DE3124988A1 - "verfahren zur herstellung von thyristoren, bei welchem die rueckwaertsregenerierungsladung verringert wird" - Google Patents

"verfahren zur herstellung von thyristoren, bei welchem die rueckwaertsregenerierungsladung verringert wird"

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DE3124988A1 DE19813124988 DE3124988A DE3124988A1 DE 3124988 A1 DE3124988 A1 DE 3124988A1 DE 19813124988 DE19813124988 DE 19813124988 DE 3124988 A DE3124988 A DE 3124988A DE 3124988 A1 DE3124988 A1 DE 3124988A1
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Description

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Verfahren zur Herstellung von Thyristoren, bei welchem die Rüekwärtsregenerierungsladung verringert wird
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Thyristoren, bei welchem die Rückwärtsregenerierungsladung ohne wesentliche Vergrößerung des Durchbruchspannungsabfalls durch Teilchenbestrahlung verringert wird.
Die Verringerung der Rückwärtsregenerierungsladung durch Teilchenbesirahlung ist durch die US-PS 4 075 037 bereits bekannt. Auch die Änderung elektrischer Eigenschaften von Halbleiteranordnungen durch Bestrahlung ist vielseitig bekannt (US-PS 3 809 582, 3 840 887, 3 852 612, 3 872 493, 3 877 977, 3 881 963, 3 881 964, 3 990 091, 4 040 170, 4 056 408, 4 075 037, 4 076 555).
Gewisse Halbleiteranordnungen, wie z.B. Thyristoren schalten von einem Durchlaßbetrieb mit hohem Strom in einen Sperrbetrieb mit hoher Spannung. Dies trifft auch für komplexere Halbleiteranordnung wie z.B. Diacs, Triacs, rückwärtsschaltende Gleichrichter und rüekwärtsleitende Thyristoren zu.
Wenn sich ein Thyristor und insbesondere ein Leistungsthyristor im Durchlaßzustand befindet, haben die Basisbereiche eine überschüssige
Träger-
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Trägerkonzentration und dementsprechend eine Überschußladung. Dies trifft insbesondere für den Anoden-Basisbereich zu, der in der Regel eine geringere Störstellenkonzentration als der Kathoden-Basisbereieh hat. Während der Rückwärtsregenerierung des Thyristors muß diese überschüssige Ladung, welche auch als Rückwärtsregenerierungsladung Qrr bezeichnet wird, durch eine Trägerrekombination und Diffusion entfernt werden, wodurch die Blockiercharakteristik des Thyristors begrenzt wird. Der Anteil der Rückwärtsregenerierungsladung hängt von den Bauteilparametern und insbesondere von der Minoritätsträgerlebensdauer in den Basisbereichen sowie der Stromverstärkung im Anoden-Basisbereich ab. Für viele Thyristoranwendungen ist es wünschenswert, die Rückwärtsregenerierungsladung Qrr so gering als möglich zu halten, oder auf einen bestimmten Wert einzustellen. Im US-PS 4 075 037 wird vorgeschlagen, die Überschußladung durch Verringerung der Minoritätsträgerlebensdauer in den Basisbereichen und insbesondere im Kathoden-Basisbereieh durch Bestrahlung zu reduzieren, wobei vorzugsweise eine Elektronenbestrahlung Verwendung findet. Dieses Verfahren ist einsetzbar und erfordert eine sehr sorgfältige Steuerung der Dosis, da die Verringerung der Minoritätsträgerlebensdauer und die Verringerung der überschüssigen Ladung mit einer Vergrößerung des Durchbruchspannungsabfalls V-pjyj und des Leckstromes verbunden ist. Eine kompensierende Abstimmung ist insbesondere zwischen der Verringerung der überschüssigen Ladung und dem Anstieg des Durchbruchspannungsabfalls erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung, liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu überwinden und ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die Rückwärtsregenerierungsladung Qrr eines Thyristors mit minimalen Änderungen des Durchbruchspannungsabfalls Vtm und des Leekstromes verringerbar ist.
Es ist wohl durch die US-PS 4 056 408 ein Verfahren bekannt, um die Umschaltzeit von Ilalblciteranordnungcn einschließlich Thyristoren durch Bestrahlung mit Kernteilehen zu verringern, wobei insbesondere Protonen
oder
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oder Alphateilchen Verwendung finden. Das Energieniveau der Strahlungsquelle wird derart abgestimmt, daß eine Störstellenerzeugung in unmittelbarer Nachbarschaft des Bloekier-pn-Übergangs und zwar zwischen dem Kathoden-Basisbereich und dem Anoden-Basisbereich stattfindet.
Demgegenüber sieht die Erfindung vor, daß das Verfahren eine Verringerung der Rückwärtsregenerierungsladung eines Thyristors ohne wesentliche Vergrößerung des Durchbruehspannungsabfalls ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, daß die Tiefe der Zone der maximalen Störstellenerzeugung aufgrund einer Bestrahlung durch die Hauptfläche bestimmt wird, wobei eine Teilchen-Strahlungsquelle Verwendung findet, deren emittierte Teilchen ein Molekulargewicht von zumindest eins haben, daß das Energieniveau an der Hauptfläche derart eingestellt wird, daß sich die Zone der maximalen Störstellenerzeugung angrenzend an den Anoden-pn-Übergang ergibt, und daß der Thyristor mit dem ermittelten Energieniveau bestrahlt wird.
Durch die Maßnahmen der Erfindung kann in gewünschter Weise die Rüekwärtsregenerierungsladung eines Thyristors verringert werden, wobei keine nachteiligen Veränderungen der elektrischen Eigenschaften und insbesondere des Durehbruchspar nungsabfalls sowie des Leckstromes ausgelöst werden. Gleichzeitig läßt sich auch die Umschaltzeit tq verringern.
Bei der Durchführung des Verfahrens findet vorzugsweise eine monoenergetisehe Strahlungsquelle Verwendung, deren emittierte Teilchen ein Molekulargewicht von zumindest eins haben. Eine Teilchenstrahlung aus Protonen oder Alphateilchen ist zu diesem Zweck verhältnismäßig einfach und kostengünstig herzustellen. Diese Strahlung hat den Vorteil, daß sie bezüglich des verwendeten Halbleitermaterials im wesentlichen chemisch und elektrisch inaktiv ist. Es gibt Anwendungsmöglichkeiten, bei welchen eine Strahlung mit Teilchen höheren Molekulargewichtes z.B. Stickstoffionen wünschenswert ist, da für die Störstellenerzeugung
eine
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eine geringere Halbwertsbreite benötigt wird. Unter dem Begriff Halbwertsbreite versteht man in diesem Zusammenhang die Breite der Verteilungskurve bei der halben Amplitude der maximalen Störstellenerzeugung (sh. Fig. 1 in US-PS 4 056 408).
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Zone der maximalen Störstellen er zeugung im Anoden-Basisbereich innerhalb eines Abstandes von 20 /um vom Anoden-pn-Übergang liegt.
Es ist auch vorgesehen, daß die Zone der maximalen Störstellenerzeugung im Anoden-Emitterbereich innerhalb eines Abstandes von 15 /um von dem Anoden-pn-Übergang liegt.
Die Positionierung der maximalen Störstellenerzeugung ist verhältnismäßig leicht möglich, da der Wirkungsbereich der Nuklearteilehen verhältnismäßig leicht aus der Kenntnis des Halbleitermaterials und dem Energieniveau bestimmt werden kann. Die maximale Störstellenerzeugung tritt am Ende der Eindringtiefe der Strahlung in das Halbleitermaterial auf. Zur Behandlung eines oder vorzugsweise mehrerer Thyristoren werden diese mit der Hauptfläche auf die Strahlungsquelle ausgerichtet, mit dem Teilchenstrahl beaufschlagt, wobei die Energiediehte auf den erforderlichen Wert im Bereich der Hauptfläche eingestellt wird. Die Bestrahlung erfolgt mit einer Dosis die ausreicht, um die Rückwärtsrogenerierungsladung zu verringern, ohne den Durchbruchspannungsabfall und den Leckstrom wesentlich nachteilig zu beeinflussen.
Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand von auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen zentral zündbaren Thyristor,
welcher einer Bestrahlung gemäß der Erfindung ausgesetzt ist,
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Fig. 2 einen Schnitt durch einen zentral zündbaren Transistor, welcher einer alternativen Bestrahlung gemäß der Erfindung ausgesetzt ist,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der räumlichen Verteilung von durch die Bestrahlung ausgelösten Störstellen im Transistor gemäß Fig. 2 bei einer Bestrahlung mit Alphateilehen,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen dem Durchbruchspannungsabfall und der Rückwärtsregenerierungsladung bei einer Bestrahlung von Transistoren mit Protonen unterschiedlichen Enorgieniveaus,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Umsehaltzeit und dem Durchbruchspannungsabfall bei einer Bestrahlung derselben Thyristoren, wie sie der Darstellung gemäß Fig. 4 zugrundeliegen,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Umschaltzeit und der Rückwärtsregenerierungsladung, bei einer Bestrahlung derselben Transistoren wie sie der Darstellung gemäß Fig. 4 zugrundeliegen.
In Fig. 1 ist ein zentral zündbarer Thyristor in einem Halbleiterkörper dargestellt, der gemäß der Erfindung einer Bestrahlung ausgesetzt ist. Der Halbleiterkörper 10 hat zwei Hauptflächen 11 und 12, sowie eine gekrümmte Seitenfläche 13. In dem Halbleiterkörper ist ein Kathoden-Emitterbereieh 14 und ein Anoden-Emitterbereieh 17 durch eine Dotierung mit Störstellen entgegengesetzter Leitfähigkeit ausgebildet. Der eine Bereich grenzt an die Hauptfläche 11 und der andere an die Hauptfläche 12 an. Ferner ist ein Kathoden-Basisbereich 15 und ein Anoden-Basisbereich 16 im Innern des Halbleiterkörpers
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körpers 10 zwischen den beiden Bereichen 14 und 17 ausgebildet. Auch der Kathoden-Basisbereich hat eine zum Anoden-Basisbereich entgegengesetzte Leitfähigkeit. Somit ergibt sich, daß der Kathoden-Emitterbereieh 14, welcher an den Kathoden-Basisbereich 15 angrenzt von entgegengesetzter Leitfähigkeit sind, was auch für den Anoden-Basisbereich 16 und den Anoden-Emitterbereich 17 gilt. Der Kathoden-Basisbereich 15 und der Anoden-Emitterbereich 17 werden vorzugsweise gleichzeitig durch eine Diffusion z.B. von Gallium und/oder Aluminium durch die Hauptfläche 11 und lie Hauptfläche 12 hergestellt. Dabei können übliche Verfahren Verwendung finden, mit welchen eine Oberflächenkonzentration von etwa zwischen 1 χ 10^ und 1 χ 10*9 Atome/cm^ erreichbar ist. Anschließend wird der Kathoden-Emitterbereich 14 durch eine selektive Diffusion z.B. mit Phosphor durch die Hauptfläche 11 hergestellt. Durch diese Ausgestaltung erhält man einen Thyristoraufbau im Halbleiterkörper 10, der aus vier Schichten besteht, zwischen welchen drei pn-Übergänge 18 und 19 und 20 ausgebildet sind. Es handelt sich dabei um den Kathoden-pn-Übergang 18, den Bloekier-pn-Übergang 19 und den Anoden-pn-Übergang 20.
Der Thyristor ist mit einer zentral zündbaren Basis versehen, indem der Kathoden-Basisbereich 15 im Zentrumbereich des Halbleiterkörpers 10 bis zur Hauptfläche 11 ausgebildet ist. Der Kathoden-Basisbereich 15 greift auch zwischen den Kathoden-Emitterbereichen 14 bis zur Hauptfläche 11 durch, um bei Hochleistungstransistoren übliche Shunts auszubilden. Zur Kontaktierung des Thyristors sind eine Gate-Elektrode 21 und eine Kathodenelektrode 22 vorgesehen, welche mit dem Kathoden-Basisbereich 15 einerseits und dem Kathoden-Emitterbereich 14 andererseits an der Hauptflache 11 verbunden sind. Diese beiden Elektroden können herkömmlich mit einer Dicke von etwa 40.000 Angström ausgebildet sein, indem eine entsprechende Metallisierung mit einem geeigneten Material, z.B. Metall zunächst flächendeckend mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens aufgebracht und anschließend durch Ätzen strukturiert wird, .iine weitere Elektrode 23 ist mit dem Anoden-Emitterbereich 17 an der Hauptfläehe 12 verbunden und wird
vorzugsweise
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vorzugsweise als Legierungselektrode aus einem geeigneten Material, wie z.B. Molybdän hergestellt, welches mit einer Dicke von etwa 2 mm auf dem Halbleiterkörper angebracht wird. Atmosphärische Einflüsse auf die Wirkungsweise des Thyristors werden im wesentlichen durch eine über der gekrümmten Seitenfläche 13 angebrachten Passivierungsschicht 24 reduziert, welche aus Siliconen, Epoxidharz oder Lackverbindungen bestehen kann.
Zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung wird die Tiefe des Anoden-pn-Übergangs 20 im Halbleiterkörper 10 als Abstand von der Hauptfläche 11 in bekannter Weise ermittelt.
Für die Bestrahlung wird eine geeigne e Strahlungsquelle vorgesehen, welche Partikel mit einem Molekulargewicht von zumindest eins abgibt. Bevorzugt wird eine Strahlung aus Protonen ,Alphateilchen oder Stickstoff ionen, da diese Teilchen sowohl elektrisch als auch chemisch im wesentlichen bezüglich des bestrahlten Halbleiterkörpers inaktiv sind. Es können jedoch auch Berylliumionen oder andere Partikel Verwendung finden, bei welchen das Molekulargewicht zumindest in der Größenordnung von eins liegt. Partikel mit einem Molekulargewicht größer als 16 sind derzeit aus praktischen Gründen als Bestrahlungsquelle nicht verfügbar, da die üblichen Bestrahlungsquellen wie z.B. Van de Graaf-Beschleuniger nieht genügend Energie erzeugen können, um den Halbleiterkörper mit Partikel höheren Molekulargewichtes bis in die vorgesehene Tiefe zu durchdringen. Im übrigen sollen Partikel wie z.B. Borionen, Kohlenstoffionen und Sauerstoffionen nicht verwendet werden, da diese sowohl elektrisch als auch chemisch während dem Durchdringen des Halbleiterkörpers aktiv sind. Deshalb werden eine Protonen- oder Alphastrahlung als besonders zweckmäßig angesehen, obwohl Partikel mit höherem Molekulargewicht wie z.B. Stickstoffionen für bestimmte Anwendungsfälle sehr nützlich sind, insbesondere wenn eine geringe Halbwortsbrcite für die Verteilung der Störstellenerzeugung wünschenswert ist.
Die
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Die Bestrahlungsquelle besteht vorzugsweise aus einer im wesentlichen monoenergetischen Quelle, wie sie ein Van der Graaff-Beschleuniger darstellt, damit man eine möglichst geringe Halbwertsbreite für die Verteilung der Störstellenerzeugung erhält. Mit bestimmten Stahlungsquellen kann es zweckmäßig sein, die Forderung nach einer monoenergetischen Quelle etwas abzuschwächen, indem eine Streufolie in den Strahlengang eingefügt wird, um eine gleichmäßigere Partikelverteilung zu erhalten, wenn die Strahlung nicht in horizontaler und vertikaler Richtung zur gleichmäßigeren Verteilung der Partikel moduliert werden kann. Allgemein gilt, daß eine monoenergetische Strahlungsquelle so weit als möglich angenähert werden soll, um eine möglichst geringe Halbwertsbreite für du Verteilung der Störstellenerzeugung und weiter eine möglichst geringe Rüekwärtsregenerie-
rungsladung bei Beibehaltung eines möglichst geringen Durchbruchspannungsabfalls zu erzielen.
Bei der Auswahl der Strahlungsquelle wird das Energieniveau derart eingestellt, daß die Tiefe der maximalen Störstellenerzeugung benachbart zu dem Anoden-pn-Übergang 60 des Thyristors liegt. Das Energieniveau wird experimentell ermittelt, und kann in der in der US-PS 4 056 408 in Verbindung mit Fig. 10 dargestellten Weise erfolgen. Anschließend werden verschiedene Halbleiter eines bestimmten Thyristortyps mit verschiedenen Energieniveaus innerhalb eines ausgewählten Energiebereiches bestrahlt und die elektrischen Charakteristiken bzw. die Abschaltzeit,der Durehbruchspannungsabfall und der Leckstrom gemessen. Durch graphische Ermittlung kann das optimale Energieniveau für die voneinander abhängigen ausgemessenen Werte ermittelt werden, wie dies anhand der Fig. 4, 5 und 6 gezeigt ist. Selbstverständlich kann die Ermittlung des optimalen Energieniveaus auch durch eine Datenverarbeitung in einem Rechner erfolgen. Das Energieniveau der Bestrahlung wird vorzugsweise durch die Einstellung des Energieniveaus der Bestrahlungsquelle abgestimmt.
Der Thyristor wird bestrahlt, indem or mit seiner Hauptfläche 11 einer Strahlungsquelle ausgesetzt wird. Dabei tritt die Strahlung 26 durch
die
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die Hauptfläche 11 und den angrenzenden Kathoden-Emitterbereich in den Halbleiterkörper ein. Die Strahlungsdosis wird derart eingestellt, daß sie ausreicht, um die Rückwärtsregenerierungsladung des Thyristors auf das gewünschte Niveau zu verringern. Diese optimale Strahlendosis wird ebenfalls experimentell ermittelt, indem eine Anzahl von Thyristoren verschiedenen Strahlungsdosen ausgesetzt wird, und durch graphische Erfassung bzw. durch Errechnung der Abhängigkeit zwischen dem Durehbruchspannungsabfall der Rückwärtsregenerierungsladung und der Umsehaltzeit das Optimum ermittelt wird. Das Beispiel der graphischen Ermittlung ist in den Fig. 4 , 5 und 6 dargestellt. Zusätzlich kann auch der Leekstrom in dieser Betrachtung für die Optimierung der elektrischen Werte berücksichtigt werden.
Grundsätzlich wird die maximale Störstellenerzeugung im Bereich der gestrichelten Linie 25 gemäß Fig. 1 ausgebildet, welche im Anoden-Emitterbereich 17 benachbart zum Anoden-pn-Übergang 20 verläuft. Die maximale Störstellenerzeugung erstreckt sieh im Anoden-Emitterbereich 17 in einem Abstand von weniger als einem Viertel der Breite des Anoden-Emitterbereiches 17, von dem Anoden-pn-Übergang 20 auf der Seite der Hauptfläehe 12, d.h. in einem Abstand von vorzugsweise innerhalb 10 bis 15 /um von dem Ano< en-pn-Übergang des Leistungstransistors. Die maximale Störstellener zeugung ist von diesem Anodenpn-Übergang in einem Abstand angeordnet, um den Leekstrom zu verringern. Durch diese Positionierung wird die Rüekwärtsregenerierungsladung des Transistors verringert, wobei gleichzeitig der Durehbruchspannungsabfall und der Leekstrom nur minimal vergrößert wird.
In Fig. 2 ist ein im Zentrum zündbarer Thyristor mit einem der Fig. 1 entsprechenden Aufbau dargestellt, welcher gemäß der Erfindung bestrahlt wird, um die Rückwärtsregenerierungsladung zu verringern. Der Transistor ist bezüglich der Ausführungsform gemäß Fig. 1 gleichartig aufgebaut, was durch das Vorstellen einer "1" vor das entsprechende Bezugszeiehen angedeutet ist.
Der
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Der einzige Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht in der Positionierung der Zone 125 der maximalen Störstellenerzeugung. Diese Zone 125 ist im Anoden-Basisbereieh 116 neben dem Anoden-pn-Übergang 120 ausgebildet. Dabei befindet sich diese Zone in einem Abstand von weniger als einem Viertel der Dicke des Anoden-Basisbereichs neben dem Anoden-pn-Übergang 120 zwischen diesem Übergang und dem Blockier-pn-Übergang 119. Bei einem Leistungstransistor beträgt dieser Abstand weniger als etwa 20 /um vom Anoden-pn-Bereich 120. Auch in diesem Fall ist die Zone der maximalen Störstellenerzeugung in einem gewissen Abstand zum Anoden-pn-Übergang 120 angeordnet, um ein Ansteigen des Leckstroms zu vermeiden.
Obwohl somit die Positionierung der Zone der maximalen Störstellenerzeugung in der Nähe des Anoden-pn-Übergangs 20 bzw. 120 auf beiden Seiten alternativ vorgesehen ist, wird die Positionierung im Anoden-Basisbereieh bevorzugt, da hierfür eine höhere Dosis und ein höheres Energieniveau benötigt wird, um die Störstellenerzeugung im Anoden-Emitterbereich mit der höheren Störstellenkonzentration bewirken zu können.
Eine bevorzugte Positionierung der Zone maximaler Störstellenerzeugung in einem typischen Leistungstransistor ist in Fig. 3 dargestellt, wobei eine Bestrahlung mit mono energetischen Alphateilchen mit einer Intensität von 10,2 MeV erfolgt. Wie man aus der Darstellung entnehmen kann, befindet sieh die Zone der maximalen Störstellenerzeugung in einer Tiefe von etwa 61 /um von der Hauptfläche aus gerechnet, durch welche die Strahlung eintritt. Die Zone verläuft in dem Anoden-Basisbereieh in einem Abstand von etwa 9 /um von dem Anoden-pn-Übergang. Die Halbwärtsbreite der Störstellenstrahlung beträgt etwa 1,3 /um.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung gemäß den Fig. 2 und 3 werden zwei Gruppen vo ι je 20 Leistungsthyristoren vom Typ T62 NBH mit monoenergetischen Alphateilchen von einem Van de
Graaff-
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Graaff-Beschleuniger aus mit einer intensität von 10,2 MeV bestrahlt. Jede Gruppe wurde eine Dosis von 3,72 χ 10*0 Alphateilchen/cm** ausgesetzt. Die zweite Gruppe wurde anschließend mit Alphateilchen mit einer Energiedichte von 15 MeV zusätzlich bestrahlt, was einer Dosis von 1,24 χ 10^ Alphateilchen/cm3 entspricht. Mit der zweiten Bestrahlung soll festgestellt werden, welchen Einfluß die Alphateilchen mit der Energiedichte von 17 MeV zur Störstellenerzeugung auf die Rückwärtsregenerierladung hat.
Die Rückwärtsregenerierladung jedes einzelnen Thyristors wurde vor und nach der Bestrahlung in /uc (Mikroeoulombs) ausgemessen. Der Mittelwert der Rückwärtsregenerierungsladung für jede Gruppe nach der Bestrahlung ist mit der prozentualen Verringerung der Rückwartsregenerierzeit in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Tabelle 1
Anfangsladung Qrr, Endladung Qrr Prozentualer /uC /uC Anstieg
Gruppe 1 105 55 44
Gruppe 2 132 50 62
Aus dieser Tabelle ergibt sich, daß die Rückwärtsregenerierungsladung in beiden Fällen durch die Bestrahlung erheblich verringert werden konnte. Der Durchbruchspannungsabfall Vj^/jund die Leckstromänderungen waren bei diesen Energien und Strahlungsmengen jedoch verhältnismäßig minimal.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wurden weitere Leistungstransistoren T72 NCB mit Protonen bestrahlt, wobei die Bestrahlung mit verschiedenen Energieniveaus durch eine 11 /um dicke Aluminium-Streufolie erfolgt. Der Unterschied in den Energieniveaus wurde derart ausgewählt, daß sich die Position der maximalen Störstellenerzeugung
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erzeugung in der Nähe des Anoden-pn-Übergangs im Anoden-Basisbereich einerseits und Anoden-Emitterbereich andererseits einstellte.
Es wurden sieben Gruppen von Leistungsthyristoren mit jeweils 5 bis 10 Einheiten pro Gruppe verwendet. Der Anoden-pn-Übergang eines jeden Thyristors wurde innerhalb vorgegebener Grenze bei einem Abstand von 236 /um festgelegt. Die Bestrahlung erfolgte durch eine Streufolie mit Protonen bei Energien von 5,2; 5,4; 5,6; 5,8; 6,0; 6,2; und 6,6 MeV. Bei einer Energie von 5,8 MeV ergab sich die errechnete Position der maximalen Störstellenerzeugung am Anodenpn-Übergang, wogegen die anderen Energien dazu geeignet waren, die maximale Störstellenerzeugung beiderseits dieses Übergangs in Schritten von 15 /um auszubilden.
Die Rückwärtsregenerierladung Qrr sowie die Umsehaltzeit tq und der Durehbruchspannungsabfall V-j-j^ wurden sowohl vor als nach der Bestrahlung mit den unterschiedlichen Dosen ausgemessen. Die Meßergebnisse sind in den Fig 4, 5 und 6 dargestellt, welche die Abhängigkeit des Durchbruchspannungsabfalls einerseits und der Rüekwärtsregenerierungsladung und andererseits von der Umschaltzeit sowie die Abhängigkeit der Rüekwärtsregenerierungsladung von der Umsehaltzeit darstellen.
Aus Fig. 4 läßt sieh entnehmen, daß sich die Rückwärtsregenerierungszeit drastisch mit nur einer geringen Vergrößerung des Durchbruchspannungsabfalls verringern läßt. Außerdem erkennt man, daß die Positionierung der maximalen Störstellenerzeugung in der Nähe des Anoden-pn-Übergangs sowohl in dem Anoden-Basisbereich als auch im Anoden-Emitterbereich nur eine geringe Änderung der elektrischen Eigenschaften mit sich bringt. Geringfügig bessere charakteristische Werte ließen sich bei einem Energieniveau von 6,0 MeV erzielen, bei welchem sieh die Summe der maximalen Störstellenerzeugung im Anoden-Emitterbereich etwa 15 /um von dem Anoden-pn-Übergang einstellt. Fig. 4 zeigt jedoch auch, daß eine große Änderung der Rück
wärts-
":·::~.: - .:. 312Α988
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wartsregenerierungsladung mit einer geringeren Dosis erzielbar ist, indem dio Zone maximaler Störstellenerzeugung im Anoden-Basisbereich positioniert wird, wodurch sieh eine sehr vorteilhafte Ausführungsform ergibt«
Aus den Darstellungen gemäß den Fig. 5 und 6 läßt sieh überdies zeigen, daß das Energieniveau auch zur Optimalisierung der Beziehungen zwischen der Umsehaltzeit und dem Durchbruchspannungsabfall einerseits oder zwischen der Umschaltzeit und der Rückwärtsregenerierungszeit andererseits auswählen läßt. Auch hier ergaben sieh nur geringe Unterschiede, wobei das Energieniveau von 6,0 MeV nur geringfügig bessere Werte zeigt.
Aus Fig. 6 läßt sich entnehmen, daß die Umsehaltzeit durch die
Bestrahlung nur in einem sehr unwesentlichen Umfang verringert wurde. Die Verringerung beträgt etwa 1/2 für die gesamte Strahlungsdosis. Es wird angenommen, daß dies deshalb der Fall ist, da die Bestrahlung die Stromverstärkung im Anoden-Basisbereich wesentlich verändert, ohne gleichzeitig die Trägerlebensdauer im Kathoden-Basisbereich wesentlich zu verändern.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Λ J Verfahren zum Herstellen von Thyristoren, bei welchem die Rückwartsregenerierungsladung ohne wesentliche Vergrößerung des Durehbruehspannungsabfalls verringert wird, wobei in einem Thyristor die Tiefe des Anoden-pn-Übergangs von einer an den Anoden-Emitterbereieh angrenzenden Hauptfläche aus bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Tiefe der Zone (25, 125) der naximalen Störstellenerzeugung (Qrr) aufgrund einer Bestrahlung durch die Hauptfläche (11) bestimmt wird, wobei eine Teilchen-Strahlungsquelle Verwendung findet, deren emittierte Teilchen ein Molekulargewicht von zumindest eins haben, daß das Energieniveau an der Hauptfläche (11) derart eingestellt wird, daß sieh die Zone der maximalen Störstellenerzeugung angrenzend an den Anoden-pn-Übergang (20; 120) ergibt, und daß der Thyristor mit dem ermittelten Energieniveau bestrahlt wird.
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  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (25; 125) der maximalen Störstellenerzeugung im Anoden-Basisbereich innerhalb eines Abstandes von 20 /um vom Anoden-pn-Übergang liegt.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone der maximalen Störstellenerzeugung im Anoden-Emitterbereich innerhalb eines Abstandes von 15 /um von dem Anoden-pn-Übergang liegt.
DE19813124988 1980-06-27 1981-06-25 "verfahren zur herstellung von thyristoren, bei welchem die rueckwaertsregenerierungsladung verringert wird" Granted DE3124988A1 (de)

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US06/163,548 US4311534A (en) 1980-06-27 1980-06-27 Reducing the reverse recovery charge of thyristors by nuclear irradiation

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DE3124988A1 true DE3124988A1 (de) 1982-03-11
DE3124988C2 DE3124988C2 (de) 1992-01-30

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