DE4403431A1 - Turn-off semiconductor component for GTO thyristor ignition stabilisation - Google Patents
Turn-off semiconductor component for GTO thyristor ignition stabilisationInfo
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Abstract
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem abschaltbaren Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a switchable Semiconductor component according to the preamble of Claim 1.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus Power Electronics Specialists Conference PESC ′88 RECORD (APRIL 1988) S. 915-920, bekannt ist. Dort ist ein rückwärtsleitender GTO-Thyristor mit antiparalleler Diode für 4,5 kV Sperrspannung und 3 kA Abschaltstromstärke mit etwa 1000 ringförmig angeordneten Kathodensegmenten und einem Anodenkurzschlußgebiet zur Verringerung der Abschaltverluste beschrieben. Im Bereich zwischen Diode und den GTO-Segmenten ist die p⁺-Schicht im Bereich der GTO- Kathoden in einer Tiefe von 50 µm-55 µm entfernt, so daß der entstandene pin-Übergangsbereich einen Widerstand im Bereich von 30 Ω-120 Ω aufweist.With the preamble of claim 1 takes Invention related to a prior art as it from Power Electronics Specialists Conference PESC ′88 RECORD (APRIL 1988) pp. 915-920. There is a reverse conducting GTO thyristor with anti-parallel diode for 4.5 kV reverse voltage and 3 kA cut-off current with about 1000 annularly arranged cathode segments and an anode short circuit area to reduce the Switch-off losses described. In the area between diode and the GTO segments is the p⁺ layer in the area of the GTO Cathodes removed at a depth of 50 microns-55 microns, so that the resulting pin transition area has a resistance in the Has a range of 30 Ω-120 Ω.
Eine derartige Gate-Kathoden-Struktur eines GTO-Thyristors reagiert einerseits empfindlich auf eine Änderung der technologischen Parameter, andererseits weist sie eine starke Temperaturabhängigkeit auf. Deshalb ist die direkt damit gekoppelte Zündschwelle des Bauelements großen Schwankungen unterworfen. Dies kann zur Folge haben, daß die Zündströme bei tiefen Temperaturen unzulässig hoch (z. B. 10 A bei - 40°C) und bei hohen Temperaturen unzulässig tief sind (z. B. 50 mA bei 125°C). Bedingt durch die Dioden-Charakteristik der Zündstrecke ist der Spielraum für eine technologische Beeinflussung relativ gering.Such a gate-cathode structure of a GTO thyristor is sensitive to a change in the one hand technological parameters, on the other hand it has a strong temperature dependence. That's why it's direct thus coupled ignition threshold of the component large Subject to fluctuations. This can result in the ignition currents are impermissibly high at low temperatures (e.g. 10 A at - 40 ° C) and at high temperatures are impermissibly deep (e.g. 50 mA at 125 ° C). Conditionally due to the diode characteristics of the ignition path Relative scope for a technological influence low.
Bei konventionellen Thyristoren kann dieses Problem mit Hilfe von Emitterkurzschlüssen auf einfache Weise entschärft werden. Bei GTO-Thyristoren läßt sich diese Technik schlecht anwenden. Einerseits sind die geometrischen Dimensionen der einzelnen Kathodensegmente relativ gering; andererseits soll die Gate-Kathodenstrecke bei negativer Vorspannung einen möglichst kleinen Strom ziehen, um eine große Gleichstrom-Verlustleistung der Ansteuereinheit zu vermeiden. Dies bedingt entweder einen hochohmigen Pfad von z. B. < 200 Ω oder eine echte Dioden- Charakteristik.With conventional thyristors this problem can be solved Using emitter shorts in a simple way be defused. This can be done with GTO thyristors Using technology badly. On the one hand, they are geometric dimensions of the individual cathode segments relatively low; on the other hand, the gate-cathode path with a negative bias, the smallest possible current pull to a large DC power dissipation Avoid control unit. This requires either one high impedance path from z. B. <200 Ω or a real diode Characteristic.
Zum einschlägigen Stand der Technik wird noch auf die EP- B1-0 200 863 verwiesen, aus der ebenfalls ein Halbleiterbauelement mit GTO-Thyristor- und Diodenstruktur bekannt ist. Die Diodenstruktur ist am Außenrand des scheibenförmigen Halbleiters in einem Abstand von 1 mm kreisförmig um ringförmig angeordnete GTO-Thyristorsegmente angebracht und antiparallel zum GTO-Thyristor geschaltet. Durch Einbau von Schwermetallatomen, wie Gold oder Platin, in das Siliziumgrundmaterial des Halbleiterbauelements oder durch Elektronen- oder Gammabestrahlung ist die Ladungsträgerlebensdauer in der Diode kürzer eingestellt als im Thyristor. Zwischen der Diode und den GTO- Steuerelektrodensegmenten ist ein Widerstand bzw. eine kreisförmige Schutzzone mit einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht vorgesehen, welche die Thyristor- und Diodenbereiche voneinander entkoppelt, so daß nur wenig Ladungsträger in die jeweils anderen Bereiche überwechseln können.The relevant state of the art is still referred to the EP B1-0 200 863 referenced from the also Semiconductor component with GTO thyristor and diode structure is known. The diode structure is on the outer edge of the disk-shaped semiconductor at a distance of 1 mm circular around ring-shaped GTO thyristor segments attached and connected antiparallel to the GTO thyristor. By incorporating heavy metal atoms such as gold or platinum, in the silicon base material of the semiconductor component or by electron or gamma radiation Carrier life time in the diode is set shorter than in the thyristor. Between the diode and the GTO Control electrode segments is a resistor or a circular protection zone with an electrically insulating Passivation layer provided, which the thyristor and Diode areas decoupled from each other, so that only a little Transfer load carriers to the other areas can.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, ein abschaltbares Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß dessen Zündschwelle stabilisiert wird. Insbesondere soll die Temperaturabhängigkeit der Zündschwelle reduziert werden.The invention as defined in claim 1 solves the task of a switchable semiconductor device of the type mentioned in such a way that whose ignition threshold is stabilized. In particular, should the temperature dependence of the ignition threshold is reduced become.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zündströme in einem Temperaturbereich von - 40°C bis 125°C geringere Unterschiede aufweisen und somit ein präziseres Zünden möglich wird.An advantage of the invention is that the ignition currents in a temperature range from - 40 ° C to 125 ° C lower Show differences and therefore a more precise ignition becomes possible.
Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, daß parallel zur Gate-Kathodenstrecke des abschaltbaren Halbleiterbauelementes bzw. GTO-Thyristors ein Strompfad vorgesehen wird, der bei hohen Temperaturen einen großen Teil des Stromes aufnimmt und bei tiefen Temperaturen einen möglichst großen Widerstand darstellt. Da von Bauelement- Anwendern eine hochohmige Rückwärtscharakteristik der Gate- Kathodenstrecke von < 200 Ω verlangt wird, genügt ein resistiver Widerstand allein nicht. Es ist daher in einem Parallelzweig zur Gate-Kathodenstrecke eine Diode vorgesehen, die vor allem bei hohen Temperaturen den insgesamt zur Zündung notwendigen Strom erhöht und damit die Empfindlichkeit des abschaltbaren Halbleiterbauelementes auf Änderungen der Gate- Kathodenstrecke reduziert. Wegen der stark verringerten Zündempfindlichkeit des GTO-Thyristors bei tiefen Temperaturen wird der Spannungsabfall an dem nur geringfügig temperaturabhängigen Widerstand in diesem Fall den Strom durch diese Diode begrenzen und seinerseits zur Stabilisierung beitragen.This is essentially achieved in that parallel to the gate cathode section of the switchable Semiconductor component or GTO thyristor a current path is provided that a large at high temperatures Absorbs part of the current and one at low temperatures represents the greatest possible resistance. Because of component Users have a high-impedance reverse characteristic of the gate Cathode path of <200 Ω is sufficient resistive resistance alone is not. It is therefore in one A diode parallel to the gate-cathode path provided that the especially at high temperatures total current required for ignition increased and thus the sensitivity of the switchable Semiconductor component on changes in the gate Cathode path reduced. Because of the greatly reduced Ignition sensitivity of the GTO thyristor at low The voltage drop at the only temperature slightly temperature-dependent resistance in this case limit the current through this diode and in turn to Contribute to stabilization.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to embodiments play explained. Show it:
Fig. 1 ein Schaltbild des abschaltbaren Halbleiterbauelementes, Fig. 1 is a diagram of the turn-off semiconductor component,
Fig. 2 und 3 Querschnitte durch einen Teil eines abschaltbaren Halbleiterbauelementes mit unterschiedlichen Widerstandszonen um eine Diode, Fig. 2 and 3 are cross-sections through part of a turn-off semiconductor component with different resistance levels to a diode
Fig. 4 ausschnittsweise eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement, bei dem Thyristorsegmente parallel und quer zu Diodensegmenten angeordnet sind, und Fig. 4 a detail of a plan view of a semiconductor device are arranged in parallel and transverse to the Thyristorsegmente diode segments, and
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement, bei dem die Thyristorsegmente durch eine spezielle Widerstandszone von der Diode getrennt sind. Fig. 5 is a plan view of a semiconductor device in which the Thyristorsegmente are separated by a specific resistance region of the diode.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same parts are the same Reference numbers marked.
Fig. 1 zeigt in einem Schaltbild einen GTO-Thyristor (GTO) mit Anode (A), Kathode (K) und Steuerelektrode (G), welche über eine Reihenschaltung eines Widerstandes (R) und einer Zündstabilisierungsdiode bzw. Diode (D) mit der Kathode (K) verbunden ist. Der Widerstand (R) hat einen Widerstandswert im Bereich von 10 Ω-500 Ω, vorzugsweise im Bereich von 50 Ω-200 Ω. Fig. 1 shows a circuit diagram of a GTO thyristor (GTO) with anode (A), cathode (K) and control electrode (G), which via a series circuit of a resistor (R) and an ignition stabilization diode or diode (D) with the Cathode (K) is connected. The resistance (R) has a resistance value in the range of 10 Ω-500 Ω, preferably in the range of 50 Ω-200 Ω.
Fig. 2 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein scheibenförmiges Halbleiterbauelement mit lateral benachbarten Bereichen für die Diode (D), ein GTO- Thyristor-Segment (GTO) und einen ringförmig um die Diode (D) angeordneten Widerstand (R). Dabei ist ein 3schichtiger n⁺n⁻p-Bereich der Steuerelektrode (G) des GTO-Thyristor- Segmentes (GTO) von dessen 4schichtigem p⁺n⁻pn⁺-Bereich lateral durch die Bereiche des Widerstandes (R) und der Diode (D) getrennt. Fig. 2 shows part of a cross section through a disk-shaped semiconductor device having laterally adjacent regions of the diode (D), a GTO thyristor segment (GTO) and an annularly arranged around the diode (D) resistance (R). There is a 3-layer n⁺n -p area of the control electrode (G) of the GTO thyristor segment (GTO) of its 4-layer p⁺n⁻pn⁺ area laterally through the areas of the resistor (R) and the diode (D ) Cut.
An der Unterseite dieses Halbleiterbauelementes ist eine Anodenmetallisierung (1) z. B. aus Aluminium vorgesehen, welche als Anode (A) eine 1. Hauptelektrode des abschaltbaren Halbleiterbauelementes darstellt. An der Oberseite dieses Halbleiterbauelementes ist eine GTO- Kathodenmetallisierung (9) vorgesehen, die elektrisch mit einer Diodenmetallisierung (8) verbunden ist und als Kathode (K) eine 2. Hauptelektrode des abschaltbaren Halbleiterbauelementes darstellt.On the underside of this semiconductor component is an anode metallization ( 1 ) z. B. made of aluminum, which is an anode (A) is a 1st main electrode of the turn-off semiconductor device. At the top of this semiconductor component, a GTO cathode metallization ( 9 ) is provided, which is electrically connected to a diode metallization ( 8 ) and is a second main electrode of the semiconductor component that can be switched off as the cathode (K).
Das Halbleiterbauelement besteht hauptsächlich aus einer relativ dicken, niedrigdotierten, n-leitenden n⁻- Basisschicht (3), auf welcher kathodenseitig eine p- leitende p-Basisschicht (4) aufgebracht ist. Auf diese p- Basisschicht (4) ist im Anoden-Kathodenbereich des GTO- Thyristor-Segmentes (GTO) eine hochdotierte, n-leitende n⁺- GTO-Emitterschicht (10) aufgebracht, welche lateral etwas größer ist als die GTO-Kathodenmetallisierung (9). Mit etwa gleicher lateraler Erstreckung wie die n⁺-GTO- Emitterschicht (10) ist anodenseitig von der n⁻- Basisschicht (3) und unterhalb der n⁺-GTO-Emitterschicht (10) eine hochdotierte, p-leitende p⁺-GTO-Emitterschicht (11) aufgebracht. In geringem lateralem Abstand zu dieser p⁺-GTO-Emitterschicht (11) ist anodenseitig im übrigen Lateralbereich auf die n⁻-Basisschicht (3) eine hochdotierte, n-leitende n⁺-Emitterschicht (2) aufgebracht.The semiconductor component mainly consists of a relatively thick, low-doped, n-type n⁻ base layer ( 3 ), on the cathode side of which a p-type p base layer ( 4 ) is applied. In the anode-cathode region of the GTO thyristor segment (GTO), a highly doped, n-type n⁺-GTO emitter layer ( 10 ) is applied to this p-type base layer ( 4 ), which is laterally somewhat larger than the GTO cathode metallization ( 9 ). With approximately the same lateral extent as the n⁺-GTO emitter layer ( 10 ), on the anode side of the n⁻-base layer ( 3 ) and below the n⁺-GTO emitter layer ( 10 ) there is a highly doped, p-conducting p⁺-GTO Emitter layer ( 11 ) applied. At a slight lateral distance from this p⁺-GTO emitter layer ( 11 ), a highly doped, n-conducting n⁺ emitter layer ( 2 ) is applied on the anode side in the remaining lateral region to the n⁻ base layer ( 3 ).
Die Steuerelektrode (G) ist über Steuerelektrodenmetallisierungen (5, 5′) bzw. über eine Steuerhauptelektrode (5) und eine Steuerhilfselektrode (5′) direkt mit der p-Basisschicht (4) verbunden. Im Bereich der Diode (D) ist die je nach Bedarf kleinflächige Diode- Kathodenmetallisierung (8) über eine n⁺-Dioden- Emitterschicht (7) mit der p-Basisschicht (4) verbunden. The control electrode (G) '(directly connected via Steuerelektrodenmetallisierungen (5, 5) 5) or via a control main electrode (5) and a control auxiliary electrode' with the p-type base layer (4). In the region of the diode (D), the small-area diode-cathode metallization ( 8 ) is connected to the p-type base layer ( 4 ) via an n + diode emitter layer ( 7 ).
Grundsätzlich kann die Diode (D) wie ein konventionelles GTO-Thyristor-Segment (GTO) ausgebildet werden. In diesem Fall ergibt sich in der Mesastruktur des Siliziums eine durchgehende n⁺-Dioden-Emitterschicht (7), die sich auch über das gestrichelt angedeutete, lateral angrenzende Teilwiderstandsgebiet (7′) erstreckt. Der Stromfluß zur Steuerhauptelektrode (5) und zur Steuerhilfselektrode (5′) des Kontaktes der Steuerelektrode (G) ist symmetrisch. Mit dieser Struktur resultiert ein sehr geringer Reihenwiderstand (R), der für praktische Anwendungen zu einem zu großen Zündstrombedarf führen könnte.In principle, the diode (D) can be designed like a conventional GTO thyristor segment (GTO). In this case, there is a continuous n⁺ diode emitter layer ( 7 ) in the mesa structure of the silicon, which also extends over the laterally adjacent partial resistance region ( 7 ′), indicated by dashed lines. The current flow to the main control electrode ( 5 ) and the auxiliary control electrode ( 5 ') of the contact of the control electrode (G) is symmetrical. This structure results in a very low series resistance (R), which could lead to an excessive ignition current requirement for practical applications.
Zur gezielten Dimensionierung dieses Widerstandes (R) kann deshalb die laterale Ausdehnung der n⁺-Dioden- Emitterschicht (7) begrenzt werden. Das verbleibende, symmetrisch angeordnete Teilwiderstandsgebiet (7′) enthält nur die p-Dotierung und wirkt als Teil des Widerstandes (R). Da dieser Widerstand (R) meist relativ gering ist, wird dadurch eine gute Stabilisierung gewährleistet, insbesondere bei hohen Temperaturen.The lateral dimension of the n) diode emitter layer ( 7 ) can therefore be limited in order to dimension this resistor (R) in a targeted manner. The remaining, symmetrically arranged partial resistance region ( 7 ') contains only the p-doping and acts as part of the resistor (R). Since this resistance (R) is usually relatively low, good stabilization is ensured, especially at high temperatures.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann eine weitere Erhöhung des Widerstandes (R) durch eine Verringerung der Schichtdicke des lateralen Bereiches der p-Basisschicht (4) z. B. durch Ätzen bis zu einer bestimmten Tiefe erreicht werden. Dieses Teilwiderstandsgebiet ist mit (17) bezeichnet. Die geringe Leitfähigkeit der verbleibenden p-Schicht im Bereich des Teilwiderstandsgebietes (17) führt zu einem großen Widerstand (R′).As shown in Fig. 3, a further increase in the resistance (R) by reducing the layer thickness of the lateral region of the p-base layer ( 4 ) z. B. can be achieved by etching to a certain depth. This partial resistance area is designated by ( 17 ). The low conductivity of the remaining p-layer in the area of the partial resistance region ( 17 ) leads to a large resistance (R ').
In allen praktischen Fällen wird eine im wesentlichen gleiche geometrische Dimensionierung des Widerstandes (R) entlang des gesamten Randes der Diode (D) angestrebt.In all practical cases, one becomes essential same geometric dimensioning of the resistance (R) sought along the entire edge of the diode (D).
Die Diodenstrecke auf der kathodenseitigen Oberfläche des Halbleiterbauelementes leistet zur eigentlichen Stromführung des GTO-Thyristor-Segmentes (GTO) keinen Beitrag. Elektrisch gesehen kann die Zündschwelle des Gesamtsystems dadurch erheblich heraufgesetzt werden. Dieser Effekt ist praktisch unabhängig von der lokalen Anordnung und Entfernung der einzelnen Bereiche; er wirkt, auch bei hybrider Anordnung, solange die Streuinduktivität klein ist.The diode path on the cathode side surface of the Semiconductor device performs to the actual Current flow of the GTO thyristor segment (GTO) none Contribution. Seen electrically, the ignition threshold of the Overall system can be significantly increased. This effect is practically independent of the local one Arrangement and distance of the individual areas; it acts, even with a hybrid arrangement, as long as the leakage inductance is small.
Da die Wirkung der Diode (D) proportional zu deren Fläche steigt, ist deren geometrische Größe wichtig.Because the effect of the diode (D) is proportional to its area their geometric size is important.
Eine höhere Lädungsträger-Lebensdauer (τ₁) im Diodenbereich (D) als (τ₂) im GTO-Thyristor-Segmentbereich (GTO) steigert die Wirksamkeit. Falls Rekombinationszentren gewählt werden, die nur oberhalb einer kritischen Temperatur im Bereich zwischen - 40°C und 125°C eine Temperaturabhängigkeit aufweisen, läßt sich ein großer Leckstrom bei tiefen Temperaturen zusätzlich reduzieren.A higher charge carrier life (τ₁) in the diode area (D) increases as (τ₂) in the GTO thyristor segment area (GTO) the effectiveness. If recombination centers are chosen that are only above a critical temperature in the Range between - 40 ° C and 125 ° C one Having temperature dependency can be a big one Reduce leakage current at low temperatures.
Da der Diodenteil (D) nur einen relativ geringen Strom führt, genügt meist eine kleinflächige Diodenmetallisierung (8). Für den Bereich der n⁺-Dioden-Emitterschicht (7) können deshalb möglicherweise nicht genutzte Flächenteile der Kathodenseite des Halbleiterbauelements verwendet werden.Since the diode part (D) carries only a relatively small current, a small-area diode metallization ( 8 ) is usually sufficient. For the region of the n⁺ diode emitter layer ( 7 ), possibly unused surface parts of the cathode side of the semiconductor component can therefore be used.
Bei Vorhandensein von Unterschieden in der Ladungsträger- Lebensdauer (τ₁, τ₂) in der p-Basisschicht (4) zeigt das Resultat eine starke Umverteilung der lokalen Ströme. Das GTO-Thyristor-Segment (GTO) mit der kürzeren Ladungsträger- Lebensdauer (τ₂) übernimmt kurz vor Erreichen der Zündschwelle annähernd den ganzen Löcherstrom. Daraus folgt, daß geringfügige technologische Unterschiede zu einer starken Veränderung des totalen Zündstromes führen können.If there are differences in the charge carrier lifetime (τ₁, τ₂) in the p-base layer ( 4 ), the result shows a strong redistribution of the local currents. The GTO thyristor segment (GTO) with the shorter charge carrier lifetime (τ₂) takes over almost the entire hole current shortly before the ignition threshold is reached. It follows that slight technological differences can lead to a strong change in the total ignition current.
Fig. 4 zeigt in Draufsicht mehrere Diodenbereiche (D), die quer zu GTO-Thyristor-Segmenten (GTO) angeordnet sind, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Bereichen zu verringern. Die Fläche jedes Diodensegments (D) ist in diesem Beispiel annähernd gleich groß wie die Fläche jedes GTO-Thyristor-Segments (GTO). FIG. 4 shows a top view of a plurality of diode regions (D) which are arranged transversely to GTO thyristor segments (GTO) in order to reduce undesired interactions between these two regions. The area of each diode segment (D) in this example is approximately the same size as the area of each GTO thyristor segment (GTO).
Der Diodenanteil am Steuerelektrodenstrom läßt sich durch die Bildung von Kanälen (16) zwischen benachbarten Dioden (D) für den zur Zündung führenden Steuerelektrodenstrom einstellen. Der linke, vertikal strichlierte Bereich deutet die Auflage der Steuerelektrode (G) auf der Fläche der Steuerelektrodenmetallisierungen (5, 5′) an. Die Diodensegmente (D) können auch parallel zu den GTO- Thyristor-Segmenten (GTO) angeordnet sein.The proportion of diodes in the control electrode current can be set by forming channels ( 16 ) between adjacent diodes (D) for the control electrode current leading to ignition. The left, vertical dashed area indicates the support of the control electrode (G) on the surface of the control electrode metallizations ( 5 , 5 '). The diode segments (D) can also be arranged parallel to the GTO thyristor segments (GTO).
Fig. 5 zeigt im Ausschnitt eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement, bei welchem der gewünschte Wert des ohmschen Widerstandes einer Widerstandszone (17) zwischen Steuerelektrodenmetallisierungen (5, 5′) und Diode (D) durch eine entsprechende Dimensionierung der Lateralstruktur erreicht wird. Dies kann durch eine Maskenstruktur und/oder durch Grabenätzung erfolgen. Grundsätzlich ist die Diode (D) bei beliebigem Abstand von der Steuerelektrodenmetallisierungen (5, 5′) wirksam, d. h. sowohl am innersten als auch am äußersten Rand der Kathode (K). Fig. 5 shows a detail of a plan view of a semiconductor device in which the desired value of the ohmic resistance of a resistance zone ( 17 ) between control electrode metallizations ( 5 , 5 ') and diode (D) is achieved by appropriate dimensioning of the lateral structure. This can be done by a mask structure and / or by trench etching. Basically, the diode (D) is effective at any distance from the control electrode metallizations ( 5 , 5 '), ie both on the innermost and on the outermost edge of the cathode (K).
Es versteht sich, daß für die Elektrodenmetallisierungen (1, 5, 5′, 8, 9) übliche Metalle oder Metallegierungen verwendet werden können. Vorzugsweise wird Aluminium verwandt. Das Halbleiterbauelement kann kreisrunde oder andere Gestalt aufweisen. Wichtig ist, daß die Steuerelektrode (G) des GTO-Thyristor-Segments (GTO) über eine Diode (D) mit dessen Kathode (K) elektrisch verbunden ist, wobei die Kathoden dieser beiden Bauelemente kurzgeschlossen sind.It is understood that conventional metals or metal alloys can be used for the electrode metallizations ( 1 , 5 , 5 ', 8 , 9 ). Aluminum is preferably used. The semiconductor component can have a circular or other shape. It is important that the control electrode (G) of the GTO thyristor segment (GTO) is electrically connected to its cathode (K) via a diode (D), the cathodes of these two components being short-circuited.
Grundsätzlich kann die Diode (D) auch in hybrider Form stabilisierend wirken. Sie kann statt als n⁺p-Diode, wie in Fig. 2 dargestellt, auch als Schottky-Diode ausgebildet sein. Der Strom durch die Diode (D) fließt lateral von den Steuerelektrodenmetallisierungen (5, 5′) zur Diodenmetallisierung (8). Ein parasitärer Strom von der Anode (A) wird durch die n⁺-Emitterschicht (2) verhindert.In principle, the diode (D) can also have a stabilizing effect in hybrid form. Instead of being an n alsp diode, as shown in FIG. 2, it can also be designed as a Schottky diode. The current through the diode (D) flows laterally from the control electrode metallizations ( 5 , 5 ') to the diode metallization ( 8 ). A parasitic current from the anode (A) is prevented by the n⁺ emitter layer ( 2 ).
Zusätzlich kann das Halbeiterbauelement mindestens eine in den Figuren nicht dargestellte Diode antiparallel zu dem mindestens einen GTO-Thyristor-Segment (GTO) aufweisen, wie es für rückwärtsleitende Thyristoren üblich ist.In addition, the semiconductor device can have at least one in the diode, not shown, anti-parallel to the have at least one GTO thyristor segment (GTO), such as it is common for reverse conducting thyristors.
BezugszeichenlisteReference list
1 Anodenmetallisierung, 1. Hauptelektrode
2 n⁺-Emitterschicht
3 n⁻-Basisschicht
4 p-Basisschicht
5 Steuerelektrodenmetallisierung,
Steuerhauptelektrode
5′, Steuerelektrodenmetallisierung,
Steuerhilfselektrode
7 n⁺-Dioden-Emitterschicht
7′, 17 Teilwiderstandsgebiete, Widerstandszonen,
Widerstandspfade
8 Diodenmetallisierung
9 GTO-Kathodenmetallisierung, 2. Hauptelektrode
10 n⁺-GTO-Emitterschicht
11 p⁺-GTO-Emitterschicht
16 Kanalgebiet zwischen benachbarten Dioden
A Anode
D Diode, Zündstabilisierungsdiode
G Steuerelektrode
GTO GTO-Thyristor, GTO-Thyristor-Segment
K Kathode
R, R′ Widerstände
τ₁, τ₂ Ladungsträger-Lebensdauern 1 Anode metallization, 1st main electrode
2nd n⁺ emitter layer
3rd n⁻ base layer
4th p base layer
5 Control electrode metallization,
Control main electrode
5 ′, Control electrode metallization,
Auxiliary control electrode
7 n⁺ diode emitter layer
7 ′,17th Partial resistance areas, resistance zones,
Resistance paths
8th Diode metallization
9 GTO cathode metallization, 2nd main electrode
10th n⁺ GTO emitter layer
11 p⁺ GTO emitter layer
16 Channel area between adjacent diodes
A anode
D diode, ignition stabilization diode
G control electrode
GTO GTO thyristor, GTO thyristor segment
K cathode
R, R ′ resistors
τ₁, τ₂ charge carrier lifetimes
Claims (10)
- a) mit mindestens einem GTO-Thyristor-Segment oder GTO- Thyristor (GTO), der mindestens eine Anode (A), mindestens eine Kathode (K) und mindestens eine Steuerelektrode (G) aufweist,
- b) mit mindestens einem Diodensegment oder einer Diode (D) und
- c) mindestens einem Widerstandspfad oder Widerstand
(R),
dadurch gekennzeichnet, - d) daß die mindestens eine Steuerelektrode (G) über mindestens ein Diodensegment oder eine Zündstabilisierungsdiode (D) mit der mindestens einen Kathode (K) des GTO-Thyristor-Segments oder GTO-Thyristors (GTO) in Wirkverbindung steht,
- e) mit Durchlaßrichtung des Diodensegments oder der Zündstabilisierungsdiode (D) von der Steuerelektrode (G) zur Kathode (K) des GTO-Thyristors (GTO).
- a) with at least one GTO thyristor segment or GTO thyristor (GTO) which has at least one anode (A), at least one cathode (K) and at least one control electrode (G),
- b) with at least one diode segment or a diode (D) and
- c) at least one resistance path or resistance (R),
characterized, - d) that the at least one control electrode (G) is operatively connected to the at least one cathode (K) of the GTO thyristor segment or GTO thyristor (GTO) via at least one diode segment or an ignition stabilizing diode (D),
- e) with the forward direction of the diode segment or the ignition stabilizing diode (D) from the control electrode (G) to the cathode (K) of the GTO thyristor (GTO).
- a) daß eine n⁺-Dioden-Emitterschicht (7) mindestens eines Diodensegments oder einer Zündstabilisierungsdiode (D) auf der Kathodenoberfläche sowie
- b) eine n⁺-Emitterschicht (2) auf der direkt gegenüberliegenden Fläche der Anode (A) des Halbleiterbauelementes angeordnet ist.
- a) that an n⁺ diode emitter layer ( 7 ) of at least one diode segment or an ignition stabilizing diode (D) on the cathode surface and
- b) an n⁺ emitter layer ( 2 ) is arranged on the directly opposite surface of the anode (A) of the semiconductor component.
- a) daß die mindestens eine Zündstabilisierungsdiode (D) eine pn-Diode oder
- b) eine Schottky-Diode ist.
- a) that the at least one ignition stabilizing diode (D) is a pn diode or
- b) is a Schottky diode.
- a) daß die mindestens eine Zündstabilisierungsdiode (D) über mindestens einen Widerstandspfad oder mindestens eine Widerstandszone (7′, 17) mit der Steuerelektrode (G) des GTO-Thyristors (GTO) in Wirkverbindung steht und
- b) daß die Widerstandszone (7′, 17) einen Widerstand im Bereich von 10 Ω-500 Ω,
- c) insbesondere im Bereich von 50 Ω-200 Ω aufweist.
- a) that the at least one ignition stabilizing diode (D) via at least one resistance path or at least one resistance zone ( 7 ', 17 ) with the control electrode (G) of the GTO thyristor (GTO) is in operative connection and
- b) that the resistance zone ( 7 ', 17 ) has a resistance in the range of 10 Ω-500 Ω,
- c) in particular in the range of 50 Ω-200 Ω.
- a) daß die Fläche mindestens einer n⁺-Dioden- Emitterschicht (7) mindestens eines Diodensegments (D) im wesentlichen parallel oder
- b) im wesentlichen senkrecht zu wenigstens einer Fläche einer n⁺-GTO-Emitterschicht (10) wenigstens eines GTO-Thyristor-Segments (GTO) angeordnet ist.
- a) that the surface of at least one n⁺ diode emitter layer ( 7 ) of at least one diode segment (D) is substantially parallel or
- b) is arranged substantially perpendicular to at least one surface of an n⁺-GTO emitter layer ( 10 ) of at least one GTO thyristor segment (GTO).
- a) daß mehrere GTO-Thyristor-Segmente (GTO) in einem GTO-Bereich und die mindestens eine Zündstabilisierungsdiode (D) in einem Diodenbereich angeordnet sind und
- b) daß der Diodenbereich von dem GTO-Bereich durch mindestens einen Widerstandspfad (7′, 17) getrennt ist.
- a) that a plurality of GTO thyristor segments (GTO) are arranged in a GTO area and the at least one ignition stabilization diode (D) is arranged in a diode area and
- b) that the diode region is separated from the GTO region by at least one resistance path ( 7 ', 17 ).
- a) daß der Widerstandspfad (7′, 17) ein Teil einer p- Basisschicht (4) ist, welche dem mindestens einen GTO-Thyristor-Segment (GTO) und dem mindestens einen Diodensegment (D) gemeinsam ist,
- b) insbesondere, daß der Widerstandspfad (17) durch eine Maskenstruktur und/oder durch Grabenätzung in der p-Basisschicht (4) erzeugt ist.
- a) that the resistance path ( 7 ', 17 ) is part of a p-type base layer ( 4 ) which is common to the at least one GTO thyristor segment (GTO) and the at least one diode segment (D),
- b) in particular that the resistance path ( 17 ) is generated by a mask structure and / or by trench etching in the p-base layer ( 4 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19944403431 DE4403431A1 (en) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | Turn-off semiconductor component for GTO thyristor ignition stabilisation |
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| DE19944403431 DE4403431A1 (en) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | Turn-off semiconductor component for GTO thyristor ignition stabilisation |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE4403431A1 true DE4403431A1 (en) | 1995-08-10 |
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