NL7920184A - DEELECTRICALLY INSULATED, SOLID HIGH VOLTAGE SWITCH. - Google Patents
DEELECTRICALLY INSULATED, SOLID HIGH VOLTAGE SWITCH. Download PDFInfo
- Publication number
- NL7920184A NL7920184A NL7920184A NL7920184A NL7920184A NL 7920184 A NL7920184 A NL 7920184A NL 7920184 A NL7920184 A NL 7920184A NL 7920184 A NL7920184 A NL 7920184A NL 7920184 A NL7920184 A NL 7920184A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- region
- switching device
- gate
- regions
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 29
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 16
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 208000025165 Autoerythrocyte sensitization syndrome Diseases 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/76297—Dielectric isolation using EPIC techniques, i.e. epitaxial passivated integrated circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/74—Making of localized buried regions, e.g. buried collector layers, internal connections substrate contacts
- H01L21/743—Making of internal connections, substrate contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7391—Gated diode structures
- H01L29/7392—Gated diode structures with PN junction gate, e.g. field controlled thyristors (FCTh), static induction thyristors (SITh)
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
7920184 I ' _1_ ( j vo o66b — * ,7920184 I '_1_ (j vo o66b - *,
Dielektrisch geïsoleerde , vastestof hoogspanningsschakelaar.Dielectrically insulated, solid high voltage switch.
Deze -uitvinding heeft "betrekking op vastestof-constructies, en in het bijzonder op vastestof-hoogspanningsconstructies, nuttig in telefoonschakelstelsels en vele andere toepassingen.This invention relates "to solid-state structures, and in particular to high-voltage solid-state structures, useful in telephone switching systems and many other applications.
In een artikel, getiteld "A Field Terminated Diode" door 5 Douglas E.Houston c.s., gepubliceerd in IEEE Transactions onIn an article entitled "A Field Terminated Diode" by 5 Douglas E. Houston et al., Published in IEEE Transactions on
Electron Devices , vol.ED-23, nr.8,augustus 1978, is een afzonderlijke vastestof-hoogspanningss-chakelaar beschreven, die een verti-kale geometrie heeft en een gebied bevat, dat kan -worden afgeknepen voor het verschaffen van een "UIT" toestand of dat sterk geleidend 10 kan worden gemaakt met inspuiting van een tweeledige drager voor het verschaffen van een "IN" toestand. Een moeilijkheid met deze schakelaar is, dat deze niet gemakkelijk is te integreren, d.w.z. te vervaardigen met andere soortgelijke schakelinrichtingen op een gemeenschappelijke onderlaag. Een andere moeilijkheid is, dat de •15 afstand tussen de roosters en de kathode klein moet zijn voor het begrenzen van de grootte van de regelroosterspanning, hetgeen echter het nuttige spanningsbereik begrenst, omdat het de doorslagspanning van rooster naar kathode vermindert. Deze begrenzing.tegrenst doelmatig het gebruik van twee van de tegen parallel geschakelde inrich-20 tingen, d.w.z. met de kathode van elk gekoppeld met de anode van de andere, tot betrekkelijk lage spanningen. Een dergelijke tweeledige orgaanconstructie zou nuttig zijn als een in twee richtingen werkzame, vaste-stof hoogspanningsschakelaar. Een bijkomende moeilijkheid is, dat het basisgebied in het ideale geval sterk moet zijn 25 gestimuleerd voor het voorkomen van doorslag vanaf de anode naar het rooster, hetgeen echter leidt tot een doorslag met lage spanning tussen! de anode en de kathode. Het verbreden van het basisgebied begrenst de doorslagwerking, maar vergroot tevens de weerstand van de inrichtingen in de "IN" toestand.Electron Devices, Vol. ED-23, No. 8, August 1978, discloses a separate solid state high voltage switch having a vertical geometry and an area that can be pinched to provide an "OUT "state or that can be made highly conductive by injecting a two-pronged carrier to provide an" IN "state. A difficulty with this switch is that it is not easy to integrate, i.e., to manufacture with other similar switch devices on a common substrate. Another difficulty is that the distance between the grids and the cathode must be small to limit the magnitude of the control grid voltage, which however limits the useful voltage range because it reduces the breakdown voltage from grid to cathode. This limitation effectively limits the use of two of the paralleled devices, that is, with the cathode of each coupled to the anode of the other, to relatively low voltages. Such a two-pronged member construction would be useful as a bi-directional solid state high voltage switch. An additional difficulty is that the base region should ideally be strongly stimulated to prevent breakdown from the anode to the grid, however, leading to a low voltage breakdown between the two. the anode and the cathode. Widening the base region limits the breakdown effect, but also increases the resistance of the devices in the "IN" state.
30 Het is wenselijk een vastestof-schakelaar te hebben, die gemakkelijk kan worden geïntegreerd, zodat twee of meer schakelaars gelijktijdig kunnen worden vervaardigd op een gemeenschappelijke onderlaag, en waarbij elke schakelaar tweezijdig betrekkelijk hoge spanningen kan blokkeren.It is desirable to have a solid state switch that can be easily integrated so that two or more switches can be simultaneously manufactured on a common substrate, and each switch can block relatively high voltages on both sides.
35 Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is een 792 0 1 84 -2- constructie, die een halfgeleiderlichaam omvat, waarvan de massa van een soort geleidbaarheid is, en dat een hoofdoppervlak heeft, waarin het halfgeleiderlichaam een plaatselijk anodegeb^ed is, dat van de ene soort geleidbaarheid is, en plaatselijke poort- en 5 kathodegebieden, die beide van de tegengestelde soort geleidbaarheid zijn. De anode-, poort- en kathodegebieden liggen op onderlinge afstanden, hebben afzonderlijke elektrodeverbindingen daarmee en zijn van een betrekkelijke lage weerstand in vergelijking met de massa van het halfgeleiderlichaam. De constructie is zodanig uitge-10 voerd, dat er tijdens bedrijf een inspuiting is van een tweeledige drager, en is verder gekenmerkt, doordat elk van de drie gebieden een gedeelte heeft, dat deel uitmaakt van het hoofdoppervlak van het halfgelei derlichaam.An embodiment of the present invention is a 792 0 1 84 -2 construction comprising a semiconductor body, the mass of which is of a conductivity type, and having a major surface, in which the semiconductor body is a local anode region of one is conductivity, and local gate and cathode regions, both of which are of the opposite conductivity. The anode, gate and cathode regions are spaced apart, have separate electrode connections thereto, and are of relatively low resistance compared to the mass of the semiconductor body. The construction is designed so that during operation there is an injection of a two-pronged carrier, and it is further characterized in that each of the three regions has a portion which forms part of the main surface of the semiconductor body.
In een voorkeursuitvoeringsvorm, is het halfgeleider-15 lichaam geïsoleerd van een halfgeleiderdrager door een dielektrische laag, waarbij een aantal van de lichamen is gevormd in de drager, en van elkaar gescheiden door althans een dielektrische laag.In a preferred embodiment, the semiconductor body is insulated from a semiconductor support by a dielectric layer, a number of the bodies being formed in the support, and separated from each other by at least a dielectric layer.
Wanneer de constructie van de onderhavige uitvinding op passende wijze is ontworpen, kan deze worden bediend als een scha-20 kelaar, die wordt gekenmerkt door een baan met lage impedantie tussen de anode en de kathode in de IK (geleidende) toestand, en een baan met hoge impedantie tussen de anode en de kathode in de UIT (blokkeer)toestand. De aan het poortgebied gelegde potentiaal bepaalt de toestand van de schakelaar. Gedurende de IN toestand, 25 is er een inspuiting van een tweeledige drager, hetgeen resulteert in het betrekkelijk laag zijn van de weerstand tussen de anode en de kathode.When appropriately designed, the structure of the present invention can be operated as a switch, characterized by a low impedance path between the anode and the cathode in the IK (conductive) state, and a path with high impedance between the anode and the cathode in the OFF (blocking) state. The potential applied to the gate region determines the state of the switch. During the IN state, there is an injection of a dual support, which results in the resistance of the anode to the cathode being relatively low.
Wanneer deze constructie, die is aan te duiden als een van een poort voorziene diodeschakelaar (GDS), op passende wijze 30 is ontworpen, kan deze in de UIT toestand betrekkelijk. grote po tentiaalverschillen tussen de anode- en kathodegebieden onafhankelijk van de polariteit blokkeren, en in de IN toestand betrekkelijk grote hoeveelheden stroom geleiden met een betrekkelijk lage span-ningsval tussen de anode en de kathode.When this structure, which can be referred to as a gated diode switch (GDS), is appropriately designed, it can be relatively OFF. block large potential differences between the anode and cathode regions independently of polarity, and in the IN state conduct relatively large amounts of current with a relatively low voltage drop between the anode and the cathode.
35 Reeksen van deze GDS's kunnen worden vervaardigd op een enkel, geïntegreerde ketenblokje samen met andere hoogspannings-ketenonderdelen. De tweeledige blokkeereigenschap van de constructie' 792 0 1 84 -3- vergemakkelijkt de toepassing daarvan in een in twee richtingen werkzame schakelaar, gevormd door twee van de constructies van de onderhavige uitvinding, waarbij de kathode van elke constructie is gekoppeld met de anode van de andere, en de poorten met elkaar 5 zijn gekoppeld.Series of these GDSs can be fabricated on a single, integrated chain block together with other high voltage chain components. The two-fold blocking property of the '792 0 1 84-3' structure facilitates its use in a bi-directional switch formed by two of the structures of the present invention, the cathode of each structure being coupled to the anode of the other, and the ports 5 are coupled together.
Deze en andere nieuwe kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding worden duidelijker uit een beschouwing van de volgende gedetailleerde beschrijving in samenhang met de bijgaande tekening.These and other new features and advantages of the present invention become more apparent from a consideration of the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawing.
10 Figuur 1 illustreert een constructie overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur 2 illustreert een voorgesteld elektrische ketensymbool voor de constructie van figuur 1; figuur 3 illustreert een in twee richtingen werkzame 15 schakelketen overeenkomstig een andere uitvoeringsvorm van de uit vinding ; figuur U illustreert een constructie overeenkomstig een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur 5 illustreert een constructie overeenkomstig nog 20 een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur 6 illustreert een constructie overeenkomstig nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur T illustreert een constructie overeenkomstig een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; 25 figuur 8 is een bovenaanzicht van de constructie van figuur 6.Figure 1 illustrates a construction according to an embodiment of the invention; Figure 2 illustrates a proposed electrical chain symbol for the construction of Figure 1; Figure 3 illustrates a bi-directional switching circuit according to another embodiment of the invention; Figure U illustrates a construction according to another embodiment of the invention; Figure 5 illustrates a construction according to yet another embodiment of the invention; Figure 6 illustrates a construction according to yet another embodiment of the invention; Figure T illustrates a construction according to another embodiment of the invention; Figure 8 is a top view of the construction of figure 6.
Onder het thans verwijzen naar figuur 1 is een constructie 10 weergegeven, die een draagdeel 12 omvat met de soort n-geleid-baarheid, voorzien van een hoofdoppervlak 11, en een monokristallijn 30 halfgeleiderlichaam 16, waarvan de massa van de soort p-geleid- baarheid is, en dat door een dielektrische laag 1^ is gescheiden van het draagdeel 12.Referring now to Figure 1, there is shown a structure 10 which includes a support member 12 having the n-conductivity type, having a major surface 11, and a monocrystalline semiconductor body 16, the mass of which is of the p-conductivity type. and that is separated from the support member 12 by a dielectric layer 1 ^.
Een plaatselijk anodegebied 18, dat van de soort p+ geleidbaarheid is, is vervat in het lichaam 16 en heeft een gedeelte daar-35 van, dat zich uitstrekt naar het oppervlak 11. Een plaatselijk poortgebied 20, dat van de n+ geleidbaarheid is, is eveneens vervat in het lichaam 16 en heeft een gedeelte daarvan, dat zich uitstrekt 792 0 1 84 -U- naar het oppervlak 11. Een plaatselijk kathodegebied 2k, dat van de soort n+ geleidbaarheid is, is vervat in het lichaam 16 en heeft een gedeelte, dat zich uitstrekt naar het oppervlak 11. Een gebied 22, dat van de soort p+ geleidbaarheid is, en een gedeelte heeft, 5 dat zich uitstrekt naar het oppervlak 11, omringt het gebied 2b en is werkzaam als een afvoerlaag-doorslagscherm. Bovendien is het werkzaam voor het voorkomen van het omkeren van de gedeelten van het lichaam 16 bij of nabij het oppervlak 11 tussen de gebieden 20 en 2k. Het poortgebied 20 is aanwezig tussen het anodegebied 18 en het 10 gebied 22, en is van beide gescheiden door massagedeelten van het lichaam 16. De weerstanden van de gebieden 18, 20 en 2h zijn laag in vergelijkingDEt die van de massagedeelten van het lichaam 16.A local anode region 18, which is of the p + conductivity type, is contained in the body 16 and has a portion thereof extending to the surface 11. A local gate region 20, which is of the n + conductivity, is also contained in the body 16 and having a portion thereof extending 792 0 1 84 -U- to the surface 11. A local cathode region 2k, which is of the n + conductivity type, is contained in the body 16 and has a portion, extending to the surface 11. An area 22, which is of the p + conductivity type, and having a portion 5 extending to the surface 11, surrounds the area 2b and acts as a drain layer breakdown screen. In addition, it is effective to prevent reversal of the portions of the body 16 at or near the surface 11 between the regions 20 and 2k. The gate region 20 is present between the anode region 18 and the region 22, and is separated from both by mass portions of the body 16. The resistances of the regions 18, 20 and 2h are low compared to those of the mass portions of the body 16.
De weerstand van het gebied 22 ligt tussen die van het kathodegebied 2b en het massagedeelte van het lichaam 16.The resistance of the region 22 is between that of the cathode region 2b and the mass portion of the body 16.
15 De elektroden 28, 30 en 32 zijn geleiders, die contact met een lage weerstand maken met de oppervlaktegedeelten van resp. de gebieden 18·, 20 en 2b. Een dielektrische laag 26 bedekt het hoofdoppervlak 11 voor het zodoende isoleren van de elektroden 28, 30 32 ten opzichte van alle andere gebieden dan die, welke bestemd 20 zijn voor het elektrisch contact. Een elektrode 36 verschaft een contact met lage weerstand met de drager 12 via een sterk gestimuleerd gebied 3^, dat van dezelfde soort geleidbaarheid is als de drager 12.The electrodes 28, 30 and 32 are conductors, which make low resistance contact with the surface portions of, respectively. areas 18, 20 and 2b. A dielectric layer 26 covers the main surface 11, thus insulating the electrodes 28, 32 from all areas other than those intended for the electrical contact. An electrode 36 provides a low resistance contact to the support 12 through a highly stimulated region 3, which is of the same kind of conductivity as the support 12.
Met voordeel zijn de drager 12 en het lichaam 16 elk van 25 silicium, waarbij de drager 12 van de soort n of p geleidbaarheid kan zijn. Elk der elektroden 23, 30 en 32 overlapt met voordeel het halfgeleidergebied, waarmee het een contact met lage weerstand maakt. De elektrode 32 overlapt eveneens het gebied 22. Dit overlappen, dat bekend is als veldpantseren, vergemakkelijkt een hoogspannings-30 werking, omdat het de spanning verhoogt, waarbij doorslag plaatsvindt. De dielektrische laag 11+ is siliciumdioxyde, waarbij de elektroden 28, 30, 32 en 36 alle aluminium zijn. Geleidbaarheden, die complementair zijn ten opzichte van de beschreven geleidbaarheden kunnen worden gebruikt.Advantageously, the support 12 and the body 16 are each made of silicon, the support 12 being of the n or p type conductivity. Each of the electrodes 23, 30 and 32 advantageously overlaps the semiconductor region, thereby making a low resistance contact. The electrode 32 also overlaps the region 22. This overlapping, known as field armor, facilitates high voltage operation because it increases the voltage at which breakdown occurs. The dielectric layer 11+ is silicon dioxide, the electrodes 28, 30, 32 and 36 being all aluminum. Conductivities that are complementary to the described conductivities can be used.
35 Een aantal afzonderlijke lichamen 16 kan in een gemeen schappelijke drager 12 worden gevormd voor het verschaffen van een aantal schakelaars. Van belang is, dat vlakbewerkingstechnieken kun- 792 0 1 84 -5- nen worden gebruikt voor het vervaardigen van vele inrichtingen als een geïntegreerde keten op een gemeenschappelijk oppervlak.A number of separate bodies 16 can be formed in a common carrier 12 to provide a number of switches. Importantly, planing techniques can be used to fabricate many devices as an integrated circuit on a common surface.
De constructie 10 wordt gewoonlijk bediend als een schakelaar, die is gekenmerkt door een baan met een lage impedantie tussaen 5 het anodegebied 18 en het kathodegebied 2b in de IK (geleidende) toestand, en een baan met een hoge impedantie tussen deze twee gebieden in de UIT(blokkeer)toestand. De aan het poortgebied 20 gelegde potentiaal bepaalt de toestand van de schakelaar. De geleiding tussen het anodegebied 18 en het kathodegebied 2b vindt plaats in-10 dien de potentiaal van het poortgebied 20 beneden die is van de potentiaal van het anodegebied 18 en het kathodegebied 2b. Gedurende de IN toestand, worden gaten in het lichaam 16 gespoten vanaf het anodegebied 18, waarbij elektronen in het lichaam ï6 worden gespoten vanaf het kathodegebied 2k. Deze gaten en elektronen kunnen in 15 voldoende aantallen zijn voor het vormen van een plasma, dat het lichaam 16 in geleidbaarheid moduleert. Dit vermindert de weerstand van het lichaam 16 zodanig, dat de weerstand tussen het anodegebied 18 en het kathodegebied 2b laag is wanneer de constructie 10 in de IN toestand werkzaam is. Deze soort werking wordt aangeduid als 20 inspuiting van tweeledige drager. De hier beschreven soort construc tie wordt aangeduid als een van een poort voorziene diodeschake-laar (GDS).The structure 10 is usually operated as a switch, which is characterized by a low impedance path between the anode region 18 and the cathode region 2b in the IK (conductive) state, and a high impedance path between these two regions in the OFF (blocking) state. The potential applied to the gate region 20 determines the state of the switch. The conduction between the anode region 18 and the cathode region 2b takes place if the potential of the gate region 20 is below that of the potential of the anode region 18 and the cathode region 2b. During the IN state, holes in the body 16 are injected from the anode region 18, electrons are injected into the body 16 from the cathode region 2k. These holes and electrons can be in sufficient numbers to form a plasma which modulates the body 16 in conductivity. This reduces the resistance of the body 16 such that the resistance between the anode region 18 and the cathode region 2b is low when the structure 10 is operating in the IN state. This type of operation is referred to as dual carrier injection. The type of construction described here is referred to as a gated diode switch (GDS).
Het gebied 22 helpt de doorslag te begrenzen van een af-voerlaag, gevormd gedurende de werking tussen het poortgebied 2Q 25 en het kathodegebied 2b, en helpt bij het voorkomen van de vorming van een oppervlakteomkeerlaag tussen deze twee gebieden. Dit maakt een dichter bij elkaar liggen van het poortgebied 20 en het kathodegebied 2k mogelijk en resulteert in een betrekkelijk lage weerstand tussen het anodegebied 18 en het kathodegebied 22 gedurende de 30 IN toestand.The area 22 helps to define the breakdown of a drain layer formed during operation between the gate area 2Q 25 and the cathode area 2b, and helps prevent the formation of a surface reversal layer between these two areas. This allows closer proximity of the gate region 20 and the cathode region 2k and results in a relatively low resistance between the anode region 18 and the cathode region 22 during the IN state.
De onderlaag 12 wordt gewoonlijk op het positiefst beschikbare potentiaalniveau gehouden. De geleiding tussen het anodegebied 18 en het kathodegebied 2b wordt voorkomen of afgesneden indien de potentiaal van het poortgebied 20 voldoende positiever is dan die van 35 het anodegebied 18 en het kathodegebied 2b. De mate van bovenmatig positieve potentiaal, nodig voor het voorkomen of afsnijden van de geleiding, is een funktie van de geometrie en de verontreinigingscon- 792 0 1 84 -6- centratie (stimulatiejniveau's van de constructie 10. Deze positieve poortpotentiaal veroorzaakt het afvoeren van de stroomdrager uit het gedeelte van het lichaam 16 tussen het poortgebied 20 en de dielektrische laag 11+, zodat de potentiaal van dit gedeelte van het 5 lichaam 16 positiever is dan die van het anodegebied 18 en het kathodegebied 2k. Deze positieve potentiaalwering voorkomt de geleiding van gaten van het anodegebied 18 naar het kathodegebied 2h.The bottom layer 12 is usually kept at the most positive potential level available. Conduction between the anode region 18 and the cathode region 2b is prevented or cut off if the potential of the gate region 20 is more positive than that of the anode region 18 and the cathode region 2b. The degree of excessively positive potential required to prevent or cut the conductivity is a function of the geometry and contamination concentration (levels of stimulation of the structure 10. This positive gate potential causes the dissipation of the current carrier from the part of the body 16 between the gate region 20 and the dielectric layer 11+, so that the potential of this part of the body 16 is more positive than that of the anode region 18 and the cathode region 2k. holes from the anode region 18 to the cathode region 2h.
Het knijpt in beginsel het lichaam 16 af tegen de dielektrische laag 11+ in het massagedeelte tussen het poortgebied en de dielek-10 trische laag 1U. Het dient tevens voor het opvangen van elektronen, uitgezonden bij het kathodegebied 2b voordat deze het anodegebied 18 kunnen bereiken.It basically pinches the body 16 against the dielectric layer 11+ in the mass portion between the gate region and the dielectric layer 1U. It also serves to receive electrons emitted at the cathode region 2b before they can reach the anode region 18.
Gedurende de IN toestand van de constructie 10, wordt de verbindingsdiode, die het lichaam 16 en het gebied 20 omvat, onder 15 voorspanning geplaatst. Stroombegrenzende middelen (niet weergegeven) zijn bij voorkeur opgenomen voor het begrenzen van de geleiding door de onder voorspanning geplaatste diode.During the IN state of the structure 10, the connection diode, which includes the body 16 and the region 20, is biased. Current limiting means (not shown) are preferably included for limiting conduction through the biased diode.
Een voorgesteld elektrisch symbool, aangenomen voor deze soort schakelaar, is weergegeven in figuur 2. De anode-, poort-20 en kathodeelektroden van de GDS zijn aangeduid als respectievelijk de aansluitingen 28, 30 en 32.A proposed electrical symbol adopted for this type of switch is shown in Figure 2. The GDS anode, gate 20 and cathode electrodes are referred to as terminals 28, 30 and 32, respectively.
Een uitvoeringsvorm van de constructie 10 is met het volgende ontwerp vervaardigd. Het draagdeel 12 is een siliciumonder-laag van de n soort, 0,1+57 tot 0,559 mm dik, met een verontreinigings-25 concentratie van ongeveer 2 x 10 verontreinigingen/cm en heeft een weerstand van meer dan 100 ohm-cm. De dielektrische laag 11+ is een siliciumdioxydelaag 11+, die 2-1+ ^um dik is. Het lichaam 16 is gewoonlijk 30-50^um dik, ongeveer 1+30^um lang, 300^um breed en is van de soort p geleidbaarheid met een verontreinigingsconcen-30 tratie in het bereik van ongeveer 5-9 x 10 verontreinigingen/cm .An embodiment of the construction 10 is made with the following design. The support member 12 is a n-type silicon substrate, 0.1 + 57 to 0.559 mm thick, with an impurity concentration of about 2 x 10 impurities / cm and has a resistance of more than 100 ohm-cm. The dielectric layer 11+ is a silicon dioxide layer 11+, which is 2-1 + um thick. The body 16 is usually 30-50 µm thick, about 1 + 30 µm long, 300 µm wide, and is of the p-type conductivity with an impurity concentration in the range of about 5-9 x 10 impurities / cm .
Het anodegebied 18 is van de soort p+ geleidbaarheid, is gewoonlijk 2-1+yum dik, 1+U^um breed, 52^um lang en heeft een verontreinigings-concentratie van ongeveer 101^ verontreiniging/cm^. De elektrode 28 is gewoonlijk aluminium met een dikte van 1,5^um, een breedte 35 van 81+^um en een lengte van 105^um. Het gebied 20 is van de soort n+ geleidbaarheid en is gewoonlijk 2-l+^,um dik, 15y-um breed, 300 »um lang en heeft een verontreinigingsconcentratie van ongeveer 10^ 792 0 1 84 3 -7- verontreiniging/cm . De elektrode 30 is aluminium, 1^um dik, 50yum treed en 210yum lang. De afstand tussen naburige randen van de elektroden 28 en 30 en tussen naburige randen van de elektroden 30 en 32 is in beide gevallen gewoonlijk i+0^um. Het gebied 22 is 5 van de soort p geleidbaarheid, en is gewoonlijk 3-6^um dik, 6U ,um breed, 60 .urn lang en heeft een verontreinigingsconcentratie 17 18 3 van ongeveer 10 tot 10 verontreinigingen/cm . Het kathodegebied 2k is van de soort n+ geleidbaarheid en is gewoonlijk 2^um dik, 1+8^,um breed, kb^um lang en heeft een verontreinigingsconcentratie 10 van ongeveer 10 ^ verontreinigingen/cm^. De elektrode 32 is aluminium, 1,5^um dik, 10^yum breed en 10^um lang. De afstand tussen de einden van de gebieden 18 en 22 en de betrokken einden van het gebied 16 is gewoonlijk 55 ym . Het gebied 3^-is van de soort n+ geleidbaarheid en is gewoonlijk 2^um dik, 26yum breed, 26^um lang 15 en heeft een verontreinigingsconcentratie van 10*^ verontreinigingen/ 3 cm . De elektrode 36 is aluminium, die 1,5 um dik is, 26yum breed en 26 ^um lang.The anode region 18 is of the p + conductivity type, is usually 2-1 + µm thick, 1 + µm wide, 52 µm long, and has an impurity concentration of about 101 µm impurity / cm2. The electrode 28 is usually aluminum with a thickness of 1.5 µm, a width 35 of 81 µm and a length of 105 µm. The region 20 is of the n + conductivity type and is usually 2 µm thick, 15 µm wide, 300 µm long, and has an impurity concentration of about 10 792 0 1 84 3-7 cm / cm. The electrode 30 is aluminum, 1 µm thick, 50 µm step and 210 µm long. The distance between adjacent edges of the electrodes 28 and 30 and between adjacent edges of the electrodes 30 and 32 is usually 1 + 0 µm in both cases. The region 22 is 5 of the type p conductivity, and is usually 3-6 µm thick, 6 µm wide, 60 µm long and has an impurity concentration of about 10 to 10 impurities / cm. The cathode region 2k is of the n + conductivity type and is usually 2 µm thick, 1 + 8 µm wide, kb µm long and has an impurity concentration of about 10 µm impurities / cm 2. The electrode 32 is aluminum, 1.5 µm thick, 10 µm wide and 10 µm long. The distance between the ends of regions 18 and 22 and the respective ends of region 16 is usually 55 µm. The region 3 µm is of the n + conductivity type and is usually 2 µm thick, 26 µm wide, 26 µm long and has an impurity concentration of 10 µm impurities / 3 cm. The electrode 36 is aluminum, which is 1.5 µm thick, 26 µm wide and 26 µm long.
Onder gebruikmaking van de hiervoor aangegeven parameters is de constructie 10 in bedrijf geweest als een van een poort voor-20 ziene diodeschakelaar (GDS) met 500 V tussen de anode en de kathode.Using the parameters indicated above, the structure 10 has operated as a gate-equipped diode switch (GDS) with 500 V between the anode and the cathode.
Een laag siliciumnitride (niet weergegeven) was door chemisch opdampen afgezet bovenop de siliciumdioxydelaag 26 voor het verschaffen van een natriumwering. De elektroden 28, 30,. 32 en 36 werden vervolgens gevormd, waarna een bekleding van met hoog fre-25 quent plasma afgezet siliciumnitride (niet weergegeven) werd aange bracht op het gehele oppervlak van de constructie 10, behalve waar elektrisch contact wordt gemaakt. De lagen siliciumnitride dienen voor het helpen voorkomen van hoogspanningsdoorslag in de lucht tussen naburige elektroden.A layer of silicon nitride (not shown) was deposited by chemical vapor deposition on top of the silicon dioxide layer 26 to provide sodium resistance. The electrodes 28, 30. 32 and 36 were then formed, and a high frequency plasma-deposited silicon nitride coating (not shown) was applied to the entire surface of the structure 10 except where electrical contact is made. The silicon nitride layers help prevent high voltage breakdown in the air between neighboring electrodes.
30 Gewoonlijk werd aan de anode + 250 V gelegd, werd aan de kathode -250 V gelegd en werd aan de onderlaag 12 +280 V gelegd.Usually + 250 V was applied to the anode, -250 V was applied to the cathode and 12 +280 V was applied to the substrate.
De -250 V kan eveneens worden gelegd aan de anode, en de +250 V aan de kathode. De constructie 10 blokkeert dus tweezijdig de spanning tussen de anode en de kathode. Een potentiaal van +2δθ V 35 gelegd aan de poortgeleider 30 verbrak (brak) 350 mA van de elek trische stroom tussen het anodegebied 15 en het kathodegebied 2b. De IN weerstand van de GDS met 100 mA gaande tussen de anode en de ka- 792 0 1 84 -8-.The -250 V can also be connected to the anode, and the +250 V to the cathode. Thus, the structure 10 bilaterally blocks the voltage between the anode and the cathode. A potential of + 2δθ V 35 applied to the gate conductor 30 disconnected (broke) 350 mA of the electric current between the anode region 15 and the cathode region 2b. The IN resistance of the GDS with 100 mA going between the anode and the ka- 792 0 1 84 -8-.
thode, is ongeveer 15 ohm, waarbij de spanningsval tussen de anode en de kathode gewoonlijk 2,2 V is.thode, is about 15 ohms, with the voltage drop between the anode and the cathode usually being 2.2 V.
OMer het thans verwijzen naar figuur 3 is een in twee richtingen werkzame schakelcombinatie weergegeven, die twee GDS's 5 (GDS en GDSa) omvat overeenkomstig de onderhavige uitvinding, waar bij de elektrode 28 (de anodeelektrode van GDS) elektrisch is verbonden met de elektrode 32a (de kathodeelektrode van GDSa), en de elektrode 32 (de kathodeelektrode van GDS) elektrisch is verbonden met de elektrode 28a (de anodeelektrode van GDSa). Deze schakel-10 combinatie kan signalen geleiden vanaf de elektroden 28 en 32a naar de elektroden 28a en 32 of omgekeerd. De tweezijdig blokkerende eigenschap van de constructie 10 vergemakkelijkt deze tweezijdige schakelcombinatie. Twee afzónderlijke lichamen 16 kunnen worden gevormd in een gemeenschappelijke drager 12, waarbij de passende 15 elektrische verbindingen kunnen worden gemaakt voor het vormen van de hiervoor beschreven, in twee richtingen werkzame schakelaar. Een aantal afzonderlijke lichamen 16 kan ineen gemeenschappelijke drager 12 worden gevormd voorliet vormen van een reeks schakelaars.Referring now to Figure 3, a bi-directional switching combination comprising two GDSs 5 (GDS and GDSa) according to the present invention, wherein the electrode 28 (the GDS anode electrode) is electrically connected to the electrode 32a ( the cathode electrode of GDSa), and the electrode 32 (the cathode electrode of GDS) is electrically connected to the electrode 28a (the anode electrode of GDSa). This switching combination can conduct signals from electrodes 28 and 32a to electrodes 28a and 32 or vice versa. The two-sided blocking property of the structure 10 facilitates this two-sided switching combination. Two separate bodies 16 can be formed in a common carrier 12, the appropriate electrical connections being made to form the bi-directional switch described above. A number of separate bodies 16 can be formed in a common support 12 to form a series of switches.
Onder het thans verwijzen naar figuur U is een constructie 20 ^-10 weergegeven, die veel gelijkenis vertoont met de constructie 10, waarbij alle in beginsel gelijke onderdelen of die welke sterk lijken op die van de constructie 10, zijn aangeduid door hetzelfde verwijzingscijfer met de toevoeging van een U aan het begin. Het grondverschil tussen de constructies 1+10 en 10 is het uit de con-25 structie 1+10 verwijderen van het halfgeleidergebied 22 van figuur 1. Het op passende wijze vergroten van de afstand van het gebied 1+21+ vanaf het gebied 1+20 verschaft voldoende bescherming tegen doorslag van de afvoerlaag naar het gebied 1+21+, en maakt het gebruik mogelijk van de constructie U10 als een hoogspanningsschakelaar.Referring now to Figure U, a structure 20 ^ -10 is shown, which bears much resemblance to the structure 10, with all basically identical parts or those closely resembling those of structure 10 being designated by the same reference numeral with the addition of a U at the beginning. The basic difference between constructions 1 + 10 and 10 is removing the semiconductor region 22 of Figure 1 from construction 1 + 10. Appropriately increasing the distance of the region 1 + 21 + from the region 1+ 20 provides sufficient protection against breakdown of the drain layer to the region 1 + 21 +, and allows the use of the structure U10 as a high voltage switch.
30 Onder het thans verwijzen naar figuur 5 is een constructie 510 weergegeven, die zeer veel lijkt op de constructie 10, waarbij alle onderdelen daarvan, die in beginsel dezelfde zijn of veel op elkaar lijken, zijn aangeduid door hetzelfde verwijzingscijfer met de toevoeging van een 5 aan het begin. Het belangrijkste verschil 35 tussen de constructie 510 en de constructie 10 is het gebruik van een halfgeleiderschudringgebied 5^0, dat het kathodegebied 52l+ omringt. Het onderbroken lijngedeelte van de schudring 5^-0 illustreert, 792 0 1 84 . -9- dat de ring kan worden uitgebreid voor het in contact zijn met het kathodegehied 52b. De combinatie van het gebied 522 en de schudring 5I+O verschaft bescherming tegen omkering van gedeelten van het gebied 516 bij of nabij het oppervlak 511, in het bijzonder tussen 5 het poortgebied 520 en het kathodegebied 52b, en verschaft bescherming tegen doorslag van de afvoerlaag naar het kathodegebied 52b.Referring now to Figure 5, there is shown a structure 510 very similar to structure 10, with all parts thereof, which are basically the same or very similar, are indicated by the same reference numeral with the addition of a 5 in the beginning. The main difference 35 between structure 510 and structure 10 is the use of a semiconductor shaking region 5 ^ 0 surrounding the cathode region 521 +. The broken line portion of the shaking ring 5 ^ -0 illustrates, 792 0 1 84. That the ring can be expanded to contact the cathode area 52b. The combination of the area 522 and the shaking ring 5I + O provides protection against inversion of portions of the area 516 at or near the surface 511, especially between the gate area 520 and the cathode area 52b, and provides protection against breakdown of the drain layer to the cathode region 52b.
De schudring 5^0 is van dezelfde geleidbaarheid als het gebied 522 maar heeft een lagere weerstand. Deze soort tweeledige beschermingsconstructie, die het kathodegebied 52^ omringt, is de voorkeurs-10 beschermingsconstructie.The shaking ring 5 ^ 0 is of the same conductivity as the region 522 but has a lower resistance. This kind of dual protection structure, which surrounds the cathode region 52, is the preferred protection structure.
De hier beschreven uitvoeringsvormen zijn bestemd ter illustratie van de algemene beginselen van de uitvinding. Verschillende wijzigingen zijn mogelijk in overeenstemming met de strekking van de uitvinding. Voor de beschreven ontwerpen kunnen bijv. de draag-15 delen 12, U12 en 512 ook van silicium, galliumarsenide of saffier met de soort p geleidbaarheid zijn, of een geleider of een elektrisch inactief materiaal. Indien de gebieden 12, 1*12 en 512 elektrisch inactieve materialen zijn, kunnen de dielektrische lagen 1U, U1 i+ en 51^ worden weggelaten. Verder kunnen de lichamen 16, 1*16 20 en 516 nog worden vervaardigd als met lucht geïsoleerde constructies.The embodiments described here are intended to illustrate the general principles of the invention. Various modifications are possible in accordance with the scope of the invention. For example, for the designs described, the support members 12, U12 and 512 may also be of silicon, gallium arsenide or sapphire of the type p conductivity, or a conductor or an electrically inactive material. If the regions 12, 1 * 12 and 512 are electrically inactive materials, the dielectric layers 1U, U1 i + and 51 ^ can be omitted. Furthermore, the bodies 16, 1 * 16, 20 and 516 can still be manufactured as air-insulated structures.
Dit maakt het opheffen mogelijk van de draagdelen 12, 1*12 en 512 en de dielektrische lagen 1U, U11+ en 511*. De elektroden kunnen gestimuleerd polysilicium, goud, titaan of andere soorten geleiders zijn. Verder kunnen de verontreinigingsconcentratieniveau's, de 25 afstanden tussen verschillende gebieden en andere afmetingen van de gebieden worden aangepast teneinde aanzienlijk andere werkspanningen en -stromen mogelijk te maken dan zijn beschreven. Andere soorten dielektrische materialen, zoals siliciumnitride, kunnen in de plaats worden gesteld van siliciumdioxyde. De soort geleidbaar-30 heid van alle gebieden in de dielektrische laag kan worden omge keerd, vooropgesteld, dat de spanningspolariteiten op de op dit gebied algemeen bekende wijze passend zijn veranderd. Het is duidelijk, dat de constructie van de onderhavige uitvinding een werking met wisselstroom of met gelijkstroom mogelijk maakt.This allows the lifting of the support members 12, 1 * 12 and 512 and the dielectric layers 1U, U11 + and 511 *. The electrodes can be stimulated polysilicon, gold, titanium or other types of conductors. Furthermore, the contamination concentration levels, the distances between different areas and other dimensions of the areas can be adjusted to allow for significantly different operating voltages and currents than described. Other types of dielectric materials, such as silicon nitride, can substitute for silicon dioxide. The kind of conductivity of all regions in the dielectric layer can be reversed provided the voltage polarities have been appropriately changed in the manner well known in the art. It is understood that the construction of the present invention allows alternating current or direct current operation.
35 Onder verwijzing naar figuur 6 is een andere uitvoerings vorm weergegeven met verwijzingscijfers in de 600 reeks, overeenkomende met figuur 1, waarbij het halfgeleiderlichaam 616 van de 792 0 1 84 -10- dielektrische laag 6l4 is geisoleerd door een tussenliggende half-geleiderlaag 638, voorzien van een soort geleidbaarheid, die tegengesteld is aan die van het halfgeleiderlichaam 616. De elektroden 628 en 630 en 632 zijn geleiders, die contact met een lage weer-5 stand maken met de oppervlaktegedeelten van resp. de gebieden 618, 620 en 62^. Een dielektrische laag 26 bedekt het hoofdoppervlak 611 voor het zodoende isoleren van de elektroden 628, 630 en 632 ten opzichte van alle andere gebieden dan die, bestemd voor elektrisch contact. De elektrode 630 maakt elektrisch contact met het 10 gebied 638 aan het oppervlak 611 aan.cfe achterkant of voorkant van het lichaam 6l6 .(niet weergegeven).Referring to Figure 6, another embodiment is shown with reference numerals in the 600 series, corresponding to Figure 1, wherein the semiconductor body 616 of the 792 0 1 84 -10 dielectric layer 614 is insulated by an intermediate semiconductor layer 638, provided with a kind of conductivity opposite to that of the semiconductor body 616. The electrodes 628 and 630 and 632 are conductors which make low resistance contact with the surface portions of, respectively. areas 618, 620 and 62 ^. A dielectric layer 26 covers the main surface 611 to insulate the electrodes 628, 630 and 632 from all areas other than those intended for electrical contact. The electrode 630 makes electrical contact with the area 638 on the surface 611 at the back or front of the body 616 (not shown).
De laag 638 kan zodanig worden gewijzigd, dat deze alleen aanwezig is op het onderste gedeelte van het lichaam 616, zoals weergegeven door het gebied 638a. Met een dergelijke wijziging 15 wordt een passend gediffundeerd of met ionen geïmplanteerd gebied of gebieden (niet weergegeven) gevormd tussen het oppervlak 611 en de gewijzigde laag 638a. De elektrode 630 zal zich uitstrekken voor het maken van elektrisch contact met dit gebied aan het oppervlak 611.The layer 638 can be modified to be present only on the lower portion of the body 616, as shown by the area 638a. With such a change, an appropriately diffused or ion-implanted region or regions (not shown) is formed between the surface 611 and the modified layer 638a. The electrode 630 will extend to make electrical contact with this area on the surface 611.
20 De laag 638 dient voor het isoleren van het lichaam 616 ten opzichte van de eigenschappen van de dielektrische laag 6ll+, en helpt dus de vervaardigingswerkwijze, doordat de spelingen in de vorming van de dielektrische laag 1U enigszins kunnen worden versoepeld. Dit verhoogt vervaardigingsopbrengsten en vermindert de 25 kosten. Bovendien dient de laag 638 als een onderste poortgebied, dat helpt bij het verminderen van de grootte van de poortpotentiaal, nodig voor het voorkomen of afsnijden van de geleiding tussen de gebieden van de anode 618 en de kathode 62^, Het gebruik van alleen het gedeelte 638a van de laag 638 dient voor het isoleren van het 30 lichaam 616 ten opzichte van het gebied 61U in het gedeelte van het lichaam 616, dat zich onder het gebied 620 bevindt. Dit bepaalde gedeelte van het lichaam 616 is het kritische gedeelte, omdat het lichaam 616 in beginsel in dit gedeelte wordt "afgeknepen" wanneer de constructie 610 in de UIT toestand werkzaam is.The layer 638 serves to insulate the body 616 from the properties of the dielectric layer 611 +, and thus aids the manufacturing process, in that the gaps in the formation of the dielectric layer 1U can be somewhat relaxed. This increases manufacturing yields and reduces costs. In addition, the layer 638 serves as a lower gate region, which helps to reduce the magnitude of the gate potential necessary to prevent or cut the conductivity between the areas of the anode 618 and the cathode 62 ^, Using only the portion 638a of the layer 638 serves to isolate the body 616 from the region 61U in the portion of the body 616 located below the region 620. This particular portion of the body 616 is the critical portion because the body 616 is in principle "pinched" in this portion when the structure 610 is in the OFF state.
35 De laag 638a verschaft geen volledige isolatie ten opzichte van de dielektrische laag 1U, maar vermindert de poortpotentiaal, die nodig is voor het uitschakelen onder het in beginsel niet bein- 792 0 1 84 -11- vloeden van de doorslagspanning van de constructie. De laag 638 verschaft een volledig isolatie ten opzichte van de dielektrische laag 61U, maar verlaagt enigszins de doorslagspanning van de constructie. Indien de laag 638 wordt gebruikt, wordt het lichaam 616 5 in dikte in het algemeen vergroot voor het op vooraf gekozen ni veau' s houden van de doorslagspanningen.The layer 638a does not provide complete isolation from the dielectric layer 1U, but it does reduce the gate potential required to turn off under the effect of the breakdown voltage of the structure, which is in principle not limited. The layer 638 provides complete isolation from the dielectric layer 61U, but slightly reduces the breakdown voltage of the structure. If the layer 638 is used, the body 616 is generally increased in thickness to maintain breakdown voltages at preselected levels.
De laag 638 behoeft niet noodzakelijkerwijze dir&t te zijn verbonden met de elektrode 630. Omdat een positieve lading aanwezig is in de laag 626, wordt een oppervlakteomkeerlaag gevormd 10 nabij het oppervlak 611 van het lichaam 616. tussen de laag 638 en het poortgebied 620, hetgeen de twee elektrisch kan koppelen.The layer 638 does not necessarily have to be directly connected to the electrode 630. Since a positive charge is present in the layer 626, a surface reversal layer is formed near the surface 611 of the body 616. between the layer 638 and the gate region 620, which can electrically couple the two.
Zelfs zonder deze positieve lading wordt gemeend, dat als gevolg van doorslag de elektrode 630 en de laag 638 elektrisch kunnen worden gekoppeld.Even without this positive charge, it is believed that due to breakdown, the electrode 630 and the layer 638 can be electrically coupled.
15 Onder verwijzing naar de figuren 7 en 8 is nog een andere • uitvoeringsvorm weergegeven, voorzien van verwijzingscijfers in de 700 reeks, overeenkomende met figuur 1, waarbij het poortgebied 720 zich niet bevindt tussen het anodegebied 718 en het kathodegebied 72^. De constructie 710 is zodanig ontworpen, dat het anodegebied 20 18 en het kathodegebied 72h betrekkelijk dicht bij elkaar kunnen worden geplaatst, voor het verminderen van de weèrstand tussen de twee gedurende de IN(geleidende) toestand. Een geleider 738 die facultatief is, bevindt zich boven op de laag 726 tussen de elektroden J2Ö en 732. De geleider 738 is elektrisch gekoppeld 25 met de elektrode 730 en helpt bij het verminderen van de grootte van de poortspanning, nodig voor de werking van de constructie 710, maar is niet essentieel voor de werking.Referring to Figs. 7 and 8, yet another embodiment is provided, with reference numerals in the 700 series, corresponding to Fig. 1, wherein the gate region 720 is not located between the anode region 718 and the cathode region 72 ^. The structure 710 is designed such that the anode region 20 18 and the cathode region 72h can be placed relatively close to each other, to reduce the resistance between the two during the IN (conductive) state. A conductor 738, which is optional, is located on top of the layer 726 between the electrodes J2O and 732. The conductor 738 is electrically coupled to the electrode 730 and helps to reduce the magnitude of the gate voltage required for the operation of the construction 710, but is not essential for operation.
Een uitvoeringsvorm van de constructie 710 is met het volgende ontwerp vervaardigd. De halfgeleiderschijf (onderlaag). 712 30 is een siliciumonderlaag van de n soort, 1+57 tot 559/Um dik met ... . 13 een verontreimgmgsconcentratie van ongeveer 5 x 10 verontrexm- 3 gingen/cm , en is materiaal van de 100 ohm-cm soort. De dielektrische laag 71^ is siliciumdioxyde, dat gewoonlijk 2-^um. dik is. Het lichaam 716 is gewoonlijk 30-UO^um dik, ongeveer U30yum lang, 170 35 ,um breed en is van de soort p geleidbaarheid met een verontreini-gingsconcentratie van ongeveer 5-9 x 10 verontreinigingen/cm .An embodiment of the structure 710 is made with the following design. The semiconductor wafer (bottom layer). 712 30 is a n type silicon substrate, 1 + 57 to 559 / Um thick with .... 13 is a contamination concentration of about 5 x 10 contours / cm, and is material of the 100 ohm-cm type. The dielectric layer 71 ^ is silicon dioxide, which is usually 2 µm. is thick. The body 716 is usually 30 µm thick, about 30 µm long, 170 µm wide, and is of the p-type conductivity with an impurity concentration of about 5-9 x 10 impurities / cm.
Het anodegebied 718 is van de soort p+ geleidbaarheid, is gewoonlijk.The anode region 718 is of the p + conductivity type, it is usually.
792 0 1 84 -12- 2-1+ ,um dik, 28/Urn breed, 55/um lang en heeft een verontreinigings-concentratie van ongeveer 10 ^ verontreinigingen/cm . De elektrode 728 is aluminium met een dikte van 1,5^um, een breedte van 55^um en een lengte van 95/um. Het poortgebied 720. is van de soort n+ 5 geleidbaarheid, is gewoonlijk 2-H ,um dik, 38/urn breed, 55/urn . '19 • lang en heeft een verontreimgingsconcentratre van ongeveer 1Q - verontreiniging/cm . De elektrode 730 is aluminium met een dikte van 1,5^um, een breedte van 76^um en een lengte 95/um* De af-rstand tussen naburige randen van de elektroden 728 en 732 is gewoonlijk 1+Q^um 10 (zonder geleider 738), waarbij de afstand tussen naburige randen van de elektroden 728 en 730 gewoonlijk i+0^um is. Eet gebied 722 is van de soort p geleidbaarheid en is gewoonlijk. 3,5/um dik, UU ,um breed, 1+1+,um lang en heeft een oppervlakteverontreinigings- -18 3 concentratie van ongeveer 10 verontreinigingen/cm . Het kathode-15 gebied 721+ is van de soort n+ geleidbaarheid en is gewoonlijk 2^um dik, 30yum breed, 30^um lang een heeft een veröntreinigingsconcentratie van ongeveer 10^ verontreinigingen/cm^. De elèktröde 32 is aluminium, 1,5^um dik, 82^um breed en 82^um lang. De afsatand tussen de einden van de elektroden J28 en 732 en de bijbehorende 20 einden van het lichaam 716 van de p soort, is 50^um. Het geleider- gebied 738, dat aluminium is, ligt op afstand van 30yum van de elektroden 728 en 732 en is 10^um breed, 1,5^um dik en 75^um lang.792 0 1 84 -12-2-1 +, µm thick, 28 µm wide, 55 µm long and has an impurity concentration of about 10 µm impurities / cm. The electrode 728 is aluminum with a thickness of 1.5 µm, a width of 55 µm and a length of 95 µm. The gate region 720 is of the n + 5 conductivity type, is usually 2-H, um thick, 38 µm wide, 55 µm. '19 • long and has a contamination concentration of about 1Q - contamination / cm. The electrode 730 is aluminum 1.5 µm thick, 76 µm wide and 95 µm long. * The distance between adjacent edges of the electrodes 728 and 732 is usually 1 + 10 µm 10 ( without conductor 738), the distance between adjacent edges of the electrodes 728 and 730 usually being 1 + 0 µm. The area 722 is of the p conductivity type and is usually. 3.5 µm thick, UU, µm wide, 1 + 1 +, µm long and has a surface contamination concentration of about 10 impurities / cm. The cathode region 721+ is of the n + conductivity type and is usually 2 µm thick, 30 µm wide, 30 µm long and has an impurity concentration of about 10 µm impurities / cm 2. The elek tröde 32 is aluminum, 1.5 um thick, 82 um wide and 82 um long. The distance between the ends of the electrodes J28 and 732 and the associated ends of the body 716 of the p type is 50 µm. The conductor region 738, which is aluminum, is spaced 30 µm from electrodes 728 and 732 and is 10 µm wide, 1.5 µm thick, and 75 µm long.
Het geleidergebied 738 maakt elektrisch contact met de elektrode 730 aan de voorkant of achterkant van het gebied 16. Het is duide-25 lijk» dat de afstand van de kathode tot de anode met deze gedaante aanzienlijk is verminderd.The conductor region 738 makes electrical contact with the electrode 730 at the front or back of the region 16. It is clear that the distance from the cathode to the anode is considerably reduced by this shape.
Onder gebruikmaking van de hiervoor aangegeven parameters is de constructie 710 in bedrijf geweest als een van een poort voorziene diodeschakelaar met 1+00 V tussen de anode en .de kathode. Aan 30 de anode was +200V gelegd, en aan de kathode -20Q V. Evenals hier voor, kan de -200Y. ook worden gelegd aan de anode, en kan de +2QQV worden gelegd aan de kathode voor het mogelijk maken van een tweezijdige spanningsblokkering. Met het aanwezig zijn van het geleidergebied 738, bleek een potentiaal van +210 V voldoende voor het 35 breken van 1 mA elektrische stroom tussen de anode en de kathode.Using the parameters indicated above, the structure 710 has operated as a gated diode switch with 1 + 00 V between the anode and the cathode. + 200V was applied to the anode, and -20QV to the cathode. As before, the -200Y. can also be applied to the anode, and the + 2QQV can be applied to the cathode to allow two-way voltage blocking. With the conductor region 738 being present, a potential of +210 V proved sufficient to break 1 mA of electric current between the anode and the cathode.
Geschat is, dat deze spanning 20 V hoger zou moeten zijn, indien de geleider 738 zou worden weggelaten. De IN weerstand van de van een 792 0 1 84 -13*- poort voorziene diode schakelaar met een stroom van 10.0. mA tussen de anode en de kathode, was: ongeveer 10-12. ohm, waartij de spanning-val tussen de anode en kathode gewoonlijk 2,2 V is.Een laag s.ili-ciumnitride (niet weergegeven) werd door chemisch opdampen af-5 gezet hoven op de siliciumdioxydelaag 26 om te werken als een na- triumwering. De elektroden 728, 730, 732 en 736 werden vervolgens-gevormd, waarbij een bekleding van met een hoog frequent plasma afgezet siliciumnitride (niet weergegeven) werd aangebracht op het gehele oppervlak van de constructie 710 om te helpen bij het 10 - voorkomen van een hoogspanningsdoorslag in de lucht tussen naburige elektroden.It is estimated that this voltage should be 20 V higher if conductor 738 were omitted. The IN resistance of the diode switch equipped with a 792 0 1 84 -13 * - gate with a current of 10.0. mA between the anode and the cathode was: about 10-12. ohms, where the voltage drop between the anode and cathode is usually 2.2 V. A layer of silicon nitride (not shown) was deposited by chemical vapor deposition on the silicon dioxide layer 26 to act as an after anti-triumph. Electrodes 728, 730, 732, and 736 were then formed, with a high frequency plasma deposited silicon nitride coating (not shown) applied to the entire surface of structure 710 to aid in preventing high voltage breakdown. in the air between neighboring electrodes.
Evenals in figuur 5, kan een schudring die het kathodege-bied 72¾ omringt of omsluit en daarmee in contact is, worden gebruikt, of, evenals in figuur k9 kan het gebied 722 worden wegge-15 laten indien de afstand van de anode tot de kathode voldoende is.As in Figure 5, a shaking ring surrounding or enclosing and in contact with the cathode region 72¾ may be used, or, as in Figure k9, region 722 may be omitted if the distance from the anode to the cathode is sufficient.
Het poortgebied 20 kan zich rechts van het kathodegebied 72¾ bevinden, zoals in figuur 7 aangeduid door de onderbroken lijnen, of aan de voorkant of achterkant van het halfgeleiderlichaam 716, , zoals aangeduid door de onderbroken lijn van figuur 2. Het poort-20 gebied 720 kan zijn gescheiden van de dielektrische laag 71¾ of zich, zoals weergegeven door de onderbroken lijnen van figuur 7, uitstrekken tot in contact met de dielektrische laag 71¾. Andere wijzigingen dan hiervoor vermeld, kunnen worden toegepast.The gate region 20 may be to the right of the cathode region 72¾, as indicated by the broken lines in Figure 7, or at the front or rear of the semiconductor body 716, as indicated by the broken line of Figure 2. The gate-20 region 720 may be separated from the dielectric layer 71¾ or, as shown by the broken lines of Figure 7, extend into contact with the dielectric layer 71¾. Other changes than mentioned above can be applied.
25 792 0 1 8425 792 0 1 84
Claims (18)
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US97205678A | 1978-12-20 | 1978-12-20 | |
| US97202278A | 1978-12-20 | 1978-12-20 | |
| US97202178A | 1978-12-20 | 1978-12-20 | |
| US97202178 | 1978-12-20 | ||
| US97205678 | 1978-12-20 | ||
| US97202278 | 1978-12-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL7920184A true NL7920184A (en) | 1980-10-31 |
Family
ID=27420763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL7920184A NL7920184A (en) | 1978-12-20 | 1979-12-06 | DEELECTRICALLY INSULATED, SOLID HIGH VOLTAGE SWITCH. |
Country Status (18)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6412106B2 (en) |
| KR (1) | KR830002293B1 (en) |
| AU (1) | AU529702B2 (en) |
| CH (1) | CH659151A5 (en) |
| DD (1) | DD147897A5 (en) |
| ES (1) | ES487066A1 (en) |
| FR (1) | FR2445026A1 (en) |
| GB (1) | GB2049283B (en) |
| HU (1) | HU181030B (en) |
| IE (1) | IE48892B1 (en) |
| IL (1) | IL58970A (en) |
| IN (1) | IN153497B (en) |
| IT (1) | IT1126603B (en) |
| NL (1) | NL7920184A (en) |
| PL (1) | PL220494A1 (en) |
| SE (1) | SE446139B (en) |
| SG (1) | SG32884G (en) |
| WO (1) | WO1980001337A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4242697A (en) * | 1979-03-14 | 1980-12-30 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Dielectrically isolated high voltage semiconductor devices |
| CA1145057A (en) * | 1979-12-28 | 1983-04-19 | Adrian R. Hartman | High voltage solid-state switch |
| EP0075589B1 (en) * | 1981-03-27 | 1987-01-14 | Western Electric Company, Incorporated | Gated diode switch |
| US4467344A (en) * | 1981-12-23 | 1984-08-21 | At&T Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Bidirectional switch using two gated diode switches in a single dielectrically isolated tub |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1547287A (en) * | 1966-12-19 | 1968-11-22 | Lucas Industries Ltd | Semiconductor diode |
| US3417393A (en) * | 1967-10-18 | 1968-12-17 | Texas Instruments Inc | Integrated circuit modular radar antenna |
| JPS4933432B1 (en) * | 1968-12-20 | 1974-09-06 | ||
| DE2102103A1 (en) * | 1970-01-22 | 1971-07-29 | Rca Corp | Field effect controlled diode |
| US3722079A (en) * | 1970-06-05 | 1973-03-27 | Radiation Inc | Process for forming buried layers to reduce collector resistance in top contact transistors |
| DE2241600A1 (en) * | 1971-08-26 | 1973-03-01 | Dionics Inc | HIGH VOLTAGE P-N TRANSITION AND ITS APPLICATION IN SEMICONDUCTOR SWITCHING ELEMENTS, AND THE PROCESS FOR ITS MANUFACTURING |
| JPS5032942U (en) * | 1973-07-23 | 1975-04-10 | ||
| US3911463A (en) * | 1974-01-07 | 1975-10-07 | Gen Electric | Planar unijunction transistor |
| US4146905A (en) * | 1974-06-18 | 1979-03-27 | U.S. Philips Corporation | Semiconductor device having complementary transistor structures and method of manufacturing same |
-
1979
- 1979-12-06 WO PCT/US1979/001043 patent/WO1980001337A1/en unknown
- 1979-12-06 NL NL7920184A patent/NL7920184A/en unknown
- 1979-12-06 CH CH6266/80A patent/CH659151A5/en not_active IP Right Cessation
- 1979-12-06 JP JP55500207A patent/JPS6412106B2/ja not_active Expired
- 1979-12-06 GB GB8025972A patent/GB2049283B/en not_active Expired
- 1979-12-10 HU HU79WE614A patent/HU181030B/en unknown
- 1979-12-14 DD DD79217696A patent/DD147897A5/en unknown
- 1979-12-14 AU AU53866/79A patent/AU529702B2/en not_active Ceased
- 1979-12-17 IL IL58970A patent/IL58970A/en unknown
- 1979-12-18 PL PL22049479A patent/PL220494A1/xx unknown
- 1979-12-18 FR FR7930946A patent/FR2445026A1/en active Granted
- 1979-12-19 IE IE2474/79A patent/IE48892B1/en not_active IP Right Cessation
- 1979-12-19 ES ES487066A patent/ES487066A1/en not_active Expired
- 1979-12-19 IT IT28206/79A patent/IT1126603B/en active
- 1979-12-20 KR KR1019790004540A patent/KR830002293B1/en active
-
1980
- 1980-08-13 SE SE8005703A patent/SE446139B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-11-28 IN IN1328/CAL/80A patent/IN153497B/en unknown
-
1984
- 1984-04-25 SG SG328/84A patent/SG32884G/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2445026B1 (en) | 1983-08-19 |
| JPS6412106B2 (en) | 1989-02-28 |
| JPS55501079A (en) | 1980-12-04 |
| IE48892B1 (en) | 1985-06-12 |
| SE446139B (en) | 1986-08-11 |
| IT7928206A0 (en) | 1979-12-19 |
| IE792474L (en) | 1980-06-20 |
| AU529702B2 (en) | 1983-06-16 |
| IL58970A (en) | 1982-07-30 |
| IT1126603B (en) | 1986-05-21 |
| CH659151A5 (en) | 1986-12-31 |
| FR2445026A1 (en) | 1980-07-18 |
| ES487066A1 (en) | 1980-09-16 |
| IL58970A0 (en) | 1980-03-31 |
| KR830002293B1 (en) | 1983-10-21 |
| GB2049283A (en) | 1980-12-17 |
| GB2049283B (en) | 1983-07-27 |
| AU5386679A (en) | 1980-06-26 |
| HU181030B (en) | 1983-05-30 |
| DD147897A5 (en) | 1981-04-22 |
| WO1980001337A1 (en) | 1980-06-26 |
| PL220494A1 (en) | 1980-09-08 |
| IN153497B (en) | 1984-07-21 |
| SE8005703L (en) | 1980-08-13 |
| KR830001743A (en) | 1983-05-18 |
| SG32884G (en) | 1985-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100446583B1 (en) | Field effect controllable, vertical semiconductor component and method for producing the same | |
| JPH0357614B2 (en) | ||
| EP1209751A3 (en) | Self turn-off insulated-gate power semiconductor device with injection-enhanced transistor structure | |
| KR19980702126A (en) | Lateral Thin Film SOI Devices with Linear Graded Oxide and Linear Doping Profile | |
| JPH0438878A (en) | Semiconductor device | |
| US20070075367A1 (en) | SOI semiconductor component with increased dielectric strength | |
| US4608590A (en) | High voltage dielectrically isolated solid-state switch | |
| JP2766071B2 (en) | Composite semiconductor device and power conversion device using the same | |
| JP4014659B2 (en) | Semiconductor device | |
| NL7920184A (en) | DEELECTRICALLY INSULATED, SOLID HIGH VOLTAGE SWITCH. | |
| JP2687163B2 (en) | Turn-off thyristor | |
| JPH0138382B2 (en) | ||
| US4587545A (en) | High voltage dielectrically isolated remote gate solid-state switch | |
| US7671440B2 (en) | Lateral field-effect transistor having an insulated trench gate electrode | |
| KR900005564B1 (en) | Semiconductor device structure | |
| US4587656A (en) | High voltage solid-state switch | |
| US20030015771A1 (en) | High-voltage semiconductor device used as switching element or the like | |
| US4602268A (en) | High voltage dielectrically isolated dual gate solid-state switch | |
| JPS624368A (en) | Thyristor | |
| JPH0511670B2 (en) | ||
| JPS6220713B2 (en) | ||
| US5124773A (en) | Conductivity-modulation metal oxide semiconductor field effect transistor | |
| US20220149165A1 (en) | Semiconductor devices including an offset metal to polysilicon gate contact | |
| US20060154430A1 (en) | Soi structure comprising substrate contacts on both sides of the box, and method for the production of such a structure | |
| CA1121517A (en) | High voltage dielectrically isolated remote gate solid-state switch |