DE2846698A1 - Festkoerper-strombegrenzer - Google Patents

Festkoerper-strombegrenzer

Info

Publication number
DE2846698A1
DE2846698A1 DE19782846698 DE2846698A DE2846698A1 DE 2846698 A1 DE2846698 A1 DE 2846698A1 DE 19782846698 DE19782846698 DE 19782846698 DE 2846698 A DE2846698 A DE 2846698A DE 2846698 A1 DE2846698 A1 DE 2846698A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current limiter
current
substrate
layer
limiter according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19782846698
Other languages
English (en)
Inventor
Gordon Barr Spellman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cutler Hammer World Trade Inc
Original Assignee
Cutler Hammer World Trade Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cutler Hammer World Trade Inc filed Critical Cutler Hammer World Trade Inc
Publication of DE2846698A1 publication Critical patent/DE2846698A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0646—PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S257/00—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/914—Polysilicon containing oxygen, nitrogen, or carbon, e.g. sipos

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper-Strombegrenzer.
Gemäß der Erfindung wird ein Festkörper-Strombegrenzer vorgeschlagen, welcher ein Substrat aus Halbleitermaterial mit einer Anzahl von darin ausgebildeten und durch einen inaktiven Bereich getrennten aktiven Punktbereichen umfaßt/ wobei die aktiven Punktbereiche Leitungskanäle bilden, durch welche ein begrenzter Strom fließt, wenn über dem Substrat ein oberhalb eines bestimmten Wertes liegendes elektrisches Feld angelegt wird, und wobei der inaktive Bereich dazu dient, einen Stromfluß durch ihn zu verhindern und einen Kühlkörper um die einzelnen aktiven Punktbereicbszu bilden.
Eine im folgenden beschriebene bevorzugte Ausführungsform schafft einen Strombegrenzer, welcher auf einem einzelnen Chip sowohl eine Anzahl von aktiven Punktbereichen hoher Leistungsdichte als auch eine angemessene Kühlkörpereinrichtung integriert, um die Erscheinung des "streuungsbegrenzten Geschwindigkeitseffekts11 für Strombegrenzungszwecke oberhalb eines bestimmten angelegten elektrischen Feldes ohne zerstörenden thermischen Durchbruch ausnützen zu können. Die Ausführungsform weist einen verhältnismäßig einfachen Aufbau mit verhältnismäßig großen Abmessungen und damit erleichterter Herstellung auf und ermöglicht außerdem die Anwendung von Standard-Herstellungstechniken. Sie kann als diskrete Komponente oder integriert mit anderen Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt sein.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.
909823/05 A 5
— D ~
Auf dieser ist bzw. sind
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Trägergeschwindigkeit als Funktion des elektrischen Feldes
bei einem typischen Halbleiter;
Fig. 2 eine Draufsicht mit entfernter Metallisierung
einer Ausführungsform der Erfindung, 10
Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie 3-3 der Fig. 2 und
Fig. 4 ein Schaltbild, welches eine von vielen vorteilhaften Anwendungen des Strombegrenzers der
Fign. 2 und 3 wiedergibt.
Die bekannte Erscheinung des "streuungsbegrenzten Geschwindigkeitseffekts" ist in allen Halbleitermaterialien vorhanden. Bei Raumtemperatur bewegen sich freie Elektronen (ungebundene Elektronen außerhalb der äußeren Schale der Atone im Gitter) regellos mit hoher Geschwindigkeit. Anlegen eines elektrischen Felds über das Halbleitermaterial ändert die regellose Geschwindigkeit der Elektronen und resultiert in einem Stromfluß.
Die Größe des Stromflusses kann über statistische Verteilungen, basierend auf Newtonscher Stoßmechanik zwischen den Elektronen und dem Gitter, berechnet werden. Mit Zunahme des angelegten elektrischen Felds nimmt die Geschwindigkeit der freien Elektronen zu, und unter der Annahme, daß der Abstand zwischen Stoßen konstant bleibt, gilt weiterhin das Ohmsche Gesetz, d.h., der Strom (mittlere Geschwindigkeit der freien Elektronen) nimmt linear mit dem angelegten elektrischen Feld zu.
809823/0545
Bei einem bestimmten Wert E-j dss angelegten elektrischen Feldes nimmt die Geschwindigkeit der freien Elektronen nicht weiter zu, sondern bleibt, wie in Fig. 1 gezeigt, konstant. Dies ist die Erscheinung des "streuungsbegrenzten Geschwindigkeitseffekts". Eine weitere Zunahme des Feldes über E-j hinaus erhöht die Geschwindigkeit der freien Elektronen nicht und damit auch nicht die Stärke des elektrischen Stroms. Oberhalb E1 folgt also das Material nicht mehr dem Ohmschen Gesetz.
Diese Erscheinung wird theoretisch mit dem Gesetzen quantenmechanischer Wellenbewegung erklärt. Unterhalb von E-] haben die Elektronen Energien, die quantenmechanischen Wellen bestimmter Frequenzen entsprechen, die eine hohe Stoßwahrscheinlichkeit mit Atomen eines bestimmten Vibrationsschwingungstyps innerhalb des Gitters haben, was zur Emission eines sogenannten akustischen Phonons führt. Oberhalb von E-j haben die Elektronen höhere Energien, die quantenmechanischen Wellen höherer Frequenz entsprechen, welche die zusätzliche Wahrscheinlichkeit von Stoßen mit anderen Atomen eines anderen Vibrationsschwingungstyps innerhalb des Gitters haben, was zur Emission eines sogenannten optischen Phonons führt. Diese zusätzlichen Stöße begrenzen die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen und damit die Strommenge. Ein Erhöhen des angelegten elektrischen Felds über den Wert von E-j hinaus erhöht die Stoßwahrscheinlichkeit, und die erhöhte Anzahl von Stoßen errichtet eine Obergrenze für die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen trotz deren erhöhter Energie.
Die Fign. 2 und 3 zeigen die bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten Strombegrenzers, der die Ausnutzung der Erscheingung des "streuungsbegrenzten Geschwindigkeitseffekts11 ermöglicht. Ein N+-Substrat weist eine darauf ausgebildete epitaxiale N-Schicht 4 auf.
809823/0545
Eine perforierte P-Schicht 6 ist zur Bildung einer Anzahl von N-Punktbereichen oder Kanälen 8 in die Schicht 4 eindiffundiert. Zusätzlich sind Metallisierungen 10 und 12 und Anschlüsse 14 und 16 als Schaltungsanschluß vorgesehen. Ein bezüglich des Anschlusses 14 an den Anschluß 16 angelegtes positives Potential bewirkt einen Stromfluß durch die Kanäle 8. Sperr-PN-Übergänge 18, die durch die Grenzzone der Schichten 4 und 6 gebildet werden, verhindern, daß Strom durch die Schicht 6 fließt. Es liegt also eine Anzahl von aktiven Punktbereichen oder Leitungskanälen 8 vor, die getrennt und umgeben von einem einschließenden inaktiven Bereich 6 sind.
Anlegen eines über E1 liegenden elektrischen Feldes zwischen den Anschlüssen 16 und 14 führt zu einer extrem hohen Stromdichte in den Kanälen 8, die eine große Wärmemenge erzeugen, die abgeführt werden muß, um den zerstörenden thermischen Durchbruch zu vermeiden. Die P-Schicht 6 wirkt als Kühlkörper, der diese Wärme abführt. Anstelle der P-Schicht 6 könnte auch eine einfache dielektrische Isolation verwendet werden. Eine andere Abwandlung bestünde darin, eine begrabene P-Schicht anstelle der oberflächlichen P-Schicht 6 vorzusehen, wodurch ein bipolares Arbeiten möglich würde. Ebenso könnte, falls gewünscht, anstelle des N-Substrats ein P-Substrat verwendet werden, weil auch P-Material den "streuungsbegrenzten Geschwindigkeitseffekt11 zeigt.
Die krisbische Notwendigkeit ist die angemessener Wärmeabfuhr. Wäre beispielsweise in den Fign. 2 und 3 die Schicht 6 weggelassen, würde Strom extrem hoher Dichte über die gesamte Fläche der Schichten 3 und 4 bei Anlegen eines oberhalb von E-j liegenden elektrischen Feldes fließen, und die Vorrichtung würde ausbrennen, weil die Fläche zu groß ist, als daß angemessene herkömmliche Kühlkörper, wie-etwa
809823/0545
aufgesetzte Kühlrippen usw., vorgesehen werden könnten. Wenn der Oberflächenbereich beispielsweise auf die Größe eines einzelnen Punkts reduziert wäre, wäre die Menge des Stromflusses für praktische Anwendungen zu gering. Die Ausführungsform der Fign. 2 und 3 bietet eine ausreichende Fläche für eine brauchbare Strommenge und außerdem die notwendige Kühlkörpereinrichtung. Die Erfindung ermöglicht daher beide bislang unvereinbare Resultate/ und dies auf einem einzigen Chip, indem viele voneinander getrennte Hochleistungsstromdichte-Punkte zu einem einzigen Aufbau integriert sind. Die Leistungsdichte in den Kanälen ist sehr hoch, die Kühlkörperwirkung der Schicht 6 hält aber die mittlere Leistungsdichte an der Oberfläche auf einem gemäßigten Wert, so daß ein Ausbrennen der Vorrichtung vermieden ist. Der kumulative Stromflüß durch die vielen Kanäle schafft eine für praktische Anwendungen brauchbare Strommenge.
Im folgenden wird nun ein spezifisches Beispiel angegeben. Unter Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial und für eine vernünftig hohe Arbeitstemperatur, beispielsweise 473 K (200° C), beträgt die niedrigste Dotierungsmenge, die das Silizium zu einem Fremdhalbleiter macht, ungefähr N (Dichte der freien Elektronen) = 10^5 Elektronen/cm3.
Ein Satz von empirisch bestimmten Werten für die Geschwindigkeit und das elektrische Feld im Punkt 20 der Fig. 1 ist
E = 105 V/cm
Geschwindigkeit = 107 cm/sec.
(Ferner siehe hierzu Physics of Semiconductor Devices, S.M. Sze, John Wiley and Sons, Inc., 1969, Seiten 56-59, insbesondere Fig. 29, hinsichtlich anderer Werte für das elektrische Feld und die Trägergeschviindigkeit.)
909823/0545
- ίο -
Mit den obigen Werten läßt sich folgende Rechnung aufstellen:
Leistungsdichte = E{V/cm) · I (A/cm2) = E(V/cm) * N(Elektronen/cm3) ·
• qo(Cb/Elektron) · ν (cm/sec)
= 105 V/cm · 1015 Elektronen/cm3 ·
• 1,6 * 10~19 Cb/Elektron - 107 cm/see = 1,6 · 1O8 W/cm3.
In einer besonderen Ausführungsform zur Verwendung in einen 30-Volt-Spannungssystem für Flugzeuge wurde eine Schicht einer Dicke von 3 Mikron verwendet. Mit einer Punktfläche von 1O-4 cm2 läßt sich die folgende Rechnung aufstellen:
Leistung für einzelnen Punkt = Leistungsdichte (W/cm3) · * Punktfläche (cm2) · Punktdicke (cm)
' = 1,6 * 108 W/cm3 - 10~4 cm2 -
- 3 * 10~4 cm =4,8 W/Punkt.
Eine bekannte Vorrichtung, welche bei ähnlich hohen Leistungsdichten wie die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet ist eine Impatt-Diode (Lawinen-Laufzeit-Diode). Eine Impatt-Diode mit einer Fläche von 1 0""4 cm2 kann bei einer Temperaturerhöhung von 200° C ungefähr 20 Watt ableiten. (Weiteres hierzu siehe obige Literaturstelle, Seiten 256 bis 257, insbesondere Fig. 36.) Basierend auf obiger Berechnung von 4,8 W/Punkt, wird das besondere beschriebene Beispiel des Strombegrenzers eine Punkttemperaturerhöhung von 100° C zeigen.
809823/0545
Das obige Verfahren zur Berechnung der Temperatur lokaler heißer Punkte gilt so lange, als die Punkte wenigstens einige Durchmesser voneinander getrennt liegen. Eine solche Anordnung hinsichtlich der Abstände wird, ohne Einschränkung der Erfindung , bevorzugt, insbesondere für hohe Stromdaten. Bei dem spezifischen beschriebenen Beispiel beschränkt die Vorrichtung den Strom auf 3OA für 0,3 Sekunden bei 30V (zwischen den Anschlüssen 16 und 14) und führt 10A bei 1V für eine unbeschränkte Zeit. Im allgemeinen wird der Abstand der Punkte bei der Auslegung des Strombegrenzers durch die ihm auferlegten Leistungsund Zeiterfordernisse bestimmt. Größere Abstände der Punkte erhöhen die Zeitdauer, während der Strom begrenzt wird. Ausreichend große Abstände der Punkte ergeben eine kontinuierliche Begrenzung des Stroms.
Eine besonders nützliche Anwendung der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Ein Leistungsthyristor 22 mit einer Anode A und einer Kathode K ist für einen Anschluß über einer Last (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Stromfluß durch diese zu steuern. Ein Tor-Anschluß G ist für das Anlegen eines Auslösesignals zur Zündung des Thyristors 22 vorgesehen. Ein thermisch empfindlicher Thyristor 24 ist zwischen G und K parallel zum Tor des Leistungsthyristors 22 elektrisch angeschlossen. Der Thyristor 24 spricht auf eine bestimmte Temperatur durch ein inneres Schalten zwischen Zuständen an und kann entsprechend den in der US-Patentschrift 3 971 056 oder der US-Patentanmeldung 652 192 beschriebenen aufgebaut sein. Wie es die US-Patentschrift 4 050 083 lehrt, können die Thyristoren 22 und 24 auf einem einzigen Chip integriert sein, wobei das gemeinsame Substrat die beiden Thyristoren thermisch koppelt. Ebenso könnten die Thyristoren 22 und 24 auch diskrete Komponenten mit einer thermischen Koppeleinrichtung zwi-
»09823/0545
schon ihnen sein. Der Thyristor 24 iühlt Temperatur des Thyristors 22 ab und spricht auf einen bestimmten Wert für diese mit einem inneren Schalten in dem Leitungszustand an, wodurch der Tor-Strom durch diesen und weg vom Tor des Thyristors 22 nebengeschlossen wird. Ein veränderbarer Widerstand 26 stellt die Schalttemperatur des Thyristors 24 ein. Damit ist diese Anordnung eine thermisch selbstgeschützte Leistungsschaltvorrichtung, da der Thyristor 24 oberhalb einer bestimmten Temperatur des Leistungsthyristors 22 den Tor-Strom automatisch nebenschließt.
Wenn der Thyristor 24 den Tor-Strom weg vom Thyristor 22 nebenschließt, bleibt letzterer weiterhin leitend, bis der Stromfluß durch ihn unter den Haltestrom abfällt. Wenn beispielsweise zwischen A und K eine Wechselstromquelle eingeschaltet ist, bleibt der Thyristor 22 bis zum Ende des Zyklus, wo die angelegte Spannung durch Null geht oder irgendeinen Haltewert absinkt, leitend; und der Thyristor 22 schaltet im nächsten Zyklus nicht wieder ein. Somit liegt ein ungeschützter Teilzyklusabschnitt vor.
Der Strombegrenzer 2 kann in Reihe mit dem Leistungsthyristor 22 geschaltet sein, um den Schutz während des Teilzyklusabschnitts durch Begrenzung des Stromflusses zu gewährleisten. Der Strombegrenzer 2 muß den Strom nur für eine Zeit begrenzen, die gleich dem Rest einer einzelnen Periode bzw. eines einzelnen Zyklus der Spannungsversorgung ist, weil der Thyristor 22 während der nachfolgenden Zyklen ausgeschaltet bleibt. Beispielsweise beträgt bei einer Wechselspannungsquelle von 60 Hz die maximale Zeitdauer, für die der Strom begrenzt werden muß, einen Halbzyklus bzw. 0,008 see. Die Stromdaten des Thyristors 22 bestimmen die Werte, auf welche der Strom durch den Strombegrenzer 2 begrenzt werden muß. Die Erfindung in Kombination mit der Anordnung der Fig. 4 leistet daher einen vollständigen Schutz des Thyristors 22 ohne unge-
809823/0545
schützten Teilzyklusabschnitt, während welchem sonst Kurzschluß, sprunghafte Stromanstiege usw. den Thyristor 22 und/oder eine darüberliegende Last beschädigen könnten.
Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäBen Vorrichtung ist die Einfachheit ihrer Integration, entweder als Einzelkomponente oder zusammen mit anderen Komponenten. Der erfindungsgemäße Strombegrenzer wird bevorzugt unter Verwendung von Diffussionstechniken hergestellt, weil der verhältnismäßig einfache Aufbau nur wenige Diffusionsvorgänge erfordert. Ein epitaxialer Aufbau wird bevorzugt, weil er einen gleichförmigen und hohen Widerstand im aktiven Leistungsabführungspunkt bietet. Die Diffusionen sind seicht und damit die Diffusionszeiten kurz. Es sind verhältnismäßig große Abmessungen im Spiel, was eine leichte Herstellung gewährleistet. Ferner können Standard-Herstellungstechniken verwendet werden.
Der Strombegrenzer 2, Fig. 4, kann zusammen mit den Thyristoren 22 und 24 auf dem gleichen Chip ausgebildet sein. Der Strombegrenzer kann zusammen mit vielen anderen integrierten Schaltungen für Schutzzwecke hergestellt wer-' den, oder aber er kann getrennt als Einzelkomponente verwendet werden.
Ein anderes Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß, weil der "streuungsbegrenzte Geschwindigkeitseffekt" unabhängig von der Minoritätsträgerlebensdauer ist, ein weiter Bereich von Materialien und Aufbauten möglich ist. Beispielsweise können Vielfachpunkte aus GaAs (Galliumarsenid) auf einer Siliziumeinkristallscheibe abgeschieden v/erden, was zu einer niedrigeren Feldspannungsschwelle für die Strombegrenzung führt, als sie mit Silizium erreichbar ist. Ein weiteres Beispiel wäre GaAsPh (Galliumarsenidphosphid).
Ki/fg
809823/0545
Leerseite

Claims (10)

  1. PATENTANS PRÜCHE
    Oi Festkörper-Strombegrenzer, g e k e η η zeichnet durch ein Substrat (3) aus Halbleitermaterial rait einer Anzahl von darin ausgebildeten und durch einen inaktiven Bereich (6) getrennten aktiven Punktbereichen (8), wobei die aktiven Punktbereiche Leitungskanäle bilden, durch welche mit Anlegen eines oberhalb einer bestimmten Stärke liegenden elektrischen Felds über das Halbleitersubstrat eine begrenzte Strommenge fließt,und der inaktive Bereich einen Stromfluß durch ihn selbst nicht erlaubt und als Kühlkörper um die aktiven Punktbereiche herum dient.
    809823/05 4 5
    ORIGINAL INSPECTED
  2. 2. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er so aufgebaut ist, daß die Strommenge durch die Leitungskanäle mit zunehmender Stärke des über dem Substrat angelegten elektrischen Felds zunimmt, bis die bestimmte Stärke erreicht ist, wonach die durch die Leitungskanäle fließende Strommenge durch den streuungsbegrenzten Geschwindigkeitseffekt begrenzt ist.
  3. 3. Strombegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aktiven Punktbereiche (8) leicht dotiert sind, so daß der Effekt von Leitungsträger-Gitterstößen signifikant ist.
  4. 4. Strombegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (3) einen bestimmten Leitungstyp hat und daß der inaktive Bereich (6) eine perforierte Schicht im Substrat umfaßt, wobei die Leitungskanäle Teile des Substrats sind, die sich durch die Perforationen dar Schicht erstrecken.
  5. 5. Strombegrenzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die perforierte Schicht den entgegengesetzten Leitungstyp hat. 25
    909823/05Λ5
  6. 6. Strombegrenzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die perforierte Schicht auf einer Außenfläche des Substrats (3) angeordnet ist, wodurch die aktiven Punktbereiche (8) an der Außenfläche und durch den inaktiven Bereich (6) umgeben und getrennt sind, wobei der Übergang (18) zwischen der Schicht und dem Substrat (3) den Strom durch die Schicht in der einen Richtung sperrt.
  7. 7. Strombegrenzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht im Substrat (3) durch eine Einzeldiffusion ausgebildet ist.
  8. 8. Strombegrenzer nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet, daß die Schicht im Substrat
    (3) begraben ist, was die Möglichkeit des bipolaren Arbeitens des Strombegrenzers bietet.
  9. 9. Strombegrenzer nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die perforierte Schicht dielektrisches Material aufweist.
  10. 10. Strombegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß die aktiven Punktbereiche (8) um wenigstens einen Durchmesser voneinander getrennt sind, wodurch die mittlere
    909823/0545
    Leistungsdichte längs des Strombegrenzers trotz der hohen lokalen Leistungsdichte in den aktiven Punktbereichen durch die Kühlkörperwirkung des inaktiven Bereiches (6) auf einem mäßigen Wert gehalten wird, wodurch in einem Einzelchip eine angemessene Kühlkörpereinrichtung und eine für praktische Anwendungen brauchbare Strommenge geboten wird.
    809823/0S45
DE19782846698 1977-11-30 1978-10-26 Festkoerper-strombegrenzer Ceased DE2846698A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/855,933 US4187513A (en) 1977-11-30 1977-11-30 Solid state current limiter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2846698A1 true DE2846698A1 (de) 1979-06-07

Family

ID=25322467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19782846698 Ceased DE2846698A1 (de) 1977-11-30 1978-10-26 Festkoerper-strombegrenzer

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4187513A (de)
JP (1) JPS5477075A (de)
DE (1) DE2846698A1 (de)
FR (1) FR2410879A1 (de)
GB (1) GB1599500A (de)
IT (1) IT1109633B (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55132968U (de) * 1979-03-09 1980-09-20
DE2926757C2 (de) * 1979-07-03 1983-08-04 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Halbleiteranordnung mit negativem differentiellen Widerstand
JPS6066518A (ja) * 1983-09-21 1985-04-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体集積回路
US4982248A (en) * 1989-01-11 1991-01-01 International Business Machines Corporation Gated structure for controlling fluctuations in mesoscopic structures
WO1995007548A1 (de) * 1993-09-08 1995-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Strombegrenzer
WO1996019831A2 (en) * 1994-12-20 1996-06-27 Philips Electronics N.V. Circuit arrangement, and junction field effect transistor suitable for use in such a circuit arrangement

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3953879A (en) * 1974-07-12 1976-04-27 Massachusetts Institute Of Technology Current-limiting field effect device
DE2553701A1 (de) * 1974-11-29 1976-08-12 Thomson Csf Mit dem gunn-effekt arbeitende halbleitereinrichtung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE572049A (de) * 1957-12-03 1900-01-01
US3516017A (en) * 1967-06-14 1970-06-02 Hitachi Ltd Microwave semiconductor device
US3689993A (en) * 1971-07-26 1972-09-12 Texas Instruments Inc Fabrication of semiconductor devices having low thermal inpedance bonds to heat sinks
US3852794A (en) * 1972-05-11 1974-12-03 Trustees Of Leland Stamford Ju High speed bulk semiconductor microwave switch
JPS5218110B2 (de) * 1973-09-20 1977-05-19
US4134122A (en) * 1974-11-29 1979-01-09 Thomson-Csf Hyperfrequency device with gunn effect
JPS5220314A (en) * 1975-08-07 1977-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Reservoir for storing hydrogen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3953879A (en) * 1974-07-12 1976-04-27 Massachusetts Institute Of Technology Current-limiting field effect device
DE2553701A1 (de) * 1974-11-29 1976-08-12 Thomson Csf Mit dem gunn-effekt arbeitende halbleitereinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
GB1599500A (en) 1981-10-07
JPS5477075A (en) 1979-06-20
US4187513A (en) 1980-02-05
FR2410879A1 (fr) 1979-06-29
FR2410879B3 (de) 1981-10-02
IT1109633B (it) 1985-12-23
IT7869734A0 (it) 1978-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014112315A1 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zum Auslösen eines Avalanche-Durchbruches
DE2137211A1 (de) Hybrider Leistungsbaustein
DE102015108537B4 (de) Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur
DE6606125U (de) Halbleiterelement fuer ein stosspanungsfestes halbleiterventil
DE102019202108A1 (de) Halbleitervorrichtung
EP0214485B1 (de) Asymmetrischer Thyristor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2846698A1 (de) Festkoerper-strombegrenzer
DE112019007159T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102014109489B4 (de) Elektrisch leitendes element, halbleitervorrichtung mit dem elektrisch leitenden element und verfahren zum herstellen einer wärmesenke
DE3888462T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer gegen Überspannungen selbst-geschützten Halbleiteranordnung.
DE2059445C2 (de) Hochfrequenzoszillator mit einer Halbleiter-Grenzschichtdiode
DE10205324A1 (de) Halbleiterbauelement
DE1639177C3 (de) Monolithisch integrierte Gleichrichterschaltung
DE1514061A1 (de) Unipolarhalbleiterbauelement
DE1439316C3 (de) Anordnung zur Erzeugung und/oder Verstärkung elektromagnetischer Strahlung
DE3927866A1 (de) Halbleiterbauelement
DE102020127671A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE2128304A1 (de) Halbleiterbauelement
DE19938209B4 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zur Herstellung
DE1130525B (de) Flaechentransistor mit einem scheibenfoermigen Halbleiterkoerper eines bestimmten Leitungstyps
DE102015105816A1 (de) Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur
DE8418025U1 (de) Halbleiterbauelement
CH695520A5 (de) Halbleitervorrichtung.
DE69031935T2 (de) Druckkontakt-Halbleiteranordnung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE1514911C (de) Steuerbares Halbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: STREHL, P., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. SCHUEBE

8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: H01L 47/00

8131 Rejection