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"Info
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Description
- 3 - WS26.1P - 2310
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-
- 13 - WS261P - 2310
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.
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
- 14 - WS261P - 2310
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
- 15 - WS261P - 2310
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)
- PatentansprücheΛ 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.- 2 - WS261P - 2310
- 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.) 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.
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