DE2912242A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung

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DE2912242A1 DE19792912242 DE2912242A DE2912242A1 DE 2912242 A1 DE2912242 A1 DE 2912242A1 DE 19792912242 DE19792912242 DE 19792912242 DE 2912242 A DE2912242 A DE 2912242A DE 2912242 A1 DE2912242 A1 DE 2912242A1
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Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMtRICH · GERD MÜLLER · D. GRÜSSE · F. POLLMEIER 73
- bh 20.3.1979
Halbleitervorrichtung
Gegenstand dieser Erfindung si.nd Halbleitervorrichtungen nach der vorangestellten Gattung.
Eine bereits bekannte Halbleitervorrichtung besteht aus einem Halb!ieterblock mit einer P-leitenden Anodenschicht und darüber mit einer P-leitenden Basisschicht, über der wiederum eine N-leitende Kathodenschicht angeordnet ist. Zu dieser Halbleitervorrichtung gehört weiterhin auch noch eine N-leitende Zusatzzone, die in die P-leitende Basisschicht ganz in der Nähe der Kathodenschicht eingearbeitet ist.Ein zusätzlicher Anschluß, nämlich eine ringförmige Steuergattelektrode, der in den Zusatzbereich eingearbeitet ist,umschließt einen Kathodenanschluß, der mit der Kathodenschicht verbunden ist. Die Breite des zwischen dem Kathodenanschluß und dem Zusatzanschluß vorhandenen Korridors ist über die ganze Lange konstant.
Weil es notwendig ist, die Steuergattelektrode in einen Randzonenbereich einzubauen, der zwischen dem Zusatzanschluß und der Kante des Halbleiterblockes gelegen ist, ist eine Randzone größerer Breite vorhanden, und das ist die Stuergatt-Randzone. Nach Möglichkeit soll der stärkste Strom im Haupfthyristor erreicht werden. Aus diesem Grunde, wird dann, wenn für die Halbleitervorrichtung ein scheibenförmiges Haibleiterplättchen verwendet wird, die Kathodenschicht im wesentlichen kreisförmig gestaltet. Viel] aber der STeuergattanschluß in der Steuergatt-Randzone hergestellt werden muß, wird die Kathoden-
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schicht mit einem Ausschnitt versehen. Die Kathodenelektrode oder der Kathodenanschluß hat im wesentlichen die Form der Kathodenschicht. Der Zusatzanschluß ist in seiner Form derart ausgeführt, daß er auch der Kante des Kathodenanschlusses entspricht, weil ja die Breite des Korridors zwischen dem Zusatzanschluß und dem Kathodenanschluß konstant ist.
Das Aufschalten eines Steuersignales auf die Steuergattelektrode bewirkt einen sofortigen Halbleitervorrichtungs-Einschaltstrom im Zusatzbereich oder in dessen unmittelbarer Nachbarschaft. Weil die Steuergatt-Randzone breiter ist als die übrige Randzone, kommt es dazu, daß ein starker Strom im Zusatzbereich und in dessen unmittelbarer Nachbarschaft zu fließen beginnt. Der beim Einschalten hervorgerufene Strom fließt durch die Zusatzzone und durch den in diese Zusatzzone eingearbeiteten Zusatzanschluß und durch den Korridor des P-leitenden Basisbereiches in die Kathodenschicht. Das hat wiederum zur Folge, daß ein Hauptthyristor - dieser Hauptthyrister besteht aus der Anodenschicht, aus der N-leitenden Basisschicht, aus der P-leitenden Basisschicht und aus der Kathodenschicht - gezündet und in den Durchlaßzustand geschaltet wird. Der in der erweiterten Randzone erzeugte Strom ist größer als der übrige Strom. Der stärkere Strom fließt durch den Zusatzanschluß, der der erweiterten Randzone benachbart ist, und dann in die ebenfalls der erweiterten Randzone benachbarten Kathodenschicht. Aus diesem Grunde kommt es in der Zone, die der erweiterten Rand-
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zone zu einer Stromkonzentration, die sich auf die Halbleitervorrichtung schädlich und zerstörend auswirken kann.
Wird in Anpassung an den zu erwartenden starken Stromfluß ein scheibenartiges größeres Silizium-Halbleiterplättchen verwendet, dann würde die Stromkonzentration in einen begrenzten Bereich des Halblei terplättchens stattfinden, nämlich in der Randzone dieses Halbleiterplättchens. Weil nun der übermäßig starke Strom in der begrenzten Zone fließt, bewirkt dies, daß diese Zone, zu der ein PN-Übergang gehört, auch nicht als ein PN-übergangsbereich funktioniert und arbeitet, sondern vielmehr wie ein Widerstand. Weil die Neigung zur Stromkonzentration dann gegeben ist, wenn in der Halbleitervorrichtung ein Stoßstrom fließt, würde die Folge davon sein, daß die Halbleitervorrichtung permanent beschädigt und zerstört werden würde.
Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, mit der die vorerwähnten Probleme und Nachteile vermieden werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Halbleitervorrichtung vor, die aus einem Halbleiterblock besteht - dieser Halbleiterblock mit einer einer Anodenschicht der einen Polarität oder Leitfähigkeit; mit einer ersten Basisschicht der entgegengesetzten Polarität oder Leitfähigkeit, auf auf die Anodenschicht aufgesetzt ist; mit einer auf der ersten Basisschicht angeordneten zweiten Basisschicht
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der einen Polarität oder der einen Leitfähigkeit; schließlich auch noch mit einem Zusatzbereich, der in die zweite Basis eingearbeitet und gegen die Kathodenschicht getrennt ist. Der Halbleiterblock hat weiterhin auch noch:- eine Randzone; eine Steuergatt-Randzone; ein Korrdidor, der mit seinem erweiterten Teil nahe der Steuergatt-Randzone angeordnet ist; ein Anodenanschluß, der auf die Oberfläche der Anodenschicht geführt ist und mit dieser in Verbindung steht; einen Steuergattanschl uß, der auf die Oberfläche der zweiten Basisschicht geführt ist und mit dieser in Verbindung steht, wobei der Steuergattanschluß in die Steuergatt-Randzone eingearbeitet ist; ein mit dem Zusatzbereich verbundener Zustatzanschluß, der auch mit der zweiten Basisschicht in Verbindung steht, wobei dieser Zusatzanschluß den Kathodenanschluß in Entfernung umschließt und dabei zwischen der Randzone und dem Korridor angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Steuergatt-Randzone größer ist als die übrige Breite der Randzone, daß weiterhin auch die Breite des erweiterten Teiles des Korridors gegenüber dem übrigen Korridor größer ist.
Diese Erfindung soll nun anhand des in Zeichnung dargestelten AusfUhrungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 Ein Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung in der Draufsicht.
Fig. 2 Einen Schnitt durch die mit Fig. 1 darge-
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stellte Halbleitervorrichtung. Der Schnitt gelegt in die Linie I-I von Fig. 1.
Fig. 3 Ein anderes Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung in der Draufsicht.
Fig. 4 Ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung in der Draufsicht.
Fig. 5 Ein weiteres Ausflihrungsbei spiel der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung in der Draufsicht.
In der Zeichnung sind in allen Darstellungen gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen allgemeinen Hinweiszahlen gekennzeichnet, und dies gilt ganz besonders für Fig. 1 und Fig. 2. Die Halbleitervorrichtung dieser Erfindung entspricht der nachstehenden Beschreibung.
Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 zu erkennen ist, besteht die Halbleitervorrichtung 1 aus einem Halbleiterkörper oder aus einem Halbleiterblock. Zum Halbleiterblock gehören vier Schichten, die aneinander angrenzen. Bei diesen Schichten handelt es sich um: - eine Anodenschicht 2; eine erste Basisschicht 3; eine zweite Basisschicht 4; eine Kathodenschicht 5; schließlich auch noch um eine Zusatzzone 6, die in die zweite Basisschicht 4 eingearbeitet ist.Die einandrer direkt benachbarten Schichten haben jeweils eine andere Polarität oder Leitfähigkeit. Aus vier übereinander angeordneten Schichten besteht der Hauptthyristor, nämlich aus der P-leitenden Anodenschicht2;
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Λ0
aus der N-leitenden ersten Basisschicht 3, aus der P-leitenden zweiten Basisschicht 4 und aus einer N-leitenden Kathodenschicht 5. Der Zusatzbereich oder Steuerbereich 6 funktioniert und arbeitet als die Kathode eines Hi Ifsthyristors oder Steuerthyristors. Der Kathodenanschluß 7 steht in ohmscher Verbindung mit der Kathodenschicht 5, die (nicht dargestellte) verkürzte Elektronenmangelstellen hat. Es handelt sich dabei um eine verkürzte Emitterstruktur. Auf diese Weise steht dann auch der Anodenanschluß 7 in ohmschen Kontakt mit der zweiten Basisschicht 4, und zwar auch über verkürzte Elektronenmangelstellen. Der Anodenanschluß 10 ist derart konstruiert und ausgelegt, daß er in ohmschen Kontakt mit der Anodenschicht 2 steht.
Ein Steuergattanschluß 8, der in ohmschen Kontakt mit der zweiten Basisschicht 4 steht, ist nahe der Zusatz-und Steuerzone 6 in eine Steuergatt-Randzone 12 eingearbeitet. Die Steuergatt-Randzone 12 ist in der Breite größer als die übrige Randzone 13. Gegen den kontiuierlich geführten Korridorbereich 14, 15, der sich ringsum den Kathodenanschluß 9 erstreckt, sind die Randzonen 12 und 13 durch den Zusatzanschluß oder Steueranschluß 9 getrennt. Der Zusatzanschluß/Steueranschluß 9 ist auf den Zusatzbereich oder Steuerbereich 6 und auf die zweite Basisschicht 4 geführt und umschließt in einem Abstand den Kathodenanschluß 7. Nahe der Steuergatt-Randzone 12 ist der Korridor 14 breiter als der übrige Teil des Korridors 15.
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!.τ ist die Breite der Steuergatt-Randzone 12; Lp ist die Breite der übrigen Randzone 13;-c ·, ist die Breite des erweiterten Korridors 14;-c 2 ist die Breite des dann noch verbleibenden Korridors. Wenn bei einer Halbleitervorrichtung die Breite L-, größer ist als die Breite Lp9 dann ist auch die Breite-c, größer als die Breite "C ?. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat die Breite des erweiterten Korridorteiles 14 eine gewisse Gleichmäßigkeit, aber auch die Breite des übrigen und noch verbleibenden Korridorteiles 15 ist gleichmäßig geformt. Wird nun ein Steuerungssignal der Steuergattelektrode 8 aufgeschaltet, dann bewirkt dies, daß der Steuerthyristor sofort gezündet und in den Durchlaßzustand geschaltet wird. Nach dem Einschalten fließt ein Anfangsstrom i2 in den Hilfsthyristor oder in den Steuerthyristor. Der Strom i2 fließt über die Zusatzzone oder Steuerungszone 6 in die Kathodenschicht des Hauptthyristors, desgleichen auch über den Zusaczanschluß oder Steuerungsanschluß 9 und die Korridorabschnitte 14 und 15 der mit Fig. 2 wiedergegebenen, zweiten Basisschicht 4. Der andere Anfangsstrom oder Ruhestrom i, fließt in ähnlicher Weise über die zweite Basisschicht 4 in die Kathodenschicht 5.Sodann wird der Hauptthyristor, der aus der Anodenschicht 2, aus der ersten Basisschicht 3, aus der zweiten Basisschicht 4 und aus der Kathodenschicht 5 besteht, gezündet und in den Durchlaßzustand geschaltet, wobei der Strom i2 dann in den Hauptthyristor fließt.
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Eine Halbleitervorrichtung bekannter Ausführung, bei der das Halbleiterplättchen einen Durchmesser von 75 mm hat, beträgt die Breite L-j = 8 mm und die Breite L9 = 5 mm, während die Breite i ·, = c „ eine Größe von 1 mm hat. l^it dieser Halbleitervorrichtung wird eine Stoßstromfestigkeit von 35 kA und 42 kA errreicht, wenn eine Sinushalbwelle von 50 Hz aufgeschaltet wird. Eine Halbleitervorrichtung dieser Erfindung, die mit Ausnahme der Breite ■i -, = 1.5 mm und der Breite i~ - 1 mm die gleichen Abmessungen aufweist, hat eine Stromstoßfestigkeit, die auf einen Wert von 45 kA bis 50 kA verbessert worden ist.
Das Breitenverhältnis / 1/ c 2 sollte möglichst derart ausgelegt sein, daß der Stromverbrauch in der Zone zwischen der Zusatzelektrode/Steuerelektrode und der Kathodenelektrode überall gleichmäßig ist. Das optimale Breitenverhältnis ζ ■,/e ? liegt in der gleichen Proportion wie das Breitenverhältnis L-./L,. Bai dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel hat das Breitenverhältnis ί ι ι <■ 2 ei'nen Wert von rund 1,3.
Zwecks Vergrößerung des Verhältnisses dv/dt kann die Perinheri.'der Kathodenschicht mit Zähnen versehen oder in Kammform ausgeführt werden, wie die aus Fig. 3 zu erkennen ist. Mit Ausnahme der vorerwähnten Tatsache, sind die Halbleitervorrichtungen nach Fig. 1 und Fig. 3 gleich. Der Anfangsstrom, der durch das dem Steuergatt aufgeschaltete Signal erzeugt wird fließt gleichmäßig über den Zusatzbereich oder den Steuerungsbereich 5S über die Zusatz-
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elektrode oder Steuerelektrode 9 sowie über die Korridorbereiche 14 und 15 in die Kathodenschicht 5. Die gleiche Wirkung wird mit einer Halbleitervorrichtung erreicht, deren Kathodenanschluß eine mit Zähnen besetzte oder kammartige Kante aufweist und bei der eine kreisbogenförmige Kathodenschicht aufgesetzt ist.
Fig. zeigt nun eine Halbleitervorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der mit dieser Erfindung geschaffenen Halbleitervorrichtung. Zu dieser Halbleitervorrichtung gehört ein scheibenförmiges Halbleiterplättchen bestehend aus:- einer P-leitenden Anodenschicht; einer' N-leitenden ersten Basisschicht auf der vorerwähnten Anodenschieht; einer P-leitenden zweiten Basisschicht auf der vorerwähnten ersten Basisschicht; einer scheibenartigen und N-leitenden Kathodenschicht 5, die exzentrisch auf der vorerwähnten zweiten Basisschicht angeordnet ist; schließlich auch noch aus einer Zusatzzone oder STeuerungszone 6, die in die zweite Basisschicht 4 eingearbeitet ist. Der Kathodenanschluß 7 ist auf die Kathodenschicht geführt und steht mit dieser Kathodenschicht in Verbindung. Die Zusatzelektrode/ Steuerelektrode 9 ist auf den Zusatzbereich/Steuerbereich 6 geführt und steht mit diesem Bereich in Verbindung. Der Anodenanschluß ist auf die zweite Basisschicht und auf die Anodenschicht geführt und steht mit der zweiten Basisschicht und mit der Anodenschicht in Verbindung. Die Zusatzelektrode oder Steuerelektrode 9 ist darüber hinaus zur Halbleiter-
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vorrichtung und zur Kathodenschicht hin exzentrisch angeordnet. Diese Zusatzelektrode/Steuerelektrode ist darüber hinaus auch noch derart konstruiert und ausgeführt, daß sie sich ringsum den Kathodenanschluß erstreckt und dabei aber einen Abstand zu diesem Kathodenanschluß einhält. Die Zusatzelektrode oder Steuerungselektrode braucht die Kathodenschicht nicht vollständig zu umschließen. Der Steuergattanschluß 8 ist in die Steuergatt-Randzone 12 eingearbeitet, und zwar ganz nahe bei dem erweiterten Teil 14 des Korridors. Das aber bedeutet, daß die Breite der Randzone 12, 13 und die Breite der Korridorteile 14, 15 über den Umfang betracht nicht gleichmäßig ist. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und mit Fig. 2 beschrieben, ist die Breite L-, der Steuergatt-Randzone 12 größer als die Breite L2 der übrigen Randzone, ist weiterhin die Breite / ·, des erweiterten Korridorteiles 14 größer als die Breite lJ ρ des übrigen Korridorteiles 15.
Eine Halbleitervorrichtung, deren Kathodenschicht 5 einen ausgeschnittenen Teil aufweist und damit in Form eines U-förmigen Bogens ausgeführt ist, ist mit Fig. 5 dargestellt. Der Kathodenanschluß 7 hat eine der Kathodenschicht 5 ähnliche Form und steht mit dieser Kathodenschicht 5 in Verbindung. Die Zusatzelektrode/Steuerelektrode 9, ist ringförmig ausgeführt - sie hat eine dem Kathodenanschluß ähnliche Form - ist aber von der Kathodenelektrode getrennt gearbeitet und zwar derart, daß sie die Kathodenelektrode umschließt. Die Steuergatt-Randzone 12,
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die mit der Steuergatteleketrode 8 in Kontakt steht, ist gegenüber dem übrigen Teil der Randzone 13 größer und breiter ausgeführt, und die Breite ist gleichmäßig. Auch der erweiterte Korridorteil 14 ist gegenüber dem übrigen Korridorteil 15 größer und breiter gehalten, und die Breite ist gleichmäßig.
Mit den vorerwähnten Beispielen ist ein rückwärts sperrender Thyristor beschrieben worden. Diese Erfindung läßt sich aber auch auf einen rückwärts leitenden Thyristor anwenden, beispielsweise auf ein Triac-Element oder dergleichen mehr. Wie bereits zuvor beschrieben worden ist9 fließt der Strom, der in der Steuergatt-Randzone erzeugt wird, desgleichen auch in der anderen Randzone, gleichförmig in die Kathodenschicht, und zwar über den Zusatzbereich oder Steuerbereich, über die Zusatzelektrode oder die Steuerelektrode und über die Korridore der zweiten Basisschicht«, Das aber bedeutet, man hat eine Halbleitervorrichtung, die im Hinblick auf die Stromlei umgseigenschaften zufriedenstellen ist. Weil weiterhin auch der Strom gleichmäßig und gleichförmig durch die Korridore der zweiten Basisschicht fließt, und zwar in die Kathodenschicht, kan diese Halbleitervorrichtung auch größere Stromstärken , Stoßströme und dergleichen mehr aushalten.
- Ende 909840/0813
Αϊ
Leerseife

Claims (1)

  1. PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE · F. POLLMEIER 73
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    Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, 72 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan
    Halbleitervorrichtung Patentansprüche t
    ./Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterblock, der eine Anodenschicht einer ersten Polarität bzw. eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, auf der eine erste Basisschicht des entgegengerichteten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, auf der eine zweite Basisschicht des ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist, ferner mit einer den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisenden und in die zweite Basisschicht eingearbeiteten zusätzlichen Kathodenschicht; ferner mit einer in die zweite Basisschicht eingearbeiteten und gegen die Kathodenschicht getrennte Schicht, sowie mit einer Steuergatt-Randzone, einem der Steuergatt-Randzone benachbarten Korridor mit einem Erweiterungsteil, einem Anodenanschluß, der auf die Oberfläche der Kathodenschicht geführt ist,1 sowie einem Steuergattanschluß, der auf die zweite Basisschicht und deren Oberfläche geführt und in die Steuergatt-Randzone eingearbeitet ist mit einem weiteren Anschluß, der mit dem zusätzlichen Bereich in Kontakt steht, desgleichen auch mit der zweiten Basisschicht, wobei sich dieser weitere Anschluß im wesentlichen rings um den Kathodenanschluß erstreckt, und zwar im Abstand zum Kathodenanschluß und zwischen der Steuergatt-Rand-2one und dem Korridor (Tunnel),
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    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergatt-Randzone (12) in ihrer Breite größer ausgeführt ist als der übrige Teil der Randzone; daß schließlich der ausgeweitete Teil (14) des Korridors (15) in seiner Breite größer gehalten ist als der übrige Teil des Korridors.
    2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterblock eine Scheibenform hat.
    3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht (5) scheibenförmig ist und einen ausgeschnittenen Teil hat.
    4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht (5) und der Halbleiterblock zueinander konzentrisch sind.
    5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht zum Halbleiterblock exzentrisch angeordnet ist.
    6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht (5) in Form eines Kreisbogens ausgeführt ist.
    7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht (5) U-förmig ausgeführt ist.
    909840/0813
    PATENTANWÄLTE F.W. HEMMtrUCH · GERD MÖLLER · ΰ. GhOSSE · F. POLLMEIER 73
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    8. Halbleitervorrichtung nac h Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der KathodenanschluS oder die Kahtodenelektrode (7) in der Form der Form der Kathodenschicht (5) entspricht.
    9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzelektrode oder der Zusatzanschluß (9) in der Form so gehalten ist, daß sie/er mit der Kante des Kathodenanschlusses (7) übereinstimmt.
    10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone (13) und der Korridor (15) in der Breite im wesentlichen konstant sind.
    11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante der Kathodenschicht (5) Zähne aufweist und kammartig gehalten ist.
    12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante der Kathodenelektrode oder des Kathodenanschlusses (7) Zahne aufweist und wie ein Kamm geformt ist.
    13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch.2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzelektrode oder der Zusatzanschluß (9) zum Halbleiterblock hin exzentrisch abgeordnet ist.
    909840/0813
    PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE · F. POLLMEIER 73
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    14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht (5) weiterhin auch noch zur Zusatzelektrode oder zum Zusatzanschluß (9) hin exzentrisch angeordnet ist.
    20.3.1979
    009840/0813
DE2912242A 1978-03-31 1979-03-28 Halbleitervorrichtung Expired DE2912242C2 (de)

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JP (1) JPS5939909B2 (de)
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