DE3032768A1

DE3032768A1 - Thyristor

Info

Publication number: DE3032768A1
Application number: DE19803032768
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. 6840 Lampertheim Knobloch; Klaus Dipl.-Ing. Weimann
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1980-08-30
Filing date: 1980-08-30
Publication date: 1982-04-22

Description

Thyristor
Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, auf dessen einer Hauptfläche eine Steuerelektrode mit verzweigter Struktur und eine Emitterfläche angeordnet sind.
Es ist bekannt, daß durch geeignete Strukturen der Steuerelektrode die Zündbedingungen eines steuerbaren Halbleiterschalters, beispielsweise eines Thyristors, verbessert werden können. Wesentlich ist, daß die Stromleitung zwischen den Hauptelektroden auf einer #öglichst großen Fläche beginnt, damit die Dichte der Verlustleistung in diesem primären Zündkanal nicht zu stark ansteigt. Anderenfalls kommt es zu örtlichen Temperaturerhöhungen bis zur Schmelztemperatur des Siliziums bei 1685K. Eine derartige Zerstörung des Bauelementes wird im allgemeinen als di/dt-Ausfall bezeichnet.
Es sind. eine ganze Reihe von Strukturen für Steuerelektroden bekannt geworden, die diese Bedingung erfüllen. So zeigt beispielsweise die DE-Zeitschrift "Elektrotechnik', 27. Okt. 1978, Seite 22 bis 28 einen Thyristor mit einem Streifengate oder einen Thyristor mit einem Evolventen-gate.
Die CH-Zeitschrift Brown Boveri Mitteilungen", 1-79, Seite 11 bis 16 zeigt Thyristoren mit einem Zentralgate und mit einem sechsarmigen und einem zwölfarmigen Fingergate. Es sind auch Steuerelektroden bekannt, die wegen ihrer Geometrie als Hammergate bezeichnet werden. Alle diese Strukturen besitzen eine radiale und eine tangentiale Komponente, die so in der Emitterfläche verteilt sind, daß möglichst überall gleiche Zündbedingungen herrschen.
Nimmt bei einem Thyristor mit einer derartigen verzweigten Steuerelektrodenstruktur der Durchlaß strom zwischen Anode und Kathode ab, so verringert sich auch der Querschnitt des stromführenden Kanals im Inneren des Thyristors. Bei kleinem Durchlaßstrom verbleibt nur ein sogenannter Brennfleck auf der Emitterfläche, der dann z.-B. von zwei Armen der Steuerelektrode eingeschlossen ist. Nimmt jetzt der Durchlaßstrom mit einem hohen di/dt-Wert wieder zu, ohne daß gleichzeitig ein Zündimpuls an die Steuerelektrode angelegt wird, so behindern die erwähnten Arme der Steuerelektrode eine Ausbreitung der Fläche des sogenannten Brennflecks auf die gesamte Emitterfläche des Thyristors. Die Stromdichte in dem an der Ausbreitung gehinderten, stromführenden Kanal kann dann so groß werden, daß der Thyristor defekt wird. Das bedeutet, daß genau diejenige Struktur der Steuerelektrode, die einen di/dt-Ausfall verhindern soll, Ursache eines di/dt-Ausfalls ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Struktur für eine Steuerelektrode anzugeben, die auch in dem beschriebenen Betriebszustand die Ausbreitung des stromführenden Kanals auf die gesamte Emitterfläche erleichtert.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steuerelektrode mehrere Unterbrechungen aufweist, die durch Kontaktbrücken überbrückt sind.
Bezüglich der Zündung des Thyristors durch Anlegen eines Zündimpulses an die Steuerelektrode wirkt die erfindungsgemäße Struktur praktisch wie die bekannten Strukturen, die keine Unterbrechungen aufweisen. Ein von den Armen der Steuerelektrode eingeschlossener Brennfleck kann sich jedoch an den Unterbrechungsstellen unter den Kontaktbrücken hindurch schneller und leichter auf solche Bereiche der Emitterfläche ausbreiten, die außerhalb der den Brennfleck ursprünglich einschließenden Arme der Steuerelektrode liegen.
Ein Thyristor mit der erfindungsgemäßen Steuerelektrodenstruktur ist somit für einen weiteren Anwendungsbereich geeignet als bekannte Thyristoren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung liegen die Kontaktbrücken außerhalb der Hauptfläche des Halbleiterkörpers.
Dies läßt sich besonders einfach durch Drähte erreichen, die auf die einzelnen Teilbereiche. gebondet werden. Dadurch wird ein Kurzschluß zwischen Steuerelektrode und der Metallisierung der Emitterfläche vermieden; außerdem haben die Überkreuzungsstellen auf diese Weise eine sehr geringe Kapazität.
Alternativ zum Bondverfahren können die Kontaktbrücken auchdurch Druckkontaktsysteme gebildet werden. Druckkontaktsysteme sind beispielsweise bekannt bei der elektrischen Kontaktierung des äußeren Steuerelektrodenanschlusses mit der Steuerelektrodenmetallisierung auf dem Halbleiterkörper.
Vorzugsweise liegen die Unterbrechungen in den Armen und/oder in den Verzweigungsstellen der Steuerelektrode. Auf diese Weise gelingt es, möglichst viele und gleichmäßig verteil- te Unterbrechungsstellen zu schaffen, die die Ausbreitung des sogenannten Brennflecks erleichtern, ohne daß die Zahl der nachträglich anzubringenden Kontaktbrücken unwirtschaftlich hoch wird.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Man erkennt in Draufsicht einen scheibenförmigen Halbleiterkörper 1, auf dessen Hauptfläche 2 eine Steuerelektrode 3 mit verzweigter Struktur und eine Emitterfläche 6 angeordnet sind.
Bei dem dargestellten Thyristor handelt es sich um einen so genannten amplifying-gate-Thyristor, bei dem der primäre Zündimpuls über eine zentrale, kreisförmige Steuerelektrode 7 zugeführt wird. Die als sechsarmiges Fingergate ausgebildete verzweigte Steuerelektrode 3 besitzt radiale Arme 3.1 mit je einer Unterbrechungsstelle 4.1 sowie kreisringförmige Verzweigungen 3.2 mit Unterbrechungsstellen 4.2 an den Verzweigungsstellen. An den Unterbrechungsstellen 4.1, 4.2 sind die einzelnen Teile der Steuerelektrode 3 mit Hilfe von Kontaktbrücken 5, die außerhalb der Hauptfläche 2 liegen, elektrisch leitend wieder miteinander verbunden.
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Claims

Ans pr ü c h e Thyristor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper tal), auf dessen einer Hauptfläche (2) eine Steuerelektrode (3) mit verzweigter Struktur und eine Emitterfläche (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (3) mehrere Unterbrechungen (4.1, 4.2) aufweist, die durch Kontaktbrücken (5) überbrückt sind.
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücken (5) außerhalb der Hauptfläche (2) liegen.
3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücken (5) durch gebondete Drähte gebilddet sind.
4. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücken (5) durch Druckkontaktsysteme gebildet sind.
5. Thyristor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen t 4g 1 w 4.2) in den Armen (3.1) und/oder in den Verzweigungsstellen der Steuerelektrode (3) liegen.