DE3804254A1 - Semiconductor component which can be controlled by the field effect - Google Patents

Semiconductor component which can be controlled by the field effect

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Jenoe Dr Tihanyi
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Abstract

An IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) continuously requires a control voltage in the switched-on state. This can be avoided by the semiconductor body (1) having a further zone (7) on the source side, which zone (7) is of the same conductance type as the base zone (5). This zone (7) is connected to the gate electrode (10). In consequence, the switched-on IGBT remains switched on even after the gate voltage has been disconnected. It can be disconnected by the zone (7) and the gate electrode (10) being connected to source potential. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einer Innen­ zone vom ersten Leitungstyp, die an eine der Oberflächen des Halb­ leiterkörpers angrenzt, mit einer Basiszone vom zweiten Leitungs­ typ, die in die genannte Oberfläche des Halbleiterkörpers einge­ bettet ist, mit einer Sourcezone vom ersten Leitungstyp, die in die Basiszone eingebettet ist, mit einer an die Innenzone angren­ zenden Anodenzone vom zweiten Leitungstyp, mit einer Sourceelek­ trode, die die Sourcezone und die Basiszone kontaktiert und die mit einem Sourceanschluß verbunden ist, und mit einer gegen den Halbleiterkörper isolierten Gateelektrode.The invention relates to a controllable by field effect Semiconductor component with a semiconductor body with an interior zone of the first conduction type, which on one of the surfaces of the half conductor body adjacent, with a base zone from the second line type, which entered into the surface of the semiconductor body is embedded with a source zone of the first conduction type, which in the base zone is embedded with one against the inner zone anode zone of the second conductivity type, with a source electrode trode, which contacts the source zone and the base zone and the is connected to a source connection, and with one against the Semiconductor body insulated gate electrode.

Ein Halbleiterbauelement der genannten Art ist als IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) bekannt geworden und beispielsweise in der Zeitschrift "Elektronik" 9, 1987, Seiten 120 bis 124 beschrie­ ben.A semiconductor component of the type mentioned is called IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) and for example in the magazine "Electronics" 9, 1987, pages 120 to 124 ben.

Er benötigt zum Einschalten eine Steuerspannung, die während des eingeschalteten Zustands aufrecht erhalten werden muß.He needs a control voltage to turn on, which during the switched on state must be maintained.

Die Erfindung hat das Ziel, das genannte Bauelement so weiterzu­ bilden, daß die Zuführung eines kurzen Spannungsimpulses aus­ reicht, um das Bauelement für längere Zeit leitend zu steuern.The aim of the invention is to continue the said component form that the supply of a short voltage pulse is sufficient to control the component for a long time.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß in die Innenzone an der genannten Oberfläche eine weitere Zone des zweiten Leitungstyps eingebettet ist, daß die weitere Zone mit der Gateelektrode ver­ bunden ist und über einen Schalter mit der Sourceelektrode ver­ bindbar ist.This goal is achieved in that in the inner zone on the called surface another zone of the second conduction type is embedded that the further zone ver with the gate electrode is bound and ver via a switch to the source electrode is binding.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit der Figur näher erläutert.The invention is based on an embodiment in Verbin dung explained in more detail with the figure.

Der Halbleiterkörper des Halbleiterbauelements ist mit 1 bezeich­ net. Er hat eine sourceseitige Oberfläche 3 und eine drainsei­ tige Oberfläche 4. Er weist eine n-dotierte Innenzone 2 auf, die an die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 1 angrenzt. In die Oberfläche 3 ist eine Basiszone 5 eingebettet. Sie hat den der Innenzone entgegengesetzten Leitungstyp. Sie kann beispielsweise in einen flachen, schwach p-dotierten Bereich und in einen dickeren, stark p-dotierten Bereich unterteilt sein. In die Ba­ siszone 5 ist eine stark p-dotierte Sourcezone 6 eingebettet. Die Basiszone 5 und die Sourcezone 6 sind von einer Sourceelektro­ de 8 kontaktiert, die einen starken Nebenschluß zwischen der Sourcezone 6 und der Basiszone 5 bildet.The semiconductor body of the semiconductor component is denoted by 1 . It has a source-side surface 3 and a drain-side surface 4 . It has an n-doped inner zone 2 , which adjoins the surface 3 of the semiconductor body 1 . A base zone 5 is embedded in the surface 3 . It has the opposite conduction type to the inner zone. For example, it can be divided into a flat, weakly p-doped region and into a thicker, heavily p-doped region. A strongly p-doped source zone 6 is embedded in the base zone 5 . The base zone 5 and the source zone 6 are contacted by a source electro de 8 , which forms a strong shunt between the source zone 6 and the base zone 5 .

An die andere Seite der Innenzone 2 grenzt eine stark p-dotierte Zone 11 an, die die Anodenzone bildet. Diese ist mit einer Drain­ elektrode 12 kontaktiert. Die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht 14 versehen. Auf dieser sitzt eine Gateelektrode 10 die im wesentlichen den flachen Teil der Zone 5 und einen Teil der Innenzone 1 überdeckt. Die Gateelektrode 10 kann über einen Schalter 16 mit einer Gatespannung +U G verbunden werden.A heavily p-doped zone 11 , which forms the anode zone, adjoins the other side of the inner zone 2 . This is contacted with a drain electrode 12 . The surface 3 of the semiconductor body is provided with an insulating layer 14 . On this sits a gate electrode 10 which essentially covers the flat part of zone 5 and part of the inner zone 1 . The gate electrode 10 can be connected to a gate voltage + U G via a switch 16 .

In die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers ist im Abstand von der Basiszone 5 eine weitere Zone 7 eingebettet, die p-dotiert ist. Diese Zone 7 ist nicht von der Gateelektrode überdeckt. Sie ist mit einer Elektrode 9 kontaktiert, die, wahlweise über einen Wi­ derstand 19, über eine Leitung 20 mit der Gateelektrode 10 elek­ trisch verbunden ist. Die Elektrode 9 und die Gateelektrode 10 kann über einen Schalter 15 mit einer Sourcespannungsquelle ver­ bunden werden. Das Sourcepotential kann beispielsweise Masse­ potential sein.A further zone 7 , which is p-doped, is embedded in the surface 3 of the semiconductor body at a distance from the base zone 5 . This zone 7 is not covered by the gate electrode. It is contacted with an electrode 9, which, optionally via a resistor 19 Wi, elec trically connected, via a line 20 with the gate electrode 10 degrees. The electrode 9 and the gate electrode 10 can be connected via a switch 15 to a source voltage source. The source potential can be ground potential, for example.

Das dargestellte Halbleiterbauelement setzt sich aus einem IGBT (rechts der gestrichelten Linie 18) und der zusätzlichen kon­ taktierten Zone 7 (links der gestrichelten Linie 18) zusammen. Zum Einschalten des Halbleiterbauelements wird die Gateelektrode 10 über den Gateanschluß 21 und über Schalter 16 an die Gatespan­ nung +U G gelegt. Dann bildet sich im niedrig dotierten, flachen Teil der Basiszone 5 ein Kanal 13 aus, durch den negative Ladungs­ träger in die Innenzone 2 fließen. Diese bewegen sich zur Anoden­ zone 11. Von dort bewegen sich positive Ladungsträger in Richtung zur Basiszone 5. Positive Ladungsträger fließen von der Zone 11 auch zur Zone 7 und erhöhen somit deren Potential. Dieses liegt über die Elektrode 9 und die Verbindungsleitung 20 auch an der Gateelektrode 10. Ist diese Spannung hoch genug, bleibt der Kanal 13 erhalten und der Strom im Bauelement fließt auch dann weiter, wenn der Schalter 16 geöffnet wird. Das Bauelement läßt sich ein­ fach dadurch abschalten, daß der Schalter 15 geschlossen wird. Damit wird die Gateelektrode auf Sourcepotential gelegt und der Kanal 13 verschwindet. Damit hört der Stromfluß auf. Die Struktur kann daher wie ein abschaltbarer Thyristor eingesetzt werden.The semiconductor device shown is composed of an IGBT (right of the dashed line 18 ) and the additional con tacted zone 7 (left of the dashed line 18 ). To turn on the semiconductor device, the gate electrode 10 is placed on the gate terminal 21 and switch 16 to the gate voltage + U G. Then forms a channel 13 in the low-doped, flat part of the base zone 5 through which negative charge carriers flow into the inner zone 2 . These move to the anode zone 11 . From there, positive charge carriers move towards base zone 5 . Positive charge carriers also flow from zone 11 to zone 7 and thus increase their potential. This is also on the gate electrode 10 via the electrode 9 and the connecting line 20 . If this voltage is high enough, the channel 13 is retained and the current in the component continues to flow even when the switch 16 is opened. The component can be turned off a fold by closing the switch 15 . The gate electrode is thus set to source potential and the channel 13 disappears. This stops the flow of electricity. The structure can therefore be used like a thyristor that can be switched off.

Zur Erhöhung der Sperrspannung in Vorwärtsrichtung bei im wesent­ lichen unveränderten Durchlaßeigenschaften kann zwischen der In­ nenzone 2 und der Anodenzone 11 noch eine höher dotierte Schicht 17 vorgesehen werden, die den gleichen Leitungstyp wie die Innen­ zone 2 aufweist. Mit der Größe des Widerstandes 19 läßt sich die Steuerspannungs-Strom-Charakteristik des Halbleiterbauelements einstellen.To increase the reverse voltage in the forward direction with essentially unchanged transmission properties, a higher doped layer 17 can be provided between the inner zone 2 and the anode zone 11 , which has the same conductivity type as the inner zone 2 . The control voltage-current characteristic of the semiconductor component can be set with the size of the resistor 19 .

Claims (3)

1. Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (1) mit einer Innenzone (2) vom ersten Leitungs­ typ, die an eine der Oberflächen (3) des Halbleiterkörpers (1) an­ grenzt, mit einer Basiszone (5) vom zweiten Leitungstyp, die in die genannte Oberfläche (3) des Halbleiterkörpers eingebettet ist, mit einer Sourcezone (6) vom ersten Leitungstyp, die in die Basiszone (5) eingebettet ist, mit einer an die Innenzone angren­ zenden Anodenzone (11) vom zweiten Leitungstyp, mit einer Source­ elektrode (8), die Sourcezone und die Basiszone kontaktiert und die mit einem Sourceanschluß verbunden ist, und mit einer gegen den Halbleiterkörper isolierten Gateelektrode (10), dadurch gekennzeichnet, daß in die Innen­ zone (2) an der genannten Oberfläche (3) eine weitere Zone (7) des zweiten Leitungstyps eingebettet ist, daß die weitere Zone mit der Gateelektrode (10) verbunden ist und über einen Schalter (15) mit der Sourceelektrode (8) verbindbar ist.1. Field effect controllable semiconductor device with a semiconductor body ( 1 ) with an inner zone ( 2 ) of the first conduction type, which borders on one of the surfaces ( 3 ) of the semiconductor body ( 1 ), with a base zone ( 5 ) of the second conduction type is embedded in said surface ( 3 ) of the semiconductor body, with a source zone ( 6 ) of the first conductivity type, which is embedded in the base zone ( 5 ), with an anode zone adjacent to the inner zone ( 11 ) of the second conductivity type, with a source electrode ( 8 ), the source zone and the base zone contacted and which is connected to a source connection, and with a gate electrode ( 10 ) insulated from the semiconductor body, characterized in that in the inner zone ( 2 ) on said surface ( 3 ) another zone ( 7 ) of the second conductivity type is embedded, that the further zone is connected to the gate electrode ( 10 ) and connected to the source electrode ( 8 ) via a switch ( 15 ) dbar is. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der weiteren Zone (7) und der Gateelektrode (1) ein Widerstand (19) liegt.2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that between the further zone ( 7 ) and the gate electrode ( 1 ) is a resistor ( 19 ). 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenzone (2) und der Anodenzone (11) eine Halbleiterschicht (17) liegt, die den gleichen Leitungstyp wie die Innenzone hat, aber höher do­ tiert ist als diese.3. A semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that between the inner zone ( 2 ) and the anode zone ( 11 ) is a semiconductor layer ( 17 ) which has the same conductivity type as the inner zone, but is higher than this.
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