DE3328231C2

DE3328231C2 -

Info

Publication number: DE3328231C2
Application number: DE3328231A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Kawasaki Kanagawa Jp Sueoka; Takeharu Tokyo Jp Kubo
Original assignee: MEIDENSHA TOKIO/TOKYO JP KK
Current assignee: MEIDENSHA TOKIO/TOKYO JP KK
Priority date: 1982-08-05
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3328231A1; GB8319926D0; GB2125619B; KR840005931A; GB2125619A; US4574296A; KR920002088B1; JPS5927571A

Description

Die Erfindung betrifft einen Abschaltthyristor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 41 77 478 ist bereits ein derartiger Abschaltthyristor bekannt, der vier aufeinanderfolgende PNPN-Schichten mit drei PN-Übergängen aufweist. Dabei schließt sich an eine Anode eine P-Emitterschicht, eine N-Basisschicht, eine P-Basisschicht und eine N-Emitterschicht mit drei Abschnitten an, die in die P-Basisschicht eindiffundiert sind. Auf der der P-Basisschicht und den N-Emitterschichten gemeinsamen Oberfläche des Abschaltthyristors sind eine erste Steuer elektrode, eine Steuerstromverstärkungselektrode, eine zweite Steuerelektrode und eine Kathode aufgebracht.

Die erste Steuerelektrode und ein Abschnitt der Steuerstrom verstärkungselektrode sind dabei mit der P-Basisschicht in Kontakt, während die Kathode, die zweite Steuerelektrode und ein zweiter Abschnitt der Streuerstromverstärkungs elektrode mit zugeordneten N-Emitterschichtabschnitten in Kontakt stehen. In der P-Basisschicht ist ferner eine p-leitende Netzschicht mit höherer Dotierungskonzentration eingebettet, die unter den der Kathode und der zweiten Steuerelektrode zugeordneten N-Emitterschichtabschnitten angeordnet ist. Ein derartiger Thyristor weist infolge der leitenden Netzschicht eine erhöhte Zündgeschwindigkeit auf und läßt sich ohne Gefahr des Triggerns eines unerwünschten Triggerthyristors ab schalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei derartigen Thyristoren mit einer Verbesserung des Einschaltverhaltens stets eine Verschlechterung des Abschaltverhaltens einher geht.

Der Erfindung liegt nun demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abschaltthyristor so weiterzubilden, daß sowohl das Abschaltverhalten als auch das Einschaltverhalten verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Aufteilung der P-Basis schicht in einen ersten, an die N-Basisschicht angrenzenden Schichtabschnitt und einen darauf angeordneten zweiten Schicht abschnitt, wobei der zweite Schichtabschnitt gegenüber dem ersten eine verringerte Dotierungskonzentration aufweist, und durch die unterschiedliche Wahl der Dotierungskonzentration des ersten Schichtabschnitts der P-Basisschicht im Hilfs thyristor- und Hauptthyristorbereich wird erreicht, daß die Einschaltzeit des Abschaltthyristors verringert und gleich zeitig auch die Abschaltzeit verringert werden kann.

Es hat sich dabei gezeigt, daß bei einem derartigen Ab schaltthyristor insbesondere die Dotierungskonzentration des ersten Schichtabschnitts der P-Basisschicht im Bereich der Grenzfläche zum zweiten Schichtabschnitt einen besonderen Einfluß auf das Ein- bzw. Abschaltverhalten des Thyristors hat. Dabei bewirkt eine Erhöhung der Dotierungskonzentration eine kürzere Abschaltzeit wobei jedoch die Einschaltzeit verlängert wird. Umgekehrt bewirkt eine Verringerung der Dotierungskonzentration eine verbesserte, also kürzere Einschaltzeit, hat aber eine verlängerte Abschaltzeit zur Folge. Durch die Wahl einer geringen Dotierungskonzentration im Hilfsthyristorbereich und einer hohen Dotierungskonzentration im Hauptthyristor bereich wird also sowohl das Einschaltverhalten verbessert, es ergibt sich also eine kürzere Einschaltzeit, als auch das Abschaltverhalten, was eine verkürzte Ab schaltzeit ergibt.

Da nun ein Ansteigen der Abschaltzeit auch eine Abnahme der Größe des Stromes, der abgeschaltet werden kann, be deutet, ergibt die verkürzte Abschaltzeit beim erfindungs gemäßen Abschaltthyristor gleichzeitig eine Vergrößerung des abschaltbaren Stromes.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen scheibenförmigen Abschaltthyristor mit vier PNPN-Halbleiterschichten und eingebetteter Schicht mit niedrigem Widerstand,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Abschaltthyristor nach Fig. 1, geschnitten längs Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 3(A) bis 3(D) Darstellungen von Herstellungsschritten für den Abschaltthyristor nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung des Dotierungskonzentrationsprofils für den Thyristor nach Fig. 2 und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Einschalt- und der Abschaltcharakteristik des Abschaltthyristors über der Dotierungskonzentration im Bereich unter den Steuerelektroden.

Der scheibenförmige Thyristor nach Fig. 1 und 2 ist als ein Halb leiterbauelement 1 ausgebildet, das vier aufeinanderfolgende PNPN-Halbleiterschichten enthält, und zwar eine p-lei tende P-Emitterschicht 2, eine n-leitende N-Basisschicht 3, eine p-leitende P-Basisschicht mit einem ersten und einem zweiten Schichtabschnitt 4 und 6 und drei n-leitende N-Emitterschichtabschnitte 7, 8, und 9. Die P-Basisschicht ist so aus gebildet, daß der erste p-leitende Schichtabschnitt 4 eine mittlere Dotierungskonzentration P ₂ und der zweite Schichtabschnitt 6 eine geringere Dotierungskonzentration P ₂ ^- und demgemäß einen höheren Wider stand besitzt. Die N-Emitterschichtabschnitte 7, 8, 9 sind als drei konzentrisch angeordnete Halbleiterschichten ausgebildet, und zwar als ein innerer kleinflächiger N-Emitterschichtabschnitt 8 zur Verstär kung des Steuer-Stromes, ein äußerer N-Emitterschichtabschnitt 9 und ein dazwischenliegender großflächiger N-Emitterschichtabschnitt 7. An der oberen Fläche des ersten p-leitenden Schichtabschnitts 4 sind an die untere Fläche des zweiten p-leitenden Schichtabschnitts 6 mit geringerer Dotierungskonzentration P ₂ ^- grenzend zwei getrennte konzentrisch angeordnete und radial verbundene netzartig aufgebaute p-leitende Netzschichten 5 a bis 5 f mit höherer Dotierungskonzentration P ₂ ⁺⁺ und damit mit geringerem Wider stand in den ersten Schichtabschnitt 4 eingebettet. Im einzelnen ist eine Anzahl von netzartig aufgebauten p-leitenden Netzschichten 5 a bis 5 c mit höhe rer Dotierungskonzentration P ₂ ⁺⁺ unter dem ringförmigen N-Emitter schichtabschnitt 7 und dem ringförmigen N-Emitterschichtabschnitt 9 eingebet tet, eine Anzahl von netzartig aufgebauten P-leitenden Netzschich ten 5 d bis 5 f ist unter dem inneren ringförmigen N-Emitterschichtabschnitt 8 eingebettet, und dabei sind die Netz schichten 5 a bis 5 c und 5 d bis 5 f jeweils voneinander getrennt.

In Fig. 2 ist eine große kreischeibenförmige Metall-Anodenelektrode 10 dargestellt, eine mittelgroße ringförmige Metall-Kathodenelektrode 11 und eine erste kleine kreisscheibenförmige Metall-Steuerelektrode 12. Dazu kommt eine zweite äußere ringförmige Metall-Steuerelektrode 13 und eine innere ringförmige aus Metall bestehende Steuerstromverstärkungselektrode 14. Der erste Steuerelektroden abschnitt G ₁ besteht aus dem zweiten p-leitenden Schichtabschnitt 6 mit geringerer Dotierungskonzentration P ₂ ^- und der p-leitenden Netzschicht 5 d bis 5 f mit höherer Dotierungskonzentration P ₂ ⁺⁺, der zweite Steuer elektrodenabschnitt G ₂ besteht aus dem äußeren ringförmigen N-Emitterschichtabschnitt 9 und der p-leitenden Netzschicht 5 a bis 5 c mit höherer Dotie rungskonzentration P ₂ ⁺⁺. Die Steuerstromverstärkungselektrode 14 ist so auf dem zweiten p-leitenden Schichtabschnitt 6 mit geringerer Dotierungskonzentration P ₂ ^- der P-Basisschicht und dem inneren ring förmigen N-Emitterschichtabschnitt 8 ausgebildet, daß diese miteinander kurzgeschlossen sind.

Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 angezeigt, be steht ein Hauptthyristorbereich MG des Abschaltthyristors aus dem äußeren Bereich des Halbleiterbauelementes 1, d. h. aus jeweils dem äußeren Bereich der P-Emitterschicht 2, der N-Basisschicht 3, dem ersten p-leitenden Schichtabschnitt 4, dem Bereich 5 a, 5 b und 5 c, der p-leitenden Netzschicht 5, dem äußeren Bereich des zweiten Schichtabschnitts 6 mit niedrigerer Dotierungskonzentration P ₂ ^-, dem zwischenliegenden ringförmigen N-Emitterschichtabschnitt 7 und dem äußeren ringförmigen N- Emitterschichtabschnitt 9. Dagegen besteht der Hilfsthyristorbereich AG des Abschaltthyristors aus dem inneren Anteil des Halbleiterbauelemetes 1, d. h. jeweils dem inneren Anteil der P-Emitterschicht 2, der N-Basis schicht 3, des ersten p-leitenden Schichtabschnitts 4, dem Bereich 5 d, 5 e und 5 f, der p-leitenden Netzschicht 5 mit höherer Dotierungs konzentration P ₂ ⁺⁺, dem inneren Anteil des zweiten Schichtabschnitts 6 mit geringerer Dotierungskonzentration P ₂ ^- und dem inneren N-Emitter schichtabschnitt 8.

Es werden nun die Einschalt- und Abschalt-Betriebszustände eines derartigen Abschaltthyristors beschrieben. Sobald eine Steuerspannung zwischen die erste Steuerelektrode 12 und die Kathodenelektrode 11 angelegt wird, um den Thyristor anzuschalten (dabei ist die Steuerelektrode 12 positiv und die Kathode 11 negativ), und zwar in der Weise, daß eine Vorwärts-Vorspannung zwischen die Anodenelektrode 10 und die Kathodenelektrode 11 angelegt wird, wird zunächst der Hilfsthyristorbereich AG örtlich gezündet. Das heißt, der größere Anteil des Steuerstroms fließt über die erste Steuerelektrode 12, den zweiten Schichtabschnitt 6, die Netzschicht 5, d. h. 5 f, 5 e, 5 d, den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitterschichtabschnitt 8, die Steuerstrom-Verstärkungselektrode 14, den zweitenSchichtabschnitt 6, die Netz schicht 5, nämlich 5 c, 5 b, den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitter schichtabschnitt 7 und die Kathodenelektrode 11. Der kleinere Anteil des Steuerstroms fließt über die erste Steuerelektrode 12, den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitterschichtabschnitt 8, die Steuerstrom-Verstärkungselek trode 14, den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitterschichtabschnitt 7 und die Kathoden elektrode 11. Damit fließt in dem Hilfsthyristorbereich AG der verstärkte größere Stromanteil von der Anode 10 über die P- Emitterschicht 2, die N-Basisschicht 3, den ersten Schichtabschnitt 4, den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitterschichtabschnitt 8, die Steuerstrom-Verstärkungs elektrode 14, den ersten Schichtabschnitt 6, die Netzschicht 5, näm lich 5 c und 5 b, den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitterschichtabschnitt 7 und die Kathode 11. Der verstärkte kleine Stromanteil fließt von der Steuerstrom-Verstärkungselektrode 14 durch den zweiten Schichtabschnitt 6, den N-Emitterschichtabschnitt 7 und die Kathodenelektrode 11. Der verstärkte Stromanteil wird zu dem von der Steuerelektrode 12 zur Kathoden elektrode 11 fließenden Steuerstrom addiert, um den Steuerstrom zu erhöhen. Damit zündet der sich ergebende Steuerstrom, der einen kleinen Bereich des Hilfsthyristorbereichs AG einschaltet, den Hauptthyristorbereich MG und dehnt sich mit einer bestimmten Ausbreitungsgeschwindigkeit aus.

Wenn zwei unterschiedliche Spannungen gleichzeitig zum Abschal ten des Thyristors zwischen die zweite Steuerelektrode 13 und die Kathodenelektrode 11 die Steuerelektrode 13 ist dabei negativ und die Kathode 11 positiv und zwischen die erste Steuerelektrode 12 und die Steuerstrom verstärkungselektrode 14 (dabei ist die Steuerelektrode 12 negativ und die Steuerstromver stärkungselektrode 14 positiv), jeweils angelegt werden, fließt ein Strom von dem N-Emitterschichtabschnitt 7 durch den zweiten Schichtabschnitt 6, die Netz schicht 5, nämlich 5 c, 5 b, 5 a, und den zweiten Schichtabschnitt 6 zu dem N-Emitterschichtabschnitt und ein weiterer Stromfluß stellt sich von dem N-Emitterschichtabschnitt 8 mit kleiner Fläche, durch den zweiten Schichtabschnitt 6, die Netzschicht 5, nämlich 5 f, 5 e, 5 d, zum zweiten Schichtabschnitt 6 gleich zeitig jeweils zu der ersten Steuerelektrode 12 ein. Damit werden fast gleichzeitig der Hauptthyristorbereich MG und der klein flächige Hilfsthyristorbereich AG abgeschaltet.

Der beschriebene Abschaltthyristor wird als Leistungs schaltelement eingesetzt, und zwar beträgt die maximale Span nung ca. 1,2 kV und der maximale Strom ca. 1 kA.

Die Herstellung des beschriebenen Abschaltthyristors wird nachfolgend anhand der Fig. 3(A) bis 3(D) und Fig. 4 be schrieben:

1. Wie in Fig. 3(A) gezeigt, wird ein n-leitendes Silizium- Einkristallplättchen mit einer Stärke von ca. 300 µm und einem Widerstand von 50 Ω · cm vorbereitet, von dem eine Oberfläche zur Bildung des ersten p-leitenden Schichtabschnitts 4 spiegelpoliert ist. Es wird Gallium in die beiden Oberflächen des Plättchens nach einem geschlossenen Diffusionsverfahren bis zu einer Tiefe von 30 µm eindiffundiert, wobei die Oberflächen-Dotierungs konzentration etwa 3 × 10¹⁷ cm^-3 beträgt, um die erste P- Emitterschicht 2 und den ersten p-leitenden Schichtabschnitt 4 der P-Basisschicht zu bilden. Die Konzentrationen P ₁, P ₂ der ersten und der zweiten p-leitenden Schichten sind in Fig. 4 dargestellt.
Hier muß darauf hingewiesen werden, daß die Dotierungs konzentration P ₂ von 3 × 10¹⁷ cm^-3 zwar für den ersten Schichtabschnitt 4 im Hilfsthyristorbereich AG geeignet ist, jedoch diese Größe von Dotierungskonzentration nicht für den ersten Schichtabschnitt 4 im Hauptthyristorbereich MG ausreicht.
2. Aus diesem Grund wird eine Maske 15 aus Siliziumoxid (SiO₂) an der oberen Oberfläche des Plättchens so ausgebildet, daß sie nur den ersten Schichtabschnitt 4 im Bereich des Hilfsthyristor bereichs AG überdeckt. Diese Siliziumoxidmaske 15 kann mit tels eines Photo-Ätzverfahrens ausgebildet werden.
Daraufhin wird Bor selektiv auf beide Oberflächen des Plättchens mit Ausnahme des durch die Maske 15 überdeckten Teils des ersten Schichtabschnitts 4 ein diffundiert, und es bilden sich so Schichten 16 und 17 mit größeren Dotierungskonzentrationen P ₁′ und P ₂′ von etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Diffusionstiefe von etwa 5 µm, und dann wird das Bor weiter durch das Eintreib-Diffusions verfahren eindiffundiert. Dabei wird Bor zunächst auf die jeweilige Oberfläche der Schichten 16 und 17 abgeschieden und dann zum Diffundieren das gesamte Plättchen auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt. Die sich so ergebende Dotierungskonzentration P ₁′ und P ₂′ beträgt etwa 7 × 10¹⁷ cm^-3 und die Diffusionstiefe beträgt jeweils ca. 7 µm.
3. Wie in Fig. 3(B) gezeigt, wird eine weitere Siliziumoxid maske 18 an der oberen Fläche des Plättchens ausgebildet, und zwar wird dadurch Bor zusätzlich und selektiv auf die se obere Fläche diffundiert, um die netzartig aufgebauten eingebetteten Netzschichten 5 a bis 5 f mit höherer Dotierungskonzentra tion P _{2⁺⁺ zu erzeugen. Die Konzentration P ₂ ⁺⁺
beträgt ca. 1 × 10²⁰ cm^-3, und die Diffusionstiefe
beträgt ungefähr 7 µm. Während dieses Schrittes wird
eine kontinuierliche Siliziumoxidmaske 19 an der unte
ren Fläche des Plättchens ausgebildet, um an dieser Seite
eine zusätzliche Diffusion zu unterbingen.
4. Wie Fig. 3(C) zeigt, wird eine einkristalline Silizium-
Epitaxieschicht, welche Bor enthält, zum Aufwachsen
auf der oberen Fläche der Schicht 16 des ersten p-
leitenden Schichtabschnitts 4 gebracht, also der Oberfläche
des ersten p-leitenden Schichtabschnitts 4 im Hilfsthyristorbereich AG
und der Netzschicht 5, um so den zweiten p-leitenden
Schichtabschnitt 6 mit geringerer Dotierungskonzentration P ₂ ^-
zu bilden. Dabei ist die Dotierungskonzentration P ₂ ^-
ca. 5 × 10¹⁵ cm^-3, und es wird eine Schicht mit einer
Stärke von ca. 25 µm aufgewachsen. Damit wird die
p-leitende Netzschicht 5 mit
höherer Konzentration P ₂ ⁺⁺ in die P-Basisschicht eingebet
tet, d. h. sie liegt dann zwischen dem ersten Schichtabschnitt 4 und
dem zweiten Schichtabschnitt 6 der P-Basisschicht.
5. Wie anhand der Fig. 3(D) zu sehen ist, wird eine weitere
Siliziumoxidmaske 20 an der oberen Fläche des zweiten Schichtabschnitts 6
ausgebildet und Phosphor selektiv an deren Oberfläche
durch die Maske hindurch eindiffundiert, um
den N-Emitterschichtabschnitt 7, den N-Emitterschichtabschnitt 8 und den N-Emitterschichtabschnitt 9
auszubilden. Dabei beträgt die Dotierungskonzentration N₂,
N₃ und N₄ jeweils 2 × 10²⁰ cm^-3, und die Diffusionstiefe
beträgt etwa 10 µm. Im Fig. 4 ist nur die Dotierungskon
zentration N₂ gezeigt.6. Schließlich wird Gold (Au) an den Oberflächen des Halb
leiter-Bauelementes abgeschieden und bei hoher Tempera
tur eindiffundiert, um die Lebensdauer der Ladungsträ
ger einzustellen. Die Anodenelektrode 10, die Kathoden
elektrode 11, die Steuerstrom-Verstärkungselektrode 14, die erste
Steuerelektrode 12 und die zweite Steuerelektrode 13 werden
an den entsprechenden Stellen des Halbleiterbauelementes an
gebracht und mit ihm verbunden.
Bei dem so beschriebenen Abschaltthyristor ist es
bekannt, daß die Oberflächenkonzentration von Verunrei
nigungsatomen P ₂ des ersten p-leitenden Schichtabschnitts 4
einen entscheidenden Einfluß auf die Einschalt- und die
Abschalteigenschaften des Thyristors ausübt. Fig. 5 zeigt
die Beziehung zwischen der Dotierungs
konzentration P ₂ und der Einschalt- bzw. der Abschalt
zeit (t _AN bzw. t _AB). Um die bereits genannten einander gegensätzlichen
Anforderungen zu erfüllen, d. h. sowohl die Einschaltzeit
als auch die Abschaltzeit gleichzeitig zu verbessern, wird
hier den folgenden Tatsachen
besondere Aufmerksamkeit gewidmet: Wenn der Thyristor
angeschaltet wird, wird, da die erste Steuerelektrode 12 am Hilfs
thyristorbereich AG angeordnet ist, der Hilfsthyristorbereich AG
zuerst gezündet und dann erst der Hauptthyristorbereich MG
angeschaltet; wenn der Thyristor abgeschaltet wird, werden,
da die zweite Steuerelektrode 12 im Hauptthyristorbereich MG und
die erste Steuerelektrode 12 an dem Hilfsthyristorbereich AG sitzt,
gleichzeitig der Hauptthyristor- wie der Hilfsthyristor
bereich MG bzw. AG abgeschaltet. Deshalb ist es sehr wirksam, die
Dotierungskonzentration P ₂ des Teils des ersten P-leitenden
Schichtabschnitts 4, der im Hilfsthyristorbereich AG liegt, zu er
niedrigen, um die Einschaltzeit zu vermindern, und die
Dotierungskonzentration P ₂ im Hauptthyristorbereich MG,
durch den der größere Anteil des Laststromes fließt, zu
erhöhen, um gleichzeitig die Abschaltzeit zu erniedrigen.Fig. 5 zeigt, daß es Vorteile bringt, die Dotierungs
konzentration P ₂ innerhalb eines Bereiches von 5 × 10¹⁶
bis 5 × 10¹⁷ cm^-3 im Hilfsthyristorbereich des ersten Schichtabschnitts 4
festzusetzen und die Dotierungskonzentration P ₂′ in
einem Bereich von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 im Hauptthyristor
bereich des ersten Schichtabschnitts 4.Bei dem beschriebenen Abschaltthyristor, bei
welchem die Dotierungskonzentration P ₂ im Hilfsthyristor
bereich AG so bestimmt wird, daß sie geringer als die Do
tierungskonzentration P ₂′ im Hauptthyristorbereich MG ist,
können verschiedene Eigenschaften und Vorteile nach der
folgenden Aufstellung erzielt werden:1. Die Einschalt-Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des
Einschaltbereiches wird erhöht und damit werden die Ein
schaltcharakteristiken verbessert. Beispielsweise wird
die Einschaltzeit von 8 bis 10 µs bei einem üblichen
Thyristor auf 3 bis 5 µs verringert, und der Steuer-Zünd
strom kann von 0,5 bis 0,8 A auf 0,1 bis 0,2 A
verringert werden.2. Üblicherweise wird, falls der Thyristor durch einen Steuer-
Treiberstrom von 3 A eingeschaltet wird, eine Laststrom-
Einschaltfähigkeit (di/dt) von 400 bis 500 A · µs^-1 erreicht.
Bei dem vorliegenden Thyristor wird jedoch diese Ein
schaltfähigkeit (di/dt) auf Werte von etwa 1 bis 5 kA · µs^-1
unter gleichen Bedingungen erhöht. Als Grund kann da
bei folgendes angesehen werden: der Widerstand des Teils des ersten
Schichtabschnitts 4 im Hilfsthyristorbereich AG ist größer als der des
Teils des ersten Schichtabschnitts 4 im Hauptthyristorbereich MG (der Halb
leiterwiderstand ist ja reziprok proportional zur Dotie
rungskonzentration) und deshalb wird der N-Emitterschicht
abschnitt 8 nicht infolge eines größeren di/dt-Wertes (500 bis
1000 A/µs) abgebaut, sondern der zwischenliegende N-Emitter
schichtabschnitt 7 wird infolge eines größeren di/dt-
Wertes von mehr als 5000 A · µs^-1 abgebaut. Andererseits
wird bei dem üblichen Thyristor mit seinem gleichmäßigen
Widerstandswert der P-Basisschicht im Hilfsthyristor-Bereich
AG und im Hauptthyristorbereich MG der innere N-Emitter
schichtabschnitt 8 abgebaut infolge eines größeren di/dt-Wer
tes von mehr als 500 A · µs^-1.3. Die Abschaltzeit wird von 4 bis 6 µs auf 3 bis 4 µs er
niedrigt. Damit wird der steuerbare Strom oder der Last
strom, der abgeschaltet werden kann, um 150% verbessert.
Zusätzlich wird bei dem beschriebenen Abschalt
thyristor die eingebettete p-leitende Netzschicht 5
mit höherer Dotierungskonzentration breit genug ausge
bildet, so daß sie den N-Emitterschichtabschnitt 9 über
deckt, um zu verhindern, daß ein parasitärer Thyristor
anteil im zweiten Steuerstromabschnitt angeschaltet wird. Das
geschieht deswegen, weil der parasitäre Thyristoran
teil normalerweise mittels der P-Emitterschicht
2, der N-Basisschicht 3, und der
P-Basisschicht sowie dem
N-Emitterschichtabschnitt 9 in Abhängigkeit von ei
nem Strom gebildet wird, der von der Anode 10 zur zweiten
Steuerelektrode 13 fließt, wenn der Thyristor abgeschaltet wird.}

Claims

1. Abschaltthyristor mit einer Anode, einer Kathode, einer ersten und einer zweiten Steuerelektrode, einer Steuerstromverstärkungselektrode, die zwischen der ersten Steuerelektrode und der Kathode angeordnet ist, sowie mit einem vierschichtigen PNPN-Halbleiter körper an dessen unter der Anode liegende p-leitende P-Emitterschicht eine n-leitende N-Basisschicht an grenzt, auf die eine p-leitende P-Basisschicht folgt, in der eine p-leitende Netzschicht mit höherer Dotierungs konzentration als diejenige der übrigen P-Basisschicht vorgesehen ist, und in deren freien Oberfläche eine n-leitende N-Emitterschicht mit einem ersten, unter der Kathode, einem zweiten, unter der Steuerstromver stärkungselektrode und einem dritten, unter der zweiten Steuerelektrode liegenden N-Emitterschichtabschnitt vor gesehen ist, wobei die Kathode und die neben ihr ange ordnete zweite Steuerelektrode einen Hauptthyristor bereich und die erste Steuerelektrode und die Steuerstrom verstärkungselektrode einen Hilfsthyristorbereich bilden, dadurch gekennzeichnet,

- daß die P-Basisschicht einen ersten, an die N-Basis schicht (3) angrenzenden Schichtabschnitt (4) und einen darauf angeordneten zweiten Schichtabschnitt (6), der eine geringere Dotierungskonzentration (P ₂ ^-) besitzt als der erste Schichtabschnitt (4), aufweist, wobei die N-Emitterschicht (7, 8, 9) an der freien Ober fläche des zweiten Schichtabschnitts (6) in diesen und die p-leitende Netzschicht (5) in den ersten Schichtabschnitt (4) an der Grenze zum zweiten Schicht abschnitt (6) eingebettet sind, und
- daß die Dotierungskonzentration (P ₂ ^′) des im Haupt thyristorbereich (MG) liegenden Teils des ersten Schichtabschnitts (4) größer ist als die Dotierungs konzentration (P ₂) des im Hilfsthyristorbereich (AG) liegenden Teils des ersten Schichtabschnitts (4).

2. Abschaltthyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzschicht (5) zwei voneinander getrennte Bereiche (5 a, 5 b, 5 c bzw. 5 d, 5 e, 5 f) aufweist, von denen einer im Haupt- und der andere im Hilfsthyristor bereich (MG bzw. AG) angeordnet ist.

3. Abschaltthyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration (P ₂) des im Hilfs thyristorbereich (AG) liegenden Teils des ersten Schicht abschnitts (4) der P-Basisschicht näherungsweise 3 × 10¹⁷ Atome/cm³ und die Dotierungskonzentration (P ₂ ^′) des im Hauptthyristorbereich (MG) liegenden Teils des ersten Schichtabschnitts (4) näherungsweise 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt.