DE2830625C2

DE2830625C2 - Mehrschichthalbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2830625C2
Application number: DE2830625A
Authority: DE
Inventors: Jaroslav RNDr Kladno Homola; Milan Dipl.-Ing. Prag/Praha Prokes; Karel Dipl.-Ing. Remajzl
Original assignee: Ckd Praha Op Prag/praha Cs
Current assignee: Ckd Praha Op Prag/praha Cs
Priority date: 1977-08-23
Filing date: 1978-07-12
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DD138122A1; DE2830625A1; CS208929B1; US4298882A

Description

a) der Rand der Emitterschicht (9) in Richtung zur Steuerelektrode (7) ist durch Bereiche der zweiten äußeren Halbleiterschicht (4), die bis zur zweiten i.lauptelektrode (5) reichen, in eine der Zahl der Teile der Hilfsemuterschicht (10) entsprechende Anzahl von Teilen aufgeteilt,

b) zwischen der anderen äußeren Halbleiterschicht (4) und der zweiten Hauptelektrode (5) besteht noch Kontakt über Mikroableitungen (6) bildenden kreisförmige Durchbrüche in der Emitterschicht (9),

c) die kreisförmigen Mikroableitungen (6) sind über die Emitterschicht (9) so verteilt, daß ihre geometrische Anordnung in den Flächenteilen der Emitterschicht (9) gleich ist, die durch Kreise begrenzt sind, deren Mittelpunkt jeweils in der Mitte der einzelnen Teile des aufgeteilten Randes der Emitterschicht (9) liegen und deren Radius mindestens gleich dem l,5fachen des Abstandes zwischen den Mittelpunkten zweier einander am nächsten benachbarter Mikroableitungen (6) ist.

2. Mehrschichthalbleiterbauelement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß die einzelnen Teile der Hilfsemitterschicht (10) und die einzelnen Teile des aufgeteilten Randes der Emitterschicht (9) in Richtung zur Steuerelektrode (7) mit gleichen Kreisausschnitten mit einer Winkelgröße oc zwisehen 18° und 55° abgegrenzt sind und die Anordnung der kreisförmigen Mikroableitungen (6) ein Netz von gleichseitigen Dreiecken bildet, wobei ein durch die Beziehung

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65 bestimmter geometrischer Faktor K sich im Bereich 9 - 10-^Jbisl,8 · 10-' mm²bewegt

in der

r der Radius des Mikroableiters und
d die Entfernung zwischen den Mittelpunkten von je zwei Mikroableitern des Netzes ist.

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichthalbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Mehrschichthalbleiterbauelement ist aus der US-PS 36 81 667 bekannt Der Aufbau des bekannten Halbleiterbauelements ist jedoch verhältnismäßig l-omplizien und weist außerdem den Nachteil auf, daß wegen fehlender Mikroableitungen zwischen der Kathode als zweiter Hauptelektrode und einer äußeren Halbleiterschicht ein schlechter du/di-Parameter erzielt wird.

Aus der DE-OS 25 27 191 und der DE-OS 24 58 431 bekannte Thyristoren verwenden zur Verbesserung der dü/df-Parameter ein Netz von Mikroableitungen zwischen Kathode und der zweiten äußeren Schicht Zur Verbesserung der d//df-Parameter und der Schalteigenschaften verwendet der aus der DE-OS 24 58 431 bekannte Thyristor eine spezielle Anordnung des Steuerbereiches, nämlich eine mit einem Hilfskontakt versehene Hilfsemitterschicht, wobei der Rand der Emitterschicht gegenüber der Hilfsemitterzone eine Reihe von Einbuchtungen aufweist, die jedoch nicht bis unter die zweite Hauptelektrode reichen. Außerdem ist die Hilfsemitterzone nicht aufgeteilt.

Ein Nachteil dieser bekannten Ausführung ist, daß die Konstruktion des Steuerbereiches einen hohen d//di-Parameterwert sichert, jedoch nicht zugleich das Problem der Frciwerdezeitverkürzung löst Zum Erziek.-n einer kurzen Freiwerdezeit muß dann eine bedeutende Absenkung der Minoritätsträgerlebensdauer vorgesehen werden. Dieser Eingriff beeinflußt einerseits rückwirkend negativ den d//df-Wert und führt andererseits hauptsächlich gewöhnlich zu einer Verschlechterung der Temperaturabhängigkeiten der Sperr- und Blokkiercharakteristiken des Bauelementes und zu einem Absinken der Strombelastbarkeit.

Der aus der DE-OS 25 27 191 bekannte Thyristor verwendet als Mikroableitungen zwischen Kathode als zweiter Hauptelektrode und der zweiten äußeren Halbleiterschicht kreisförmige Durchbrüche in der Emitterschicht, deren Anordnung ein Netz von gleichseitigen Dreiecken bildet. Diese Anordnung der Mikroableitungen werden von spiralig ausgeführten verlängerten Armen der Steuerelektrode regelmäßig unterbrochen. Zum Aufbringen der mit den Spiralarmen versehenen Steuerelektrode wird ein verhältnismäßig kompliziertes photolithographisches Verfahren mit sich wiederholenden Schritt-Überlagerungen benötigt, damit die Grenzlinie der zweiten Hauptelektrode entlang den Armen der Steuerelektrode so verlaufen kann, daß sich keine Überschneidung der Randlinie der zweiten Hauptelektrode mit den Punkten der Mikroableitungen einstellen.

Aus der DE-OS 19 48 155 ist ein Thyristor mit Hilfskathode bekannt, bei dem am Rand der Emitterschicht in Richtung zur Steuerelektrode Bereiche der zweiten äußeren Halbleiterschicht bis zur zweiten Hauptelektrode reichen, und bei dem die einander gegenüberliegenden Ränder dieser Hauptelektroden und des Hilfskontakts miteinander verzahnt sind. Dabei weist der Rand der Hilfsemitterschicht in Richtung zur Emitterschicht eine der Zahl der genannten Bereiche entspre-

chende Anzahl von Vorsprüngen auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Mehrschichthalbleiterbauelements mit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines hohen Niveaus für die statischen Parameter, insbesondere die Blockier- und Sperrspannung und die Strombelastbariceit verbesserten dynamischen elektrischen Parametern.

Die obige Aufgabe wird bei einem Mehrschichthalbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung beseitigt die oben angeführten Nachteile der bekannten Halbleiterbauelemente und löst insbesondere das Problem der Erzielung eines hohen Niveaus für die Parameter di/dt und die Freiwerdezeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines hohen Niveaus für die statischen Parameter wie Blockier- und Sperrspannung und Strombelastbarkeit durch eine geeignete geometrische Ausbildung des Steuerbereichs mit Hilfsemitter.

Der Unteranspruch 2 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausbildung davon.

Ein grundsätzlicher Vorteil gegenüber den bekannten Lösungen für die Freiwerdezeit ist eine einfache technologische Realisierbarkeit Die durch die Erfindung erzielte Verbesserung wird nur durch Anwendung einer neuen geometrischen Anordnung des Steuerbereiches und des gesteuerten Emitters erreicht, die keine komplizierte Technologie im Vergleich mit konventionellen Thyristoren mit sich bringt

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Struktur ist in der Zeichnung dargestellt, in der Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die erfindurrgsgemäße Siruktur und F i g. 2 und 3 dieselbe Struktur in Schnitten A-A 'und θ-B'zeigen.

Dabei bezeichnen ί eine Schicht aus Haibieitergrundmaterial, 2 und 4 eine erste bzw. eine zweite äußere Halbleiterschicht von entgegengesetztem elektrischen Leitungstyp <ind 3 und 5 eine erste bzw. eine zweite Hauptelektrode. Mit 6 sind die Mikroableitungen zwisehen der zweiten äußeren Halbleiterschicht 4 und der zweiten Hauptelektrode 5 bezeichnet. 7 ist eine Steuerelektrode und 8 der Kontakt einer Hilfsemitterschicht 10 als mit der zweiten äußeren Halbleiterschicht 4 verbundener Hilfskontakt. 9 ist eine F.mitterschicht. In F 1 g. 1 sind nur die Ränder der zweiten Hauptelektrode 5. des Hilfskontaktes 8 und der Steuerelektrode 7 gestrichelt eingezeichnet.

Ein Beispiel für eine konkrete Ausführung der Erfindung ist ein in konventioneller Technologie, zum Beispiel Diffusionstechnologie hergestellter Thyristor, bei dem in konventioneller Photolithographietechnik die Flächengliederung der Emitterschicht so hergestellt wurde, daß die Mikvoableitungen zwischen der zweiten äußeren Halbleiterschicht und der zweiten Hauptelektrode ein Netz von gleichseitigen Dreiecken bilden, wobei ein durch die Beziehung

bilden. Die Gliederung der Kontakte von der Seite der EmitterscHcht ist in konventioneller Photolithographiertechnik durchgeführt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

in der rder Radius des Mikroableiters und c/die Entfernung zwischen den Mittelpunkten von je zwei Mikroableitern des Netzes ist, bestimmter geometrischer Faktor im Bereich 9 · IO-³ bis 1,8 · 10-' mm² liegt und die Hilfsemitterschicht und der Rand der Emitterschicht in sechs gleiche Teile geteilt sind, deren Grenzen sechs Kreisausschnitte mit Winkeln im Intervall 18° bis 55°

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6.S

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrschichthalbleiterbauelement mit einer Schicht aus einem Halbleitergrundmaterial eines ersten Leitungstyps, die zwischen zwei äußeren Halbleiterschichten vom entgegengesetzten Leitungstyp angeordnet ist von denen die erste äußere Halbleiterschicht mit einer ersten Hauptelektrode in Berührung steht während die zweite äußere Halbleiterschicht eine Emitterschicht und davon getrennt eine Hilfsemitterschicht von jeweils dem Halbleitergrundmaterial gleichem Leitungstyp enthält und Kontakt hat zu einer Steuerelektrode, zu einer zweiten Hauptelektrode als äußerem Anschluß für die Emitterschicht und einem Teil eines Hilfskontakts, dessen anderer Teil als äußerer Anschluß für die Hilfsemitterschicht dient, wobei sich die Hilfsemitterschicht zwischen der Emitterschicht und der Steuerelektrode befindet und in voneinander getrennte Teile unterteilt ist und wobei ferner die Emitterschicht mit der zweiten Hauptelektrode mit Ausnahme des Randgebietes in der Nähe der Steuerelektrode in Kontakt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: