DE3902300C3 - Abschaltthyristor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Abschaltthyristor nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger
Thyristor ist aus der US 46 35 086 oder aus der nichtvorveröffentlichten
EP 02 80 536 A2 bekannt.
Aus der EP-A2 0 219 995 ist ein Abschaltthyristor bekannt,
bei dem eine Steuergateelektrode und eine Abschalt-
Steuergateelektrode getrennt voneinander ausgeführt
sind. Die Abschalt-Steuergateelektrode weist eine
isolierende Gateschicht auf.
Anhand der Fig. 1 wird nachfolgend der Aufbau des in der
EP 02 80 536 A2 vorgeschlagenen Abschaltthyristors erläutert.
Ein MOS-unterstützter, zur Selbstabschaltung fähiger Abschalt-
oder GTO-Thyristor, im folgenden auch als MAGTO-
Thyristor bezeichnet, gemäß Fig. 1 umfaßt eine Mehrschichtstruktur
mit einer als erster Emitter dienenden, stark
dotierten P-Typ-Schicht (P⁺-Schicht) 1, einer stark
dotierten, als Pufferschicht dienenden N-Typ-Schicht (N⁺-
Schicht) 2, einer als erste Basis dienenden schwach dotierten
N-Typ-Schicht (N--Schicht) 3, einer als zweite Basis
dienenden P-Typ-Schicht 4 und einer als zweiter Emitter
dienenden N⁺-Schicht 5. Die langgestreckte P-Basisschicht
4 reicht in die N--Schicht 3 hinein. Eine Anodenelektrode
6 ist auf der P⁺-Emitterschicht 1 aufgebracht.
Gemäß Fig. 1 sind jeweils langgestreckte Gateelektroden
7 unter Isolierung über der N-Basisschicht 3 so angeordnet,
daß sie die Oberfläche der P-Basisschicht 4 zwischen
N-Emitterschicht 5 und N-Basisschicht 3 bedecken. Auf jeder
Gateelektrode 7 ist eine niederohmige Metallschicht 8
ausgebildet. Jeder langgestreckte Abschnitt einer Steuerelektrode
10 verläuft auf der betreffenden P-Basisschicht 4
parallel zu den Gateelektroden 7 und bildet eine Basiselektrodenverdrahtung.
Eine P⁺-Schicht 11 ist in die Oberfläche
der P-Basisschicht 4 in Kontakt mit der Steuerelektrode
10 eingelassen, um einen ohmschen Kontakt dazwischen
herzustellen. Über der Schichtanordnung ist eine nicht
dargestellte Kathodenelektrode in Kontakt mit der N-Emitterschicht
vorgesehen.
Wenn bei dieser Anordnung eine Spannung einer positiven
Polarität an die Gateelektrode 7 angelegt wird, wird die
N-Emitterschicht 5 mit der N-Basisschicht 3 über eine der
Oberfläche der P-Basisschicht 4 unmittelbar unter der
Gateelektrode 7 geformte Kanalzone kurzgeschlossen. Infolgedessen
werden Elektroden in die N-Basisschicht 3
injiziert. Dabei werden Löcher in einer Menge entsprechend
derjenigen der Elektronen von der P-Emitterschicht 1 in die
N-Basisschicht 3 injiziert, wodurch der Thyristor ein- bzw.
durchgeschaltet wird. Zum Abschalten (Blockieren) des
Thyristors wird eine negative Vorspannung an die Steuerelektrode
10 angelegt. Ein über die Schicht 5 zur Kathodenelektrode
fließender Anodenstrom wird als Basisstrom
teilweise von der Elektrode 10 abgeleitet, so daß der
Thyristor abschaltet.
Zur Verbesserung der Ein/Abschaltgeschwindigkeit dieses
Thyristors muß die N-Emitterschicht 5 unter Verkleinerung
ihrer Breite mit einem Mikromuster ausgebildet sein. Wenn
die Schicht 5 verschmälert ist, kann die Zeit, die beim
Einschalten injizierte Elektronen für die vollständige
Ausbreitung durch Plasmaausbreitung benötigen, unter Verbesserung
der Einschaltgeschwindigkeit verkürzt sein. Da
hierbei gleichzeitig der Widerstand der P-Basisschicht 4
unmittelbar unter der N-Emitterschicht 5 herabgesetzt ist,
kann der Basisstrom unter Verbesserung der Abschaltgeschwindigkeit
wirksam abgeleitet werden.
Eine Breitenverringerung der Schicht 5 bedingt jedoch
eine Verkleinerung der effektiven Leiterfläche des Thyristors
unter unerwünschter Vergrößerung der Größe der Durchlaßspannung.
Wenn zur Lösung dieses Problems die Breite
der N-Emitterschicht 5 verkleinert und die restlichen
Teile auf ähnliche Weise miniaturisiert werden, ergibt
sich ein weiteres Problem dahingehend, daß sich die Widerstände
der Schichtverdrahtungen von Gate- und Steuerelektroden
unerwünscht erhöhen. Wenn die Breite der Gateelektrode
7 unter Erhöhung ihres Verdrahtungswiderstands
verkleinert wird, verlängert sich die Zeitspanne von der
Anlegung einer Einschaltsteuerspannung an die Elektrode
7 bis zur Bildung der Kanalzone am Ende der P-Basisschicht
4, wodurch die Einschaltgeschwindigkeit des Thyristors
herabgesetzt wird. Bei einer Verkleinerung der Breite der
Steuerelektrode 10 unter Erhöhung ihres Verdrahtungswiderstands
wird der Ableitwirkungsgrad für den Basisstrom
von der Elektrode 10 unter Herabsetzung der Abschaltgeschwindigkeit
des Thyristors beeinträchtigt. Eine Verzögerung
im Abschalten führt zu einer lokalen oder örtlichen
Konzentration des Anodenstroms an den Endabschnitten
der schmalen Elektrode 10. Infolgedessen wird im ungünstigsten
Fall die Anordnung zerstört.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines
Abschaltthyristors, der sich besonders gut mit hoher
Integrationsdichte herstellen läßt und eine gute Ein/
Abschalt-Ansteuerleistung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung
eines Aufbaus eines Hauptteils eines MAGTO-
Thyristors nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung
des Aufbaus eines Hauptteils eines MAGTO-Thyristors
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Planarstruktur
des Hauptteils des Thyristors nach
Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3,
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 3,
Fig. 7A und 7B schematische Darstellungen für einen
Vergleich zwischen den Planarstrukturen beim
bekannten Thyristor und beim erfindungsgemäßen
Thyristor,
Fig. 8 und 9 Schnittansichten eines Hauptteils einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Planarstruktur
des Hauptteils des Thyristors gemäß
einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 10,
Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII in Fig. 10,
Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in
Fig. 10,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Planarstruktur
des Hauptteils eines MAGTO-Thyristors
gemäß einer Abwandlung der Erfindung und
Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie XV-XV in Fig. 14.
In Fig. 2 ist ein MAGTO-Thyristor
allgemein mit 20 bezeichnet. Der Thyristor 20 besteht
aus einer als erster Emitter
(P-Emitter) dienenden, stark dotierten P-(Typ-)-
Schicht (P⁺-Schicht) 22, einer als Pufferschicht dienen
den, stark dotierten N-Schicht (N⁺-Schicht) 24, einer
als erste Basis (N-Basis) dienenden, schwach dotierten
N-Schicht (N⁻-Schicht) 26, einer eine zweite Basis
(P-Basis) bildenden P-Schicht 28 und einer einen zwei
ten Emitter (N-Emitter) bildenden N⁺-Schicht 30. Die
P-Basisschicht 28 ist an der Oberfläche der N-Basis
schicht 26 langgestreckt ausgebildet, so daß diese
Schichten parallel zueinander verlaufen. In der P-Basis
schicht 28 ist die N-Emitterschicht 30 ausgebildet.
Auf der P-Emitterschicht 22 ist eine Anodenelektroden
schicht 31 erzeugt.
Eine Gateelektrode 32 ist unter Isolierung durch eine
Gateisolierschicht 34 über dem Flächenteil der P-Basis
schicht 28 angeordnet, der zwischen der N-Emitter
schicht 30 und der N-Basisschicht 26 liegt. Die N-Emit
terschicht 30 ist mit der Gateelektrode 32 selbst
justiert. Auf jeder Elektrode 32 ist eine niederohmige
Metallschicht 36 ausgebildet. Es ist zu beachten, daß
eine Steuerelektrode 38 als Basiselektrodenverdrahtung
unter Isolierung durch eine zweite Gateisolierschicht
40 über der betref
fenden Gateelektrode 32 abgelagert ist. Bei dieser Aus
führungsform ist die langgestreckte Steuerelektrode 38
so breit, daß ihre Breite im wesentlichen derjeni
gen der darunter liegenden Gateelektrode 32 entspricht.
Gemäß Fig. 2 sind die über den Gateelektroden 32
ausgebildeten Steuerelektroden 38 durch eine
Verbindungsverdrahtungsschicht 38a miteinander verbun
den, wobei die Elektroden 38 elektrisch mit der P-Basisschicht
28 durch die Verdrahtungsschicht 38a verbunden sind,
so daß gemäß Fig. 3 insgesamt ein gitterartiges,
planares Muster entsteht. In Fig. 3
sind eine Kathodenelektrode und die Isolierschichten
der besseren Übersichtlichkeit halber nicht darge
stellt. Zur deutlicheren Veranschaulichung eines Über
lappungsabschnitts der Elektroden 32 und 38 ist außer
dem die Breite der Elektrode 38 übertrieben groß einge
zeichnet.
Die Fig. 4, 5 und 6 sind Schnitte längs der Linien
IV-IV, V-V bzw. VI-VI in Fig. 3 durch die Thyristor-
Planarstruktur. Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht,
ist die Steuerelektrode 38 an ihrer Verbindungsverdrah
tungsschicht 38a (Fig. 2) mit der P-Basisschicht 28
über ein in der Gateisolierschicht 34 ausgebildetes erstes Kon
taktloch 44 verbunden. In der P-Basisschicht 28 ist eine P⁺-
Schicht 46 so ausgebildet, daß sie sich an einem Kon
taktabschnitt zwischen Steuerelektrode 38 und P-Ba
sisschicht 28 befindet. Diese Schicht dient als nieder
ohmsche Schicht zur Herabsetzung des Kontaktwider
stands zwischen Steuerelektrode 38 und P-Basisschicht
28. Darüber hinaus ist gemäß Fig. 5 oder 6 eine Kathoden
elektrode 48, die unter Isolierung die Thyristor-Struk
tur bedeckend ausgebildet ist, über ein in der Gateiso
lierschicht 34 ausgebildetes zweites Kontaktloch 50 mit der
N-Emitterschicht 30 verbunden. Bei dieser Ausführungs
form ist gemäß Fig. 3 das zweite Kontaktloch 50 für die Katho
denelektrode im Mittelbereich einer Öffnung 52 des
gitterartigen Planarmusters der Steuerelektrode ausge
bildet.
Wenn an die Steuerelektrode 38 eine negative Vorspan
nung angelegt wird, wird - wie bei dem in Verbindung mit der Fig. 1 beschriebenen Stand der Technik - der Anodenstrom als Basisstrom
teilweise abgeleitet, um das Selbstabschalten des Thy
ristors 20 zu ermöglichen. Auch ein Einschalten kann über
die Steuerelektrode 38 vorgenommen werden: Bei gleichzeitiger
Anlegung einer positiven Spannung an die Gateelektrode 32
und die Steuerelektrode 38 fließt der Basisstrom zur P-Ba
sisschicht 28, und das Einschalten läuft von einem Ka
nalende der N-Emitterschicht 30 und einer Steuerelektro
denseite derselben ab (d.h. ein leitender Bereich wird
erweitert), so daß damit eine Einschaltoperation statt
findet.
Da bei dieser Anordnung ein Hauptteil der Steuer
elektrode 38 stapelartig über der betreffenden Gateelek
trode 32 angeordnet ist, kann die Steuerelektrode 38
mit einer gewünschten Breite, insbesondere einer Breite
entsprechend derjenigen der darunter liegenden Gate
elektrode geformt sein. Während hierbei der Abstand zwi
schen benachbarten Gateelektroden 32 verkleinert sein
kann, kann dementsprechend der Verdrahtungswiderstand
der Elektrode 38 erheblich verringert sein. Infolgedes
sen lassen sich gleichzeitig die Integrationsdichte und
die Ein/Abschaltgeschwindigkeit des Thyristors 20 ver
bessern.
Wie sich aus einem Vergleich des gesamten Planarmusters
eines herkömmlichen Thyristors gemäß Fig. 7A mit dem
des erfindungsgemäßen Thyristors gemäß Fig. 7B ergibt,
ist die Oberfläche der Steuerelektrode 38 des Thyristors mit
dem gitterartigen Planarmuster wesent
lich vergrößert. Demzufolge ist der Verdrahtungswider
stand der Elektrode 38 herabgesetzt.
Beim Abschal
ten des Thyristors 20 kann mithin der Basisstrom gleich
mäßig und höchst wirkungsvoll von der Elektrode 38 über
die Gesamtoberfläche
abgeleitet
werden. Infolgedessen kann der Spitzenabschaltstrom des
Thyristors 20 erheblich verbessert werden. Beim Abschal
ten des herkömmlichen Thyristors gemäß Fig. 7A wird die
Ableitung des Basisstroms an einem Endabschnitt der
Steuerelektrode 10 (durch einen gestrichelten Kreis 54
angedeutet) aufgrund ihres hohen Widerstands
verzögert. Als Ergebnis konzentriert sich ein Anoden
strom lokal, so daß das oben geschilderte
Problem ungelöst bleibt.
Weiterhin hat bei der beschriebenen Ausführungsform
eine durch die Gateelektrode 32 gebildete MOSFET-Struk
tur zum Einschalten des Thyristors einen spezifi
schen Querschnitt, der vom Quer
schnitt einer Abschaltthyristor
struktur 62 verschieden ist. Wie aus der perspektivischen Dar
stellung von Fig. 2 deutlich hervorgeht, ist im Gegen
satz zum herkömmlichen GTO-Thyristor nach Fig. 1, bei
dem eine Abschaltthyristorstruktur in einem
Schnittbereich, in welchem eine MOSFET-Struktur für
Einschaltsteuerung erzeugt ist, ausgebildet ist, eine
MOSFET-Struktur 90 in einem Substratquerschnitt vorgesehen,
der vom Querschnitt verschieden ist, in
welchem die Abschaltthyristorstruktur 62 erzeugt ist. Da
bei dieser Anordnung die Steuerelektrode 38 senkrecht
zu einem MOSFET-Kanal bzw. zur Längsrichtung der Gate
elektrode 32 angeordnet ist, beginnt die Abschaltope
ration des Thyristors 20 gleichzeitig an beiden Enden
der N-Emitterschicht 30 senkrecht zum Kanal. Infolge
dessen verschmälert sich der senkrecht zur Längsrich
tung der Elektrode 32 verlaufende leitende Bereich die
ses Thyristors 20 allmählich oder fortlaufend, um schließ
lich abgetrennt zu sein. In diesem Fall wird die einen
vergleichsweise großen P-Basiswiderstand aufweisende Ka
nalzone überhaupt nicht als Ableit
strecke für den Basisstrom benutzt. Der Basisstrom kann
daher wirksam unter Beschleunigung
einer Verringerung des Abschaltstroms abgeleitet werden, so daß die Ab
schaltgeschwindigkeit verbessert und der Spitzenab
schaltstrom des Thyristors 20 erhöht sind.
Ein in den Fig. 8 und 9 dargestellter Abschaltthyristor gemäß
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist in
jedem Kontaktloch 50 eine zwischen der N-Emitterschicht
30 und der Kathodenelektrodenschicht 48 ausgebildete Ab
standselektrodenschicht 70 auf. Dabei entspricht die
Querschnittsdarstellung des Thyristors nach Fig. 8 der
Darstellung nach Fig. 5, d.h. dem Schnitt
längs der
Linie V-V in Fig. 3, während die Schnittansicht nach
Fig. 9 derjenigen gemäß Fig. 6 entspricht, d.h. dem
Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 3. Den Einzel
heiten von Fig. 5 und 6 entsprechende Teile sind in den
Fig. 8 und 9 mit denselben Bezugsziffern wie vorher be
zeichnet und daher nicht mehr näher erläutert.
Bei dieser Anordnung kann die stufenartige Oberflä
chenform des Kontaktlochs 50 für die Kathodenelektrode
48 verkleinert werden, so daß die Tiefe des Kontaktlochs 50 zu dessen Weite angebende Geometrieverhältnisse
für das Kontaktloch 50 in den Schnitten nach Fig. 8 und 9
auf 1,2-2,0 bzw. 1,1-1,9 verkleinert sein können.
Beim Abschaltthyristor gemäß der ersten Ausführungs
form, bei dem keine Abstandselektrode 70 vorhanden ist,
betragen die Geometrieverhältnisse des Kontaktlochs 50
in den Schnitten gemäß Fig. 5 und 6 jeweils 2,0-3,4
bzw. 1,9-3,2. Infolgedessen kann eine "mangelhafte
Stufenbedeckung" im Kontaktloch 50 der Elektrode 48
bei dem eine Mehrschichtstruktur aus Gateelektrode 32
und Steuerelektrode 38 aufweisenden Thyristor zuverläs
sig verhindert werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß
bei dieser Ausführungsform die Abstandselektrode 70
gleichzeitig mit der Steuerelektrode 38 geformt wird,
so daß ihre Dicke praktisch derjenigen der Steuerelektrode 38
entspricht. In diesem Fall ist die Breite der Steuerelektrode
38 kleiner eingestellt als die der darunter liegenden
Gateelektrode 32, so daß die eine Steuerelektrode 38 bedecken
de Isolierschicht 72 an einer Überlappung der Abstandselektrode
70 gehindert ist. Wenn die Abstandselektrode 70 in einem Her
stellungsvorgang geformt wird, der von dem für die Steuerelek
trode 38 unabhängig ist, kann die Dicke
der Abstandselektrode 70 weiter vergrößert werden, um damit das
Geometrieverhältnis des Kontaktlochs 50 weiter zu ver
kleinern.
Bei einem in den Fig. 10 bis 13 dargestellten Abschaltthyristor
gemäß einer dritten Ausführungsform sind erste und zwei
te Abstandselektrodenschichten 80 bzw. 82 zwischen N-
Emitterschicht 30 und Kathodenelektrodenschicht 48 im
Kontaktloch 50 ausgebildet. Die zweite Schicht 82 liegt
dabei auf der ersten Schicht 80. Wie am besten aus Fig.
11 hervorgeht, ist eine Abstandselektrodenschicht 84
zwischen die Substratfläche, in welcher die P-Basis
schicht 28 ausgebildet ist, und die Steuerelektrode 38
in jedem Kontaktloch 44 eingefügt. Gemäß Fig. 13 können
die Schicht 80 für die Elektrode 48 und die Schicht 84
für die Steuerelektrode 38 im gleichen Herstellungsprozeß mit
gleicher Dicke ausgebildet werden. Mit dieser Ausgestal
tung können die Geometrieverhältnisse des Kontaktlochs
50 gemäß den Fig. 12 und 13 auf 0,4-0,7 bzw. 0,3-
0,5 stark verkleinert werden, wodurch der Flachheits
grad des Thyristors mit Mehrschichtstruktur aus Gate
elektrode 32 und Steuerelektrode 38 weiter verbessert
wird.
Die Bereiche der
N⁺-Sourceschicht 30, die in der P-Ba
sisschicht 28 (Fig. 4) des MAGTO-Thyristors gemäß der
beschriebenen Ausführungsform ausgebildet sind, können weggelassen werden. Eine
entsprechende Thyristorstruktur ist in den Fig. 14 und
15 dargestellt, in denen den Teilen von Fig. 3 bis 6
entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie
vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen er
läutert sind.
Gemäß Fig. 15 ist nur eine P⁺-Diffusionsschicht 100
in der P-Basisschicht 28 dieses MAGTO-Thyristors ge
formt. Die P⁺-Schicht 100 entspricht dabei der P⁺-
Schicht 46 bei der Ausführungsform nach Fig. 4, und
sie ist durch Fremdatomimplantation unter Verwendung
zweier angrenzender Gateelektrodenschichten 32 als
Maske dafür erzeugt, so daß diese Schicht 100 praktisch
mit diesen Gateelektroden 32 selbstjustiert ist. Die
Steuerelektrode 38 ist mit der P⁺-Schicht 100
über ein in der Gateisolierschicht 34 geformtes Kontakt
loch 102 verbunden. Die N-Emitterschicht dieses Thyri
stors ist "verteilt" so ausgebildet, daß
sie in eine Anzahl von getrennten N⁺-Schichten 30′ un
terteilt ist, so daß eine vollständige Umschließung der innerhalb des Kontaktloches 102 liegenden
Kontaktfläche zwischen Steuerelektrode 38 und
P⁺-Schicht 100 durch die N-Emitterschicht auf der Ober
fläche der P-Basisschicht 28 verhindert ist. Die N-Emit
terschichten 30′ sind in Fig. 15 nicht sichtbar. Die an
deren Schnittstrukturen dieses Thyristors entsprechen
grundsätzlich den Schnitten längs der Linien V-V und
VI-VI nach Fig. 5 bzw. 6.
Da bei dieser Anordnung kein Spielraum für die
Ausrichtung zwischen N-Emitter
schicht 30′ und P⁺-Schicht 100 auf der Substratober
fläche erforderlich ist, kann der Abstand zwischen be
nachbarten Gateelektroden 32 unter Erhöhung der In
tegrationsdichte des MAGTO-Thyristors verkleinert sein.
Weiterhin kann der Abstand zwischen der N-Emitter
schicht 30′ und der P⁺-Schicht 100 auf der Substrato
berfläche vergrößert sein, so daß dadurch die Aushalte
spannung zwischen Basis und Emitter dieses Thyristors
erhöht sein kann. Dies führt zu einer verbesserten Ab
schalt-Ansteuerleistung des Thyristors.
Claims (8)
1. Abschaltthyristor, umfassend eine erste Emitterschicht
(22) eines ersten Leitungstyps, eine elektrisch
mit der ersten Emitterschicht (22) verbundene
erste Basisschicht (26) eines zweiten Leitungstyps,
eine in der Oberfläche der ersten Basisschicht (26)
ausgebildete zweite Basisschicht (28) des ersten
Leitungstyps, eine in der zweiten Basisschicht erzeugte
zweite Emitterschicht (30) des zweiten Leitungstyps,
eine unter Isolierung einen Abschnitt der
zweiten Basisschicht (28) zwischen der zweiten Emitterschicht
(30) und der ersten Basisschicht (26) bedeckend
ausgebildete und eine langgestreckte Planarform
aufweisende Gateelektrode (32) zum Einschalten
des Thyristors und eine elektrisch mit der zweiten
Basisschicht (28) verbundene Steuerelektrode (38),
zum Ausschalten des Thyristors, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerelektrode aufweist:
einen ersten Elektrodenbereich (38), der unter Isolierung über der Gateelektrode (32) angeordnet ist, eine langgestreckte Planarform aufweist und mit einem Anschluß (B in Fig. 2) zum Anlegen eines Abschalt- Steuersignals verbunden ist, sowie
einen zweiten Elektrodenbereich (38a) zur elektrischen Verbindung des ersten Elektrodenbereichs (38) mit der zweiten Basisschicht (28).
einen ersten Elektrodenbereich (38), der unter Isolierung über der Gateelektrode (32) angeordnet ist, eine langgestreckte Planarform aufweist und mit einem Anschluß (B in Fig. 2) zum Anlegen eines Abschalt- Steuersignals verbunden ist, sowie
einen zweiten Elektrodenbereich (38a) zur elektrischen Verbindung des ersten Elektrodenbereichs (38) mit der zweiten Basisschicht (28).
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Gateelektrode (32) zusammen mit der zweiten
Basisschicht (28) und der Steuerelektrode (38) längs
einer ersten Richtung der ersten Basisschicht (26) erstreckt
und eine Feldeffekttransistorstruktur in einem
Querschnitt längs einer zweiten Richtung senkrecht zur
ersten Richtung festlegt, und daß sich der zweite Elektrodenbereich
(38a) längs der zweiten Richtung erstreckt
und von beiden Seiten der Gateelektrode (32) aus abwärts
verlaufend ausgebildet ist und in einem bestimmten Oberflächenbereich
mit der zweiten Basisschicht (28) in
Kontakt steht.
3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerelektrode (38) insgesamt ein gitterartiges
planares oder ein planparalleles
Muster aufweist.
4. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Emitterschicht (30) im wesentlichen gleichmäßig
auf dem restlichen Oberflächenbereich der zweiten
Basisschicht (28), mit Ausnahme des bestimmten Oberflächenbereichs,
ausgebildet ist.
5. Thyristor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Hauptelektrode (48) im restlichen Oberflächenbereich
mit der zweiten Emitterschicht (30) in elektrischem
Kontakt steht.
6. Thyristor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine
zwischen die zweite Emitterschicht (30) und die zweite
Hauptelektrode (48) eingefügte Abstandselektrode (70;
80, 82).
7. Thyristor nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch
eine zwischen die zweite Basisschicht (28) und dem
zweiten Elektrodenbereich (38a) der Steuerelektrode (38)
eingefügte Abstandselektrode (84).
8. Thyristor nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der ersten Emitterschicht (22)
eine erste Hauptelektrode (31) ausgebildet ist und daß
die zweite Hauptelektrode (48) die Steuerelektrode (38)
unter Isolierung bedeckt.
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US5194394A (en) * | 1989-10-23 | 1993-03-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor and method of manufacturing the same |
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US5099300A (en) * | 1990-06-14 | 1992-03-24 | North Carolina State University | Gated base controlled thyristor |
US5315134A (en) * | 1991-06-10 | 1994-05-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thyristor with insulated gate |
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US5294816A (en) * | 1992-06-10 | 1994-03-15 | North Carolina State University At Raleigh | Unit cell arrangement for emitter switched thyristor with base resistance control |
US5198687A (en) * | 1992-07-23 | 1993-03-30 | Baliga Bantval J | Base resistance controlled thyristor with single-polarity turn-on and turn-off control |
US5426314A (en) * | 1992-07-29 | 1995-06-20 | Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai | Insulated gate control static induction thyristor |
US5293054A (en) * | 1992-11-23 | 1994-03-08 | North Carolina State University At Raleigh | Emitter switched thyristor without parasitic thyristor latch-up susceptibility |
US5241194A (en) * | 1992-12-14 | 1993-08-31 | North Carolina State University At Raleigh | Base resistance controlled thyristor with integrated single-polarity gate control |
US5396087A (en) * | 1992-12-14 | 1995-03-07 | North Carolina State University | Insulated gate bipolar transistor with reduced susceptibility to parasitic latch-up |
US5306930A (en) * | 1992-12-14 | 1994-04-26 | North Carolina State University At Raleigh | Emitter switched thyristor with buried dielectric layer |
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US5493134A (en) * | 1994-11-14 | 1996-02-20 | North Carolina State University | Bidirectional AC switching device with MOS-gated turn-on and turn-off control |
EP0729186B1 (de) * | 1995-02-24 | 1999-05-06 | Consorzio per la Ricerca sulla Microelettronica nel Mezzogiorno | Leistungsbauelement als integrierte Struktur in MOS-Technologie und Verfahren zu seiner Herstellung |
US5798554A (en) * | 1995-02-24 | 1998-08-25 | Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | MOS-technology power device integrated structure and manufacturing process thereof |
JPH08274306A (ja) * | 1995-04-03 | 1996-10-18 | Fuji Electric Co Ltd | 絶縁ゲート型サイリスタ |
DE69531783T2 (de) * | 1995-10-09 | 2004-07-15 | Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno - Corimme | Herstellungsverfahren für Leistungsanordnung mit Schutzring |
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GB9525363D0 (en) * | 1995-12-12 | 1996-02-14 | Lynxvale Ltd | Semiconductor device |
EP0782201B1 (de) * | 1995-12-28 | 2000-08-30 | STMicroelectronics S.r.l. | MOS-Technologie-Leistungsanordnung in integrierter Struktur |
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---|---|---|---|---|
US4292646A (en) * | 1977-01-07 | 1981-09-29 | Rca Corporation | Semiconductor thyristor device having integral ballast means |
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JPS6188563A (ja) * | 1984-10-08 | 1986-05-06 | Toshiba Corp | 半導体スイツチ |
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