DE3002526A1

DE3002526A1 - Thyristor der statischen induktionsbauart

Info

Publication number: DE3002526A1
Application number: DE19803002526
Authority: DE
Inventors: Jun-Ichi Nishizawa; Tadahiro Ohmi
Original assignee: Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai
Current assignee: Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-24
Publication date: 1980-08-07
Also published as: US4935798A; JPS5599774A; US5001535A; DE3002526C2; US4772926A; US4872044A; JPS6221275B2

Description

8O-N-4123

ZAIDAN HOJIN HANDOTAI KENKYU SHINKOKAI, Japan

Thyristor der statischen Induktionsbauart

Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Induktionsthyristor mit einer hohen Sperrspannung, einem geringen Vorwärtsdurchlaßspannungsabfall und einer hohen Schaltgeschwindigkeit.

Konventionelle Thyristoren werden grundsätzlich durch eine vier Lagen aufweisende Struktur der pnpn-Type gebildet und haben Nachteile insoferne, als die Ausschaltwirkung 'nur durch eine Steuer- oder Gate-Spannung ausgeführt werden kann, und daß selbst dann, wenn die Abschaltung durch diese Gate-Spannung ausgeführt wird, die Geschwindigkeit sehr niedrig liegt. Im Gegensatz dazu hat der statische Induktionsthyristor (im folgenden SI-Thyristör genannt) grundsätzlich den Aufbau einer Gate-Dioden-Struktur, d.h. Anodenzone, Kathodenzone und Gate-Mittel entweder in der Anoden- oder der Kathodenzone integriert, wobei vorteilhafterweise folgende Merkmale auftreten: Der Abschaltvorgang durch die Gate-Spannung erfolgt leicht, und diese Abschaltzeit ist kurz, d.h. das Abschalten erfolgt schnell. Die Blockier- oder Sperrspannung des konventionellen SI-Thyristors ist hauptsächlich durch die Dicke einer einen hohen Widerstandswert aufweisenden aktiven Zone bestimmt, die ihrerseits einen Begrenzungsfaktor für den Vorwärts- oder Durchlaßspannungsabfall bildet. Es ist daher schwierig, gleichzeitig eine hohe Sperrspannung und einen niedrigen Vorwärtsspannungsabfall zu erhalten.

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Zusammenfassung der Erfindung. Ziel der Erfindung ist es, einen statischen Induktionsthyristor vorzusehen, der die erwähnten Nachteile konventioneller Thyristoren nicht aufweist und einen kleinen Spannungsabfall besitzt, sowie ferner eine hohe maximale VorwärtsSperrspannung und eine hohe Schaltgeschwindigkeit.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1A eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Schnittstruktur eines konventionellen statischen Induktionsthyristors;

Fig. 1B eine schematische Darstellung einer Potentialverteilung zwischen den Gate-Zonen dieses Thyristors;

Fig. 1C und 1D schematische Darstellungen der Potentialverteilungen zwischen der Kathodenzone und der Anodenzone dieses Thyristors;

Fig. 1E bis IG schematische Darstellungen der Potentialverteilungen zwischen der Gate-Zone und der Anodenzone dieses Thyristors;

Fig. 2A bis 2E sind schematische Darstellungen von Beispielen von Schnittstrukturen des erfindungsgemäßen statischen Induktionsthyristors, wobei im einzelnen

Fig. 2A einen schematischen Schnitt längs Linie A-A¹

in Fig. 2B,

Fig. 2B eine schematische Draufsicht und Fig. 2C bis 2E schematische Darstellungen von

Potentialverteilungen zwischen der Gate-Zone

und der Anodenzone zeigen;

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Fig. 3 bis 12 schematische Darstellungen von Beispielen von Schnittstrukturen des erfindungsgeraäßen statischen Induktionsthyristors;

Fig. 13A und 13B schematische Darstellungen einer Potentialverteilung bzw. einer elektrischen Feldverteilung des statischen Induktionsthyristors der Erfindung bei Anlegen einer Gegen- oder Rückwärtsspannung;

Fig. 14 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen statischen Induktionsthyristors;

Fig. 15, 16 und 17 schematische Darstellungen von Schnittstrukturbeispielen des erfindungsgemäßen statischen Induktionsthyristors.

Es seien nunmehr bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.

Ein typisches strukturelles Beispiel sowie die Arbeitsprinzipien des konventionellen SI-Thyristors sind in den Fig„ 1A bis 1G dargestellt. Fig. 1A zeigt einen Schnitt eines typischen Beispiels der Oberflächen-Gate-Struktur eines SI-Thyristors.

Der konventionelle SI-Thyristor wird als erstes beschrieben und zum Verständnis der vorliegenden Erfindung analysiert.

In Fig. 1A repräsentieren die p⁺-Zonen 11 und 14 eine Anoden zone bzw. eine Gate-Zone. Eine η -Typezone 13 repräsentiert eine Kathodenzone. Eine n~-Typezone 12 repräsentiert eine Zone zum Aufbau eines Kanals. Die Bezugszeichen 11', 13' und 14' bezeichnen eine Anodenelektrode, eine Kathodenelektrode und eine Gate-Elektrode, die aus einer Lage aus Al, Mo, W, Au oder anderen Metallen oder einem einen niedrigen Widerstandswert aufweisenden Polysilizium oder deren zusammengesetzter Struktur hergestellt sein können. Mit 16 ist

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eine Isolier- oder Trennlage bezeichnet, die aus SiO₂, Si₃N₄, Al₃O₃, AlN oder ähnlichen Substanzen oder ihren Mischungen oder ihrer zusammengesetzten Isolierlage hergestellt sein kann. Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Potentialverteilungen der Fig. 1 B bis 1F der Grund erläutert, warum ein Abschaltzustand (cut-off), in dem selbst bei Anlage einer positiven Spannung an die Anodenzone kein Strom fließt, erreicht werden kann. Fig. 1B zeigt eine Potentialverteilung in einem Schnitt einer Kanalzone 12 zwischen den Gate-Zonen 14 zu einem AbschaltZeitpunkt. Die Fig. 1C und 1D zeigen Potentialverteilungen zwischen einer Kathodenzone 13 und einer Anodenzone 11 zum Abschaltzeitpunkt. Fig. 1E und 1F zeigen Potentialverteilungen zwischen der Gate-Zone 14 und der Anodenzone 11 zum Abschaltzeitpunkt. Fig. 1G zeigt eine Feldverteilung zwischen der Gate-Zone 14 und der Anodenzone 11 .

Fig. 1B zeigt die Potentialverteilung in Querrichtung der Kanalzone in dem Zustand, daß eine vorbestimmte Rückwärtsvorspannung (einschl. V = O) an die Gate-Zone angelegt ist. Die in den Fig. 1B bis IF gezeigten und darauffolgend erläuterten Potentialverteilungen sind für Elektronen dargestellt und beschrieben. Es sei bemerkt, daß Elektronen mit größerer Leichtigkeit einen derartigen Platz mit einem niedrigeren Potential erreichen können. Demgemäß gilt das Umgekehrte für den Fall von Löchern, die eine entgegengesetzte oder positive elektrische Ladung besitzen; diese Löcher erreichen einen Platz mit einem höheren Potential für Elektronen mit größerer Leichtigkeit. In sämtlichen Fig. 1B bis 1F bezieht sich das Null- oder Bezugspotential auf das Potential der Kathodenzone. In Fig. 1B repräsentiert V, . das eingebaute oder Diffusionspotential zwischen der Gate-Zone 14 und der Kanalzone 12. Im Falle, daß das Potential V_* am Mittelteil der Kanalzone hinreichend viel größer ist als die thermische Energie kT (k ist die Boltzmannsche Konstante und T die absolute Temperatur) , welche die Elektronen besitzen, so wird kaum eine Injektion von Elektronen von der Kathodenzone über diese Barriere zur Anodenzone vorhanden sein. Die Fig. 1C und 1D

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zeigen Potentialverteilungen von der Kathodenzone zur Anodenzone längs des Mittelteils der Kanalzone, Die Anodenspannung V in Fig. 1D ist ersichtlich höher als die in a ■

Fig. 1C gezeigte. Das auf der Anodenseite dargestellte Symbol V, . repräsentiert ein eingebautes oder Diffusionspotential zwischen der Anodenzone 11 und der Kanalzone 12. Die Injektion von Elektronen von der Kathodenzone 13 wird durch das Maximum des Potentials unterdrückt, welches im Vordergrund der Kathodenzone erzeugt wird, d.h. durch die Potentialbarriere -V * des Intrinsic-Gates. Auf der Anodenseite bleibt andererseits das Potential des Teils der n~-Typezone 12, angeordnet in der Nähe der Anodenzone 11, niedriger als das der Anodenzone 11, um den Zustand des nicht völlig Durchschlagenseins (punch-through) aufrechtzuerhalten. Demgemäß wird die Injektion von Löchern von der Anodenzone 11 in die Kanalzone 12 durch das eingebaute Potential an der ρ η -Sperr- oder Grenzschicht unterdrückt. Andererseits bleibt die Potentialbarriere infolge der ρ η -Grenzschicht da, weil dieser Teil sich nicht im Zustand des punch-through befindet. Auf diese Weise wird verhindert, daß der von der Kathodenzone 13 zur Anodenzone 11 führende Pfad, der eine η n~p -Diodenstruktur bildet, am Einschalten gehindert ist, und kein Strom kann selbst dann fließen, wenn eine Vorwärtsspannung an eine solche Struktur angelegt wird- Insbesondere besitzt der Stromdurchlaß von der Kathodenzone zur Anodenzone eine Diodenstruktur η η ρ . Selbst dann, wenn eine Vorwärtsspannung an die Struktur angelegt wird, verhindern Gate-Mittel ausgebildet in der η -Typezone die Injektion von Trägern und kein Strom kann fließen. Insbesondere wird eine Potentialbarriere für Elektronen auf der Kathodenseite erzeugt, und eine weitere für Löcher auf der Anodenseite, wobei diese zur Unterdrückung der Injektion der entsprechenden Träger dienen, so daß diese Potentialbarrieren den Stromfluß unterdrücken. Ferner ist die Potentialverteilung bei Erhöhung der Anodenspannung V in Fig. 1D gezeigt. Durch Ver-

größerung der Rückwärts-Gate-Spannung V entsprechend einer Erhöhung der Anodenspannung V innerhalb des Bereichs der

Durchbruchspannung zwischen Kathodenzone und Gate-Zone ist

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es möglich, stets auf der Kathodenzonenseite eine Potentialbarriere mit einer hinreichend großen Höhe zu erzeugen. Es sei nunmehr angenommen, daß die Zone zwischen der Gate-Zone und der Kathodenzone eine Durchbruchspannung besitzt, die hinreichend groß ist, um eine maximale Vorwärtssperrspannung zu realisieren. Wenn jedoch die Anodenspannung V_a weiter ansteigt, und wenn demgemäß die n~-Typezone 12 fast vollständig bis zur Anodenzone verarmt, so wird die Potentialbarriere auf der Anodenzonenseite, die zur Unterdrückung der Injektion von Löchern dient, so niedrig werden, wie dies dargestellt ist. In einem solchen Zustand wird die Injektion von Elektronen von der Kathodenzonenseite aus unterdrückt, aber Löcher werden von der Anodenzonenseite aus injiziert werden. Diese Löcher fließen zu dem Teil mit einem höheren Potential hin. Unter derartigen Umständen werden Löcher auch in die Nähe des Intrinsic-Gates fließen. Daher wird die Potentialbarriere am Intrinsic-Gate wesentlich abgesenkt werden, was die Injektion von Elektronen von der Gate-Zone aus bewirkt, so daß der Stromfluß beginnt. Dieser Zustand sieht die maximale Vorwärtssperrspannung vor.Es braucht jedoch nicht darauf hingewiesen zu werden, daß dann, wenn die Gate-Kathoden-Durchbruchspannung (break-down-Spannung) nicht ausreicht, keine hinreichend hohe Potentialbarriere auf der Kathodenseite erzeugt wird, und selbst dann, wenn die Injektion der Löcher hinreichend auf der Anodenseite unterdrückt ist, erfolgt eine Injektion von Elektronen von der Kathodenseite, und demgemäß kann ein Stromfluß beginnen.

Die Fig. 1E und 1F zeigen Gate-Anoden-Potentialverteilungen bei zwei unterschiedlichen Anodenspannungen V , wie dies in den Fig. 1C und 1D dargestellt ist. Die Gate-Zone, die Kanalzone und die Anodenzone bilden eine ρ η ρ -Struktur. In dem Zustand, wo die positive Spannung V_ an die Anodenzone angelegt wird und eine Rückwärtsvorspannung (negative Spannung einschließlich V = 0) an die Gate-Zone 14 angelegt wird, wird die Gate-Seite ρ n~-Grenzschicht umgekehrt oder rückwärts vorgespannt, und die Anodenseite n~p -Grenzschicht

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wird in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Demgemäß breitet sich eine Verarmungs- oder Raumladungslage von der Gate-Seite aus zur Anodenzone hin= Fig. 1Fzeigt den Zustand, wo die Verarmungslage die Anodenseiten η ρ -Grenzschicht erreicht hat. Die elektrische Feldintensität ist am größten in dem Teil der n~-Zone, die in der Nähe der Gate-Zone angeordnet ist. Die elektrische Gate-Anoden-Feldverteilung ist in Fig. 1G für den der Potentialverteilung gemäß Fig. 1F gezeigten Zustand dargestellt. Die maximale elektrische Feldintensität E muß in ihrem Wert kleiner gemacht werden als das elektrische Durchbruchsfeld E, , wo eine Lawine (avalanche) anfängt Platz zu greifen- Wenn das Maximalfeld

E_m,„ E₀ übersteigt, selbst im Zustand des Anlegens einer max Jd

solchen Spannung, so wird dies nicht das Verschwinden der Potentialbarriere weder auf der Kathodenseite noch auf der Anodenseite hervorrufen, wobei die maximale Vorwärtssperrspannung durch diese Spannung bestimmt wird.

Die für einen Thyristor erforderlichen Eigenschaften (bei einem Thyristor handelt es sich um eine Schaltvorrichtung für große elektrische Leistung) können"beispielsweise wie folgt aufgezählt werden; (1) eine große maximale Vorwärts-

Sperr- oder Blockier spannung V₁, : (2) einen großen Span-

oamax

nungsverstärkungsfaktor μ (eine große Sperrspannung wird durch eine Gate-Spannung so niedrig als möglich erreicht); (3) einen großen Strom I im leitenden Zustand; (4) einen kleinen Spannungsabfall V-, im leitenden Zustand; (es sei darauf hingewiesen, daß die Punkte (3) und (4) einen kleinen Widerstand während der Zeit des Leitens bedeuten); (5) eine hohe Schaltgeschwindigkeit; (6) eine große Stromverstärkung G zur Abschaltzeit.

Zur Erhöhung der Sperrspannung ist es erforderlich, den Abstand Ι« zwischen der Gate-Zone und der Anodenzone in Fig.1A zu erhöhen. Bei der dargestellten Struktur erkennt man jedoch, daß dann, wenn der Abstand I₂ größer gemacht wird als ein bestimmtes Ausmaß, die elektrische Feldintensität E

in der Nähe der Gate-Zone sich in einem solchen Ausmaß ver*-

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größert, daß das elektrische Durchbruchsfeld E_D, wo die Lawine startet, überschritten wird, so daß die maximale Sperrspannung durch die Lawine bestimmt wird. Obwohl der Schwellenwert für das elektrische Feld zum Starten der Lawine auch von der Dicke der betreffenden Zone abhängt, so ist er in einem Siliziumhalbleiter ungefähr 200 kV/cm ■und im Falle von GaAs etwas höher als dieser Wert. Es sei ebenfalls bemerkt, daß ein übermäßig langer Abstand I₂ die Lauf-oder Transitzeit der Träger verlängert, was wiederum zu der Verzögerung der Schaltgeschwindigkeit der Vorrichtung beiträgt und den Spannungsabfall V-, im leitenden Zustand erhöht.

Es ist zweckmäßig, soweit es die maximale Sperrspannung gestattet, daß die η -Typezone 12 eine so kleine Dicke wie möglich besitzt, um eine höhere Schaltgeschwindigkeit, einen größeren Stromfluß und einen kleineren Spannungsabfall zu erhalten, um dies zu realisieren, muß die interne elektrische Feldintensität so gleichförmig wie möglich sein und muß auch auf einen Wert unterdrückt werden, der kleiner ist als das elektrische Lawinendurchbruchfeld E„. Um diese elektrische Feldintensität zu vergleichförmigen, ist es zweckmäßig, wenn die StörStellenkonzentration N_D der η -Typezone 12 so klein als möglich ist. Wenn jedoch die Störstellenkonzentration dieser n~-Typezone 12 übermäßig klein ist, so wird diese Zone vollständig durch eine niedrige Anodenspannung bis in die Nähe der Anodenzone verarmt.. Auf diese Weise wird der Loch-Injektionsunterdrückungsmechanismus auf der Anodenseite schwach, so daß die maximale Sperrspannung V_Bamax abfällt.

Fig. 2A zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen statischen Induktionsthyristors. Um die Anordnung derart zu treffen, daß die Intensität des internen elektrischen Feldes so gleichförmig wie möglich gemacht wird und daß kein Strom anfängt zu fließen, bis nicht ein vorbestimmter Anodenspannungspegel angelegt ist, hat sich die Ausbil-

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dung einer Zone mit relativ hoher Störstellenkonzentration benachbart zur Anodenzone, wie in Fig. 2A gezeigt, als effektiv herausgestellt. Insbesondere ist der größte Teil der Zone zwischen der Gate-Zone und der Anodenzone mit einer η -Typezone 12 mit einer sehr niedrigen Störstellenkonzentration aufgebaut, und eine n-Typezone 15 mit einer relativ hohen Störstellenkonzentration ist nur in der Nähe der Anodenzone vorgesehen. Andere Zonen können genau die gleichen sein wie in Fig. 1A gezeigt. Fig. 2B ist eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des statischen Induktionsthyristors. Fig. 2A zeigt eine Einheit mit einem einzigen Kanal, und zwar verläuft der Schnitt längs Linie A-A' in Fig. 2B. Fig. 2C und Fig. 2D zeigen die Gate-Anoden-Potentialverteilungen. Die Anodenspannung V_ in Fig. 2D ist größer

el

verglichen mit der in Fig. 2C gezeigten. Gleichartige Bezugszeichen wie in Fig. 1A bezeichnen gleichartige Teile. Wie erwähnt, ist eine n-Typezone 15 neu zwischen der Kanalzone 12 und der Anodenzone 11 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die maximale Sperrspannung V_D hauptsächlich

x3amax

durch die Dicke der η Typezone 12 bestimmt, und die Unterdrückung der Löcherinjektion auf der Anodenseite wird durch die n-Typezone 15 ausgeführt.

Die in Fig. 2D gezeigte Potentialverteilung entspricht im wesentlichen dem Zustand, in dem eine maximale Sperrspannung angelegt ist. Wie erwähnt, ist der Zustand derart, daß eine sich von der Gate-Zone aus erstreckende Verarmungslage oder Raumladungsζone in die n-Typezone 15 hinein erstreckt hat und fast bis zur Anodenzone 11 kommt. Das maximale elektrische Feld E_max wird zu dieser oben erwähnten Zeit an der Grenzfläche (Interface) zwischen der η -Typezone 12 und der Gatezone 14 derart eingestellt, daß es etwas kleiner als E_ß (vgl. Fig. 2E) ist und die Lawine noch nicht gestartet ist. Es ist zweckmäßig, den Aufbau derart vorzusehen, daß bei einem derartigen Zustand der Spannungsanlegung die zwischen Kathode und Gate-Zone anzulegende Rückwärts- oder Umkehrvorspannung nahe der Gate-Kathoden-Durchbruchspannung ist*

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>er

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Es sei bemerkt, daß je dichter die Position der Gate-Zone zur Kathodenzone ist, umso kürzer die Länge der Gate-Zone selbst gemacht werden kann, die sich zur Anodenzone hin erstreckt (in der Richtung des Hauptstroms), so daß eine hohe Spannung blockiert oder gesperrt werden kann, und der VorwärtsSpannungsabfall V_f, klein gemacht werden kann. Wenn die Dicke der n-Typezone 15 übermäßig groß ist, so verbleiben in einem übermäßigen Ausmaß in der n-Typezone 15, so daß die Zone nicht verarmt wird, selbst zur Zeit des Anlegens einer maximalen Sperrspannung, und demgemäß bleibt ein Teil der flachen Potentialverteilung für eine ausgedehnte Zeitperiode vorhanden. Das heißt, selbst dann, wenn das Gate geöffnet ist, um das Fließen von Elektronen in die n-Typezone 15 zu veranlassen und demgemäß diese Elektronen darin zur Verminderung der Potentialbarriere auf der Anodenseite gespeichert werden, wird die Effizienz der Löcherinjektion von der Anodenzone in die Kanalzone abfallen, und gleichzeitig damit wird die Geschwindigkeit, mit der die Löcher injiziert werden, verzögert, was eine Verschlechterung der Schaltgeschwindigkeit und eine Erhöhung von V_f, bewirkt. Die Dicke der n-Typezone 15 ist umso zweckmäßiger, je kleiner sie ist. Grob gesprochen sollte die Dicke der n-Typezone vorzugsweise kleiner sein als die Diffusionslänge des Minoritätsträgers beim höchsten Wert. Um die Anordnung derart zu treffen, daß die n-Typezone 15 eine kleine Dicke besitzt und daß auch die Verarmungs- oder Raumladungsiage in der Lage ist, fast an der Anodenzone durch eine vorbestimmte maximale Sperrspannung anzukommen, erkennt man aus der vorstehenden Beschreibung, daß die Störstellenkonzentration der n-Typezone 15 umso zweckmäßiger ist,je höher sie ist. Je höher jedoch die Störstellenkonzentration der n-Typezone 15 ist, so wird die Höhe der Potentialbarriere für Löcher hochgezogen (das dargestellte Potential für Elektronen wird herabgezogen), so daß die Menge derjenigen Elektronen, die in die erwähnte Zone zu fließen haben werden, groß wird, und demgemäß ergibt sich ein Nachteil insofern, als die Schaltzeit etwas verzögert wird.

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Es sei hier angenommen, daß die Störstellenkonzentration der η -Typezone 12 mit N₁ bezeichnet ist. Die Differenz der Intensitäten der elektrischen Felder am Ende der Gate-Zone 14 und an der Stelle der η "-Typezone 12 angeordnet benachbart zur n-Typezone 15, wenn die η -Typezone 12 vollständig verarmt ist, ist im wesentlichen gegeben durch: N_D-jql₂/£ * Dabei bezeichnet q die Größe der Elektronenladung und i, ist die Dielektrizitätskonstante. Nimmt man an, daß I₂ = 500 μΐη, so wird der Wert von N_o1ql₂/£ mit N₀₁ = 1 χ 10 cm annähernd 80 kV/cm. Wenn die Intensität des elektrischen Feldes E_max an der Endoberfläche der Gate-Zone mit 150 kV/cm ausgewählt wird, unter Vernachlässigung der Dicke der n-Typezone 15, so kann eine Sperrspannung von ungefähr 5500 V realisiert werden. Wenn man E_m „ bis zu 180 kV/cm zu-

Iu 3. X

läßt, so kann eine Sperrspannung von ungefähr 7000 V reali-

12 —3 siert werden. Wenn N₀₁ = 1 χ 10 cm ,so wird N^qI₂/ε. ungefähr 8 kV/cm. Wenn in einem solchen Fall die Intensität des elektrischen Feldes an der Endoberfläche der Gate-Zone

E_m„„ mit 150 kV/cm ausgewählt wird, so kann eine Sperrmax

spannung von ungefähr 7200 V realisiert werden. Es sei nunmehr angenommen, daß I₀ beispielsweise 50 μπι ist. Der Wert

13 —3 von N_n1ql~/£. wird dann mit N₁ = 1 χ 10 cm ungefähr

12 —3

8 kV/cm. Wenn N₀₁ = 1 χ 10 cm , dann wird N^ql^S. ungefähr 0,8 kV/cm. Wenn in solchen Fällen E_m=iv mit 150 kV/cm ausgewählt ist, so können maximale Vorwärtssperrspannungen von ungefähr 730 V und 750 V für die Fälle N_n1 = 10¹³ bzw.

12 —3
10 cm realisiert werden. Dadurch, daß man N_n1 auf einen

13-3

Wert von ungefähr 1 χ 10 cm einstellt, kann eine Sperrspannung von beispielsweise 400 V durch Wahl von I₂ = 27 um oder sogar kleiner realisiert werden» Die Intensität des elektrischen Feldes an der Grenze zwischen der η -Typezone 12 und der n-Typezone 15 kann angegeben werden durch:

Demgemäß kann die StörStellenkonzentration N₂ der n-Typezone 15 und ihre Dicke I₃ derart bestimmt werden, daß der folgenden Beziehung Genüge getan wird:

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-yr. 300252S

max

16 — "3
Wenn Ν_β2 = 1 χ 10 cm ,so reicht ein Wert von ungefähr 1 μπι für 1- für alle die Fälle aus. Im Falle, daß N_n- =

17 -3
1 χ 10 cm , reicht ein Wert von 0,1 bis ungefähr 0,2 μπι für I₃ für alle Fälle aus. Wenn N₀₂ = 1 χ 10¹⁵ cm"³, so würde der Wert für I₃ ungefähr 10 μπι oder kleiner sein. Wenn die Störstellenkonzentration N₀₁ und N_D2 sich stark unterscheiden, so kann die maximale Sperrspannung V annähernd durch die folgende Formel angegeben werden:

N_n1qL ^Nn2^<3^Ä'·?²

V₁₃ ft* (E - > i~> + ...-(2) Bamax max 2e 2 - 2ε

Um diese maximale Sperrspannung zu realisieren, sollte die Kathoden-Gate-Durchbruchspannung hinreichend hoch sein, um das Anlegen einer hinreichend hohen Rückwärts-Gate-Vorspannung zu ermöglichen, und zwar für den Aufbau einer Potentialbarriere in der Kanalzone ausreichend zur Verhinderung der Elektroneninjektion von der Kathodenseite. Das

maximale Feld E „ kann in Beziehung mit dem Lawinendurchmax

bruchsfeld E_ß bestimmt werden. Gemäß Gleichung 2 ergibt sich, daß zur Erreichung einer großen Sperrspannung durch eine Dicke I₂ so klein als möglich, der Wert von N_Q1 umso zweckmäßiger ist, je kleiner er ist. Insbesondere ist die Zone 12 zweckmäßigerweise entweder ein Intrinsic-Halbleiter oder ein nahezu Intrinsic-Halbleiter. Anders ausgedrückt ist es zweckmäßig, N₀₁ derart auszuwählen, daß N₀..ql₂/2£ hinreichend klein verglichen mit E_n ist.

Wie oben erwähnt, sollte im statischen Induktionsthyristor die Höhe der Potentialbarriere am Intrinsic-Gate auf der Kathodenseite und die Höhe der Potentialbarriere auf der Anodenseite hoch genug sein, um die Injektion von Trägern zu verhindern und die Intensität des elektrischen Feldes an

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-ys-

der Interface der Gate-Zone mit der Anodenseiten-Kanalzone sollte nicht das Lawinendurchbruchfeld E_ übersteigen- Es wurden Betrachtungen angestellt hinsichtlich der Realisierung einer maximalen Vorwärtssperrspannung V_n durch eine Vor-

rsamax

richtung mit einer Dicke so klein als möglich. Da die Intensität des internen elektrischen Felds im wesentlichen gleichförmig über den betreffenden Hauptteil hinweg ist, wird die Stromdichte im leitenden Zustand groß und zusammen damit wird der Vorwärtsspannungsabfall klein. Ebenfalls gilt, daß selbst dann, wenn die Vorrichtung durch Anlegen einer Rückwärtsvorspannung an die Gate-Zone abgeschaltet wird, die meisten Träger in einem Driftfeld laufen, so daß die Schaltzeit kurz ist.

Im folgenden seien Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In den im folgenden gezeigten Strukturen wird nur eine Kanaleinheit aus Gründen der vereinfachten Erklärung gezeigt. Um eine Struktur für einen großen Strom zu konstruieren, ist es lediglich erforderlich, eine Mehrfach- oder Multikanalstruktur zu bilden, und zwar einschließlich einer Vielzahl solcher parallelgeschalteter Einheiten.

Fig. 3 zeigt eine Schnittstruktur eines weiteren Ausführungsbeispiels des städtischen Induktionsthyristors mit einer eingebetteten Gate-Struktur. Eine als Gate-Zone dienende ρ Typezone 14 ist entweder in Maschenform oder Streifenform in einer η -Typezone 12 eingebettet. Eine η -Kathodenzone 13 ragt zum Mittelteil jeder Kanalzone. Der zwischen Gate-Zone und Kathodenzone liegende Teil ist eine gemeinsame Zone mit der erwähnten η -Typezone 12. Abhängig von der Herstellungsart kann jedoch ein solcher Teil durch eine unterschiedliche Zone als die η -Typezone 12 ersetzt werden. Infolge der Tatsache* daß eine einen hohen Widerstandswert aufweisende Zone zwischen der Gate-Zone und der Kathodenzone vorhanden ist, ist die Gate-Kathodendurchbruchspannung hoch und die statische Gate-Kathodenkapazität ist klein. Fig. 3 zeigt ein Beispiel, wo sich die Kathoden-η -Typezone 13 durch die ge-

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samte Hauptoberfläche des Halbleiters erstreckt. Es sei jedoch bemerkt, daß eine Struktur verwendet werden kann, in der die η -Type-Kathodenzone 13 nur in der Nähe des Mittelteils des Kanals vorgesehen ist und zum Mittelteil der Kanalzone hin vorragt. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß diese η -Typezone 13 flach ohne einen derartigen vorstehenden Teil sein kann. In dieser eingebetteten Gate-Struktur bestehen die Nachteile darin, daß der Gate-Widerstand die Tendenz besitzt, hoch zu werden, und daß die Schaltgeschwindigkeit verzögert ist. Um derartige Nachteile zu überwinden, kann die Länge der streifenförmigen Gate-Zone klein gemacht werden, und diese streifenförmige Gate-Zone wird in die Oberfläche des Halbleiterkörpers gezogen, und eine Metallelektrode wird darauf vorgesehen.

Fig. 4 zeigt eine Struktur, wo eine Isolierlage 17 auf der Oberfläche der Gate-Zone vorgesehen ist, die zur Anodenzone hin weist. Auf der Isolierlage 17 ist eine ρ -Type-Gate-Zone 14 vorgesehen. In dieser Struktur muß der Hauptteil der Gate-Zone 14 kein Einkristall sein, sondern kann polykristallin sein oder ein poröser Kristall. Infolge der Tatsache, daß eine Isolierlage 17 auf der Bodenoberfläche der Gate-Zone vorgesehen ist, wird die Menge derjenigen Löcher, unter den Löchern, denen gestattet ist, von der Anodenzone wegzufließen, die in die Gate-Zone fließen, klein gemacht werden, und ein statischer Induktionsthyristor mit einer großen Stromverstärkung (Ausschaltverstärkung) wird erhalten.

Die Fig. 5A bis 5C und 6 zeigen Ausführungsbeispiele von statischen Induktionsthyristoren mit isoliertem Gate. Da ein statischer Induktionsthyristor die Ein/Aus-Steuerung durch Steuerung des Kanalpotentials durch die Gate-Zone ausführt, ist die Gate-Struktur nicht auf die Sperrschicht- oder Junction-Bauart begrenzt, sondern grundsätzlich kann jede Struktur verwendet werden.

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Fig. 5Α zeigt eine Struktur, wo eine isolierte Gate-Zone auf der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers vorgesehen ist. In diesem Beispiel ist nicht beabsichtigt, daß eine p-Typezone 14 die Rolle eines Haupt- oder Treiber-Gates spielt. Elektronen angeordnet in der Kathodenzone werden zuerst durch ein isoliertes Gate 14" gesteuert und können horizontal durch den Teil der Kanalzone fließen, der durch das erwähnte isolierte Gate (im folgenden MOS-Gate genannt) umgeben ist, und durch eine p-Typezone 14, im wesentlichen längs der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers. Danach werden die Elektronen vertikal von dort aus zur Anodenzone 11 fließen.

Fig. 5B zeigt eine weitere Schnittstruktur, die senkrecht zur Oberfläche der Zeichenebene verläuft und durch eine Kathodenzone 13 der Fig. 5A schneidet. In dieser Figur ist eine unabhängige Elektrode 14' ' ' auf der p-Typezone 14 vorgesehen dargestellt. Diese Elektrode 14'" kann ein unabhängiges Potential erhalten, oder aber sie kann elektrisch schwimmen oder schweben. Diese Elektrode 14""' kann auch direkt mit einer Kathodenelektrode 13' gekoppelt sein. In einem derartigen Fall werden diejenigen von der Anodenzone injizierten Löcher hauptsächlich in die p-Typezone 14 fließen, und von dort fließen sie zur Kathodenelektrode 13" über die Elektrode 14^l'¹. Demgemäß ist der Abfluß dieser Löcher von der Kanalzone 12 gut, und die Betriebsgeschwindigkeit ist hoch. Weil die Struktur zur MOS-Gate-Bauart gehört, ist die Stromverstärkung, wie üblich, sehr groß. Im Falle, daß sich die p-Typezone 14 im schwimmenden Zustand befindet, zeigt die dargestellte Struktur eine Arbeitsweise ähnlich der des konventionellen Thyristors infolge derjenigen Löcher, die in die p-Typezone 14 geflossen sind, die eine negative Widerstandscharakteristik oder -kennlinie erzeugen, aber das Abtrennen oder Abschalten durch das MOS-Gate unmöglich machen. Aus diesem Grunde ist es normalerweise zweckmäßig, diese Elektrode 14' ' ' direkt mit der Kathodenelektrode 13° zu koppeln, oder ein unabhängiges Vorspannungspotential daran anzulegen.

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-an-

Fig. 5C zeigt eine Verbesserung der Struktur gemäß Fig. 5A. In Fig. 5A ist eine MOS-Gate-Struktur gleichförmig zwischen benachbarten Kathodenzonen 13 vorgesehen. Um den Thyristor schnell einzuschalten, existiert vorzugsweise ein Driftfeld von der Kathodenzone 13 zur Anodenzone. Die langgestreckte Gate-Elektrode 14' kann entgegengesetzt zu diesem Zweck arbeiten. Wenn ferner ein Elektronenstrom fließt, so gibt es einen IR-Spannungsabfall auch am Horizontalteil des Stromkanals, der der Steuerung der Gate-Elektrode 14' ausgesetzt ist. Dieser IR-Spannungsabfall macht die effektive Gate-Vorspannung tief und erzeugt eine negative Rückkopplungswirkung für den Elektronenfluß. Um diesen Nachteil zu überwinden, kann eine MIS-Gate-Struktur, wie in Fig. 5C gezeigt, verwendet werden, bei der die Dicke der Isolierlage in der Nähe des Mittelteils zwischen den benachbarten Kathodenzonen erhöht wird. Die Dicke und Störstellenkonzentration der p-Typezone in den Strukturen gemäß Fig. 5A und 5C muß derart ausgewählt sein, daß das Auftreten des punch-through-Zustands zwischen der Anodenzone und der Kathodenzone verhindert wird; d.h. es muß verhindert werden, daß ein Lochstrom direkt zur Zeit des Anlegens der maximalen Sperrspannung hindurchfließt. Zusammen damit und im Hinblick auf die Tatsache, daß ein Strom durch die p-Typezone 14 fliessen wird, müssen die Abmessungen und die Störstellenkonzentration in dieser Zone genügend derart ausgewählt werden, daß der Spannungsabfall infolge Stromflusses hinreichend klein ist, um so im wesentlichen vernachlässigt werden zu können. Dies bedeutet, daß dessen StorStellenkonzentration zweckmäßigerweise relativ hoch ist.

Fig. 6 zeigt in ähnlicher Weise einen schematischen Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines statischen •Induktionsthyristors mit einer MIS-Gate-Struktur. Wie in der Figur gezeigt, ist die MIS-Gate-Struktur entlang einer Seitenoberfläche eines Ausnehmungsteils vorgesehen.

Dieser statische Induktionsthyristor der MIS-Bauart verwendet

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eine ρ nn η -Konfiguration. Demgemäß werden sämtliche aus der Anodenzone geflossenen Löcher in die Kathodenzone eintreten. Demgemäß besitzt diese Struktur den Nachteil, daß die Geschwindigkeit der Abschaltzeit etwas verzögert ist. Die Abschaltverstärkung dieser Struktur ist jedoch sehr groß. Man erkennt, daß die in den Fig. 5 und 6 gezeigten isolierten Gate-Elektroden aus Schottky-Elektroden aufgebaut sein können, um Schottky-Gate-Thyristoren zu bilden.

Die Fig. 7A und 7B zeigen weitere Ausführungsbeispiele des statischen Induktionsthyristors. Fig. 7A zeigt ein Ausführungsbeispiel, wo eine ρ -Typezone auf der Bodenoberfläche (Unterseite) eines AusnehmungsteiIs ausgebildet ist, um als eine Gate-Zone zu dienen. Fig. 7B zeigt einen Fall, wo die ρ -Typezonen auf den Seitenoberflächen angeordnet in der Nähe der Unterseite eines Ausnehmungsteils angeordnet sind, um als Gate-Zonen zu dienen. Diese Ausführungsbeispiele besitzen ferner solche Merkmale, daß die Gate-Kathoden-Kapazität reduziert ist, und daß die Gate-Kathoden-Durchbruchspannung verbessert ist. In Fig. 7A ist eine ρ -Typezone auf der gesamten Bodenoberfläche eines' Ausnehmungsteils vorgesehen und weist zur Anodenzone 11 in einem relativ breiten Gebiet hin. Eine große Anzahl von Löchern kann aus der Anodenzone in die Gate-Zone 14 fließen, und dadurch kann die Stromverstärkung sehr klein werden. Im Gegensatz dazu sind bei der Struktur gemäß Fig. 7B die Gate-Zonen in ihrer Größe sehr klein und fast im Vordergrund der Kathodenzone angeordnet, so daß die Größe des Lochstroms , der in die Gate-Zonen fließt, klein ist, wodurch eine große Stromverstärkung vorgesehen wird.

Die Fig. 8 bis 11 zeigen statische Induktionsthyristoren mit aufgespaltenen oder Split-Gate-Strukturen. Die Gatezone ist in zwei oder mehr Zonen aufgespalten. In den Figuren wird einer der ρ -Type-Gate-Zonen ein festes Potential einschließlich Null erteilt, um eine subsidiäre Potentialverteilung in der Kanalzone aufzubauen und gleichzeitig

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damit dient diese ρ -Type-Gate-Zone als eine Elektrode zum Herausabsorbieren von Löchern. In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 8 bis 11 sind stets Strukturen gezeigt, deren feste Potential-Gate-Zone direkt mit der Kathodenzone gekoppelt ist.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 8 dient eine p⁺-Type-Zone 14 als eine Treiber-Gate-Zone und eine weitere ρ -Type-Zone 14*' ist eine Gate-Zone mit festem Potential. Die Größe der effektiven oder Treiber-Gate-Zone kann auf 1/2 reduziert werden, so daß die damit einhergehende statische Kapazität klein wird und demgemäß die Betriebsgeschwindigkeit sich erhöht. Gleichzeitig damit wird die Menge der in die Treiber-Gate-Zone und somit in die Steuerschaltung fließenden Löcher vermindert, und man kann eine große Stromverstärkung erhalten.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung, bei der eine isolierte Lage auf der Unterseite einer Treiber-Gate-Zone vorgesehen ist, um die Stromverstärkung weiter zu erhöhen. Gemäß dieser Struktur wird die Größe der in die Treiber-Gate-Zone fliessenden Löcher sehr klein, so daß die Stromverstärkung stark verbessert werden kann.

Einer der Nachteile der Split-Gate-Strukturen kann darin bestehen, daß dann, wenn eine große Umkehr- oder Rückwärtsvorspannung an die Treiber-Gate-Zone angelegt wird, um eine hohe Anodenspannung zu sperren und um den "Aus"-Zustand der Vorrichtung beizubehalten, ein großer Punch-Through-Strom zwischen der festen Potential-Gate-Zone und der Treiber-Gate-Zone fließen kann. Fig. 10 zeigt eine derart konstruierte Struktur, daß bei guter Ausnutzung der Merkmale der Split-Gate-Struktur der Punch-Through-Strom zwischen den Gate-Zonen, der als der einzige Nachteil der Spli-t-Gate-Struktur angesehen werden kann, extrem minimiert wird. In Fig'. TO ist eine Isolier- oder Trennlage auf einer Seitenoberfläche der ein festes Potential aufweisenden Gate-Zone angeordnet,

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W0

und zwar längs der Kanalzone. Gemäß dieser Struktur wird ein beträchtlicher Teil der von der Anodenzone abfließenden Löcher in die Unterseite der festen Potential-Gate-Zone eintreten, um sich mit dem Strom der Kathoden-Elektrode zu vereinigen.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des statischen Induktionsthyristors mit einer Split-Gate-Struktur und derart angeordnet, daß die Treiber-Gate-Zone aus einer MIS-Gate-Zone besteht, um eine große Stromverstärkung zu erhalten und den Löcherfluß zu erhöhen.

Die Fig. 8-11 zeigen Strukturen, wo sowohl die Treiber-Gate-Zone als auch die feste Potential-Gate-Zone bis fast auf die gleiche Tiefe des Halbleiterkörpers vorgesehen sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese beiden Gate-Zonen nicht notwendigerweise die gleiche Tiefe besitzen. Durch Vorsehen einer Festpotential-Gate-Zone mit einer größeren Tiefe als die andere Gate-Zone ist es möglich, die Absorption von Löchern zu verbessern und ferner das -Sperren des Effekts einer hohen Anodenspannung zu erleichtern.

Die Gate-Zonen 14 und 14' können zumindest teilweise durch einen polykristallinen Halbleiter gebildet werden. Beispielsweise können polykristalline Zonen stark dotiert mit Akzeptoren abgeschieden werden und dann einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, um ρ -Type-Gate-Zonen zu bilden.

Fig. 12A zeigt eine abgewandelte Struktur. In der Planar-Gate-Struktur entsprechend der der Fig. 2 besitzt die Gate-Zone 14 eine fortlaufend größere Fläche, wenn die (betrachtete) Stelle weiter weg von der Hauptoberfläche eines Halbleiterkörpers liegt. Dieser statische Induktionsthyristor hat die Merkmale, daß die Gate-Kathoden-Durchbruchspannung groß ist und daß die statische Kapazität klein ist und daß darüber hinaus der Abtrenn- oder Abschneid-Wirkungsgrad gut ist.

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Fig. 12B zeigt eine weitere verbesserte Struktur, bei der eine Isolierlage 16 auf der Unterseite jeder der ρ -Type-Zone 14 ausgebildet ist, um so die Stromverstärkung bei der Abtrennzeit der Vorrichtung zu erhöhen. Eine solche in Fig. 12B gezeigte Struktur kann dadurch aufgebaut werden, daß man zunächst eine poröse Siliciumzone der ρ -Type-Gate-Zone herstellt, und zwar durch Verwendung des anodischen Oxydationsverfahrens unter Verwendung einer Fluorwasserstoffsäurelösung, worauf dann eine Si0₂-lsolierlage 16 durch Implantation von Sauerstoff ausgebildet wird und sodann die Diffusion oder Ionenimplantation von Bor (B) erfolgt. Der Abstand w zwischen den Gate-Zonen 14 ist zweckmäßigerweise je kleiner je besser, um eine große Vorwärtssperrspannung durch eine kleine Gate-Vorspannung zu erreichen. Es ist zweckmäßig, dieses w dadurch klein zu machen, daß man die Gate-Zonen und die Kathodenzone dicht genug zueinander in einem solchen Ausmaß anordnet, daß die Gate-Kathoden-Durchbruchspannung nicht tiefer abfällt als auf den gewünschten Pegel. Ein übermäßig kleiner w-Wert ergibt eine Erhöhung des Widerstands im leitenden Zustand.

Die in den Fig. 12A und 12B gezeigte Struktur, bei der die Gate-Zone eine größere Fläche besitzt, je weiter die Lage gegenüber der Hauptoberfläche ist, kann direkt oder in modifizierter Weise auf die in den Fig. 4, 6, 8, 9, 10 und 11 gezeigten Strukturen aufgebracht werden.

Die Strukturen zur Erhöhung der VorwärtsSperrspannung wurden unter Bezugnahme auf einige konkrete Ausführungsbeispiele beschrieben. Es braucht nicht darauf hingewiesen zu werden, daß diese Ausführungsbeispiele nicht einschränkend zu verstehend sind. Die entsprechenden Zonen können Leitfähigkeitstypen entgegengesetzt zu den gezeigten und oben beschriebenen haben. In einem solchen Falle wird die Zone 11 durch eine η -Type-Zone gebildet und somit wird eine negative Spannung daran im Vorwärts-Vorspannzustand angelegt. In der vorliegenden Beschreibung

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wird diese Zone 11 jedoch eine Anodenzone unabhängig von der Polarität der angelegten Spannung genannt. Kurz gesagt kann jede Struktur verwendet werden, vorausgesetzt, daß eine dünne Lage mit einer hohen Störstellenkonzentration und mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der Anodenzone auf der Seite dieser Anodenzone eingesetzt ist, die zur Kathodenzone in benachbarter Beziehung zur Anodenzone hinweist, wobei ferner die den Kanal bildende Zone von dieser dünnen Lage bis zur Kathodenzone aufgebaut ist durch eine Zone mit einer Störstellenkonzentration so niedrig wie möglich. Die niedrige Störstellenkonzentrationszone hat eine gleichförmige elektrische Feldintensität über die gesamte Zone hinweg, um so die maximale Sperrspannung zu erhöhen. Auf diese Weise ist es möglich, die Feldintensität substantiell bis zum elektrischen Lawinen-Start-Durchbruchfeld über die niedrige Störstellenkonzentrationszone hinweg zu erhöhen. Der Abfall der Sperrspannung infolge der Trägerinjektion auf der Anodenseite kann durch die dünne Zone mit einer relativ hohen Störstellenkonzentration verhindert werden. Da diese dünne Zone eine 'kleine Dicke besitzt, ist der Trägerinjektionswirkungsgrad von der Anodenzone gut, und weil auch die von dort in die Kanalzone injizierten Träger sich auf hoher Ge= schwindigkeit befinden, zeigt diese Vorrichtung die Merkmale hoher Geschwindigkeit, eines kleinen Vorwärtsspannungsabfalls und einer großen Stromkapazität im leitenden Zustand. Um die maximale Blockierspannung zu vergrößern, ist es lediglich erforderlich, die Zone 12 dick auszubilden. Um einen großen Strom zu erhalten, ist es lediglich erforderlich, die Anzahl der Kanäle .zu erhöhen.

In der obigen Beschreibung wurde die Erhöhung der maximalen Vorwärtssperrspannung betont, wobei der Kathoden-Anoden-Abstand so klein wie möglich gehalten wurde. Es sei hier darauf hingewiesen, daß in vielen Fällen ein Thyristor nicht nur eine hohe VorwärtsSperrspannung haben muß, sondern gleichzeitig damit auch eine hohe Rückwärtsdurchbruchspannung, Diese Rückwärtsdurchbruchspannung wird durch die Rückwärts-

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richtungskennlinie von beispielsweise der ρ nn η -Diodenstruktur bestimmt, die sich von der Anodenzone zur Kathodenzone erstreckt, wie dies in Fig. 2A gezeigt ist. In den Fig. 13A und 13B sind die Gate-Anoden-Potentialverteilung bzw. die elektrische Feldverteilung dargestellt für den Fall, wo eine Umkehr- oder Rückwärtsspannung V angelegt

el

ist, im Falle, daß die η "-Type-Zone 12 im wesentlichen als eine Intrinsic-Zone betrachtet werden kann, wegen der sehr niedrigen Störstellenkonzentration dieser Zone. Die maximale elektrische Feldintensität an der rückwärts vorgespannten Anodengrenzschicht in Fig. 13B ist wie folgt gegeben:

E a* =—-—{v + V . + —— -(A, + -W-)

max ^₁ + Jl₃ ¹ a ^vbi e ¹I 2 '

Wenn diese maximale elektrische Feldintensität E das elektrische Lawinendurchbruchsfeld E_ß erreicht, beginnt 'ein Lawinenstrom zu fließen. Demgemäß' ist die maximale Rückwärtsdurchbruchspannung V durch folgende Formel gegeben:

N ₂q£, . λ

Vmax - V*l ⁺ *3> " ^Vbi

^£3⁾

Nimmt man beispielsweise an, daß I₁ = 500 Mikrometer, N₀₁ =1 χ 10¹² cm"³, I₃ = 1 Mikrometer und N_d2 = 1 χ 10¹⁶cm~³ ist und wenn ferner E_ß = 200 KV/cm trägt, so wird V fast 2000 V. Da die maximale Vorwärtsdurchbruchspannung 7000 V oder mehr ist, werden oft Fälle auftreten, in denen eine Rückwärtsdurchbruchspannung dieses Ausmaßes nicht ausreicht. In den oben erwähnten Formeln 3 und 4 ist eine Betrachtung hinsichtlich des Gate-Anoden-Punch-Through-Effekts nicht vorhanden.

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Demgemäß wird in der Praxis die Rückwärtsdurchbruchspannung keine Verbesserung bis zu 2000 V zeigen. Damit diese Vorrichtung mit einer Rückwärtsdurchbruchspannung mit einem Pegel ähnlich dem der Vorwartsdurchbruchspannung arbeiten kann, ist es nur erforderlich, beispielsweise eine Silicium-Schottky-Diode in Serie mit dieser Vorrichtung in einer Art und Weise zu schalten, wie dies in Fig- 14 gezeigt ist. In Fig. 14 bezeichnet D₁ eine Schottky-Diode und Q₁ bezeichnet einen statischen Induktionsthyristor gemäß der Erfindung. Die Schottky-Diode kann gebildet werden durch das Vorsehen einer η -Type-Zone auf einer der Hauptoberflächen einer einen relativ hohen Widerstandswert aufweisenden n-Type-Zone mit einer vorbestimmten Dicke und durch Vorsehen einer Schottky-Sperr- oder Grenzschicht unter Verwendung von Al, Pd, Pt, Au oder anderen Metallen auf der anderen Hauptoberfläche. Die Störstellenkonzentration und die Dicke der einen relativ hohen Widerstandswert aufweisenden n-Type-Zone können bestimmt werden basierend auf Faktoren wie dem erforderlichen Wert der Rückwärtsdurchbruchspannung und dem Wert des Vorwärtsspannungsabfalls. Da die Schottky-Diode das Fließen einer Anzahl von Trägern gestattet, ist die Schaltgeschwindigkeit der Vorrichtung groß. Auch ist eine Schottky-Diode von solcher Art, daß der Vorwärtsspannungsabfall die Tendenz besitzt, etwas groß zu werden, so daß zur Überwindung dieses Problems es lediglich erforderlich ist, beispielsweise eine ρ in Diode zu verwenden.

Zur Realisierung einer vorbestimmten Vorwartsdurchbruchspannung und einer vorbestimmten Rückwärtsdurchbruchspannung nur durch den erfindungsgemäßen statischen Induktionsthyristor ist es lediglich erforderlich, die Störstellenkonzentrationen und die Dicken der η -Type-Zone 12 und der ri-Type-Zone 15 im wesentlichen wie folgt auszuwählen» Die Rückwärtsdurchbruchspannung wird von der Tatsache bestimmt, daß das maximale elektrische Feld an der ρ (11)n(15)

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Sperrschicht ein elektrisches Lawinen-Start-Schwellenfeld E₀ erreicht oder, selbst wenn dieses elektrische Schwellenfeld nicht erreicht wird, die Rückwartsdurchbruchspannung bestimmt wird durch die Tatsache, daß die Verarmungs- oder Raumladungslage, die sich von der Anodenzone aus erstreckt, vollständig die ρ -Type-Zone 14 erreicht, was entweder einen Punch-Through-Strom hervorruft oder den Beginn des Fließens eines Punch-Through-Stromes. Es wäre zweckmäßig, die Werte für die Störstellenkonzentrationen und die Dicken dieser Zonen derart auszuwählen, daß die oben erwähnten beiden Arten von Phänomenen im wesentlichen zur gleichen Zeit auftreten, so daß folgendes gilt:

ft, + -2 -«E_D

max ε ε Β

(5)

armax * "2i ⁺

Es ist insbesondere nur erforderlich, die Anordnung derart zu treffen, daß dann, wenn die Intensität des elektrischen Feldes an der Interface oder Grenzschicht von ρ (11)n(15) im wesentlichen gleich dem Lawinenstartschwellenwert des elektrischen Feldes E_D wurde, die sich von der Anodenzone aus erstreckende Verarmungslage die Gate-Zone 14 erreichen wird. Die Rückwärtsspannung zu einem solchen Zeitpunkt wird im wesentlichen durch die Formel 6 gegeben. Wenn N₁ ungefähr

13-3
1 χ 10 cm und I₉ ungefähr 500 Mikrometer sind, und wenn

15 — 3

ferner N_Q2 ungefähr 2 χ 10 cm und I₃ ungefähr 3 Mikrometer ist, so kann eine Rückwärtsspannung von ungefähr 2000 V erreicht werden. Die maximale Vorwärtsdurchbruchspannung zu dieser Zeit wird ungefähr 6800 V. Es ist häufig der Fall, daß die Rückwartsdurchbruchspannung bestimmt wird .durch den Punch-Through der p⁺-Type-Gate-Zone 14. Demgemäß ist bei einem statischen Induktionsthyristor der isolierten Gate-Type (MOS-SI-Thyristor), wie in Fig. 15 gezeigt, das Problem des Punch-Through der Gate-Zone zur Zeit des Anlegens einer Rückwärtsspannung nicht vorhanden, so daß eine große Rück-

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wärtsdurchbruchspannung erreicht werden kann. Beispielsweise sei angenommen, daß die Störstellenkonzentration

12 -3
der i-Zone einmal 10 cm oder weniger ist, und daß I₁ ungefähr I₉ ungefähr 500 Mikrometer ist, und daß 1, ungefähr T Mikrometer ist, und daß ferner N₉ ungefähr

15 -3
6 χ 10 cm ist, so kann ein Wert dicht zu 5000 V für sowohl die maximale Vorwärtssperrspannung als auch die Rückwärtsdurchbruchspannung erreicht werden.

Wie in Fig. 4 anhand der Struktur gezeigt? wo eine Isolierlage auf der Unterseit e der Gate-Zone 14 vorgesehen ist, kann eine große Vorwärtssperrspannung und eine grosse Rückwärtsdurchbruchspannung erreicht werden. Mit der Struktur, daß kein Punch-Through-Strom von der Gate-Zone zur Zeit des Anlegens einer Rückwärtsspannung fließt, muß die Zone 12 derart aufgebaut sein, daß sie im wesentlichen eine Intrinsic-Zone ist, wobei der folgenden Formel Genüge getan wird:

so daß die maximale VorwärtsSperrspannung und auch die Rückwärtsdurchbruchspannung beide einen Wert dicht an Ε_β1₂/2 haben.

Wenn die Gate-Zone als eine Sperrschicht- oder Grenzschicht-Type ausgebildet ist, so ist es vorzusehen, eine dünne Lage 18 mit einer relativ hohen Störstellenkonzentration an der Unterseite der Gate-Zone vorzusehen. In Fig. 16A ist die n-Type-Zone 18 nur auf dem Unterseitenteil der Gate-Zone 14 vorgesehen. In Fig. 16B ist sie derart vorgesehen, daß die p⁺-Type-Gate-Zone 14 umgeben wird. Bei dieser letztgenannten Struktur hat die n-Type-Zone 18 eine solche Dicke, daß sie größer ist im Bodenteil als in dem Teil benachbart zur Kanalzone.

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Vorstehend wurden Beispiele beschrieben, wo die Anodenzone mit einer gleichförmigen kontinuierlichen p⁺-Type-Zone ausgebildet ist. Die Strukturen dieser Beispiele haben jedoch den Nachteil, daß ihre "Cut-off",d.h. Abtrenn- oder Rest-Charakteristik in einem gewissen Ausmaß sich verschlechtert im Falle, daß diejenigen Elektronen, die in der n-Type-Zone 15 angeordnet vor der Anodenzone gespeichert sind zur Cut-off-Zeit entsprechend■der extern angelegten Spannung nicht erscheinen. Wenn darüber hinaus die Vorrichtung bei einer hohen Umgebungstemperatur, wie beispielsweise 130° bis ungefähr 175°C, arbeitet, so haben die thermisch erzeugten Elektronen die Tendenz, sich innerhalb der Potentialquelle an der Anodensperrschicht anzusammeln, wodurch eine Lochinjektion von der Anodenzone hervorgerufen wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es lediglich erforderlich, die Anodenzone derart anzuordnen, daß sie η -Type-Zonen 21 und p⁺-Type-Zonen 11 aufweist, die abwechselnd angeordnet sind. Die Elektrode 11' ist derart ausgebildet, daß sie eine ohmsche Elektrode für sowohl die p⁺-Type-Zonen 11 als auch die η -Type-Zonen 21 vorsieht. Auf diese Weise werden diejenigen Elektronen, die in der n-Type-Zone 15 gespeichert sind, in die η -Type-Zonen 21 absorbiert, so daß ein schnelles Abtrennen (Cut-off) realisiert wird. Wenn man eine derartige Struktur auf der Anodenseite vorsehen möchte, so muß die folgende Betrachtung angestellt werden. Im Falle, daß die Abstandslänge der ρ Type-Zonen 11 in der Richtung längs der Anodenelektrode übermäßig kurz ist, kann die Wiederaufnahme der Leitung nicht in zufriedenstellender Weise ausgeführt werden. Dies liegt daran, daß diejenigen Elektronen, die in die n-Type-Zone 15 von der Kathodenseite geflossen sind, in die η -Type-Zonen 21 durch Diffusion eintreten, und zwar vor denjenigen Elektronen, die den Effekt des Herabziehens der Barriere für die ρ -Type-Zonen 11 hervorrufen. Insoferne ist es wirkungsvoll, die Länge jeder der P -Type-Zonen 11 längs der Anodenoberfläche derart einzustellen, daß sich ein Wert in der Nähe des Doppelten des Diffusionsabstandes ergibt, durch welchen hindurch die-

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jenigen Elektronen, die in der n-Type-Zone 15 gespeichert sind, in die n⁺-Type-Zonen 21 diffundieren oder aber die Einstellung kann auf einen Wert etwas größer als dieser Wert erfolgen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Länge der ρ -Type-Zone 11 übermäßig viel größer ist als der erwähnte Wert, diejenigen in der n-Type-Zone 15 gespeicherten Elektronen nicht schnell in die n⁺- Type-Zonen 21 bei der Cut-off-Zeit herausgezogen werden können.

Die Rolle der Einführung der η -Type-Zone 21 zur Anodenzone ist wie folgt zu verstehen. Selbst dann, wenn die maximale Vorwärtssperrspannung an die Vorrichtung angelegt ist, verbleibt eine Neutralzone in der n-Type-Zone 15. Diese Neutralzone hat den effektiven Widerstand r_n zur

Jd

η -Type-Zone 21. Wenn die Vorrichtung bei einer hohen Umgebungstemperatur arbeitet, so erscheint ein entsprechender Strom i. infolge der thermisch erzeugten Elektronen, der durch den effektiven Widerstand r_, fließt. Die

Jd

Störstellenkonzentration und die Dicke der n-Type-Zone und die Anodenstruktur müssen derart, konstruiert sein, daß sie der folgenden Bedingung genügens i. r g§, V, .. Wenn dieser Bedingung Genüge getan ist, so zeigt dieVorrichtung eine ausgezeichnete Vorwärtssperrung selbst bei einer hohen Umgebungstemperatur.

Wenn ferner die Rückwärts-Gate-Vorspannung entfernt wird und die Vorrichtung eine Einschalt- oder Schwitch-On-Wirkung beginnt, so wird eine merkliche Elektronenmenge von der Kathodenzone injiziert und diese fließen in die n-Type-Zone 15. In einer solchen Situation fließt ein merklicher Strom i durch den effektiven Widerstand r_ß. Der Spannungsabfall i r_. am effektiven Widerstand ist

e a

derart vorgesehen, daß er nicht kleiner ist als der Wert

V. ., um drastisch die Potentialbarriere für die Lochbi

injektion zu verringern, auf welche Weise die Lochinjektion-von der Anodenzone bewirkt wird und die Vorrichtung "ein"-geschaltet wird.

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Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß diese Struktur auf der Anodenseite, wie in Fig. 17 gezeigt, in gleicher und effektiver Weise bei sämtlichen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen bis Fig. 16 verwendet werden kann. Bei jedem dieser Anwendungsfälle wird die Cut-off-Charakteristik und die Vorwärtssperrung bei hoher Umgebungstemperatur verbessert.

Zur Erhöhung der Switch-off- oder Abschalt-Geschwindigkeit zur Cut-off-Zeit ist es lediglich erforderlich, beispielsweise der Zone 12 eine entsprechende Substanzmenge mit einem Killer-Effekt hinzuzugeben. Wenn der Halbleiter aus Silicium besteht, so ist ein typisches Killer-Material beispielsweise Au. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Dichte des Killer-Materials übermäßig hoch ist, die Verteilung innerhalb der Kanalzone von denjenigen Trägern injiziert von der Kathodenzone und der Anodenzone steil wird, was eine Erhöhung des RaumladungsWiderstands bewirkt und einen Anstieg des Spannungsabfalls hervorruft. Es ist daher notwendig, die Killer-Dichte innerhalb des .Bereichs zu erhöhen, in dem der Spannungsabfall ein vorbestimmter Wert oder weniger als dieser wird. Die Diffusionslängen der Elektronen und Löcher muß mit größer als mindestens I₂ ausgelegt werden.

Beispielsweise kann bei einer planaren Struktur mit einer verbesserten Anodenstruktur gemäß Fig. 17 und mit I₂ ungefähr 400 bis ungefähr 500 Mikrometer, 1-, ungefähr 1 Mikro-

12 —"} 16 —3

meter, N_n1 ungefähr 10 cm und N_n- ungefähr 1 χ 10 cm sowie mit Kathodenstreifen von 2 χ 100 Mikrometer in einer Anzahl entsprechend den 10 der Kanäle eine Arbeitsweise in einem solchen Ausmaß erreicht werden, daß sich ein Strom-

o
wert von ungefähr 200 A zur Zeit des Leitens ergibt, eine Abschaltzeit von weniger als einige wenige MikroSekunden zur Cut-off-Zeit und ein Spannungsabfall von ungefähr 2 V oder weniger.

Diejenigen Faktoren der Vorrichtungskonstruktion, wie beispielsweise 1^, I₂, Io, N^. und N or verwendet bei der Her-

3002b2b

stellung der Vorrichtung, können abhängig von den erforderlichen Werten bestimmt werden.

Der erfindungsgemäße statische Induktionsthyristor kann durch folgende Verfahren hergestellt werden: Das bekannte Krxstallwachsturnsverfahren, das Diffusionsverfahren, das Ionenimplantationsverfahren, das lithographische Verfahren, das Feinverarbextungsverfahren, das Oxydationsverfahren, das CVD-Verfahren, Naß- und Trockenätzverfahren sowie Verdrahtungsverfahren und ähnliche Verfahren.

Der erfindungsgemäße statische Induktionsthyristor besitzt eine hohe Sperrspannung, einen großen Strom zur Leitungszeit und einen kleinen Spannungsabfall sowie eine hohe Schaltgeschwindigkeit, so daß sein für industrielle Anwendungszwecke vorhandener Wert als Element für die Steuerung großer Leistung und als ein Schaltelement außerordentlich hoch ist.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit einen statischen Induktionsthyristor vor mit einer eine niedrige Störstellenkonzentration aufweisenden Kanalzone mit entgegengesetzt liegenden ersten und zweiten Hauptoberflächen, einer ersten Hauptelektrodenzone einer Leitfähigkeitstype und einer zweiten Hauptelektrodenzone einer weiteren Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zur erwähnten ersten Leitfähigkeitstype, und zwar vorgesehen auf den ersten bzw. zweiten Hauptoberflächen; ferner ist eine Gate-Zone in der Nähe der ersten Hauptelektrodenzone vorgesehen, wobei zwischen die Kanalzone und die zweite Hauptelektrodenzone eine dünne Lagenzone mit der gleichen Leitfähigkeitstype wie die der ersten Hauptelektrodenzone verläuft. Das Vorsehen dieser dünnen Lagenzone trägt dazu bei, eine deutliche niedriger Störstellenkonzentration zu gestatten und auch eine verminderte Dicke der Kanalzone für eine gegebene maximale Vorwärts Sperrspannung, wodurch es möglich gemacht wird, eine hohe maximale Vorwärtssperrspannung und eine hohe Schaltgeschwindigkeit,, zu erreichen.

/ UDO J

, -sir

Leerseite

Claims

Patentansprüche

<1. Thyristor der statischen Induktions-Bauart, gekennzeichnet durch eine Halbleiterkanalzone mit einer niedrigen Störstellenkonzentration mit entgegengesetzt liegenden Hauptoberflächen, eine erste Hauptelektrode mit einer ersten eine hohe Störstellenkonzentration besitzenden Halbleiterzone mit einer vorbestimmten bestimmten Leitfähigkeitstype ausgebildet auf einer der Hauptoberflächen der Kanalzone, eine dünne Lagenzöne mit einer Dicke wesentlich kleiner als die der Kanalzone und hergestellt mit einem Halbleiter der gleichen Leitfähigkeitstype wie die der ersten Hauptelektrodenzone und ausgebildet auf der anderen Hauptoberfläche der Kanalzone,

eine im wesentlichen flache zweite Hauptelektrode hauptsächlich umfassend eine zweite Halbleiterzone mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der ersten Halbleiterzone, wobei die zweite Halbleiterzone auf der Seite der dünnen Lagenzone ausgebildet ist, die entgegengesetzt zu der Seite benachbart zur Kanalzone liegt, und Gate-Mittel vorgesehen benachbart zur Kanalzone in der Nähe der ersten Halbleiterzone und an einer Stelle, daß mindestens ein Stromkanal für diese Träger geliefert von der ersten Halbleiterzone ausgebildet ist in einem Teil der Kanalzone im wesentlichen durch diese Gate-Mittel umgeben.
2. Tyhristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Halbleiterkanalzone eine vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration besitzt, und daß die dünne Lagenzone eine StörStellenkonzentration aufweist, die höher ist als die erwähnte vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration.
3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone einen weiteren Teil aufweist, der zwischen die Gate-Teile und den dünnen Lagenteil hinein verläuft.

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4. Tyhristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Lagenzone eine Störstellenkonzentration mindestens eine Größenordnung höher besitzt, als die vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration.
5. Thyristor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Lagenzone eine Störstellenkonzentration besitzt, die mindestens zwei Größenordnungen größer ist als die vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration.
6. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone die gleiche Leitfähigkeitstype wie die erste Halbleiterzone besitzt und mit einem Halbleiter hergestellt ist, der eine deutlich niedrigere Störstellenkonzentration besitzt als die erste Hauptelektrodenzone.
7. Thyristor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration der Kanalzone mit niedriger als 1 χ 10 Atome/cm ausgewählt ist.
8. Thyristor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration der Kanalzone in einem Bereich zwischen 1 χ 10 und 1 χ 10 Atome/cm ausgewählt ist.
9. Thyristor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Lagenzone eine Störstellenkonzentration mindestens eine Größenordnung höher als die vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration der Kanalzone besitzt.
10. Thyristor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellenkonzentration der dünnen Lagenzone mindestens eine Größenordnung größer ist als die der ersten Halbleiterzone.
11. Thyristor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellenkonzentration der dünnen Lagenzone min-

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destens zwei Größenordnungen niedriger ist als die der ersten Halbleiterzone.
12. Thyristor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Lagenzone eine Dicke besitzt, die kleiner ist als die des erwähnten anderen Teils der Kanalzone»
13» Thyristor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkanal definiert durch die Gate-Teile eine Länge besitzt, die kleiner ist als die des anderen Teils de r Kana1ζ one.
14. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone hauptsächlich mit einer im wesentlichen Intrinsic-Halbleiterzone aufgebaut ist=
15. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Mittel eine Halbleiterzone aufweisen mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der ersten Halbleiterzone.
16. Thyristor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Mittel in der erwähnten einen der Hauptoberflächen der Kanalzone ausgebildet sind, die benachbart zur ersten Halbleiterzone verläuft, und zwar mit einem Abstand von dieser ersten Halbleiterzone längs der erwähnten einen Hauptoberfläche, und daß die Gate-Zone derart ausgebildet ist, daß die Dicke des Teils der Kanalzone angeordnet zwischen der Gate-Zone und der dünnen Lagezone kleiner ist als die Dicke des Teils der Kanalzone angeordnet zwischen der ersten Halbleiterzone und der dünnen Lagenzone.
17. Thyristor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Zone derart ausgebildet ist, daß die Oberfläche der ersten Halbleiterzone, die von der zweiten Halbleiterzone weg liegend angeordnet ist, und auch diejenigen Oberflächen der Gate-Zone, die von der zweiten Halbleiterzone

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weg angeordnet sind, derart auf einer gleichen im wesentlichen flachen Oberfläche parallel mit der dünnen Lagezone ausgebildet sind, und daß ferner diejenigen Endteile der Gate-Zone angeordnet dichter zur dünnen Lagezone sich zu der dünnen Lagezone über den Endteil der ersten Halbleiterzone angeordnet dichter zur dünnen Lagezone hinaus erstrecken.
18. Thyristor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Gate-Zone angeordnet auf der Seite, die zur ersten Halbleiterzone hinweist, derart geneigt ist, daß die Breite des Stromkanals fortlaufend zu der dünnen Lagezone hin abnimmt.
19. Thyristor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Zone derart ausgebildet ist, daß diejenigen Oberflächen der Gate-Zone, die von der erwähnten zweiten Halbleiterzone weg angeordnet sind, dichter zu der dünnen Lagezone angeordnet sind, als die erwähnte Oberfläche der ersten Halbleiterzone von der zweiten Hauptelektrodenzone weg angeordnet ist, und daß ferner diejenigen Endteile der Gate-Zone, die dichter zu der dünnen Lagezone angeordnet sind, zur dünnen Lagezone hin angeordnet sind, und zwar über den Endteil der ersten Halbleiterzone hinaus, der dichter zu dieser dünnen Lagezone hin angeordnet ist.
20. Thyristor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isoliermaterial zwischen der Gate-Zone und der ersten Halbleiterzone vorgesehen ist.
21. Thyristor nach Anspruch 15,.dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Zone im wesentlichen innerhalb der Kanalzone eingebettet ist und daß ein Teil dieser Gate-Zone elektrisch zur erwähnten einen der Hauptoberflächen dieser Kanalzone geleitet ist.
22. Thyristor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierlage zwischen der Kanalzone und denjenigen End-

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oberflächen der Gate-Zone vorgesehen ist, die auf der zur dünnen Lagezone hinweisenden Seite angeordnet sind.
23. Thyristor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Halbleiterlage mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der Gate-Zone und einer Störstellenkonzentration größer als die erwähnte vorbestimmte niedrige■Störstellenkonzentration der Kanalzone und zwischen der Kanalzone und denjenigen Oberflächen dieser Gate-Zone verlaufend, die zu der dünnen Lagezone hinweisen.
24. Thyristor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Halbleiterlage mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der Gate-Zone und mit einer Störstellenkonzentration größer als die vorbestimmte niedrige Störstellenkonzentration der Kanalzone und verlaufend zwischen der Kanalzone und dieser Gate-Zone, um keine direkte Kontaktfläche zu lassen.
25. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Mittel mindestens eine isolierte Gate-Elektrode aufweisen, die eine Isolierlage umfaßt ausgebildet auf der erwähnten einen der Hauptoberflächen der Kanalzone und mit einer leitenden Elektrode ausgebildet auf der Isolierlage.
26. Thyristor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Teilen der erwähnten einen der Hauptoberflächen der Kanalzone herausgeschnitten sind zu der dünnen Lagezone hin, daß die isolierte Gate-Elektrode ausgebildet ist in der Nähe der Unterseite des herausgeschnittenen Teils, und daß die erwähnte erste Halbleiterzone in denjenigen Teilen der erwähnten einen der Hauptoberflächen ausgebildet ist, die nicht ausgeschnitten sind, wodurch die Dicke desjenigen Teils der Kanalzone angeordnet zwischen der isolierten Gate-Elektrode und der dünnen Lagezone kleiner gemacht ist als die Dicke des Teils der Kanalzone angeordnet

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zwischen der ersten Halbleiterzone und der dünnen Lagezone.
27. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Mittel Treiber-Gate-Mittel aufweisen und eine nicht treibende Gate-Vorrichtung gesondert voneinander und gemeinsam den Stromkanal definieren, wobei nur an die Treiber-Gate-Mittel ein Hauptsteuersignal anlegbar ist.
28. Thyristor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht treibenden Gate-Mittel eine Subsidiär- oder Hilfs-Gate-Halbleiterzone aufweisen mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der ersten Halbleiterzone.
29. Thyristor nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch Mittel zur elektrischen Verbindung der Hilfs-Gate-Zone und der ersten Halbleiterzone.
30. Thyristor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Hilfs-Gate-Zone an der erwähnten einen der Hauptoberflächen freiliegt, und daß die elektrischen Verbindungsmittel eine erste Stromelektrode umfassen, ausgebildet auf der erwähnten einen Hauptoberfläche und in Ohm'schem Kontakt sowohl mit den freigelegten Teilen der Hilfs-Gate-Zone als auch der erwähnten ersten Halbleiterzone.
31. Thyristor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Hauptoberflächen einen Teil aufweist, der zu der dünnen Lagezone hin eine Ausnehmung aufweist, und daß die Treiber-Gate-Mittel in der Nähe der Unterseite des Ausnehmungsteils vorgesehen sind.
32. Thyristor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber-Gate-Mittel eine Isolierlage aufweisen, ausgebildet in dem Ausnehmungsteil der erwähnten einen Hauptoberfläche und mit einer leitenden Elektrodenzone, ausgebildet auf der Isolierlage.

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33. Thyristor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber-Gate-Mittel eine Haupt-Gate-Halbleiterzone aufweisen mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der der ersten Halbleiterzone und freiliegend an der erwähnten einen Hauptoberfläche und mit einer Gate-Elektrode ausgebildet auf der erwähnten einen Hauptoberfläche und in Ohm'schem Kontakt mit der erwähnten Haupt-Gate-Halbleiterzone.
34. Thyristor nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch eine Isolierzone ausgebildet auf der Endoberfläche der erwähnten Haupt-Gate-Halbleiterzone, die dichter zu der dünnen Lagezone hin an angeordnet ist.
35. Thyristor nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch eine Isolierzone ausgebildet zwischen der Oberfläche des Hilfs-Gate-Halbleiters hinweisend zu der erwähnten Haupt-Gate-Halbleiterzone und der Kanalzone.
36. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hauptelektrode ferner folgendes aufweist:

eine dritte Halbleiterzone mit der gleichen Leitfähigkeitstype wie die der erwähnten ersten Halbleiterzone, wobei die zweiten und dritten Halbleiterzonen abwechselnd auf der dünnen Lagenzone angeordnet sind, und wobei ferner die dritte Halbleiterzone eine Fläche kleiner als die der zweiten Halbleiterzone auf der erwähnten dünnen Lagezone besitzt, und wobei schließlich eine leitende Elektrode auf den zweiten und dritten Halbleiterzonen ausgebildet ist.
37. Thyristor nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterzone an einer Stelle ausgebildet ist, die zu der erwähnten ersten Halbleiterzone hin weist, und daß die dritte Halbleiterzone an einer Stelle ausgebildet ist, die zu den Gate-Mitteln hinweist.

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38. Thyristor nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Halbleiterzone derart ausgebildet ist, daß sie durch die dünne Zone hindurchdringt, um sich so zu den Gate-Mitteln hin zu erstrecken.
39. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone eine bestimmte Konzentration einer Substanz enthält, die einen Kill- oder Tötungseffekt für die Ladungsträger besitzt.
40. Thyristor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz mit einem Killer-Effekt aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Au, Cu und Ni.
41. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone einen Ausnehmungsteil aufweist, der im wesentlichen die erste Halbleiterzone umgibt, daß die Gate-Mittel in dem Ausnehmungsteil angeordnet sind, und daß die ersten Hauptelektrodenmittel eine im wesentlichen flache Metallelektrode aufweisen, die auf der ersten Halbleiterzone angeordnet ist.

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