RU2056675C1

RU2056675C1 - Semiconductor switching instrument

Info

Publication number: RU2056675C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Пантелеевич Дерменжи; Юрий Алексеевич Евсеев; Наталья Алексеевна Тетерьвова; Любомир Ярославович Рачинский; Казимир Леович Селенинов
Original assignee: Евсеев Юрий Александрович
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: device has semiconductor structure with at least three p-n junctions, which are shaped by base areas, as well as base and corresponding emitter areas with main and control electrodes. At least one groove is made in place between electrodes where they go on semiconductor surface. Width of groove is less than distance between main and control electrodes. It may be displaced towards area of p-type conductance. Depth of groove may be in range of 0.25-0.5 with respect to depth of emitter junction that is closest to control electrode. Groove width may be greater than width of layer of three-dimensional charge of an emitter junction that is closest to control electrode when reverse voltage at control electrode is maximal. Width of groove in n- and p-type areas is greater than width of three-dimensional charge in corresponding area. EFFECT: increased functional capabilities. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к дискретным полупроводниковым приборам, в частности к тиристорам и симисторам (триакам), и может быть использовано при разработке полупроводниковых ключевых приборов, обладающих способностью блокировать электрический ток в прямом и обратном направлениях. The invention relates to discrete semiconductor devices, in particular to thyristors and triacs (triacs), and can be used in the development of semiconductor key devices with the ability to block electric current in the forward and reverse directions.

Известен тиристор, представляющий собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости, содержащую канавку, расположенную между основным и управляющим электродами. Введение канавки позволяет устранить поверхностные утечки и уменьшить за счет этого токи управления. A thyristor is known, which is a four-layer semiconductor structure with an alternating type of conductivity, containing a groove located between the main and control electrodes. The introduction of a groove allows eliminating surface leaks and thereby reducing control currents.

Однако введение канавки одновременно увеличивает продольное по отношению к эмиттерному переходу сопротивление верхнего эмиттерного слоя, что снижает плотность тока управления возле управляющего электрода и не позволяет эффективно снизить ток управления. However, the introduction of the groove simultaneously increases the longitudinal with respect to the emitter junction resistance of the upper emitter layer, which reduces the control current density near the control electrode and does not allow to effectively reduce the control current.

Изобретение представляет собой конструкцию, которая обеспечивает увеличение плотности тока управления возле управляющего электрода, снижение тока управления в результате увеличения области первоначального включения и, как следствие, температуры при включении, повышение скорости нарастания тока нагрузки, уменьшение времени выключения, повышение скорости нарастания нагрузочного напряжения и напряжения при коммутации. Указанные преимущества достигаются тем, что прибор выполнен в виде многослойной структуры с чередующимися областями обоих типов проводимости с основными и управляющими электродами, причем под управляющим электродом могут располагаться участки как электронного, так и дырочного типа проводимости, в том числе как по отдельности, так и вместе. Между управляющим электродом и одним из основных электродов в области выхода на поверхность структуры эмиттерного перехода выполнена по меньшей мере одна канавка, ширина которой меньше расстояния между основным и управляющим электродами. Канавка может быть смещена в сторону области дырочного типа и захватывать всю эту область. Глубина канавки составляет 0,25-0,5 глубины залегания эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду. The invention is a design that provides an increase in the control current density near the control electrode, a decrease in the control current as a result of an increase in the initial turn-on area and, as a result, a turn-on temperature, an increase in the slew rate of the load current, a decrease in shutdown time, and an increase in the slew rate of the load voltage and voltage when switching. These advantages are achieved in that the device is made in the form of a multilayer structure with alternating regions of both types of conductivity with the main and control electrodes, and under the control electrode there can be sections of both electronic and hole type conductivity, including both individually and together . At least one groove is made between the control electrode and one of the main electrodes in the area of exit to the surface of the structure of the emitter junction, the width of which is less than the distance between the main and control electrodes. The groove can be shifted towards the hole-type region and capture this entire region. The depth of the groove is 0.25-0.5 the depth of the emitter junction closest to the control electrode.

Повышенная однородность плотности тока управления вдоль периметра управляющего электрода достигается при ширине канавки, которая должна превышать ширину слоя объемного заряда эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду, при максимальном обратном напряжении на управляющем электроде, причем ширина канавки в n- и p-области превышает ширину слоя объемного заряда в соответствующей области. The increased uniformity of the control current density along the perimeter of the control electrode is achieved with a groove width that should exceed the width of the space charge layer of the emitter junction closest to the control electrode, with a maximum reverse voltage at the control electrode, and the width of the groove in the n- and p-region exceeds the layer width space charge in the corresponding region.

На фиг.1 приведена структура симистора с канавкой, ширина которой меньше расстояния между управляющим и основным электродами; на фиг.2 структура симистора с канавкой, смещенной в сторону p-области и полностью занимающей ее вплоть до металлизации управляющего электрода (левая часть структуры) и до металлизации основного электрода (правая часть структуры). Figure 1 shows the structure of a triac with a groove, the width of which is less than the distance between the control and the main electrodes; figure 2 the structure of the triac with a groove shifted toward the p-region and completely occupying it until the metallization of the control electrode (the left side of the structure) and to the metallization of the main electrode (the right side of the structure).

Симистор на фиг.1 содержит n-базу 1, p-слой 2, являющийся эмиттером для правой и базой для левой части структуры, p-слой 3, являющийся базой для правой и эмиттером для левой части структуры, n-эмиттеры 4,5,6, управляющий электрод 7, основные электроды 8 и 9, p-n-переходы 10-14. The triac in figure 1 contains an n-base 1, p-layer 2, which is the emitter for the right and base for the left side of the structure, p-layer 3, which is the base for the right and emitter for the left side of the structure, n-emitters 4,5, 6, the control electrode 7, the main electrodes 8 and 9, pn junctions 10-14.

Симистор на фиг. 2 содержит n-базу 15, p-слой 16, являющийся эмиттером для правой и базой для левой части структуры, p-слой 17, являющийся базой для правой и эмиттером для левой части структуры, n-эмиттеры 18, 19, 20, управляющий электрод 21, основные электроды 22, 23, p-n-переходы 24-28. The triac in FIG. 2 contains an n-base 15, p-layer 16, which is an emitter for the right and base for the left side of the structure, p-layer 17, which is the base for the right and emitter for the left side of the structure, n-emitters 18, 19, 20, a control electrode 21, the main electrodes 22, 23, pn junctions 24-28.

Поскольку левая часть структуры симистора идентична структуре тиристора, то все технические решения, рассмотренные на примере симистора, применимы и для тиристоров. Since the left side of the structure of the triac is identical to the structure of the thyristor, then all the technical solutions considered by the example of the triac are also applicable to thyristors.

Симистор работает обычным образом, как два встречно-ориентированных тиристора. Однако введение канавки с формой и размерами, приведенными в формуле изобретения, обеспечивают снижение токов управления, повышение скорости нарастания тока и напряжения, снижение времени выключения. The triac operates in the usual way, as two counter-oriented thyristors. However, the introduction of a groove with the shape and dimensions given in the claims provides a reduction in control currents, an increase in the slew rate of current and voltage, and a reduction in turn-off time.

Claims

1. SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE containing a semiconductor structure with at least three p - n junctions formed by the base regions, as well as the base and corresponding emitter regions, with the main and control electrodes, under which the p and n conductivity regions are located, moreover, between the control electrode and one of the main electrodes in the area of exit to the surface of the semiconductor structure of the emitter junction is made at least one groove, characterized in that the width of the groove is smaller the distance between the main and control electrodes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the groove is biased towards the p-type region.

3. The device according to claim 1, characterized in that the depth of the groove is 0.25 - 0.5 of the depth of the emitter junction closest to the control electrode.

4. The device according to claim 1, characterized in that the width of the groove exceeds the width of the space charge layer of the emitter junction closest to the control electrode at the maximum reverse voltage at the control electrode, the width of the groove in the n- and p-region exceeding the width of the space charge layer in the relevant field.