DE7500556U

DE7500556U - Halbleiterbauelement mit emitterkurzschluessen

Info

Publication number: DE7500556U
Application number: DE19757500556U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1975-01-10
Publication date: 1976-09-30
Also published as: CH578254A5; US4053921A; DE2500856A1; JPS5182571A

Description

Me/Ca.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Halbleiterbauelement mit Emitterkurzschlüssen

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen Thyristor, mit Emitterkurzschlüssen im Kathodenraum.

Die Verwendung von Emitterkurzschlüssen ist bei Thyristoren zur Verhinderung von unerwünschter Zündung bei steilem Anstieg der Anodenspannung ( ^u/_dfc-Zündung) bekannt. Ausserdem weiss man, dass diese Emitterkurzschlüsse während der belastungsmässig kritischen Phase direkt nach erfolgter Zündung die Ausbreitung, des Zündflecks hemmen (H. Yamasaki "Experimental Observation of the Plasma Propagation in a Thyristor", erscheint demnächst in IEEE Transactions on Electronic Devices).

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Es liegt auch ein erster Vorschlag vor, gemSss welchem trotz Verwendung von Emitterkurzschlüssen die Zündausbreitung nicht gehemmt wird (schweizerische Patentschrift 552,283), Gemäss diesem Vorschlag wird rund um die Zündelektrode (Gate) ein kreisrunder Ernitterkurzschluss gelegt. Dieser Kurzschlussring bringt zwar potentielle Vorteile mit sich, doch kann er bei Verwendung der zur Zeit gebräuchlichen Technologie zu untragbar hohen Zündströmen führen.

Wie ferner beobachtet wurde, bilden sich bei steilem Stromanstieg in Bauelementen ohne Material- und/oder Strukturinhomogenitäten in speziellen Kristallrichtungen Stromfäden aus (P.Voss "Observation of the initial phases of thyristor turn-on", Solid State Electronics, 17, pp. IO87-IO9O, 1974). Es konnte auch das Auftreten von lokalen, momentan stark erwärmten Stellen nachgewiesen werden. Eine solche lokale Erwärmung stellt aber einen ernsten Mangel dar; solange sie auftritt, ist die sichere Funktion des Bauelementes in Frage gestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und insbesondere ein Bauelement zu schaffen, das eine sichere Beherrschung des Zündstromes in kritischen Bereichen erlaubt. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Metallisierungsrand der

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Kathode (des Emitters) in Nähe der Steuer- bzw. Zündelektrode (Gate) auf einem Kreisbogen verläuft und eine Anzahl Emitterkurzschlüsse vorgesehen ist, die bis an diesen Rand bzw. etwas darüber reichen.

Die Erfindung sei jetzt anhand der beiden Figuren näher erläutert .

Fig. 1 zeigt in Draufsicht den Gate-(Zündelektroden-)-Raum eines steuerbaren Halbleiter-Bauelementes, etwa eines Thyristors. Fig. 2 stellt einen Seitenriss der Vorrichtung nach Fig. 1 dar, und zwar einen Schnitt lSngs der Linie A - A.G ist das Gate (die Zündelektrode) in Gestalt einer zentralen, zylindrischen Zone; dieser Bereich ist hoch p-dotiert (p ). Das Gate ist eingebettet in einer p-Schicht, welche eine entsprechende Ausnehmung aufweist. In einiger Entfernung vom Gate-Rand beginnt dann eine ringförmige Zone aus hochdotiertem η-Material (n ). Der Bereich zwischen Gate und Rand des η -Gebietes wird vielfach auch als "Gate-Graben" bezeichnet.

In Fig. 1 ist der Rand des p⁺-Gebietes mit einer ausgezogenen Linie, der Rand des η -Gebietes mit einer gestrichelten Linie bezeichnet. Etwas ausserhalb der η -Berandung verläuft der kreisförmige Rand M der Kathodenmetallisierung.

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Γιθι-n.'ir.G Λογ '"rfindunnsidee ist nun in Gatenähe eine Anzahl !•'.mi tt erkurz.Tchl'isse vorgesehen, die bis zum Metallisierungsrand M der Kathode oder etwas darüber hinaus reichen. In Vip. 1 rAr.i es drei um je 120 versetzte Kurzschlusselemente EK, die sMmtlich über den Metallisierungsrand M hinaus reichen. Die Kurzschlusselemente können ausgeführt sein, wie in Fig. 1 und 2 angegeben, d.h. ebenso wie das Gate in der p-Schich'; (^τ?:ρ;. 2) eingebettet sein. Sie sind auch im Hinblick auf Leitungstyp und Dotierung dem Gate angepasst, d.h. sie sind im dargestellten Beispiel p-hochdotiert. Durch den leitenden Belag B (Fig. 2) ist aas Element EK jeweils mit der angrenzenden η -Zone galvanisch/verbunden, womit der Kurzschluss verwirklicht ist.

Die in Fig. 1 gezeigten, eine besondere Lage aufweisenden Emitter-Kurzschlüsse haben naturgemäss nichts zu tun mit sonstigen Emitter-Kurzschlüssen, die beim Halbleiterelement in bekannter Weise und zum üblichen Zweck über die Kathode verteilt sind. Der relative Anteil der vorgeschlagenen Emitter-Kurzschlüsse längs des kreisförmigen Metallisierungsrandes gibt einen neuen Freiheitsgrad ( xL in Fig. 1), mit dem sich der kritische Zündstrom unabhängig von den übrigen Emitter-Kurzschlüssen einstellen lässt.

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Λ Ji Jl IH Jl

Die Emitter-Kurzschlüsse am Kathodenrand sollen vorzugsweise so angeordnet werden, dass heisse Stellen (s.o.) vermieden werden. Dies kann erfolgen durch eine dreizählige Symmetrie der Kurzschlüsse bei ^lll^^orientierten Kristallen resp. eine vierzählige Symmetrie bei -¹COOl^-^-orientierten Kristallen.

Im praktisch häufigsten Fall von -<1111">^"-Material werden mit Vorteil drei Kurzschlüsse (Fig. 1) in den Richtungen -=^112>-, <1 ?].■>-, -<211>- gelegt. Die Z^hI der Kurzschlüsse kann eben^-^ut Vielfache von drei betragen, zumal sekundäre Zündkanäle mittels Rekombinationsstrahlung beobachtet werden, die eine Sechszähligkeit aufwiesen.

Es ist wünschenswert, die geometrische Anordnung der Kurzschlüsse am Kathodenrand mit je^.er der üblichen, über die Kathode verteilten Kurzschlüsse zu koordinieren (solche "shunt"-Verteilungen findet man z.B. im Aufsatz von Ch. Chu "Geometry of Thyristor Cathode Shunts" in IEEE Transactions on Electronic Devices ED-17, pp. 687-690 (1970)).

Die vorgeschlagene Idee hat keinerlei Verwandtschaft mit anderen bekannten Vorschlägen, z.B. solchen, die auf der geometrischen Formgebung von Gate und/oder Kathode beruhen (schweizerische Patentschrift 552,284 bzw. US-Patentschrift 3,586,927)

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Keine Berührungspunkte liegen auch vor mit dem sogenannten "beam fired gate" ("Strahlgesteuerte Zündelektrode", s. T. New, D. Cooper "Turn-on characteristics of beam fired thyristors", IEEE, LAS-Conference, Baltimore, Oct. 1972, pp. 259-265) oder mit Emitter-Kurzschlüssen am ausseien Kathodenrand (schweizerische Patentschrift 536,555).

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Claims

nsprüche

1. Halbleiterbauelement, vorzugsweise Thyristor, mit Emitterkurzschlüssen im Kathodenraunij dadurch gekennzeichnet,
dass der Metallisierungsrand der Kathode in Nähe der Steuerelektrode auf einem Kreisbogen verläuft und eine Anzahl
Emitterkurzschlüsse vorgesehen ist, die bis an diesen Rand bzw. etwas darüber hinaus reichen.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwejks Vermeidung von heissen Stellen eine dreizählige Symmetrie der Emitterkurzschlüsse bei -clir^=- orientierten Kristallen bzw. eine vierzählige Symmetrie bei -^OOl^^^-orientierten Kristallen zur Anwendung kommt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von-=clll^>—orientiertem Material drei Kurzschlüsse in den Richtungen -dJLl?;=-, -=^.12Γ^=-
und-^rr^ll"^=^ gelegt werden.

JJ. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Kurzschlüsse ein Vielfaches von drei beträgt.

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5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Emitterkurzschlüsse am Kathoden-Metallisierungsrand mit jener der üblichen, über die Kathode verteilten Emitterkurzschlüsse koordiniert ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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