DE2923693C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gate-Abschalt-Thyristor
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Gate-Abschalt-Thyristor dieser Art, der nachfolgend kurz
als GTO-Thryristor bezeichnet wird, ist in der US 39 14 781
beschrieben. Dieser bekannte GTO-Thyristor weist einen er
sten Basisbereich des einen Leitungstyps (z. B. p)
auf, dessen Oberfläche mit einer Gateelektrode in Kontakt
steht. Innerhalb des ersten Basisbereichs ist eine in Form
eines Kamms ausgebildeter Kathodenbereich des anderen Lei
tungstyps vorgesehen, dessen Oberfläche mit einer ent
sprechend kammförmig gestalteten Kathodenelektrode in Kon
takt steht. Schließlich ist ein an den ersten Basisbereich
angrenzender zweiter Basisbereich des anderen Leitungs
typs vorgesehen, der an einen Anodenbereich des einen
Leitungstyps angrenzt, welcher wiederum mit einer
Anodenelektrode in Kontakt steht.
Zum Abschluß eines Leitungsdrahtes an die Kathodenelektrode
weist diese einen zusätzlichen, relativ großen Anschlußbe
reich auf; dies hat jedoch zur Folge, daß beim Abschalten
die Stromkonzentration unterhalb des Anschlußbereiches we
sentlich größer ist als unterhalb der kammförmig gestalteten
Bereiche. Es besteht daher die Gefahr, daß die unterhalb
des Anschlußbereichs befindlichen Regionen beim Abschalten
zerstört werden. Zur Lösung dieses Problems wird daher vor
geschlagen, dieser gefährdeten Region ein anderes Dotie
rungsprofil und/oder eine andere Dotierungstiefe zu verlei
hen. Durch diese Maßnahme wird indes der Herstellungsaufwand
infolge der zusätzlichen Dotierungsschritte beträchtlich
herausgesetzt; zusätzlich wird der Einschaltwiderstand er
höht.
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten GTO-Thyristors liegt
darin, daß der zum Abschalten erforderliche Steuerstrom
relativ hoch, d. h. der Abschaltwirkungsgrad relativ niedrig
ist. Schließlich ist die Stromtragfähigkeit aufgrund des
einzigen, vergleichsweise schmalen Verbindungsstegs vom Ka
thodenkamm zum Anschlußbereich prinzipbedingt begrenzt.
Aus der DE-OS 14 64 982 ist ein GTO-Thyristor bekannt, der
keinen kammförmig gestalteten Kathodenbereich aufweist;
hierdurch ist der Abschaltwirkungsgrad deutlich niedriger
als bei den gattungsgemäßen GTO-Thyristoren. Um gleichwohl
einen befriedigenden Abschaltwirkungsgrad zu erreichen, wird
vorgeschlagen, den Emitterwirkungsgrad herabzusetzen, indem
u. a. der Anodenbereich mit dem angrenzenden zweiten Basisbe
reich durch die Anodenelektrode kurzgeschlossen wird.
Gegenstand der US 36 19 738, der Literaturstelle "1977
IEEE/IAS International Semiconductor Power Converter Confe
rence Records" (Seiten 39 bis 49) sowie der nicht vorveröf
fentlichten DE-OS 29 06 721 sind jeweils GTO-Thyristoren,
bei denen der Kathodenbereich aus mehreren, parallel ange
ordneten Streifen gebildet ist, wobei sich zwischen diesen
Streifen ebenfalls streifenförmige Gateelektroden befinden.
Die Kathodenstreifen werden durch eine einzige, darüberlie
gende Elektrodenplatte verbunden, die mittels einer
Isolierschicht von den Gateelektroden elektrisch getrennt
ist. Obgleich hierdurch relativ gute Abschaltwirkungsgrade
und eine hohe Stromtragfähigkeit erzielbar sind, liegt ein
Nachteil darin, daß die Herstellungskosten aufgrund der
erforderlichen Isolierschicht gegenüber gattungsgemäßen
GTO-Thyristoren deutlich höher sind.
Aus der vorgenannten Literaturstelle "1977 IEEE/IAS . . ." ist
es auch bekannt, die Anodenbereiche lediglich unterhalb
der Kathodenbereiche anzuordnen und in deren Mitte eine
längs verlaufende, eine den Anodenbereich mit der Basis kurzschließende Aussparung vorzusehen. Hierdurch soll der
Emitterwirkungsgrad herabgesetzt und das Abschaltverhalten
verbessert werden.
Schließlich ist aus der US 35 04 242 ein Kombinations-
Halbleiterelement bekannt, das sich bis zu einer vorgebbaren
Stromstärke wie ein Transistor und oberhalb dieses Werts wie
ein Thyristor verhält, womit die jeweiligen Vorteile beider
Schaltelemente verbunden werden sollen. Dieses
Schaltverhalten wird insbesondere dadurch erreicht, daß der
zentrale Bereich dieses "Transistor-Thyristors" im
wesentlichen die pnpn-Struktur eines Thyristors aufweist,
während der ringförmige äußere Bereich die npn-Struktur ei
nes Transistors besitzt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen
Gate-Abschalt-Thyristor gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei verringer
tem Herstellungsaufwand sowie bei erhöhtem Ein- und Abschaltwirkungs
grad eine höhere Stromtragfähigkeit erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeich
nungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen ge
löst.
Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen GTO-Thyristor der Kamm
rücken des Kathodenbereichs breiter geformt ist als dessen
Kammfinger, ist es möglich, längs dieses Kammrückens einen
Anschlußdraht anzubringen; hierdurch besteht zu den strom
führenden Kammfingern eine hinreichend kurze und breite
elektrische Verbindung, was im Gegensatz zu dem weitergebil
deten GTO-Thyristor eine deutlich höhere Stromtragfähigkeit
gestattet. Weiterhin wird mit der erfindungsgemäßen Ausbil
dung der Gateelektrode ein besserer Ein- und Abschaltwirkungsgrad
erzielt. Schließlich erlaubt die spezielle Ausgestaltung des
Anodenbereichs innerhalb einer in dem zweiten Basisbereich
vorgesehenen zweiten Basisschicht den Verzicht auf die im
Stand der Technik erforderliche Änderung des Dotierungspro
fils, wobei schädliche Stromkonzentrationen nicht nur im
Kammrücken, sondern auch in der Mitte der Kammfinger
vermieden werden. Da diese Gestaltung des Anodenbereichs
vergleichsweise weniger Aufwand benötigt, als die bekannte
Änderung des Dotierungsprofils, ist der Herstellungsaufwand
insgesamt deutlich niedriger.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich
nung näher erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine Vorstufe des GTO-Thyristors,
Fig. 2 eine Verbundansicht der Vierschichtstruktur des GTO-
Thyristors nach Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Dotierungsprofils
der verschiedenen Bereiche des GTO-Thyristors nach
Fig. 1,
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines einzelnen Kathoden
kammfingers, des damit verbundenen Anoden
bereiches sowie der dazwischenliegenden Basisbereiche,
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich der nach Fig. 1 einer vollständigen
Ausführungsform des GTO-Thyristors
und
Fig. 6 eine Ansicht des GTO-Thyristors nach Fig. 5 ähnlich der
in Fig. 2.
Der in Fig. 1 gezeigte GTO-Thyristor 10, der eine Vorstufe der Erfindung ist, weist vier Halbleiter
bereiche abwechselnden Leitungstyps auf. Der Anodenbereich
12 hat in dieser Ausführungsform p-Leitfähigkeit
und kann hergestellt werden mittels Diffusion durch eine
Maske. Es kann jedoch eine der
dargestellten Ausführungsform, analoge Struktur geschaffen wer
den, bei der der Bereich 12 n-Leitfähigkeit hat, wobei dann ent
sprechende Änderungen in allen anderen Bereichen des GTO-Thyristors
vorgenommen werden.
Der Anodenbereich 12 mit p-Leitfähigkeit wird in dem Basisbereich
14 mit n-Leitfähigkeit gebildet, wobei dieser Basisbereich vorzugs
weise eine relativ gering dotierte obere Basisschicht 16 auf
weist, die eine Verunreinigungskonzentration von etwa 1014 Atome/
cm3 aufweisen kann. Der Basisbereich 14 schließt auch eine stär
ker dotierte untere Basisschicht 18 ein, deren Verunreinigungs
konzentration bei etwa 1017 Atome/cm3 liegen kann. Während also
der Basisbereich 14, wie bereits erwähnt, n-Leitfähigkeit auf
weist, und die geringer dotierte Schicht 16 üblicherweise als
n-Typ bezeichnet wird, gibt man dem stärker dotierten Abschnitt
18 die Bezeichnung n⁺-Typ.
Durch Schaffen eines Basisbereiches mit einer stärker dotierten
Schicht 18 erhält man gewisse Vorteile. Andere Vorteile kann man
jedoch mit Elementen erhalten, deren n-Typ-Basisbereich ein Ver
unreinigungsprofil aufweist, wie es dadurch erhalten wird, daß
man eine ursprünglich n-leitende Scheibe benutzt, in welcher
die anderen Bereiche gebildet sein, wie dies bereits beschrieben
ist bzw. noch mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben werden wird.
Der p-leitende Anodenbereich 12 hat eine im wesentlichen rechteckförmige
Gestalt mit einer Vielzahl von langgestreckten Aussparungen 38, die
sich von den Kanten des Bereiches zum Zentrum des Bereiches 12
hin erstrecken. Der Anodenbereich 12 bildet somit einen
zentralen Kammrückenbereich 13 mit einer Vielzahl sich davon er
streckender Kammfinger 15.
Über dem n-leitenden Basisbereich 14 liegt der p-leitende Basis
bereich 20. Dieser Bereich 20 kann durch Ein
diffusion einer geeigneten Verunreinigung, wie Bor, bis zu
einer Verunreinigungskonzentration von etwa 1017 Atome/cm3 ge
bildet werden.
Zwei unabhängige Kathodenbereiche 22 und 24 sind im Basisbereich
20 gebildet. Der Bereich 22 ist im wesentlichen ein Spiegelbild
des Bereiches 24 und schließt eine relativ breite Kammrückenfläche
26, zu der leicht ein Kontakt hergestellt werden kann, und eine
Vielzahl fingerartiger Projektionen 28 a, 28 b, 28 c, 28 d und 28 e
ein, die sich von der Kammrückenfläche 26 zum Zentrum des GTO-Thyristors
hin erstrecken. Jeder der Kammfinger 28 hat geeigneterweise
eine Breite von etwa 300 µm, während der Kammrückenbereich 26 eine
Breite von 600 µm aufweist, um das Anbringen eines relativ
dicken Drahtes oder dergleichen leicht zu ermöglichen, damit
der Bereich 26 eine beträchtliche Menge des Stromes tragen
kann, z. B. in der Größenordnung von vielen 10 Amp. Die Bereiche 22 und
24 werden in bekannter Weise am besten durch maskierte Diffusion
hergestellt. Elektroden 30 und 32 liegen auf den n-leitenden
Kathodenbereichen 22 und 24. Die Elektroden 30 und 32 haben all
gemein die gleiche Gestalt wie die Bereiche 22 und 24, doch
sind sie schmaler. Über dem p-leitenden Basisbereich 20 und
eingreifend in die Kathodenbereiche 22 und 24 liegt die Gateelek
trode 34. Vorzugsweise werden die Kathodenelektroden 30 und 32
und die Gateelektrode 34 gleichzeitig aufgebracht, z. B. durch
Aufdampfen einer Metallschicht auf die Oberfläche 36 des GTO-
Thyristors 10 unter nachfolgender Bearbeitung zur Bildung der
drei Elektroden mittels geeignetem photolithographischem Maskie
ren und Ätzen. Die Gateelektrode 34 hat vorzugsweise einen
seitlichen Abstand von den Grenzen der Kathodenbereiche 22 und
24 von etwa 75 µm. Die Gateelektrode 34 schließt eine Vielzahl
sich nach außen erstreckender Finger 36 a, 36 b, 36 c, 36 d, 36 e und
36 f ein, die in die Kathodenfinger 28 und die Kathodenelektroden
30 und 32 eingreifen. Weiter schließt die Gateelektrode 34 einen
relativ breiten (verglichen mit den Fingern 36) zentralen Kammrücken
bereich ein, an dem in bequemer Weise ein Draht angebracht
werden kann, sowie einen relativ schmalen äußeren Abschnitt, der
die Kathodenbereiche 22 und 24 umgibt.
Die Aussparungen 38 sind unter den Zentren der Kathodenfinger 28 ange
ordnet und bilden mit Bezug darauf einen kurzgeschlossene Anoden
struktur. Die Aussparungen 38 erstrecken sich vorzugsweise von einer
Linie, die die Zentren der Krümmungsradien der Enden der Katho
denfinger 28 verbindet, zu einer Linie hin, welche die Zentren
der Krümmungsradien der Bereiche zwischen den Kathodenfingern 28
verbindet; sie liegen daher im wesentlichen nur unterhalb der
zentralen Abschnitte der Kathodenfinger und nicht unterhalb der
Fläche 26.
Der GTO-Thyristor 10 bildet eine Vierschichtstruk
tur, nur in jenen Bereichen, wo die Katho
denbereiche 22 bzw. 24, die Basis 20, die Basis 14 und der Anodenbereich 12 verti
kal, d. h. in Stromflußrichtung gesehen, übereinstimmen.
Fig. 2 zeigt eine Außenlinienansicht desjenigen Abschnittes
nach Fig. 1, der durch das Zusammenfallen der Kathodenbe
reiche 28, des ersten und zweiten Basisbereiches 20 und 14 und
des Anodenbereichs 12 definiert ist. Fig. 2 veranschaulicht so
mit den Teil des ganzen GTO-Thyristors, der im leitenden Zustand ein stromtragender Teil
ist. Die
stromtragenden Teile 40 a-n und 42 a-n können als in Paaren ab,
cd, ef usw. auftretend betrachtet werden, wobei jedes der Paare
die Gestalt und die Außenabmessungen der darüberliegenden Katho
denfinger aufweist, wobei ein zentraler kurzgeschlossener
Abschnitt weggelassen ist, der die Gestalt und die Abmessungen
des Raumes zwischen den Anodenfingern hat. Die vorgenannte
Struktur schließt eine Vielzahl diskreter Vierschichtabschnitte
ein, deren jedes Paar mit einem einzelnen Kathodenfinger
verbunden ist und deren alle Anteil haben an der Anodenelektrode
des GTO-Thyristors. Zur Erleichterung des Vergleiches wird die Breite
jedes der Fingerabschnitte, die ein Paar bilden, als die Halb
breite des Anodenbereichs bezeichnet und hierfür die Abkürzung W be
nutzt. In einem Gateabschaltmodus, d. h. wenn der GTO-Thyristor in Durch
laßrichtung leitet und ein Signal an den Gateanschluß gelegt ist,
der den GTO-Thyristor abschaltet, ist kein Teil der stromleitenden
Fläche physisch in einem weiten Abstand von der
Gateelektrode. Es ist besonders wichtig, daß der relativ breite
re Kammrückenabschnitt des Kathodenbereichs nicht ein stromtragen
der Teil ist auf
Grund der Tatsache, daß sich der Anodenbereich 12 nicht
über die Basen der Vielzahl von Fingern jedes Kathodenab
schnittes hinaus erstreckt. Auf diese Weise ist sichergestellt,
daß alle Teile durch Anlegen eines geeignet gepol
ten Signales an die Gateelektrode abgeschaltet werden und daß
ein Zusammenquetschen des Stromes mit großer Zunahme der Strom
dichte weder unter den Zentren der Kathodenfinger noch
unter den Kammrückenabschnitten des Kathodenbereichs auftritt.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Verunreinigungs
konzentration der verschiedenen Bereiche des in Fig. 1 gezeigten
GTO-Thyristors, wie sie entlang einer Linie A-A durch alle vier Schich
ten zu erwarten wären, d. h. durch den Kathoden
bereich, die erste und zweite Basis einschließlich des stärker
dotierten Abschnittes der zweiten Basis und den Anodenbereich.
Der Kathodenbereich 22 hat eine Oberflächenkonzentration von
etwa 1020 Atome/cm3 und eine Tiefe von etwa 14 µm. Die erste
Basisschicht 20 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa
2 × 1018 Atome/cm3 an der Oberfläche und eine Kon
zentration von etwa 2 × 1017 Atome/cm3 unmittelbar benachbart
dem Übergang zwischen dieser ersten Basisschicht und dem Katho
denbereich. Die erste Basisschicht 20 weist eine Minimaldicke von
etwa 37 µm auf. Der Kathodenbereich 22 und der erste
Basisbereich 20 können wie üblich durch selektive Diffusion ei
ner geeigneten Verunreinigung in eine n-leitende Halbleiterschei
be mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 1014 Atome/cm3
hergestellt werden. Der stärker dotierte Abschnitt des zweiten
Basisbereiches 16 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa 1017
Atome/cm3 und eine Spitzenkonzentration benachbart dem Übergang
zum Anodenbereich 12 von etwa 1016 Atome/cm3. Der Anodenbereich
12 ist p-leitend und hat eine Oberflächenkonzentration von etwa
1019 Atome/cm3 und eine Tiefe von etwa 12 µm, gemessen von der
Bodenoberfläche her.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
geht man von einer n-leitenden Scheibe mit
einer Verunreinigungskonzentration von 1014 Atomen/cm3 aus, die
den zweiten Basisbereich mit n-Leit
fähigkeit umfaßt. Der Abschnitt 18 der zweiten Basisschicht 14 mit
n⁺-Leitfähigkeit wird erhalten durch Eindiffundieren einer geeig
neten Verunreinigung, wie z. B. Phosphor, von der Bodenoberfläche
aus, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wobei man bis
zu einer Oberflächenkonzentration von gerade weniger als etwa
1017 Atomen/cm3 diffundiert. Danach wird die p-leitende Basis
schicht 20 durch Diffusion einer geeigneten Akzeptorverunreinigung,
wie z. B. Bor, durch die obere Oberfläche bis zu
einer Oberflächenkonzentration von etwa 2 × 1018 Atomen/cm3 gebil
det. Geeigneterweise werden Kathodenbereiche 22 und 24 zu
sammen mit dem Annodenbereich 12 gleichzeitig durch maskier
te Diffusion von Phosphor bzw. Bor in einer einzigen Diffusions
stufe hergestellt.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines einzelnen
Kathodenfingers und des damit verbundenen Anoden
bereiches zusammen mit den Basisbereichen dazwischen, um die Wir
kung des kurzgeschlossenen Anodenbereichs 12 und des stärker do
tierten Abschnittes 18 der zweiten Basisschicht darzustellen.
Bekannte Elemente mit Gateabschaltung haben sich häufig als schwie
rig abschaltbar erwiesen. Der Abschaltvorgang schloß ein
Zusammenquetschen des Stroms gegen das Zentrum
des stromtragenden Abschnittes ein. Dieses Zusammen
quetschen führt zu sehr hohen Stromdichten im Zentrum der strom
tragenden Fläche, was den zum Abschalten erforderlichen Gate
strom erhöhte und im schlimmsten Falle zu einer Zerstörung
auf Grund zu großer Stromdichte führen konnte. In ei
nigen Fällen, in denen nur ungenügend Gatestrom zur Verfügung
stand, war kein Abschalten möglich.
Wie leicht ersichtlich, verhindert der Kurzschluß des Anoden
bereichs 12 durch die Anodenelektrode 17 unter dem Zentrum des
Kathodenbereichs 24 die Stromleitung durch den zentralen Ab
schnitt jedes Kammfingers. Wenn daher der
Strom gegen das Zentrum der Finger durch Anlegen eines Abschalt
signales an das Gate zusammengequetscht wird, dann sind die beim
Stand der Technik beobachteten außer
ordentlich hohen Stromdichten am Auftreten gehindert. Da die An
odenfinger enden, ohne sich unter das Rückgrat des Katho
denbereichs zu erstrecken, wird außerdem der Strom nicht in
den relativ breiteren Bereich geleitet, der die Abschnitte ein
schließt, die physisch entfernt liegen von der Gateelektrode und
die daher schwierig abzuschalten wären.
Der stärker dotierte Bereich 18 des zweiten Basisbereichs 14 er
gibt weitere Vorteile. Der Hal
testrom eines GTO-Thyristors ist umgekehrt
proportional dem Schichtwiderstand
des n⁺-leitenden Abschnittes des zweiten Ba
sisbereichs 18 und direkt proportional zur Injektionsspannung.
Da die Injektionsspannung in der Größenordnung von 0,7 Volt im
wesentlichen konstant ist, kann man den Haltestrom dadurch ein
stellen, daß man den Schichtwiderstand variiert, der seinerseits
durch Modifizieren der Verunreinigungskonzentration der n⁺-lei
tenden Schicht 18 variiert werden kann. Es wurde festgestellt,
daß Verunreinigungskonzentrationen im Bereich von 1016 bis 1018
Atomen/cm3 einen Bereich des Schichtwiderstandes ergeben,
der brauchbar ist.
Während der genannte bevorzugte Bereich der Verunreinigungskon
zentration besonders brauchbar ist,
kann man auch etwas außerhalb dieses Bereiches gehen, ohne
die Vorteile der hier beschriebenen besonderen Struktur zu ver
mindern. Im allgemeinen ergibt eine Erhöhung des Schichtwider
standes eine höhere Geschwindigkeit, ein rascheres und leichteres
Abschalten, dies jedoch etwas auf Kosten des Durchlaßspannungs
abfalles, d. h. der Durchlaßspannungsabfall nimmt ebenso zu wie
die Sättigungsspannung und die zum Triggern des Gates erforder
liche Spannung. Indem man nur den Schichtwiderstand der n⁺-lei
tenden Schicht 18 variiert, können gemäß der vorliegenden Erfin
dung GTO-Thyristoren geschaffen werden, deren Eigenschaften
für besondere Anwendungen optimal sind, ohne daß bedeutsame
Veränderungen in der physischen Struktur erforderlich sind.
In Fig. 5 ist die erfindungsgemäße Ausführungsform des GTO-Thyristors
gezeigt, die überbrückende Be
reiche einschließt, um eine Kupplung zwischen den stromtragenden
Bereichen zu schaffen und sicherzustellen, daß für
den Fall, bei dem das Anschalten zuerst an einer oder mehreren
isolierten Stellen der leitenden Vierschichtstruktur stattfindet,
dieses Anschalten sich gleichförmig durch den stromtragenden Ab
schnitt des Elementes ausbreitet. Zu diesem Zweck erstrecken
sich Vorsprünge 52 von den Enden der Finger 15 des Anoden
bereichs 12 unter die Kammrückenabschnitte der Kathodenbe
reiche 24 und 26. Die Radien R der vorspringenden Bereiche gemäß
der bevorzugten Ausführungsform sind
etwas größer als die Krümmungsradien r der Verbindung der Katho
denfinger 24 und des Kammrückenbereichs 26. Auf diese
Weise werden leitende Vierschichtbereiche 56 und 60 gebildet
(siehe Fig. 6), die eine Vielzahl von verbundenen stromtragenden
Bereichen einschließen, die wirksam sind bei der Ausbreitung des
Stroms zwischen den verschiedenen Bereichen für
den Fall, daß einer oder mehrere der Bereiche vor den anderen
anschaltet.
Gemäß der obigen Ausführungsform sind
die Krümmungsradien R der vorspringenden Bereiche 52 so ausge
wählt, daß sich eine Breite in der leitenden Vierschichtstruktur
ergibt, die geringer ist als die Anodenhalbbreite W. Auf diese
Weise ist sichergestellt, daß während des Abschaltens solche
Abschnitte der stromtragenden Struktur des Elementes, die unter
den Kammrückenbereichen der Kathodenemitter 22 und 24 liegen, min
destens so leicht abgeschaltet werden wie diejenigen stromtragenden
Abschnitte, die unter dem Kammfinger liegen.
Es ist ein weiteres Merkmale der überbrückenden Bereiche 54, 58, daß
die Diskontinuität der Anschaltcharakteristik, die häufig
bei durch Gatesignal abgeschalteten GTO-Thyristoren nach dem Stande
der Technik auftreten, beträchtlich vermindert werden. Dies ist
das Ergebnis der verschiedenen stromtragenden Bereiche, die bis
her diskret gewesen sind und nur durch die Anodenelektrode ver
bunden waren, die bei der vorliegenden Erfindung jedoch durch die
überbrückenden Bereiche 54, 58, die stromtragende Vierschicht
bereiche sind, verbunden sind und dadurch sicherstellen, daß kon
tinuierliche Anschaltcharakteristika geschaffen werden.
Claims (4)
1. Gate-Abschalt-Thyristor (GTO) mit einem ersten Basisbe
reich (20) des einen Leitungstyps (p), dessen Oberflä
che mit einer Gateelektrode (34) in Kontakt steht, einem
innerhalb des ersten Basisbereichs in Form eines Kamms aus
gebildeten Kathodenbereich (22) des anderen Leitungs
typs (n), dessen Oberfläche mit einer entsprechend kammför
mig gestalteten Kathodenelektrode (30) in Kontakt steht,
sowie mit einem an den ersten Basisbereich (20) angrenzenden
zweiten Basisbereich (16, 18) des anderen Leitungstyps
(n), der an einen Anodenbereich (12) des einen Leitungs
typs (p) angrenzt, welcher mit einer Anodenelektrode
(17) in Kontakt steht,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. die Gateelektrode (34) in Form eines Kamms ausgebildet ist, dessen Kammfinger berührungsfrei in die entsprechen den Kammfinger der Kathodenelektrode (30) eingreifen,
- 2. der Kammrücken (26) des Kathodenbereichs (22) breiter geformt ist als dessen Kammfinger (28),
- 3. der zweite Basisbereich aus zwei übereinanderliegenden
Basisschichten (16, 18) gebildet ist, wobei die zweite Ba
sisschicht (18) eine relativ höhere Leitfähigkeit (n⁺) als
die erste Basisschicht (16) aufweist, und daß
- 4.1. der Anodenbereich (12) innerhalb der zweiten Basis schicht (18) in Form eines Kamms ausgebildet ist, wobei
- 4.2. sein Kammrückenbereich (13) - in Stromflußrichtung ge sehen - den Kammrücken der Gateelektrode (34) überlappt,
- 4.3. während die Länge seiner Kammfinger (15) so bemessen ist, daß die Kammfinger (28 a bis 28 e) des Kathodenbereichs (22) überlappt sind,
- 4.4. wobei die zwischen den Kammfingern (15) des Anodenbe reichs (12) befindlichen Aussparungen (38) in der Mitte des jeweiligen Überlappungsgebiets mit dem Kathodenbereich (22) verlaufen und schmaler als dessen Kammfinger sind,
- 4.5. wobei die Endbereiche der Kammfinger (15) des Anoden bereichs (12) derart geformt sind, daß die jeweils zwei benachbarte Kammfinger (28) verbindenden Kammrückenbereiche (54 a bis 54 e, 58 a bis 58 e) des Kathodenbereichs (22) in ei nem geringen, zur Kopplung zwischen den stromtragenden Bereichen ausreichenden Maße überlappt sind,
- 5. und wobei die Anodenelektrode (17) den Anodenbereich an dessen Grenzflächen mit der zweiten Basisschicht (18) kurz schließt.
2. Gate-Abschalt-Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kammfinger (28 a bis 28 e) des Kathodenbe
reichs (22) jeweils in einem Bogen zum Kammrücken (26) hin
auslaufen und daß die den Kammrücken überlappenden End
bereiche der Kammfinger (15) des Anodenbereichs (12) bogen
förmig derart ausgebildet sind, daß sich halbringförmige
Überlappungsbereiche (54 a bis 54 e, 58 a bis 58 e) bilden.
3. Gate-Abschalt-Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Breite der den Kammrücken überlappenden
Endbereiche der Kammfinger (15) des Anodenbereichs (12)
kleiner gewählt ist als die Breite der jeweils überlappten
Hälfte der Kammfinger (28 a bis 28 e) des Kathodenbereichs
(22).
4. Gate-Abschalt-Thyristor nach einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrode (34)
in Form eines Doppelkamms ausgebildet ist, der einen
zentralen Kammrücken aufweist, von dem aus sich die Kammfin
ger in beide Richtungen erstrecken, und daß die Kathoden
elektrode (30) sowie der von ihr kontaktierte Kathodenbe
reich (22) aus zwei Kämmen gebildet sind, die jeweils von
außen in den zwischen ihnen befindlichen Doppelkamm ein
greifen.
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---|---|---|---|
US91556378A | 1978-06-14 | 1978-06-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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- 1979-06-13 FR FR7915122A patent/FR2428918A1/fr active Granted
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Legal Events
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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