, eine zweite

Hauptelektrode als Anode 3, eine Steuerelektrode 4,

eine p-Basisschicht 5, eine n-Emitterschicht 6, eine n-Ba sisschicht 7, eine p-Emitterschicht 8 und eine Hilfssteu- erelektrode 9 auf.

Weiterhin ist ein erster Teil 61 der n-Emitterschicht 6 dargestellt, wobei der erste Teil 61 die Endschicht des

folgenden als Haupt-n-Emitterschicht bezeichnet In dieser Haupt-n-Emitterschicht 61 sind Kurzschlußlöcher 12 vorgesehen, um das dV/dt-Verhalten zu verbes- sern. Ein zweiter Teil 62 der n-Emitterschicht 6 bildet die Endschicht des Hilfsthyristors 11, dieser zweite Teil 62 wird nachfolgend als Hilfs-n-Emitterschicht bezeichnet Diese Hilfs-n-Emitterschicht 62 legt einen pn-Übergang 62a zwischen der Hilfs-n-Emitterschicht 62 und

der p-Basisschicht 5 fest, wobei dieser Obergang 62a gegenüber der Steuerelektrode 4 liegt und mit einem Ende an einer Hauptoberfläche 111 des Halbleitersubstrates freiliegt Die Hilfs-n-Emitterschicht 62 besitzt einen ersten Bereich 14, der am Obergang 62a bep"nnt

so und sich von der Steuerelektrode 4 weg in einer vorgegebenen wirksamen Breite H'! erstreckt Die zweiten Bereiche 13, die am Obergang 62a beginnen, erstrecken sich von der Steuerelektrode 4 mit einer wirksamen Breite W₂ weg, die kleiner als die Breite Wi ist Durch die zweiten, eine kleinere Breite W₂ aufweisenden Bereiche 13 werden durch die entsprechenden Abschnitte der p-Basiiischicht Widerstände A₅ und A₆ gebildet Diese Widerstände Äs und Re liegen in dem in F i g. 4 dargestellten Ersatzschaltbild zwischen der Steuerelektrode 4 und der Hilfssteuerelektrode 9.

Der Einschaltvorgang bei dem in den F i g. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nicht grundsätzlich von dem Einschaltvorgang bei dem anhand der F i g. 1 bis 4 beschriebenen Thyristor. Der minimale Steuerstrom (lc)mm ist jedoch jetzt um einen Wert vergrößert, der dem Strom entspricht, der durch den Nebenschluß fließt, welcher durch die auf Grund der zweiten Bereiche 13 gebildeten Widerstände A₅ und

Rf, vorliegt. Durch die Gleichung (1) ist der minimale Steuerstrom (h)mm für den Hilfsthyristor 11 im ersten Bereich 14 gegeben. Dabei ist die zwischen der Steuerelektrode 4 und der Hilfssteuerelektrode 9 liegende Stcuerspannung s

''CA = (lc)min(Ri+R2).

Der durch die Widerstände Rs und Rs längs der zweiten Bereiche 13 Fließende Steuerstrom ist durch

*G\

gegeben, da diese Widerstände Rs und Ri zwischen der Steuerelektrode 4 und der Hilfssteuerelektrode 9 liegen. Daher ist der minimale Steuerstrom (h)'mm durch die Summe aus dem kleinsten Steuerstrom (icjmm für den Hilfsthyristor 11, der im ersten Bereich 14 vorliegt, und den Steuerstrom

Vc, 1

Der minimale Steuerstrom (Ia)'m
Wert

(Ir)

20

R₅ +R₆

gegeben, der durch den Nebenschluß fließt, welcher durch die zweiten Bereiche 13 gebildet wird. Daher kann (lc)'mm ausgedrückt werden durch:

30

ist also um einen

35

angehoben.

Der minimale Steuerstrom (Ic)'min kann durch Ändern der Werts der Widerstände R\, /?₅ und R₆ verändert werden. (Der Wert des Widerstandes /fc ist in Abhängigkeit von der Einschalt-Charakteristik festgelegt, wie dies zuvor beschrieben wurde.)

Nachfolgend soll die Beziehung zwischen dem in den /weiten Bereichen 13 und dem im ersten Bereich 14 fließenden Steuerstrom beschrieben werden. Wenn der Steuerstrom durch den Abschnitt der p-Basisschicht 5, der unter dem ersten Bereich 14 liegt, fließt und dabei der Spannungsabfall die Diffusionsspannung Vi des pn-Übergangs J₃ übersteigt, wird der Widerstand des pn-Übergangs /3 so weit verringert, daß er im Vergleich /um Wert des Widerstandes R2 vernachlässigbar ist der konzentrierte Steuerstrom fließt dann in den ersten Bereich 14 der Hilfs-n-Emitterschicht 62. Der Wert des Widerstandes Rs ist vorzugsweise so vorgegeben, daß der Spannungsabfall über den Widerstand Λβ auf Grund des durch die unter den zweiten Bereichen 13 liegenden Abschnitte der p-Basisschicht 5 fließenden Stromes die Diffusionsspannung Vi, des Überganges /3 auch dann nicht übersteigt, wenn der zum Einschalten des Hilfsthyristors 11 erforderliche Steuerstrom in die ersten Bereiche 14 fließt Wenn der Wert des Widerstandes A₆ so festgelegt ist so kann kein nennenswerter Steuerstrom in die zweiten Bereiche 13 Hießen, d. h. der Steuerstrom, der in den durch die zweiten Bereiche 13 gebildeten Nebenschluß fließt ist klein. Wird durch den Nebenschluß der minimale Steuerstrom beispielsweise von 20 mA auf 40 mA erhöht, so fließt auch dann nur ein sehr kleiner Steuerstrom von etwa 50 mA in den zweiten Bereichen 13, wenn ein Betriebssteuerstrom von 1 Ampere im ersten Bereich 14 fließt. Daher ist lediglich ein Betriebssteuerstrom von etwa 1,05 Ampere erforderlich, um den Thyristor in den leitenden Zustand zu versetzen.

In den F i g. 8 und 9 ist eine zweite Ausführungsform der Thyristortriode mit einer Verstärkungs-Steuerelektrode dargestellt. In den F i g. 8 und 9 werden dieselben Bezugszeichen und Symbole verwendet, die bereits in den F i g. 6 und 7 enthalten sind.

Bei dieser zweiten Ausführungsform weist die Hilfsn-Emitterschicht 62 einen einzigen Bereich auf, der am Übergang 62a beginnt und sich von der Steuerelektrode 4 mit einer vorgegebenen wirksamen Breite Wi weg erstreckt. Zwei voneinander beabstandete, rechteckige Öffnungen 15 sind in dieser Hilfs-n-Emitterschicht 62 ausgebildet, die üurcli diese Schicht 62 hindurch eine Ausdehnung der entsprechenden Abschnitte der p-Basisschicht 5 ermöglichen, so daß diese Ausdehnungen der p-Basisschicht 5 an der Hauptoberfläche Ul des Halbleitersubstrates freiliegen. Dadurch sind zwischen diesen Abschnitten der p-Basisschicht 5 und den zugehörigen Bereichen der Hilfs-n-Emitterschicht 62 zusätzliche pn-Übergänge ausgebildet.

Bei dem derart aufgebauten Thyristor fließt der größere Teil des von der Steuerelektrode 4 bereitgestellten Steuerstromes durch die Öffnungen 15 in die Hilfssteuerelektrode 9. Dieser Aufbau bietet die gleichen Vorteile wie der Aufbau, der durch die zweiten Bereiche 13 mit kleinerer effektiver Breite in den F i g. 6 und 7 erzielt wird. Die im wesentlichen zwischen dem Übergang 62a und den zusätzlichen Übergängen liegenden Bereiche nehmen entsprechend den in den F i g. 6 und 7 gezeigten zweiten Bereichen 13 mit kleinerer effektiver Breite den Steuerstrom auf, und der Abstand zwischen dem Übergang 62a und den zusätzlichen Übergängen entspricht der kleineren, in den F i g. 6 und 7 dargestellten effektiven Breite Wi. Der Bereich, der sich mit der effektiven Breite Wi erstreckt ohne daß durch die zusätzlichen Übergänge Diskontinuitäten vorliegen, entspricht dem in F i g. 6 und 7 dargestellten ersten Bereich 14.

Bei der in den Fig.6 und 7 dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Enden 14a des ersten Bereiches 14 senkrecht zur Steuerelektrode 4, und ein Teil des in der Nähe dieser Enden 14a des ersten Bereiches 14 fließenden Stromes kann in die Hilfssteuerelektrode 9 fließen, ohne daß der Strom durch den ersten Bereich 14 hindurchgeht Bei der in den F i g. 8 und 9 dargestellten Ausführungsform besitzt der Bereich 14 keine solchen Enden. Daher fließt der Steuerstrom mit gleichförmiger Dichteverteilung durch den Bereich 14, so daß das Einschaltverhalten der Thyristortriode verbessert ist

In den F i g. 10 und 11 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt bei der die in den F i g. 8 und 9 gezeigten rechteckigen Öffnungen 15 durch zwei kreisförmige Öffnungen ersetzt sind, die in den F i g. 10 und 11 dargestellte Ausführungsform weist dieselben Vorteile auf wie die in den Fig.8 und 9 enthaltene Ausführungsform.

Vorstehend wurde die Anwendung der Erfindung im Zusammenhang mit einer Thyristortriode mit Verstärkungs-Steuerelektrode beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch in gleicher Weise bei einem Thyristor mit Rückkoppel-Steuerelektroden anwendbar.

In den F i g. 12 und 13 ist eine vierte Ausführungsform der Thyristortriode dargestellt die eine Rückkoppel-Steuerelektrode aufweist In den Fig. 12 und 13 sind

dieselben Bezugszeichen und Symbole wie in den F i g. 6 bis 11 verwendet. Bei dieser Thyristortriode ist in der ■: n-Emitterschicht 6 eine zusätzliche Schicht 63 ausgebildet, die eine integrale Verbindung zwischen der Hauptn-Emitterschicht 61 und der Hilfs-n-Emitterschicht 62 schafft. Diese integrale Verbindung verbessert das dV/ .·'' d/-Verhalten eier Thyristortriode. Beim vorliegenden

- Ausführungsbeispiel sind in der Hilfs-n-Emitterschicht

62 zwei voneinander beabstandete kreisförmige öffnungen 15 ausgebildet, die die Steuerelektrode 4 im kreisförmigen Querschnitt konzentrisch umgeben, und entsprechende Teile der p- Basisschicht 5 ragen in diese öffnungen 15 hinein. In der Hilfs-n-Emitterschicht 62 sind durch Ausbildung der öffnungen 15 zusätzliche pn-Übergänge ausgebildet, die entsprechende Bereiche mit effektiven Breiten Wi und Wj schaffen, wie dies zuvor beschrieben worden ist. Die in den Fig. 12 und 13 dargestellte Ausführungsform zeigt daher dieselben Vorteile wie die in den F i g. 8, 9, 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispiele. ■■· In den F i g. 14 und 15 ist eine fünfte Ausführungsform der Thyristortriode dargestellt, die eine Verstärkungs-' Steuerelektrode aufweist und bei der die Steuerelektrode 4 zwischen der Hilfs-n-Emitterschicht 62 und der ^: Haupt-n-Emitterschicht 61 liegt und der entsprechende Flächenbereich der p-Basisschicht 5 abgeätzt ist. In den Fig. 14 und 15 werden dieselben Bezugszeichen und / Symbole wie bei den zuvor beschriebenen Ausfüh- >■ rungsformen verwendet. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel entspricht dem in den F i g. 10 und 11 dar- : gestellten Ausführungsbeispiel insofern, als öffnungen : 15 in der Hilfs-n-Emitterschicht 62 ausgebildet sind und zusätzliche pn-Übergang in dieser Schicht 62 bilden. Die 4 Vorteile dieser in den F i g. 14 und 15 dargestellten Ausführungsform sind auch dann vorhanden, wenn die Lage ? der Steuerelektrode 4 oder die Größe der weggeätzten Si Fläche der p-Basisschicht 5 verändert wird.
,' Bei den in den Fig.8 bis 15 dargestellten Ausfüh- :=■ rungsformen sind jeweils mehrere öffnungen 15 zur ':; Ausbildung der zusätzlichen Übergänge vorgesehen. ;5 Die Zahl dieser öffnunpe.n kann jedoch beliebig ge-'' wählt werden, insbesondere kann auch nur eine einzige öffnung vorgesehen werden. Die öffnungen bzw. die ;. öffnung können bzw. kann an allen geeigneten Stellen <;· angeordnet sein, vorausgesetzt, daß dadurch der Wider- ,!) stand R₆ auf einen gewünschten Wert festgelegt sowie ;' die Bereiche 13 und 14 definiert werden können.

),· Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

C

Ψ,

60

65

Claims

Patentansprüche:
!.Thyristortriode

— mit einem Halbleitersubstrat (1), das aus mehreren zwischen einer ersten und einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Hauptoberfläche (111,112) angeordneten Schichten abwechselnd unterschiedlichen Leitungstyps besteht von denen die erste, an der ersten Hauptoberfläche (111) des Halbleitersubstrat* (1) freiliegende Schicht (6) in einen ersten (61) und einen zweiten Teil (62) unterteilt ist dessen Fläche kleiner ist als die des ersten Teils (61), wobei der erste Teil (61) der ersten Schicht (6) eine Endschicht eines Hauptthyristors (10) und der zweite Teil (62) eine Endschicht eines Hilfsthyristors (11) darsteü«, und wobei die zweite, an die erste Schicht (6) angrenzende Schicht (5) einen Teil aufweist der an der ersten Hauptoberfläche (111) freiliegt

— mit einer ersten Hauptelektrode (2), die an der ersten Hauptoberfläche (111) angeordnet ist und mit dem ersten Teil (61) der ersten Schicht (6) in ohmschem Kontakt sieht

— mit einer auf der ersten Hauptoberfläche (111) gegenüber dem zweiten Teil (62) der ersten Schicht (6) angeordneten Steuerelektrode (4), die mit der zweiten Schicht (5) in ohmschem Kontakt steht

— mit einer Hilfsste uerelek- /ode (9), die an der ersten Hauptoberflcche (111) in der Nähe wenigstens eines Teilbereichet- ies ersten Teils (61) angeordnet ist und mit der zweiten Schicht (5) wenigstens einem Teil des zweiten Teils (62) der ersten Schicht (6) in ohmschem Kontakt steht,

— mit einer zweiten Hauptelektrode (3), die in einer vorbestimmten Lage an der ersten oder zweiten Hauptoberfläche (112) angeordnet ist

— wobei der zweite Teil (62) der ersten Schicht (6) zwischen sich und der zweiten Schicht (5) einen sich gegenüber der Steuerelektrode (4) erstrekkenden pn-übergang (62a) bildet, dessen eines Ende an der ersten Hauptoberfläche (111) freiliegt,

— und wobei der zweite Teil (62) der ersten Schicht (6) einen ersten Bereich (14), der sich von der Steuerelektrode (4), gemessen von dem pn-übergang (62a,), mit einer vorbestimmten effektiven Breite (W₁) wegerstreckt, sowie einen zweiten Bereich (13) aufweist, der sich neben dem ersten Bereich (14) von der Steuerelektrode (4), gemessen von dem pn-übergang (62a,) mit einer effektiven Breite (Wi) wegerstreckt die kleiner ist, als die vorbestimmte effektive Breite (W₁) des ersten Bereichs,