JP3869466B2

JP3869466B2 - 改善されたスイッチオンオフ特性を有するサイリスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP3869466B2
Application number: JP50468997A
Authority: JP
Inventors: シュルツェハンス−ヨアヒム
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: EP0836749B1; EP0836749A1; WO1997002603A1; JPH11509365A; DE59605827D1

Description

サイリスタ乃至ＧＴＯ（ゲートターンオフ：Ｇａｔｅ−Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ−サイリスタ）で重要なのは、スイッチオンオフ特性を改善すること、特に、点弧電流及び遮断損失電力を低減すること、並びに、最大遮断電流を上昇することである。
世界知的所有権機関公開第９２／１７９０７号公報の国際出願から、サイリスタのターンオンターンオフ電圧の調整用方法が公知であり、それによると、サイリスタの陽極側が全面的にプロトン乃至ヘリウム核によって照射され、その際、絞りを介在して設けることによって、サイリスタの、陽極側のｐｎ−接合部に対して種々の間隔を有している、最小化された荷電担体の寿命ゾーンが形成されている。
本発明が基礎とする課題は、公知のサイリスタに比して阻止電流及び遮断損失電力を低減すること、並びに、公知のサイリスタに比して最大遮断電流を高めることにある。この課題は、本発明によると、低減された荷電担体寿命のゾーンＺＨＲは、１０〜２０μｍの領域内の厚みを有しており、低減された荷電担体寿命のゾーンと陽極側のｐｎ−接合部との間の距離は、０〜４０μｍの大きさである（請求項１）ようにすることによって解決される。
本発明が更に基礎とする課題は、本発明のサイリスタの製造方法を提供することである。この課題は、本発明によると、前述の本発明のサイリスタにおいて、陽極側に、プロトンｐ^＋乃至ヘリウムＨｅ^＋＋を全面的に照射する（請求項３）ことによって解決される。
請求項２は、本発明のサイリスタの有利な構成に関し、請求項４〜７は、本発明の製造方法の有利な実施例に関する。
本発明は、殊に、垂直方向に不均一に担体寿命を分布することに基づいて、作動電圧の元で阻止された状態での作動電流が、公知のサイリスタの場合よりも明らかに小さいという利点を有しており、と言うのは、照射によって損傷されたゾーンは、この電圧では、この空間電荷領域の外側に位置しており、従って、発生電流に何等寄与しないからである。
以下、本発明について、図を用いて詳細に説明する。図の第１の部分には、本発明のサイリスタ、殊に、ＧＴＯの断面図が示されており、ｎ−エミッタ１（一般には、多数の個別セグメントから構成されていて、陰極端子Ｋと接続されている）と、ｐ−ベース２（ゲート端子Ｇと接続されている）と、ｎ−ベース３，３′及びｐ−エミッタ４（陽極端子Ａと接続されている）を有している。ｎ−エミッタ１、ｐ−ベース２、ｎ−ベース３，３′及びｐ−エミッタ４は、所与の列順序で設けられており、その際、ｎ−ベース３，３′とｐ−エミッタ４との間には、陽極側のｐｎ−接合部ＰＮが形成されている。０〜４０μｍの間隔Ｅで、ｎ−ベース３，３′内に、高再結合率のゾーンＺＨＲ、即ち、短い荷電担体寿命のゾーンが形成される。このゾーンＺＨＲは、本発明のサイリスタの全面に亘って延在しており、典型的には、１０〜２０μｍの範囲内の厚みを有している。
更に、図には、エミッタ短絡部５が示されており、このエミッタ短絡部５は、陽極端子Ａをｎ^＋−ドーピングされた領域を介してｎ−ベース３，３′と接続されており、遮断可能なサイリスタでは通常のことであるが、本発明にとっては、些末なことである。更に、図には、破線によって、ｎ−ベースを均一ｎ^＋−ドーピングするのではなく、ｎ−ベースが陽極側端で全面に亘ってｎ−ドーピング領域を、空間電荷ゾーンの阻止ゾーンとして有しており、且つ、それ以外のｎ−ベース３がｎ⁻−ドーピングされているように構成することもできることが示されている。
図の第２の部分には、ドーピング濃度Ｎが、ｃｍ^−３単位で、垂直座標ｘに亘って示されており、破線によって、プロトンｐ^＋乃至ヘリウム核Ｈｅ^＋＋を陽極側に照射することによって形成された垂直方向に不均一な荷電担体寿命分布τ（ｘ）が示されている。
本発明のサイリスタの製造の際、陽極側が、サイリスタの全面に亘って、絞り又はマスクを介在して設けずに、プロトンｐ^＋乃至ヘリウム核Ｈｅ^＋＋で照射される。このゾーンの深さは、プロトン又はヘリウム核のエネルギによって設定され、強く損傷されたゾーンでの担体寿命低減の強度は、照射線量によって調整され、その際、ヘリウム核のエネルギは、５〜１０ＭｅＶであり、照射線量は、４〜１０×１０^１０原子／ｃｍ^３の大きさである。
プロトン又はヘリウム照射の実行後、有利には、ヘリウム核乃至プロトンの照射によって形成される障害箇所の安定化のために、例えば、２０時間の間、２２０℃に温度調節することができる。このように温度調節することによって、荷電担体の寿命が変化して、それによって作動温度及び電圧負荷時の電気データが変化するのを、このようにして回避することができる。この温度調節は、有利には、２００〜２５０℃の温度領域内で、１０〜３０時間の間行われる。
そのように、垂直方向に不均一に担体寿命を調整して事後的に微調整することは、遮断損失電力を一層低下させるために、付加的に、担体寿命を付加的に小さくして、垂直方向に均一に低下する電子ビーム照射を用いて行うことができ、その際、改善されたスイッチオン及び向上された遮断性能のポジティブな特性は、あまり損なわれない。

Claims

陰極端子（Ｋ）と接続されているｎ−エミッタ（１）と、ゲート端子（Ｇ）と接続されているｐ−ベース（２）と、ｎ−ベース（３，３′）及び陽極端子（Ａ）と接続されているｐ−エミッタ（４）とを有しており、
前記ｎ−ベースは、前記ｐ−エミッタと前記ｎ−ベースとの間の陽極側のｐｎ−接合部（ＰＮ）の近傍内に、それ以外のｎ−ベースに比して低減された荷電担体寿命の唯一のゾーン（ＺＨＲ）を有しており、該ゾーン（ＺＨＲ）は、サイリスタの全面に亘って延在しており、その際、当該ゾーンと前記陽極側のｐｎ−接合部（ＰＮ）との間の距離（Ｅ）は、実質的にどの箇所でも同じ大きさであるサイリスタにおいて、
低減された荷電担体寿命のゾーン（ＺＨＲ）は、１０〜２０μｍの領域内の厚みを有しており、低減された荷電担体寿命のゾーン（ＺＨＲ）と陽極側のｐｎ−接合部との間の距離（Ｅ）は、０〜４０μｍの大きさである
ことを特徴とするサイリスタ。
ｎ−ベース（３，３′）は、陽極側のｐｎ−接合部（ＰＮ）側に、それ以外のｎ−ベース（３）よりも高くドーピングされたｎ−阻止ゾーン（３′）を有している請求項１記載のサイリスタ。
陰極端子（Ｋ）と接続されているｎ−エミッタ（１）と、ゲート端子（Ｇ）と接続されているｐ−ベース（２）と、ｎ−ベース（３，３′）及び陽極端子（Ａ）と接続されているｐ−エミッタ（４）とを有しており、前記ｎ−ベースは、前記ｐ−エミッタと前記ｎ−ベースとの間の陽極側のｐｎ−接合部（ＰＮ）の近傍内に、それ以外のｎ−ベースに比して低減された荷電担体寿命の唯一のゾーン（ＺＨＲ）を有しており、該ゾーン（ＺＨＲ）は、サイリスタの全面に亘って延在しており、その際、当該ゾーンと前記陽極側のｐｎ−接合部（ＰＮ）との間の距離（Ｅ）は、実質的にどの箇所でも同じ大きさであり、前記低減された荷電担体寿命のゾーン（ＺＨＲ）は、１０〜２０μｍの領域内の厚みを有しており、低減された荷電担体寿命のゾーン（ＺＨＲ）と陽極側のｐｎ−接合部との間の距離（Ｅ）は、０〜４０μｍの大きさであるサイリスタの製造方法において
サイリスタ陽極側に、プロトン（ｐ^＋）乃至ヘリウム（Ｈｅ^＋＋）を全面的に照射することを特徴とするサイリスタの製造方法。
５〜１０ＭｅＶのエネルギのヘリウム核で照射し、照射線量を４〜１０×１０^１０原子／ｃｍ^３にする請求項３記載の方法。
プロトン乃至ヘリウム核を照射した後、形成された障害箇所の安定化のために、温度調節する請求項３記載の方法。
２００〜２５０℃で１０〜３０時間の間、温度調節を行う請求項４記載の方法。
付加的に、陰極乃至陽極側の電子照射によって、プロトン乃至ヘリウム核の照射に比べて比較的弱く、且つ、垂直方向に均一に、荷電担体の寿命を低下させる請求項３〜６迄の何れか１記載の方法。