DE68916697T2

DE68916697T2 - Gate-gesteuerte Zweirichtungshalbleiterschaltungseinrichtung.

Info

Publication number: DE68916697T2
Application number: DE68916697T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Asakura; Junichi Miwa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-05-13
Also published as: DE68916697D1; EP0341730B1; US4939564A; EP0341730A3; KR920003012B1; KR900019259A; JPH055383B2; EP0341730A2; JPH01286465A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung, wie z.B. einen Triac, und insbesondere die Verbesserung der Gateempfindlichekeit davon.
Ein herkömmlicher Triac ist ein Typ einer direktionalen Halbleiterschaltvorrichtung und ist ausgebildet, einen Querschnitt zu haben, wie er bespielsweise in Figur 1 gezeigt ist. In Figur 1 bezeichnet Bezugszeichen 30 eine n-Typ-Schicht, 31 und 32 p-Typ-Schichten und 33, 34, 35 und 36 n-Typ-Schichten. Eine Elektrode T1 ist gebildet in Kontakt mit der p-Typ-Schicht 31 und der n-Typ-Schicht 33, eine Gateelektrode G ist gebildet in kontinuierlichem Kontakt mit der n-Typ-Schicht 34 und der p-Typ-Schicht 31, eine Elektrode T2 ist gebildet in kontinuierlichem Kontakt mit der p-Typ-Schicht 32 und den n-Typ-Schicht 35 und 36.
Die Gatelektrode G und ein Abschnitt der p-Typ-Schicht 31, gelegen unter der Gateelektrode G, bilden die Gatestruktur eines Thyristors. Ein erster und ein zweiter npn Transistor zusammen bilden eine entlegene Gatestruktur, wobei der erste npn Transistor aus der n-Typ-Schicht 33, p-Typ-Schicht 31 und n-Typ-Schicht 30 besteht und der zweite npn Transistor aus der n-Typ-Schicht 34, p-Typ-Schicht 31 und n-Typ-Schicht 30 besteht. Zusätzlich bilden n-Typ-Schicht 34 und die p- Typ-Schicht 31 eine Übergangsgatestruktur.
Vier Modi I, II, III und IV sind vorgesehen zum Einschalten des Triac mit der oben beschriebenen Konstruktion. In Modus I wird die Gatestruktur des Thyristors benutzt zum Einschalten des Triac; d.h. der Triac wird eingeschaltet durch Anlegen eines positiven Triggers an die Gateelektrode G wenn die Elektroden T1 und T2 jeweilig auf ein negatives und positives Potential gesetzt sind. In Modus II wird die Verbindungsgatestruktur benutzt, und der Triac wird eingeschaltet durch Anlegen eines negativen Triggers an die Gateelektrode G, wenn die Elektroden T1 und T2 jeweilig auf ein negatives und ein positives Potential gesetzt sind. In Modus III wird die entlegene Gatestruktur benutzt, und der Triac wird eingeschaltet durch Anlegen eines negativen Triggers an die Gatelektrode G, wenn die Elektroden T1 und T2 jeweilig auf ein positives und ein negatives Potential gesetzt sind, und letzthin in Modus IV wird die entlegene Gatestruktur benutzt und der Triac wird eingeschaltet durch Anlegen eines positiven Triggers an die Gatelektrode G wenn die Elektroden T1 und T2 jeweilig auf ein positives und ein negatives Potential gesetzt sind.
Zum Erhöhen der Gateempfindlichkeit des herkömmlichen in Figur 1 gezeigten Triacs ist es notwendig, eine ungültige Stromkomponente zu reduzieren, welche ein Strom ist, der entlang der Oberfläche einer p-Typ-Basis, gebildet von der p-Typ-Schicht 31 fließt und nicht zu einem Injektionsstrom beiträgt. Zu diesem Zweck wurden Versuche gemacht, den Widerstand einer Oberflächenschicht der p-Typ-Schicht 31 zu erhöhen und zwar durch Erniedrigen der Verunreinigungskonzentration davon, oder den Stromfluß in der p-Typ-Schicht 31 zu unterbrechen durch Bilden einer n- Typ Barrierenschicht darin. In jedem Fall doch wurde gefunden, daß die Gateempfindlichkeit nicht erhöht werden kann, ohne die anderen Hauptcharakteristika zu verschlechtern. Beispielsweise wird jeglicher Anstieg in der Gateempfindlichkeit begleitet von einer Verschlechterung der Hochtemperaturcharakteristika, einer Reduktion in der kritischen Antiegsrate der Aus-Zustandsspannung, oder dv/dt, zur Zeit der Konrniutaion (als dv/dt-Wert bezeichnet) und dergleichen. Weiterhin muß vom Standpunkt des Betriebsprinzips des Triac ein von der n-Typ-Schicht 33 gebildeter Emitter in kurzgeschlossener Struktur vorliegen, um dadurch den Grad der Einpfindlichkeit zu begrenzen, was erzielt werden kann durch eine Feinsteuerung der Verunreinigungsdiffusion.
In der EP-A-0 287 856, welche zum Stand der Technik gehört, der definiert ist durch Artikel 54(3) EPC, wird die Gateempfindlichkeit des Triac erhöht durch Benutzung zweier Hilfsthyristoren.
Somit ist es aus obigen Gründen bisher schwierig, die Gateempfindlichkeit des herkömmlichen Triacs in solch einem Ausmaß zu verbessern, daß der Triac direkt angesteuert werden kann durch ein Ausgangssignal einer integrierten Halbleiterschaltung (IC), und, wie oben bschrieben, hat es sich im Fall der herköininlichen gategesteuerten bidirektionalen Halbleitervorrichtung als schwierig herausgestellt, die Gateempfindlichkeit zu erhöhen, ohne solche Charakteristika wie den dv/dt-Wert zu erniedrigen.
Dementsprechen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung zu schaffen, welche eine erhöhte Gateempfindlichkeit ohne jegliche Reduktion in dem dv/dt- Wert schaffen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung geschaffen, welche umfaßt: eine erste leitfähige Schicht eines ersten Leitungstyps; zweite bis vierte leitfähige Schichten eines zweiten Leitungstyps, welche separat gebildet sind in einem ersten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht; fünfte bis siebente leitfähige Schichten des ersten Leitungstyps, jeweils gebildet in den Oberflächenbereichen der zweiten bis vierten leitfähigen Schichten; eine achte leitfähige Schicht des zweiten Leitungstyps, gebildet in einem zweiten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht; eine neunte leitfähige Schicht des ersten Leitungstyps, gebildet in dem Oberflächenbereich der achten leitfähigen Schicht; eine erste Elektrodenschicht, gebildet in kontinuierlichem Kontakt mit den zweiten bis fünften leitfähigen Schichten; erste und zweite Gateelektroden, jeweils gebildet in Kontakt mit den vierten und sechsten leitfähigen Schichten; einen Gateanschluß, gekoppelt mit der zweiten Gateelektrode; einen Gleichrichterabschnitt, angeschlossen zwischen dem Gateanschluß und der ersten Gateelektrode, wobei die Gleichrichtereinrichtung zuläßt, daß ein Strom von dem Gateanschluß zur vierten leitfähigen Schicht fließt und verhindert, daß ein Strom von der vierten leitfähigen Schicht zum Gateanschluß fließt; eine erste Verdrahtung zum Verbinden der zweiten und dritten leitfähigen Schichten miteinander; eine zweite Verdrahtung zum Verbinden der zweiten und siebenten leitfähigen Schichten miteinander; und eine zweite Elektrodenschicht, gebildet in kontinuierlichem Kontakt mit den achten und neunten leitfähigen Schichten.
Wenn ein positiver Gatetrigger angelegt wird an den Gateanschluß der gategesteuerten bidirektionalen Halbleiterschaltvorrichtung nach der Erfindung, wird ein erster Hilfsthyristor, hergestellt aus den ersten, vierten und achten leitfähigen Schichten, eingeschaltet, und der Ein-Strom des Thyristors wird zugeführt als ein Gatestrom an einem ersten Hauptthyristor, hergestellt aus den ersten, zweiten, fünften und achten leitfähigen Schichten, um dadurch diesen Thyristor ebenfalls einzuschalten. Wenn andererseits ein negatives Gatetriggersignal angelegt wird an den Gateanschluß, wird ein zweiter Hilfsthyristor, welcher hergestellt ist aus den ersten, dritten, sechsten und achten leitfähigen Schichten, eingeschaltet. Jedoch verhindert in diesem Fall der Gleichrichterabschnitt, daß der Ein-Strom des zweiten Hilfstransitors durch die vierte leitfähige Schicht zum Gateanschluß fließt, und daraus resultierend wird der Ein-Strom eingespeist als ein Gatestrom an den ersten Hauptthyristor. Dementsprechend ist eine ungültige Stromkomponente im zweiten Hilfsthyristor reduziert, und der erste Hauptthyristor wird eingeschaltet.
Eine weitere gategesteuerte bidirektioale Halbleiterschaltvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist durch Anspruch 5 definiert.
Die Erfindung kann vollständiger verstanden werden aus der folgenden detiallierten Beschreibung im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht zum Zeigen eines herkömmlichen Triac;
Figur 2 eine Querschnittsansicht zum Zeigen eines Triacs nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 eine Querschnittsansicht zum Zeigen eines Zustands, in dem eine pn Übergangsdiode des in Figur 2 gezeigten Triac einheitlich mit einem Triac-Substrat gebildet ist;
Figur 4 eine ebene Musteransicht des in Figur 3 gezeigten Triac;
Figur 5 eine weitere Musteransicht des in Figur 3 gezeigten Triac; und
Figur 6 eine Querschnittsansicht zum Zeigen eines Triac nach einer zweiten Ausführungform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht zum Zeigen der Element struktur einer Gategesteuerten bidirektionalen Halbleiterschaltvorrichtung nach der Erfindung, welche in Form eines Triac konstruiert ist. Der in Figur 2 gezeigte Triac zum Erhalten von etwa 600 V des inversen Spitzenspannungspegels ist gebildet mittels eines n-Typ Halbleitersubstats 1, welches eine Dicke von 250 Mikrometern und einen Widerstand von 40 Ohm cm hat und durch Benutzung einer wohlbekannten herkömmlichen Oxydtechnik, einer Verunreinigungsdiffusionstechnik und einer Lithographie- Technologie.
Die in Figur 2 gezeigten p-Typ-Schichten 2, 3 und 4 werden separat gebildet in einem Oberflächenbereich des n-Typ- Substrats 1, wobei die Oberflächenverunreinigungskonzentration von jeder eingestellt ist auf 1 x 10¹&sup7; bis 2 x 10¹&sup7;/cm², und die Diffusionstiefe von jeder eingestellt ist auf 40 bis 50 Mikrometer. Die n-Typ-Schichten 5, 6 und 7, welche ebenfalls in dieser Figur gezeigt sind, sind gebildet in jeweils der p-Typ-Schicht 2, 3 bzw. 4 und ihre Oberflächenverunreinigungskonzentration ist eingestellt auf einen Wert der Größenordnung von 10²¹/cm², und die Diffusionstiefe von jeder ist auf unterhalb von 20 Mikrometer eingestellt.
Eine Elektrodenschicht 8 ist gebildet in kontinuierlichem Kontakt mit den Oberflächen von sowohl der p-Typ-Schicht 2 als auch der n-Typ-Schicht 5 und hat einen ersten Abschluß T1 damit verbunden. Gateelektrodenschichten 9 und 10 sind gebildet in den Oberflächen der n-Typ-Schicht 6 bzw. der p-Typ-Schicht 4. Ein Gateanschluß G zum Empfangen eines Gatetriggersignals von einer externen Quelle ist direkt verbunden mit der Gateelektrodenschicht 9 und über eine pn Übergangsdiode 16 mit der Gateelektrodenschicht 10. Eine Diode 16 zum Blockieren eines Stromflusses von der p-Typ- Schicht 4 zum Gateanschluß G ist angeschlossen an der Anode mit dem Gateanschluß G und an der Kathode mit der Gateelektrodenschicht 10. die Oberfläche der p-Typ-Schicht 2 ist verbunden mit der der p-Typ-Schicht 3 über eine Verdrahtung 11 und mit der Oberfläche n-Typ-Schicht 7 über eine Verdrahtung 12.
Eine p-Typ-Schicht 12 ist gebildet in dem weiteren Oberflächenbereich des n-Typ-Substrats 1. Wie die p-Typ- Schichten 2, 3 und 4 sind die Oberflächenverunreinigungs konzentration und Diffusionstiefe der p-Typ-Schicht 12 eingestellt auf 1 x 10¹&sup7; bis 2 x 10¹&sup7;/cm² bzw. 40 bis 50 Mikrometer. Eine n-Typ-Schicht 14 ist gebildet in der Oberfläche der p-Typ-Schicht 13 und wie die n-Typ-Schichten 5, 6 und 7 hat sie eine Oberflächenverunreinigungs konzentration in der Größenordnung von 10²¹/cm² und eine Diffusionstiefe von 20 Mikrometer oder weniger. Eine Elektrodenschicht 15 ist gebildet in kontinuierlichem Kontakt mit den Oberflächen der p-Typ-Schicht 13 und der n-Typ-Schicht 14 und hat einen zweiten Anschluß T2 damit verbunden.
Die n-Typ-Schicht 5, p-Typ-Schicht 2, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ-Schicht 13 bilden einen ersten Hauptthyristor zum Erlauben eines Stromflußes von dem ersten Anschluß T1 zum zweiten Anschluß T2; die n-Typ-Schicht 14, p-Typ-Schicht 13, n-Typ-Schicht 1 und p-Typ-Schicht 2 bilden einen zweiten Hauptthyristor zum Erlauben eines Stromflußes von dem zweiten Anschluß T2 zum ersten Anschluß T1; die n-Typ- Schicht 7, p-Typ-Schicht 4, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ- Schicht 13 bilden einen Hilfsthyristor, welcher arbeitet ansprechend auf ein positives Triggersignal; und die n-Typ- Schicht 6, p-Typ-Schicht 3, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ- Schicht 13 bilden einen zweiten Hilfsthyristor, welcher arbeitet ansprechend auf ein negatives Gatetriggersignal.
Der Betrieb der gategesteuerten bidirektionalen Halbleiterschaltvorrichtung, welche so konstruiert ist, wird jetzt beschrieben werden.
Der Betrieb der Schaltvorrichtung in Modus I (der Anschluß T2 und der Gateanschluß G sind beide positiv) ist derselbe wie der des normalen Thyristors. Wenn ein positives Gatetriggersignal angelegt wird an dem Gateanschluß G, wird dieses Signal zugeführt an die p-Typ-Schicht 4 über die Diode 16 und Gateelektrode 10, und daraus resultierend werden Ladungsträger injiziert von der n-Typ-Schicht 7 in die p-Typ-Schicht 4 zum Einschalten des Hilfsthyristors, welcher aus der n-Typ-Schicht 7, p-Typ-Schicht 4, n-Typ- Substrat 1 und p-Typ-Schicht 13 besteht. Da in diesem Fall die Gateelektrode 10 nicht verbunden ist mit der n-Typ- Schicht 7, sondern nur mit der p-Typ-Schicht 4, wird das positive Triggersignal von dem Gateanschluß G zugführt an die p-Typ-Schicht 4 des ersten Hilfsthyristors, und ein resultierender Ein-Strom dieses Thyristors wird zugeführt als ein Gatestrom an die p-Typ-Schicht 2 über die Verdrahtung 12. Daraufhin werden Ladungsträger injiziert von der n-Typ-Schicht 5 an die p-Typ-Schicht 2 zum Einschalten des ersten Hauptthyristors, hergestellt aus der n-Typ- Schicht 5, p-Typ-Schicht 2, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ- Schicht 13. Daraus resultierend fließt ein Strom von dem Anschluß T2 zum Anschluß T1.
Beispielsweise wird der erste Hilfsthyristor eingeschaltet durch einen Gatestrom von einigen Mikroampere von dem Gateanschluß G. Ein Ein-Strom des ersten Hilfsthyristors ist maximal einige hundert Milliampere. Der Wert des Ein-Stroms ist groß genug zum Einschalten des ersten Hauptthyristors. Dementsprechend kann die Gateempf indlichkeit des Triac den Modus I signifikant verbessert werden.
Der Betrieb der Schaltvorrichtung in Modus II (der Anschluß T2 ist positiv, und der Gateanschluß G ist negativ) ist ebenfalls der gleiche wie der beim normalen Thyristor. Wenn ein negatives Gatetriggersignal angelegt wird an den Gateanschluß G, wird das Gatetriggersignal angelegt über die Gateelektrode 9 an die n-Typ-Schicht 6. Daraus resultierend werden Ladungsträger injiziert von der n-Typ-Schicht 6 an die p-Typ-Schicht 3 zum Einschalten des zweiten Hilfsthyristors, hergestellt aus der n-Typ-Schicht 6, p-Typ- Schicht 3, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ-Schicht 13. Ein Ein-Strom des zweiten Hilfsthyristors wird zunächst zugeführt an eine Gateschaltung (nicht gezeigt), welche verbunden ist mit Gateanschluß G, und wird begrenzt durch den Gatewiderstand der Gateschaltung. Wenn das Gatepotential auf ein positiven Wert gesetzt ist bezüglich eines Potentials am Anschluß T1, wird der Ein-Strom angelegt als ein Gatestrom an die p-Typ- Schicht 2 über die Verdrahtung 11. Danach, wie in Modus I, werden Ladungsträger injiziert von der n-Typ-Schicht 5 an die p-Typ-Schicht 2 zum Einschalten des ersten Hauptthyristors, der aus der n-Typ-Schicht 5, p-Typ-Schicht 2, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ-Schicht 13 besteht. Demzufolge fließt ein Strom von dem Anschluß T2 an den Anschluß T1.
Wenn der zweite Hilfsthyristor eingeschaltet ist, wird nicht nur ein pnp-Transistor hergestellt aus der p-Typ-Schicht 3, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ-Schicht 13 im zweiten Thyristor eingeschaltet, sondern ebenfalls eine Bedingung zum Einschalten eines pnp-Transistors, hergestellt aus der p- Typ-Schicht 4, n-Typ-Substrat 1 und p-Typ-Schicht 13 im zweiten Hilfsthyristor erfüllt. Falls die Diode 16 nicht vorgesehen ist, fließt ein Teil des Ein-Stroms des zweiten Hilfsthyristors in den negativen Gateanschluß G durch den pnp-Transistor im ersten Hilfsthyristor. Das wird eine Abnahme der Gateempfindlichkeit im Modus 11 verursachen. Da der Triac nach der vorliegenden Erfindung versehen ist mit der Diode 16, kann jedoch der teilweise Fluß des Ein-Stroms an den Gateanschluß G verhindert werden durch die Diode 16. Dementsprechend wird der Ein-Strom des zweiten Hilfsthyristors eingespeist an den ersten Hauptthyristor, und zwar ohne jegliches Lecken des Stroms. Das Resultat ist eine weitere Verbesserung der Gateempfindlichkeit in Modus II.
In Modus III (Anschluß T2 ist negativ und Gateanschluß G ist ebenfalls negativ) wird ein negatives Triggersiganl angelegt an den Gateanschluß G. Ein npn-Transistor hergestellt aus der n-Typ-Schicht 6, p-Typ-Schicht 3, und n-Typ-Substrat 1 führt einen Gatetriggerbetrieb aus. In diesem Betrieb werden die Elektronen injiziert von der n-Typ-Schicht 6 an die p- Typ-Schicht 3 und erreichen dann das n-Typ-Substrat 1 zum Vorwärtspolen der p-Typ-Schicht 3 und des n-Typ-Substrats 1. Daraus resultierend werden Löcher injiziert von der p-Typ- Schicht 3 in das n-Typ-Substrat 1 und erreichen die p-Typ- Schicht 13. Die Löcher fließen vertikal in die p-Typ-Schicht 13. Ein Spannungsabfall, verursacht in der p-Typ-Schicht 13 zu dieser Zeit, injiziert Elektronen von der n-Typ-Schicht 14 an die p-Typ-Schicht 13. Daraufhin wird der zweite Thyristor, hergestellt aus der p-Typ-Schicht 2, n-Typ- Substrat 1, p-Typ-Schicht 13 und n-Typ-Schicht 14 eingeschaltet. Die obige Gatetriggeroperation wird entlegene Gateoperation genannt.
In Modus IV (der Anschluß T2 ist negativ, und der Gateanschluß G ist positiv) wird ein positves Gatetriggersignal angelegt an den Gateanschluß G. Das Gatetriggersignal wird zugeführt an die p-Typ-Schicht 4 über die Diode 16 und die Gateelektrode 10. Dann führt ein npn- Transistor, hergestellt aus der n-Typ-Schicht 7, p-Typ-Schicht 4 und dem n-Typ-Substrat 1 den entlegenen Gatebetrieb aus zum Einschalten des zweiten Hauptthyristors, hergestellt aus der p-Typ-Schicht 2, n-Typ-Substrat 1, p- Typ-Schicht 13 und n-Typ-Schicht 14, und zwar wie in Modus III. Ebenfalls werden in den Modi III und IV die ungültigen Komponenten des Gatestrom jedes Hilfsthyristors reduziert. Dementsprechend ist die Gateempfindlichkeit verbessert.
Wie oben beschrieben, verbessert der Triac der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgreich die Gateempfindlichkeit in den Modi I bis IV. Insbesondere ist die Gateempfindlichkeit in Modus II verbessert mittels der Diode 16.
In jedem der Modi I bis IV kann ein kritischer Gateansteuerungsstrom als ein miniinaler Gatestrom der notwendig ist zum Ansteuern des ersten und zweiten Thyristors, auf einige Mikroampere eingestellt werden. Der Ausgangsstrom eines normalen IC ist etwa 5mA. Diese Tatsache deutet an, daß der Triac nach der vorliegenden Erfindung durch den Ausgangsstrom des normalen IC angesteuert werden kann.
Da die Hauptthyristoren und die Hilfsthyristoren separat gebildet werden, ist der Triac frei von dem dv/dt-Wert zur Zeit der Kommutierung. Wie oben beschrieben, ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, eine gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung zu schaffen, bei der die Gateempfindlichkeit erhöht werden kann, ohne solche Charakteristiska wie den dv/dt-Wert zu verschlechtern.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Triac nach der vorliegenden Erfindung, wobei die pn Übergangsdiode 16 gebildet ist auf der Oberfläche der Struktur des Triac. Figur 4 zeigt ein ebenes Muster der Vorrichtung von Figur 3. Die Illustration von Figur 3 ist aufgenommen auf der Linie I - I von Figur 4. Wie in Figuren 3 und 4 gezeigt, ist die Diode 16 gebildet auf einer Isolationsschicht 100, welche gelegt ist auf die Oberfläche der Triacstruktur. Die Diode 16 ist gebildet aus einer Polysiliziumschicht. Ein Teil der Polysiliziumschicht ist dotiert mit einer p-Typ Verunreinigung, während der restliche Teil dotiert ist mit der n-Typ Verunreinigung. Der p-Typ Teil ist verbunden mit dem Gateanschluß G, und der n-Typ Teil ist verbunden über die Gateelektrode 10 mit der p-Typ-Schicht 4.
In Figur 3 zum Zeigen der Querschnittsansicht, ist die Zuführung von dem Gateanschluß G an die Gateelektroden 9 und 10 gezeichnet als eine durchgezogene Signallinie. In Figur 4 zum Zeigen des ebenen Musters ist sie gezeichnet als ein kontinuierlicher rechteckiger Draht (bezeichnet als G) einschließend den Elementbereich.
Figur 5 zeigt eine Modifikation des ebenen Musters von Figur 4. In dem ebenen Muster von Figur 5 sind die p-Typ-Schichten 3 und 4 angesiedelt an die diagonalen Ecken eines rechteckigen Elementbildungsbereich.
Figur 6 zeigt eine Querschnittsanisicht der Struktur eines weiteren Triac, auf den eine gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung angewendet ist. Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die p-Typ-Schicht 3 im zweiten Hilfsthyristor und die p-Typ-Schicht 2 des Hauptthyristors, welche in Figur 3 gezeigt sind, durch eine einzelne Schicht gebildet. Ebenfalls sind in dieser Struktur Gateelektroden 9 und 10 jeweils in Kontakt mit der n-Typ-Schicht 6 und der p-Typ- Schicht 4. Die Reduktion der reaktiven Komponenten in den Hilfsthyristoren, die erhalten werden durch die erste Ausführungsform, können ebenfalls erhalten werden. In Modus 11 arbeitet die Diode 16 wie die bei der ersten Ausführungsform. Deshalb kann die Gateempfindlichkeit in jedem Modus verbessert werden, ohne den dv/dt-Wert zur Zeit der Kommutierung zu verschlechtern. Die Benutzung der einzelnen Schicht, welche benutzt wird für die Gatetyp- Schichten 3 und 2 führt zu einer Reduktion in der Chipfläche.

Claims

1. Gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung, gekennzeichnet durch:

eine erste leitfähige Schicht (1) eines ersten Leitungstyps;

zweite bis vierte leitfähige Schichten (2, 3, 4) eines zweiten Leitungstyps, welche separat gebildet sind in einem ersten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht (1);

fünfte bis siebente leitfähige Schichten (5, 6, 7) des ersten Leitungstyps, welche jeweils gebildet sind in den Oberflächenbereichen der zweiten bis vierten leitfähigen Schichten (2, 3, 4);

eine achte leitfähige Schicht (13) des zweiten Leitungstyps, welche gebildet ist in einem zweiten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht (1);

eine neunte leitfähige Schicht (14) des ersten Leitungstyps, welche gebildet ist im Oberflächenbereich der achten leitfähigen Schicht (13);

eine erste Elektrodenschicht (8, T1), welche gebildet ist in kontinuierlichem Kontakt mit den zweiten und fünften leitfähigen Schichten;

erste und zweite Gatelektroden (10, 9), welche jeweils gebildet sind in Kontakt mit den vierten und sechsten leitfähigen Schichten (4, 6);

einen Gateanschluß G, der verbunden ist mit der zweiten Gateleektrode (9);

eine Gleichrichtereinrichtung (16), welche angeschlossen ist zwischen dem Gateanschluß (G) und der ersten Gateelektrode (10), wobei die Gleichrichtereinrichtung (16) zuläßt, daß ein Strom von dem Gateanschluß G an die vierte leitfähige Schicht (4) fließt, und verhindert, daß ein Strom von der vierten leitfähigen Schicht (4) an den Gateanschluß (G) fließt;

eine erste Verdrahtung (11) zum Verbinden der zweiten und dritten leitfähigen Schichten (2, 3) miteinander;

eine zweite Verdrahtung (12) zum Verbinden der zweiten und siebenten leitfähigen Schichten (2, 7) miteinander; und

eine zweite Elektrodenschicht (15, T2) welche gebildet ist in kontinuierlichem Kontakt mit den achten und neunten leitfähigen Schichten (13, 14).

2. Gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (16) eine pn-Übergangsdiode beinhaltet, welche an der Anode mit dem Gateanschluß G und an der Kathode mit ersten Gatelektrode (10) verbunden ist, enthält.

3. Gategesteuerte bidirektonale Halbleiterschaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pn- Übergangsdiode auf einer Isolationsschicht, gelegt auf den ersten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht (1), gebildet ist.

4. Gategesteuerte bidirektionale Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die pn- Übergangsdiode eine Polysiliziumschicht enthält und ein Teil der Polysiliziumschicht dotiert ist mit einer p- Verunreinigung, während der andere Typ der Polysiliziumschicht mit einer n-Typ Verunreinigung dotiert ist.

5. Gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung, gekennzeichnet durch:

eine erste leitfähige Schicht (1) eines ersten Leitungstyps;

zweite und dritte leitfähige Schichten (2, 4) eines zweiten Leitungstyps, welche separat gebildet sind in einem ersten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht (1);

vierte und fünfte leitfähige Schichten (5, 6) des ersten Leitungstyps, welche jeweilig gebildet sind in dem Oberflächenbereich der zweiten leitfähigen Schicht (2);

eine sechste leitfähige Schicht (7) des ersten Leitungstyps, welche in dem Oberflächenbereich der dritten leitfähigen Schicht (4) gebildet ist;

eine siebente leitfähige Schicht (13) des zweiten Leitungstyps, welche gebildet ist in einem zweiten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht (1);

eine achte leitfähige Schicht (14) des ersten Leitungstyps, welche gebildet ist in dem Oberflächenbereich der siebenten leitfähigen Schicht (13);

eine erste Elektrodenschicht (8, T1), welche gebildet ist in kontinuierlichem Kontakt mit den zweiten und vierten leitfähigen Schichten (2, 5);

erste und zweite Gateelektroden (10, 9), welche jeweilig gebildet sind in Kontakt mit den dritten und fünften leitfähigen Schichten (4, 6);

einen Gateanschluß (G), gekoppelt mit der zweiten Gatelektrode (9);

eine Gleichrichtereinrichtung (16), welche angeschlossen ist zwischen dem Gateanschluß (G) und der ersten Gateelektrode (10), wobei die Gleichrichtereinrichtung (16) zuläßt, daß ein Strom von dem Gateanschluß (G) zur dritten leitfähigen Schicht (4) fließt, und verhindert, daß Strom von der dritten leitfähigen Schicht (4) an dem Gateanschluß (G) fließt;

eine Verdrahtung (12) zum Verbinden der zweiten und sechsten leitfähigen Schichten (2, 7) miteinander; und

eine zweite Elektrodenschicht (15, T2), welche in kontinuierlichem Kontakt mit den siebenten und achten leitfähigen Schichten (13, 14) gebildet ist.

6. Gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (16) eine pn-Übergangsdiode beinhaltet, welche an der Anode und dem Gateanschluß (G) und an der Kathode der ersten Gateelektrode (10) verbunden ist.

7. Gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pn- Übergangsdiode auf einer isolierenden Schicht, gelegt auf den ersten Oberflächenbereich der ersten leitfähigen Schicht (1), gebildet ist.

8. Gategesteuerte bidirektionale Halbleiterschaltvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pn- Übergangsdiode eine Polysiliziumschicht enthält und ein Teil der Polysiliziumschicht dotiert ist mit einer p-Typ Verunreinigung, während der andere Teil der Polysiliziumschicht mit einer n-Typverunreinigung dotiert ist.