DE2928685A1 - Thyristor mit gesteuertem strom bei spannungsdurchbruch und verfahren zur begrenzung des durchbruchstroms in durchlassrichtung durch einen thyristor - Google Patents

Thyristor mit gesteuertem strom bei spannungsdurchbruch und verfahren zur begrenzung des durchbruchstroms in durchlassrichtung durch einen thyristor

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DE2928685A1 DE19792928685 DE2928685A DE2928685A1 DE 2928685 A1 DE2928685 A1 DE 2928685A1 DE 19792928685 DE19792928685 DE 19792928685 DE 2928685 A DE2928685 A DE 2928685A DE 2928685 A1 DE2928685 A1 DE 2928685A1
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Description

  • Thyristor mit gesteuertem Strom bei Spannungsdurchbruch
  • und Verfahren zur Begrenzung des Durchbruchstroms in Durchlaßrichtung durch einen Thyristor Die Erfindung bezieht sich auf Thyristoren, insbesondere auf Thyristoren mit einem-lokalisierten Bereich innerhalb des Halbleiterkörpers, in dem die Durchbruchspannung zündet, wenn die in Durchlaßrichtung gerichtete Anoden-Kathoden-Spannung die Durchlaß-Durchbruchspannung übersteigt.
  • Wird ein Thyristor in den leitenden Zustand gebracht, indem die in Durchlaßrichtung gerichtete Durchbruchspannung überschritten wird, so kann dies zu einer Zerstörung des Bauelementes führen. Ein Grund für die Zerstörung ist die geringe Größe des Spannungs-Durchbruchbereiches, der anfänglich eingeschaltet wird. Steigt der Strom schnell auf große Werte, bevor ein ausreichender Bereich des den Hauptstrom führenden Teils des Bauelementes eingeschaltet ist, so treten beträchtliche Leistungsverluste auf. Das Bauelement fällt dann infolge örtlicher Überhitzung im anfänglichen Durchbruchbereich aus.
  • Es wurden verschiedene Techniken zur Lokalisierung des anfänglichen Durchbruchbereiches in einem Thyristor entwickelt. Eine Art des Vorgehens besteht darin, daß ein lokalisierter Bereich mit niedrigerem spezifischem Widerstand im n-leitenden Substrat gebildet wird. Ein Bereich mit niedrigerem spezifischem Widerstand kann gebildet werden, indem ein Neutronenstrahl durch das Halblsitermaterial geleitet wird. Durch die bekannte Neutronentransmutation wird das Silicium partiell in Phosphor umgewandelt, wodurch im bestrahlten Bereich die n-Dotierung ansteigt. Das Ergebnis ist eine öritiche Verminderung des spezifischen Widerstandes, wodurch am angrenzenden pn-Übergang ein lokalisierter anfänglicher Durchbruchbereich entsteht. Der Durchbruchbereich wird vorzugsweise innerhalb des Thyristorkörpers vorgesehen. Beispielsweise ist es bekannt, daß die Anordnung des Spannungsdurchbruchbereichs unterhalb einer zentral angeordneten Gate-Elektrode zu einem Thyristor mit schnellem Einschaltvermögen führt.
  • Die Lokalisierung und Positionierung des Spannungsdurchbruchbereichs in einem Thyristor löst jedoch nicht das Problem der hohen Leistungsverluste während des anfänglichen Durchbruchs. Die beim Durchbruch auftretenden hohen Ströme müssen immer noch anfänglich durch einen kleinen Übergangsbereich hindurchtreten. Wenn der anfängliche Strom nicht durch externe Schaltungsmaßnahmen gesteuert wird, führen Überhitzung und Zerstörung des Durchbruchübergangs zu einem vorzeitigen Ausfall das Bauelementes.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor zu schaffen, der Einrichtungen zur Steuerung des Stroms durch das Bauelement enthält, wenn die in DurchlaB-richtung gerichtete Durchbruchspannung überschritten wird.
  • Weiterhin soll ein Verfahren zur Ausbildung eines Thyristors angegeben werden, der eine stromsteuernde Impedanz zur Steuerung des Leistungsverlustes während des Spannungsdurchbruchs enthält.
  • Erfindungsgemäß wird ein Thyristor zur Steuerung des Stromflusses zwischen zwei Anschlussen geschaffen, der aus dem sperrenden in den in Durchlaßrichtung gerichtsten leitenden Zustand schaltet» wenn die Klemmenspannung zwischen den Anschlussen die Durchbruchspannung uberschreitet. Der Thyristor enthält einen Halblelterkörper mit wenigstens vier Zonen abwechselnden Lsitfähigksitstyps, die sich zwischen den Anschlussen erstrecken. Eine Zone ist eine eine der Klemmen berührende Emitterzone. Die angrenzende Zone ist eine Basiszone. Ein sperrender pn-Übergang bestimmt die Grenze zwischen der Basiszone und einer dritten, an die Basiszone angrenzenden Zone. Der Halbleiterkörper enthält Einrichtungen zur Lokalisierung eines Durchbruchteils des sperrenden pn-Übergangs, wo der in Durchlaßrichtung erichtete Durchbruch beginnt, wenn die Klemmenspannung die Durchbruchspannung übsrstsigt. Die Basiszone enthält einen ersten Basisbereich angrenzend an den Durchbruchbereich des sperrenden pn-Übergangs und einen zweiten Basisbereich, der zumindest teilweise vom ersten Basisbereich getrennt ist.
  • Die Emitterzone berührt den zweiten Basisbereich. Das Bauelement enthält ferner strombegrenzende Einrichtungen, die den ersten und zweiten Basisbereich verbinden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung des vorstehend beschriebenen Thyristors aus dem Halbleiterkörper umfaßt den Schritt des Ätzens des Halbleiterkörpers zur Teilung und wenigstens teilweisen Trennung der Basiszone in zwei Basisbereiche. Das Verfahren umfaßt ferner den Schritt der Anbringung der strombegrenzenden Einrichtung zur Verbindung des ersten und zweiten Basisbereichs und zur Steuerung des Stroms über den Durchbruchbereich des sperrenden pn-Übergangs, wenn die Durchbruchspannung überschritten wird.
  • Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen Fig. 1 bis 5 zum Teil aufgeschnittene perspektivische Ansichten des Bauelementes während aufeinanderfolgender Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 6 eine teilweise Draufsicht auf den Thyristor der Figur 5, Fig. 7 den Querschnitt 7-7 der Figur 6, Fig. 8 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. 9 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. lo einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. 11 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. 12 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. 13 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines siebten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. 14 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines achten Ausföhrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Fig. 15 einen Fig. 7 entsprechenden Querschnitt eines neunten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Thyristors, Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Thyristors beginnt mit der Ausbildung des Halbleiterkörpers 20 mit einer oberen und unteren Dberfläche 22 bzw. 24. Der Halbleiterkörper besteht im allgemeinen aus monokristallinem Silicium, das derart bearbeitet ist, daß eine pnp-Anordnung mit pn-Obergängen entsteht, die etwa parallel zu den Oberflächen 22 und 24 verlaufen. Ein geeignetes Verfahren zur Ausbildung des Halbleiterkörpers 20 beginnt mit einem n-leitenden Siliciumtyp, in das aufeinanderfolgend durch die obere und untere Oberfläche Verunreinigungen eindiffundiert werden. Eine oder mehrere der Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps können abwechselnd durch epitaktisches Aufwachsen, Ionenplantation oder ein anderes geeignetes Verfahren ausgebildet werden. Die sich ergebenden drei Schichten umfassen eine untere, pn-leitende Schicht 26, eine n-leitends Zwischenschicht 28 und eine obere, p-leitende Schicht 30. Der Halbleiterkörper 2o enthält vorzugsweise einen lokalisierten Bereich geringeren spezifischen Widerstandes, und zwar in der n-leitenden Zwischenschicht 28, dieser bildet einen zentral im Halbleiterkörper angeordneten Bereich geringerer Durchbruchspannung. Ein solcher lokalisierter Bereich im Halbleiterkörper 20 kann durch bekannte geeignete Herstellungsverfahren erzielt werden. Beispielsweise kann durch den Halbleiterkörper 20 in Richtung der Pfeile 31 ein Neutronenstrahl hindurchgeleitet werden. Der Neutronenstrahl erzeugt einen lokalisierten Bereich 32 im Fialblsiterkörper 20, der durch Neutronentransmutation partiell in Phosphor umgewandelt ist. Der Phosphor verstärkt die Höhe bzw. Konzentration des n-leitenden Dotierungsmittels in der Zone 28 und erzeugt einen kleinen Bereich mit geringerem spezifischem Widerstand. Durch den Bereich 32 entsteht zentral im Halbleiterkörper 20 ein lokalisierter Durchbruchbereich.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristors wird anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert. Zunächst wird am Halbleiterkörper 20 eine zusätzliche Zone 35 ausgsbildst, so daß sich ein typischer Thyristoraufbau mit wenigstens vier Zonen 26, 28, 30 und 35 abwechselnden Leitfähigkeittyps ergibt (Fig. 2). Die obere Zone 25 wird nach einem geeigneten Verfahren hergestellt, beispielsweise durch Diffusion, epitaktisches Aufwachsen oder Ionenimplantation. Der sich ergebende Thyristorkörper hat einen npnp-Aufbau, wobei die Schicht 35 die Emitterzone und die angrenzende Schicht 30 die Basiszone bilden. Die dritte Zone des Halbleiterkörpers ist die Zwischenzone 28.
  • Ein pn-übergang 36 bildet die Grenzfläche zwischen der Basis 30 und der dritten Zone 28. In Fig. 2 sind die Zonen 35 und 28 mit n + bzw. n -bezeichnet, was eine verhältnismäßig hohe Störstellenkonzentration in der n-leitenden Zone 35 bedeuten soll.
  • Nach der Ausbildung des vier Zonen aufweisenden Aufbaus wird die obere Oberfläche des Halbleiterkörpers 20 mit einer Maskierschicht 38 abgedeckt. Hierzu kann eine geeignete Photoresistmaske verwendet werden. Die Maske 38 bedeckt zunächst die gesamte obere Oberfläche 22. Durch herkömmliche photolithographische Verfahren werden Teile entfernt, so daß ein Maskenmuster gemäß Fig. 2 entsteht. Das Muster umfaßt eine große zentrale Öffnung 40. Außerhalb der Öffnung 40 sind zur Ausbildung der Emitterkurzschlüsse zusätzliche kleinere Öffnungen 42 ausgebildet.
  • Nach der Ausbildung des Maskiermusters gemäß Fig. 2 wird die obere Oberfläche 22 des Halbleiterkörpers 20 auf herkömmliche Weise geätzt. Es wird eine ätzlösung verwendet, die das Silicium des Halbleiterkörpers, jedoch nicht die Maskierschicht 38 angreift. Es wird bis zu einer Tiefe geätzt, die ausreicht, um die Emitterzone 35 zu durchdringen und einen Teil der Basiszone 30 innerhalb der Öffnungen 40 und 42 freizulegen.
  • Die sich nach Entfernung der Maske 36 ergebende Konfiguration ist in Fig. 3 gezeigt. Die Emitterzone 35 wurde aus der Maskenöffnung 40 entfernt. Der verbleibende Teil des Emitters 35 bildet den ersten oder Hauptemitter des Thyristors.
  • Die Basiszone 30 reicht zur oberen Oberfläche 22 innerhalb der Maskenöffnung 40. Die innere Kante des pn-übergangs der Emitter-Basis-Strecke bildet die Einschaltlinis oder den Einschaltpfad 46 des Thyristors. Die Öffnungen 47 im Emitter entsprechen den Öffnungen 42 in der Maske 38.
  • Darauf wird im Halbleiterkörper 20 ein weiterer ätzschritt ausgeführt. Bei diesem Atzschritt entsteht eine tiefe ätzung 48 in der Basiszone 30, die sich von der oberen Oberfläche 22 wegerstreckt (Fig. 4). Die ätzung 28 ist im wesentlichen ringförmig und umgibt einen zentralen Bereich der Basiszone oberhalb des Spannungsdurchbruchbereichs 32. Zur Ausbildung der Ätzung 48 wird eine für das ätzmittel undurchlässige Maskierschicht, beispielsweise Siliciumdioxyd, aufgewachsen oder auf sonstige Weise auf der oberen Oberfläche 22 gebildet. Eine der Breite der ätzung 48 entsprechende ringförmige Öffnung wird darauf in der Maskierschicht durch herkömmliche photolithographische und Atzverfahren ausgebildet. Der freigelegte ringförmige Teil der Oberfläche 22 wird dann einer Ätzlösung ausgesetzt, die in den Halbleiterkörper ätzt, jedoch die Maske aus Siliciumdioxyd nicht angreift. In der ersten Ausführungsform wird bis zu einer vorbestimmten Tiefe in der Basiszone geätzt. Die sich ergebende Ätzung 48 bildet einen geschlossenen Ring, der tief in die Basiszone 30 einschneidet und die Basis in einen ersten Bereich 50, der zentral über dem Bereich 32 des Halbleiterkörpers liegt, und in einen zweiten Basisbereich 52 unterteilt, der den ersten umgibt und von der ätzung 48 nach außen reicht. Die beiden Basisbereiche So und 52 sind nur partiell voneinander getrennt und durch einen breiten und verhältnismäßig dünnen, nicht entfernten Vsrbindungsteil 53 der Basiszone 3o miteinander verbunden.
  • Der Verbindungsteil 53 bildet den Stromsteuermechanismus der ersten AusFührungsform der Erfindung. Der Verbindungsteil 53 hat einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand als der angrenzende, nicht geätzte Basisteil. Der spezifische Widerstand R in der Basiszone zwischen dem inneren ersten Basisbereich So und dem zweiten Basisbereich 52 ergibt sich aus worin ea der Schichtwiderstand des dünnen Verbindungsteils 53 und rout und r. der äußere bzw. innere Radius der tiefen in Atzung 48 sind (Fig. 7). Der Wert von R wird durch die Tiefe der ätzung und die Werte von rout und rin eingestellt.
  • Der Wert R ist in weitem Maße variabel, so daß der Thyristor oßne weiteres den jeweiligen Schaltungserfordernissen angepaßt werden kann. Ein typischer Wert für den Widerstand R des Verbindungsteils 53 ist zum Beispiel 500 Ohm.
  • Nach der Entfernung der bei der Herstellung der Ätzung 48 verwendeten Maskierschicht wird die obere Oberfläche 22 auf herkömmliche Weise mit einer Schicht aus einem geeigneten leitfähigen Metall, beispielsweise Aluminium, überzogen.
  • Darauf werden Teile der Metallschicht durch herkömmliche photolithographische und Atzverfahren entfernt, so daß sich ein Metallschichtmuster ergibt (Fig. 5). Das den ersten Emitter 35 außerhalb der Einschaltlinie 46 berührende Metall bildet eine Emitterelektrode 55. Die Elektrode 55 reicht in die Offnungen 47, berührt die Basis 3o und bildet eine Linie von Emitterkurzschlüssen. Eine weitere Metallelektrode 5B verbleibt innerhalb der Einschaltlinie 46» die den ersten Basisbereich So umgibt. Die Elektrode 58 verläuft rings um die ätzung 48 und berührt den zweiten Basisbereich 52, wobei sie die Gate-Elektrode des Thyristors bildet. Es ist weiterhin wünschenswsrt, auf der oberen Oberfläche des ersten Basisbereichs So eine metallisierte Fläche 59 vorzusehen.
  • Diese Elektrode 59, die im folgenden als erste Basiselektrode bezeichnet wird, dient zur gleichmäßigeren Verteilung des Stroms über den ersten Basisbereich So während des Spannungsdurchbruchs. Der fertige Thyristor enthält weiterhin eine metallisierte Elektrode 62 auf der unteren Oberfläche 24, die die untere Schicht 26 berührt und die Anodenelektrods des Thyristors bildet. Die Anode 62 wird entweder gleichzeitig mit dem Metall auf der oberen Oberfläche oder zu einer anderen Zeit aufgebracht. Zwei Klemmen sorgen für den äußeren Anschluß der Anoden- und Kathodenelektrode. Eine Klemme 64 ist mit der Anode 62 verbunden und eine Klemme 66 berührt den ersten Emitter 35 über die Emitterelektrode 55. Die vier Zonen des Bauelementes erstrecken sich zwischen den Klemmen 64 und 66.
  • Der sich ergebende Thyristor dient als Schaltelement zur Steuerung des Stroms zwischen den Klemmen 64 und 66. Wenn bei Sperrung in Durchlaßrichtung die Anodenklemme 64 gegenüber der Kathodenklemme 66 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, fließt infolge der Ladungsträgerverarmung in der Nähe des überganges 36 nur ein kleiner Leckstrom durch das Bauelement. Der übergang 36 dient als in flurchlaßrichtung sperrender pn-übergang. Bei Anlegen einer kleinen positiven Spannung an die Gate-Elektrode 58 fließen Elektronen in großer Anzahl über den Emitter-Basis-übergang, und zwar beginnend an der Einschaltlinie 46. Die sich ergebende Elektroneninfusion in die Basis 30 schaltet den Thyristor ein, so daß ein hoher Strom in Durchlaßrichtung fließen kann.
  • Die Einschaltung erfolgt im wesentlichen gleichmäßig längs der Einschaltlinie 46, da der umgebende Emitter 35 an sämtlichen Punkten in einem gleichen minimalen Abstand angeordnet ist. Eine solche gate-getriggerte Einschaltung erlaubt einen verhältnismäßig kleinen Gate-Strom zur Steuerung eines wesentlich höheren Stroms zwischen den Klemmen 64 und 66. Die Sperrung in Durchlaßrichtung wird herbeigeführt, indem die Vorspannung an den Klemmen 64 und 66 kurzzeitig umgekehrt wird.
  • Der Thyristor kann aus dem sperrenden in den Durchlaßzustand auch umgeschaltet werden, indem die Klemmenspannung zwischen den Klemmen 64 und 66 über die DurchlaB-Durchbruchspannung angehoben wird. Zur Vereinfachung der Einschaltung durch Durchlaß-Durchbruch beginnt der Leckstrom durch das Bauelement mit steigender Vorspannung der Anorde in Durchlaßrichtung ~anzusteigen. Wenn die Klemmenspannung-am Bauelement die Durchlaß-Durchbruchspannung erreicht, erzeugt der Leckstrom einen Avalanche-Durchbruch am sperrenden pn-übergang.
  • Der Avalanche-Durchbruch erzeugt eine große Anzahl von Ladungsträgern in der Basiszone. Die Elektronen werden zur Anode gezogen und die Löcher bewegen sich durch die Basis zu den Bmitterkurzschlüssen 47. Der Lochstrom in der Basis schaltet den Thyristor am Emitter-Basis-übergang ein. Die Einschaltung über den Spannungsdurchbruch erfordert keinen externen Gate-Strom. Die Sperrung wird herbeigeführt, indem die Klemmedspannung kurzzeitig umgekehrt wird.
  • Der Bereich 32 mit geringerem spezifischem Widerstand im n-leitenden Substrat 28 bildet eine Einrichtung zur Lokalisierung des Durchbruchteils 70 des Übergangs 36, an dem der Durchlaßspannungs-Durchbruch beginnt. Der Durchbruch tritt zunächst am Teil 70 ein, weil der Bereich 32 stärker dotiert ist als der angrenzende Bereich 28, so daß die Breite der Verarmungsschicht verringert und die Durchbruchspannung abgesenkt wird. Die höhere Durchbruchspannung längs des Restes des Überganges 36 verhindert einen anfänglichen Durchbruch außerhalb des Durchbruchbereichs 70.
  • Wenn der Thyristor der ersten Ausführungsform durch Durchlaßspannungs-Durchbruch eingeschaltet wird, fließt der Strom zwischen den Klemmen 64 und 66 zunächst durch den verbindenden Basisbereich 53, weil der größte Teil der Überganges 36 im sperrenden Zustand verbleibt und nur der Teil 70 leitend ist. Die PFeile 72 in Fig. 7 zeigen den Weg des anfänglichen Stromflusses durch den Thyristor. Der verbindende Teil 53 der Basis 3c hat wegen der Atzung 48 einen beträchtlich höheren Schichtwiderstand als der Rest der Basiszone 30. Der anFängliche Strom zwischen den Klemmen 64 und 66 ist daher durch den höheren Widerstand des geätzten Bereichs 53 begrenzt. Der Bereich 53 bildet während des Durchbruches einen Reihenwiderstand zwischen der Anode und der Kathode, der ein lokalisiertes Ausbrennen längs des Überganges 36 verhindert.
  • Während der Strom über den Durchbruchbereich 7c in den ersten Basisbereich So fließt» trägt die metallisierte Fläche 59 zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Ladung bei. Der durch die Basiszone fließende Strom schaltet den den Hauptstrom führenden Teil des Thyristors nach dem Spannungsdurchbruch schnell in den in Durchlaßrichtung leitenden Zustand.
  • Infolgedessen kann der Strom zwischen den Klemmen 64 und 66 praktisch frei fließen. Nachdem der Thyristor eingeschaltet ist, wird der Durchbruchteil 70 durch den einen geringen Widerstand aufweisenden Weg über den Rest des Bauelementes überbrückt.
  • Durch die Erfindung wird also eine Stromsteuerung im Spannungsdurchbruchbereich eines Thyristors ermöglicht. Der Leistungsverbrauch in diesem Bereich wird beträchtlich vermindert. Die eingebaute, durch die ätzung 48 gebildete Impedanz begrenzt den Durchbruchstrom durch das Thyristorelement beträchtlich. Eine genaue Einstellung der Größe der Impedanz und damit der Strornbegrenzungsfähigkeit wird durch Einstellung von Breite und Tiefe der Atzung 48 erreicht. Die Güte des gate-getriggerten Teils des Thyristors außerhalb der Atzung 48 wird durch die teilweise Isolierung eines kleinen Bereichs der Basiszone nicht beeinträchtigt.
  • Größe und Tiefe der Atzung 48 können entsprechend den jeweiligen Erfordernissen variiert werden. Sind beispielsweise verhältnismäßig hohe Durchbruchsströme zu erwarten, so besteht unter Umständen die Schwierigkeit, daß im Basis-Verbindungsbereich 53 eine Ohmsche Erhitzung eintritt. Zum Ausgleich möglicher, zu hoher Temperaturen sollte das Volumen des Teils 53 dadurch vergrößert werden, daß die ätzung 48 breiter, jedoch weniger tief gemacht wird. Alternativ kann der Bereich 53 vergrößert werden, indem die Gesamtlänge der Atzung und damit der Durchmesser des zentralen Basisbereichs So vergrößert wird. Die Form und Größe der ätzung 48 sind in den Figuren nur beispielsweise wiedergegeben, es können auch andere Formen der Atzung angewendet werden.
  • Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thyristors. Das Verfahren zur Herstellung dieses Thyristors beginnt mit den Herstellungsschritten gemäß den Figuren 1 bis 3 des ersten Ausführungsbeispiels. Es wird ein Halbleiterkörper 20 mit wenigstens vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps gebildet. Der Halbleiterkörper hat einen zentral angeordneten Bereich 32 niedrigeren spezifischen Widerstandes im n-leitenden Substrat. Demzufolge enthält der angrenzende pn-übergang 36 den lokalisierten Durchbruchbereich 70 des ersten Ausführungsbeispiels. Das Emittermuster auf der oberen Oberfläche ist das gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel. Der zweite Schritt ~ der Herstellung der Ätzung 48 ist etwas verlängert, so daß der Halbleiterkörper bis in eine größere Tiefe geätzt wird. Die sich ergebende ätzung 78 verläuft durch die Basiszone 30 zur dritten Zone 28 und teilt und trennt die Basiszone vollständig in den ersten und zweiten flasisbereich Bo bzw. 82.
  • Die Elektroden im Ausführungsbeispiel der Figur 8 enthalten eine erste Basiselektrode 59, die den zentralen ersten Basisbereich So berührt. Die erste Basiselektrode 55sist im wesentlichen die gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel.
  • Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind auch eine Gate-Elektrode 58 und eine Emitterelektrode 55 vorgesehen. Die Elektrodan werden hergestellt, indem zunächst die gesamte obere Oberfäche 22 des Halbleiterkörpers 20 mit einer Metallschicht überzogen und darauf gewählte Teile der Schicht durch photolithographische und Atzverfahren entfernt werden, so daß die Elektroden 55, 56 und 59 zurückbleiben.
  • Die Herstellung des zweiten Ausführungsbeispiels umfaßt den zusätzlichen Schritt des Anschlusses eines Impedanzelementes zwischen Gate 58 und Elektrode 59. Bei der Ausführungsform der Figur 8 enthält diese Impedanz vorzugsweise einen oder mehrere Widerstände 86. Die Widerstände 86 dienen zur Verbindung der getrennten Basisteile Bo und 82 in gleicher Weise wie der Verbindungsteil 53 des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Die Funktion des Ausführungsbeispiels der Figur 8 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Thyristors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. überschreitet die Klemmenspannung zwischen den Klemmen 64 und 66 die Durchlaß-Durchbruchspannung, so wird der Durchbruch am Durchbruchteil 70 gezündet. Der Anfangsstrom zwischen Kathode und Anode fließt über die Widerstände 86. Diese vermindern den anfänglichen Durchbruchstrom auf einen Wert, der einen zu starken Leistungsverlust am übergang 36 verhindert. Der Rest des Bauelementes wird anschließend durch den Durchbruchstrom eingeschaltet, der durch die Basiszone 30 fließt.
  • Nachdem der Thyristor vollständig eingeschaltet ist, wirkt wie im ersten Ausführungsbeispiel die zusätzliche Impedanz der Widerstände 86 nicht mehr. Die große Fläche des überganges 36 außerhalb des Basisbereichs Bo bildet einen im wesentlichen offenen Weg für den Strom zwischen den Klemmen. Die Güte des Thyristors bei normaler gate-getriggerter Einschaltung wird durch die Widerstände 86 nicht beeinflußt.
  • Bei Ausführung des erfindungsgemäßen Thyristors mit externen Schaltungselementen sind größere Widerstandswerte erzielbar als bei partieller Ätzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch wird die Schwierigkeit der genauen Einstellung der Tiefe der Atzung vermieden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem externen Impedanzelement ist in Fig. 9 gezeigt. Der Aufbau des Halbleiterkörpers und das Verfahren zur Herstellung ist das gleiche wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 8. Die Ätzung 78 erstreckt sich durch die Basiszone 30 zur dritten Zone 28, unterteilt die Basis und trennt den ersten Basisbereich 80 vollständig vom zweiten Basisbereich 82.
  • Am ersten Basisbereich 80 ist eine erste Basiselektrode 59 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 ist zwischen Gate 58 und Elektrode 59 ein induktives Element 9o geschaltet. Dieses verbindet die beiden Basisbersiche 80, 82 und bildet eine alternative Strombegrenzungseinrichtung im Durchbruchbereich.
  • Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 arbeitet ebenso wie das der Figur 8. Wenn die Klemmenspannung zwischen den Klemmen 64, 66 die DurchlaB-Durchbruchspannung des Thyristors übersteigt, beginnt am Durchbruchbereich 70 des übergangs 3(3 der Durchbruch in Durchbruchrichtung und der Durchbruchstrom zwischen den Klemmen fließt über die induktiven Elemente 9o. Diese dienen als Strombegrenzungseinrichtung während des anfänglichen Einschaltens bei hohem Stromgradienten. Hierdurch werden übermäßige Leistungsverluste im Durchbruchbereich 70 vermieden. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, verlagert sich der Strom durch die Basiszone anschließend auf den Rest des Bauelementes, so daß die induktiven Elemente 9n aus der Schaltung genommen werden. Die normale gate-getriggerte Einschaltung wird nicht beeinflußt.
  • Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 sieht eine Strombegrenzungsimpedanz einer Art vor, die ohne Verwendung äußerer Schaltungselemente nicht leicht realisierbar ist. Es können - einzeln oder in Kombination - auch andere äußere Impedanzelemente verwendet werden. Die Thyristor kann somit den jeweiligen Schaltungebedingungen angepaßt werden.
  • Ein viertes Ausführungsbeisplel des erFindungsgema"Ben Thyristors ist in Fig. lo gezeigt. Hierbei ist das erfindungsgemäße Merkmal der eingebauten Impedanz auf einen Thyristor mit verstärkendem Gate angewandt. Bei der Herstellung des Thyristors der Figur lo wird ein zusätzlicher ringförmiger Bereich der ersten Maske 38 innerhalb des Kreises 4c nicht entfernt. Beim nachfolgenden Ätzschritt wird die Emitterzone in einen ersten Emitter 35 und einen getrennten Verstärkungsstufenemitter 94 auf der oberen Oberfläche 22 unterteilt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel entsteht bei der tiefen Atzung eine Atzung 48, die die Basiszone 30 unterteilt und den ersten Basisbereich So teilweise vom zweiten Basisbereich 52 trennt. Die beiden Emitter 35 und 94 verbleiben in Kontakt mit dem zweiten Basisbereich 52. Bei der Metallisierung werden wie zuvor eine Kathodenelektrode 55, eine Gate-Elektrode 58 und eine erste Basiselektrode 59 gebildet. Auf der oberen Oberfläche 22 wird weiterhin eine Verstärkungs-Gate-Elektrode 96 vorgesehen, die den Verstärkungsstufenemitter 94 und den zweiten Bereich 52 der Basis Bo berührt.
  • Wie im ersten Ausführungsbeispiel werden Anoden- und Kathodeneleltroden 62 bzw. 55 vorgesehen.
  • Zum Einschalten des Thyristors der Figur lo durch Gate-Triggerung wird der Elektrode 58 ein positiver Gate-Strom zugeführt. Bei gegenüber der Kathode in Durchlaßrichtung vorgepanntr Anode fließen Elektronen aus dem Verstärkungsstufenemitter 94 und über die Basis, so daß die Verstärkungsstufe eingeschaltet wird. Infolgedessen wird die Verstärkungsstufen-Elektrode 96 positiv, so daß der Hauptthyristor am Übergang zwischen erstem Emitter 92 und Basis eingeschaltet wird. übersteigt die Klemmenspannung zwischen Anode und Kathode die Durchbruchspannung des Thyristors, so beginnt am Durchbruchbereich 70 des Übergangs 36 ein Avalanche-Durchbruch. Da der Durchbruchbereich 70 an den ersten Basisbereich So angrenzt und partiell vom Rest der Basis getrennt ist, ergibt sich über den verbindenden Basisbereich 53 ein mit einem Widerstand behafteter Strompfad. Der hohe spezifische Widerstand des verbindenden Basisbereichs 53 dient als Einrichtung zur Begrenzung des anfänglichen Ourchbruchstroms.
  • Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird anschließend der Rest des Thyristors durch den Stromfluß in der Basis eingeschaltet, so daß die Impedanz 53 aus der Schaltung verschwindet.
  • Das Ausführungsbeispiel der Figur io zeigt, daß die Erfindung leicht bei Thyristoren mit verstärkendem Gate angewendet werden kann. Die eingebaute Impedanz beeinträchtigt die Funktion des gate-getriggerten Bereichs des Thyristors nicht. Ebenso lassen sich auch die äußeren Schaltungselemente gemäß Fig. 8 und 9 bei Thyristoren mit verstärkendem Gate gemäß Fig. io anwenden.
  • Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 11 gezeigt. Hierbei wird ein Halbleiterkörper verwendet, der wie bei den Figuren 2 bis 4 wenigstens vier Zonen abwech selnden Leitfähigkeitstyps aufweist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel enthält der Halbleiterkörper einen zentral angeordneten Anfangs-Durchbruchbereich 32, der einen lokalisiertn Durchbruchbereich 7e des pn-Übergangs 36 bildet.
  • Bei den ersten Maskier- und Atzschritten wird analog zu den Figuren 2 und 3 des ersten Ausführungsbeispiels die n -leitende Emitterzone geätzt, so daß ein die Baugruppe umgebender erster Emitter loo entsteht. Innerhalb der kreisförmigen Einschaltlinie 102 bnfindet sich ein freiliegender Bereich der Basiszone 30, der bis zur oberen Oberfläche 22 reicht. Beim zweiten, Fig. 4 des ersten Ausführungsbeispiels analogen tzscritt entsteht eine ringrörmige Atzung 1u6, die von der oberen Oberfläche 22 in die Basiszone So reicht. Die Atzung 106 unterteilt die Basis und trennt partiell den zentral im Halbleiterkörper angeordneten ersten Basisbereich 1o8 vom zweiten Basisbereich silo, der von der Ätzung 10fi radial nach außen verläuft. Die beiden Basisbereiche sind durch einen Verbindungsteil 112 miteinander verbunden, der einen Bereich mit hohem spezifischen Widerstand in der Basis bildet. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel grenzt der erste Basisbereich an den Durchbruchbereich 7n des Übergangs 36 an und der erste Emitter loo berührt den zweiten Basisbereich Ilo.
  • Die die Emitterelektrode 114 und das Gate 116 bildende Metallisierung wird in herkömmlicher Weise aufgebracht. Bei der Ausführungsform der Fig. 11 berührt die auf der oberen Oberfläche 22 angeordnete Gate-Elektrode 116 den ersten Basisbereich 1o8. Wie zuvor ist auf der unteren Oberfläche 24 ein Anodenkontakt 62 vorgesehen. Die Anodenklemme 64 und die Kathodenklemms 118 bilden die äußeren Anschlüsse.
  • In Betrieb kann das Bauelement der Fig. 11 eingeschaltet werden, wenn die Anodenklemme 64 gegenüber der Kathodenklemme 118 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Die Gate-Triggerung erfolgt durch Zufuhr eines positiven Gate-Stroms zur Gate-Elektrode 116. Der Gate-Strom bewirkt eine Einschaltung längs des Emitter-Basis-Ubergangs beginnend an der Einschaltlinie 102. Durch Sparlnurlgsdurchbruch wird das Bauelelnent eingeschaltst, wenn die Klemmenspannung zwischen den Klemmen 64 und 118 die DurchlaB-Durchbruchspannung übersteigt. Der Durchbruch beginnt am Durchbruchbereich 70 des Übergangs 36. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verläuft der anFängliche Strompfad zwischen Anode und Kathode beim Durchbrucll über den in die Basiszone 30 eingebauten strombegrenzenden Widerstand 112.
  • Die durch den Verbindungsbereich gebildete Ohmsche Impedanz dient zur Verminderung des anfänglichen Durchbruchstroms und verhindert damit einen zu hohen Leistungsverbrauch am lokalisierten Durchbruchbereich. Statt der Impedanz 112 lassen sich auch äußere Ohmsche, induktive oder andere impedanzelemente vorsehen. Die Atzung 106 braucht lediglich vertieft zu werden, um die Basis vollständig in die Bereiche 109 und 11o aufzuteilen} auf der Außenseite der Atzung müßte eine zusätzliche metallisierte Elektrode angebracht werden. Wie bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 8 und 9 wäre zwischen den beiden Basisbereichen ein externes Schaltungselement vorzusehen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 11 besteht eine zusätzliche Impedanz nicht nur während des Spannungsdurchbruches, sondern auch im Gate-Kreis. Insgesamt ist diese Ausführungsform nur zweckmäßig, wenn eine verhältnismäßig hohe Trigger-Gate-Spannung zur Verfügung steht.
  • Ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Thyristors ist in Fig. 12 gezeigt. Der Thyristoraufbau und das Verfahren zur Elerstellung sind die gleichen wie beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 7. Der einzige Unterschied besteht darin, daß ein zusätzlicher n -leitender Bereich vorgesehen ist, der zur oberen Oberfläche 22 reicht und den zentral angeordnoten ersten Basisbereich So berührt Dieser n -leitende Bereich bildet einen zweiten, bis zur oberen OberFläche 22 verlaufenden Emitter 1251 er läßt sich während der Herstellung nach dem ersten Ausführungsb#ispiel leicht: ausbilden. Zur Herstellung des Bauelemente der Fig. 12 wird dip Maskierschicht 38 der Fig. 2 so abgewandelt, daß sie eine zussitzliche, kreisförmige, zentral über dem Spannungsdurc!ibruchbereich 32 angeordnete Maske enthält. Wenn bei der nachfolgenden Atzung die Emitterzone geätzt wird, wird der von ersten Emitter 35 getrennte zweite Emitter 125 ausgebildet:. Nach Herstellung der tisfenätzung 48 verbleibt der zweite Emitter 125 in Kontakt mit dem ersten Basisbereich So. Die Metallisierungsschritte nach dem ersten Ausführungsbeispiel werden auch bei der Herstellung des AusFührungsbeispiels der Fig. 12 angewendet. Die zentral angeordnete erste Basiselsktrode 126 ist äquivalent der Elektrode 59 des ersten AusFührungsbeispiels. berührt jedoch sowohl den ersten Basisbereich So als auch den zweiten Emitter 125. Die Elektrode 126 dient ähnlich der Elektrode 59 des ersten Ausführungsbeispiels als Stromverteiler.
  • Der Thyristor der Fig. 12 ist also im Spannungsdurchbruchbereich ein Vierschichten-Thyristor. Die Bedeutung des zweiten Emitters 125 während des anfänglichen Spannungsdurchbruchs wird anhand von Fig. 12 erläutert. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann der Thyristor aus dem sperrenden Zustand durckigeschaltet werden, indem die Spannung zwischen den Klemmen 64 und 66 über die DurchlaB-Durchbruchspannung erhöht wird. überschreitet die Klemmenspannung die Durchlaß-Durchbruchspannung, so beginnt über den lokalisierten Durchbruchbereich 70 des sperrenden pn-Übergangs 36 ein Strom zu fließen. Die Pfeile 127 zeigen den We des Stroms aus positiven Löchern. Der zwischen zweitem Emitter 125 und erstem Basisbereich So verlaufende pn-Übergang 128 wird in Durchlaßrichtung vorgespannt, wenn der anfängliche Spannungsdurchbruchstrom ausreichend erhöht wird. Dies induziert gemäß Pfeil 130 den Übergang 128 kreuzende Elektronen. Das Ergebnis ist eine lokalisierte Thyristorwirkung, bei der momentan ein mit niedrigem Widerstand behafteter Strompfad über den Durchbruchbereich entsteht. Der Spannungsabfall am Durchbruchübergang 7o wird durch die Injektion von Ladungsträgern aus dem zweiten Emitter 125 beträchtlich vermindert, was die Gefahr eines örtlichen Ausbrernens verringert.
  • Die tsitfahigkuit während des Ullrchbruchs wird durch die Gegenwart des zweiten Emitters 125 nur momentan verbessert.
  • Unmittelbar nach dem Beginn des Durchbruchs wird der Durchbruchstrom durch die vorstehend beschriebene Strombegrenzungseinrichtung begrenzt, die beim Ausführungsbeispiel der Figur 12 aus dem höheren Widerstand des Verbindungsteils 53 in der Basiszone besteht. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird durch den positiven Lochstrom über die Basis 30 der den Hauptstrom führende Teil des Bauelementes schließlich eingeschaltet. Der durch die momentane Verminderung des durch den zweiten Emitter 125 erzeugte Spannungsabfall dient zur weiteren Verminderung der Wahrscheinlichkeit eines lokalisierten Ausbrennens des übergangs, die durch die Gegenwart der erfindungsgemäßen strombegrenzenden Einrichtung bereits deutlich vermindert wird.
  • Die in Fig. 13 gezeigte siebte Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die der Fig. 8, sie enthält jedoch auch den zweiten Emitter 125 und die erste Basiselektrode 126 des Ausführungsbeispiels der Fig. 12. Der Thyristor der Figur 13 wird ebenso hergestellt wie der der der Figur 8, mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher n -leitender Emitter in Kontakt mit dem ersten Basisbereich Bo verbleibt.
  • Die Wirkungsweise des Thyristors der Figur 13 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Thyristors der Figur 8.
  • Der einzige Unterschied in der Arbeitsweise tritt während des anfänglichen Spannungsdurchbruchs auf, wenn die anhand der Figur 12 beschriebene momentane Thyristorwirkung hervorgeruff3n wird. Das Ergebnis ist eine momentane Verminderung des Spannungsabfalls längs des Durchbruchbereichs 70, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines lokalisierten Ausbrennens des Übergangs weiter vermindert wird.
  • Statt der wie beim AusFührungsbeispiel der Figur 8 verwendeten äußeren Impedanzolemente 86 können bei der Ausführungsform der Figur 13 auch induktive Impedanzelemente verwendet werden, wie in Fig. 9 gezeigt.
  • Das in Fig. 14 gezeigte achte Ausführungsbeispiel gleicht im wesentlichen dem der Fig. io, enthält jedoch weiter den zweiten Emitter 125 und die erste Basiselektrode 126 des Ausführungsbeispiels der Fig. 12. Die Herstellung des Thyristors dr Fig. 14 verläuft im wesentlichen ebenso wie die des Thyristors der Fig. io, mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher n +-leitender Emitter in Kontakt mit dem ersten Basjsbereich So verbleibt.
  • Der Thyristor der Fig. 14 arbeitet im wesentlichen ebenso wie der dar Fig lo, mit Ausnahme während des anfäng- -lichen Spannungsdurchbruchs, wenn die anhand von Fig. 12 beschriebene momentane Thyristorwirkung erzeugt wird. Das Ergebnis ist eine momentane Verminderung des Spannungsabfalls längs des Durchbruchbereichs 70, der zur weiteren Verminderung der Wahrscheinlichkeit eines lokalisierten Ausbrennens des übergangs dient.
  • Ein neuntes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauelementes ist in Fig. 15 gezeigt. Es gleicht im wesentlichen dem der Fig. 11, enthält jedoch auch den zweiten Emitter 125 des Ausführungsbeispiels der Fig. 12. Eine Elektrode 132 dient als Gate-Elektrodej sie ist auf der oberen Oberfläche 22 angeordnet und berührt den ersten Basisbereich 108 und den zweiten Emitter 125. Die Gate-Elektrode 13c wirkt ebenso wie die Gate-Elektrode 115 des Ausführungsbeispiels der Fig. 11. Das Ausführungsbsispiel der Fig. 15 wird ebenso hergestellt wie das der Fig. 11, mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher n -leitender Emitter in Berührung mit dem ersten Basisbereich 108 verbleibt.
  • Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Fig. 15 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Ausführungsbeispiels der Fig. 11. Der einzige Unterschied in der Arbeitsweise tritt während des anFänglichen Spannunesdurchbruches ein, wenn die anhand von Fig. 12 beschriebene momentane Thyristorwirkung hervorgeruFen wird. Das Ergebnis ist eine momentane Verminderung des Spcinnungsabfalls längs des Durchbruohbereichs 70, der die Wahrscheinlichkeit eines lokalisierten Ausbrennens des Übergangs weiter vermindert.
  • Durch die Erfindung wird also ein Thyristor bereitgestellt, bei dem die Entwicklung JoulescherWLirme im Spannungsdurchbruchbereich wirksam gesteuert ist. Verschiedene einfache, im Halbleiterkörper des Thyristors durchgeführte Schritte begrenzen den Durchbruchstrom über den Thyristor bei in Durchlaßrichtung anliegender Spannung wirksam. Die Unterteilung der Basiszone des #ialbleiterkörpers dient zur Trennung des an den Durchbruchbereich angrenzenden Teils der Basis vom Rest der Basis, der sich in dem den Hauptstrom führenden Teil des Bauelementes befindet. Dann wird zwischen den getrennten Basisbereichen eine strombegrenzende Einrichtung vorgesehen. Da der anfängliche, bei in Durchlaßrichtung anliegender Spannung entstehende Durchbruchstrom über den Durchbruchbereich in die Basiszone eintreten und dann in den Hauptbereich des Bauelementes fließen muß, fließt der Durchbruchstrom über die strombegrenzende Einrichtung. Bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele, gleichgültig, ob sich die ätzung partiell oder ganz durch die Basiszone hindurcherstreckt, ist die strombegrenzende Impedanz während des anfänglichen Durchbruchs in Reihe mit Anode und Kathode geschaltet. Da nacii dem Einschalten der Stromfluß nicht mehr auf den Spannungsdurchbruchbereich beschränkt ist, wird die strombegrenzende Einrichtung bei sämtlichen Betriebsarten mit Ausnahme des anfänglichen Durchbrucils kurzgeschlossen. fler Spannungsdurchbruchstrom wird also wirksam vermindert, otine daß andere Eigenschaften des Thyristors besintrfichtigt werden. Es sind Ausführungsbeispiele vorhanden, bei denen entweder die Höhe des ananfänglichen Durchbruchst:roms oder der Stromgradient gesteuert sind. Auf diese Weise wird ein wirksamer Schutz gegen Thyristorausfälle während des Einschaltens durch Spannungsdurchbruch gewährleistet:.
  • Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Beispielsweise können unterschiedliche externe Impedanzelemente oder auch kombinierte Ohmsche und induktive Impedanzen verwendet werden. Bei einem einzigen rhyristor können sowohl der innere verbindende Basisbereich als auch äußere Impedanzelemente vorgesehen werden.
  • Die äußeren Impedanzen brauchen nicht notwendig mittels Dr3hte angeschlossen zu werden, sondern können auch die Form eines Ringes haben, der die tiefe Atzung überbrückt.
  • Auch können alternative Einrichtungen zur Unterteilung des Basisbereichs zur Isolierung des an den Spannungsdurchbruchbereich angrenzenden Teils vorgesehen werden. Bei einer solchen alternativen Technik (US-PS 4 o47 219) wird in der Basiszone ein tiefer Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeordnet, der den seitlichen Stromfluß wirksam begrenzt. Die Erfindung ist auch bei nicht radialen Emitteranordnungen anwendbar. Es braucht lediglich die Basis unterteilt zu werden, um den anfänglichen Spannungsdurchbruchbereich vom Rest des Thyristors zu trennen, um so die Impedanz einbauen zu können. Die Basiszone kann auch von Anfang an in Form getrennter Bereiche hergestellt werden, wodurch sich die tiefe Atzung erübrigt. Zusätzliche Verstärkungsstufen können bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgesehen werden.

Claims (9)

  1. Thyristor mit gesteuertem Strom bei Spannungsdurchbruch und Verfahren zur Begrenzung des Durchbruchstroms in flurchlaßrichtung durch einen Thyristor ratentanspruche Thyristor zur Steuerung des Stromflusses zwischen zwei Klemmen (64, 66), der aus dem sperrenden Zustand in den in flurchlaBrichtung leitenden Zustand schaltet, wenn die Klemmenspannung zwischen den Klemmen eine Durchbruchspannung übersteigt, mit einem Halbleiterkörper (2o) mit wenigstens vier Zonen (26, 28, 30, 35) abwechselnden Leitfähigksitstyps, die sich zwischen den Klemmen erstrecken, mit einer Emittsrzone (35), die eine der Klemmen (60) berührt, einer an die Emitterzone angrenzenden Basiszone (3o>, einem sperrenden pn-Obsrgang, der die Grenzfläche zwischen der Basiszone und einer dritten, an die Basiszone angrenzenden Zone bildet, und mit einem örtlichen Spannungsdurchbruchbereich (7o) des sperrenden pn-überganges, wo der in Ourchlaßrichtung gerichtete Durchbruch beginnt, wenn die Klemmenspannung die Durchbruchspannung übersteigt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Basiszone einen angrenzend an den Durchbruchbereich (70) des sperrenden pn-Ubergangs angeordneten ersten Basisbereich (50) und einen vom ersten Basisbereich zumindest partiell getrennten zweiten Basisbereich (52), wobei die Emitterzone (35) den zweiten Basisbereich t52) berührt, und eine strombegrenzende Einrichtung (53' B6) enthält, die den ersten mit dem zweiten Basisbereich verbindet.
  2. 2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die strombegrenzende Einrichtung einen Verbindungsteil (53) der Basiszone (3o) enthält, der sich zwischen dem ersten und zweiten Basisbereich (So, 52) erstreckt und einen höheren Widerstand aufweist als der Rest der Basiszone.
  3. 3. Thyristor nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t durch eine sich in die Basiszone (35) erstreckende Atzung (48), die die Basiszone unterteilt und den ersten und zweiten Basisbereich (So, 52) partiell trennt, wobei der Verbindungsteil (53) der durch die ätzung nicht entfernte Teil der Basiszone ist und sich zwischen dem ersten und zweiten Basisbereich erstreckt.
  4. 4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -Z Q i c h n e t , daß der erste und zweite Basisbereich (So, 52) vollständig voneinander getrennt sind und das strombegrenzende Element einen Widerstand (86) enthält, der zwischen dem ersten und zweiten Basisbereich geschaltet ist.
  5. 5. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der erste und zweite Basisbereich (So, 52) vollständig voneinander getrennt sind und das strombegrenzende Element ein induktives Element (9oil, das zwischen dem ersten und zweiten Basisbereich geschaltet ist, enthält.
  6. 6. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Emitterzone einen ersten Emitter (35) enthält, der eine der Klemmen (66) und den zweiten Basisbereich (52) berührt, und einen zweiten Emitter (125), der vom ersten Emitter getrennt ist und den ersten Basisbereich (So) berührt.
  7. 7. Verfahren zur Begrenzung des bei in Durchlaßrichtung anstehender Spannung entstehenden Durchbruchstroms durch einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit wenigstens vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, die sich zwischen zwei Klemmen erstrecken, wobei der Halbleiterkörper eine Emitterzone mit einem ersten Emitter, der eine der Klemmen berührt, eine an die Emitterzone angrenzende Basiszone, einen die Grenzfläche zwischen der Basiszone und einer dritten, an die Basiszone angrenzenden Zone bildenden sperrenden pn-übergang aufweist, und mit einer Einrichtung in dem Halbleiterkörper zur Lokalisierung eines Durchbruchbereichs des sperrenden pn-überganges, wobei der Durchlaß-Durchbruch eingeleitet wird, wenn die Spannung zwischen den Klemmen des Thyristors die Durchbruchspannung übersteigt, g e k e n n z e i c h n e t durch die Ausführung folgender Schritte am Halbleiterkörper: Unterteilung der Basiszone in einen ersten, an den Durchbruchbereich des sperrenden pn-übergangs angrenzenden Basisbereich und einen zumindest partiell vom ersten getrennten, an den ersten Emitter angrenzenden Basisbereich, und Ausbildung einer Strombegrenzungseinrichtung, die den ersten und zweiten Basisbereich verbindet, wodurch der bei in Durchlaßrichtung anstehender Spannung entstehende Durchbruchstrom durch den Thyristor begrenzt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der Unterteilung des Basisbereichs in diesen hineingeätzt wird, so daß erster und zweiter Basisbereich partiell voneinander getrennt werden und ein nicht entfernter Teil der Basiszone unterhalb der Atzung verbleibt, der die den ersten und zweiten Basisbereich verbindende strombegrenzende Einrichtung bildet.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der Unterteilung des Basisbereichs durch den Basisbereich hindurchgeätzt wird, so daß der erste und zweite Basisbereich vollständig getrennt werden, und daß die Anbringung der strombegrenzenden Einrichtung das Anschließen eines externen Impedanzelementes zwischen dem ersten und zweiten Basisbereich umFaßt.
    lo. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Durchbruchbereich des sperrenden pn-Übergangs im Halbleiterkörper zentral angeordnet wird und die Unterteilung des Basisbereichs einen Atzvorgang in den Basisbereich rings um einen zentralen Teil der Basiszone umfaßt, so daß die Basiszone unterteilt und zumindest partiell in einen zentral angeordneten ersten Basisbereich und einen diesen umgebenden zweiten Basisbereich unterteilt wird.
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