RU2214650C2 - Запираемый тиристор с запирающим слоем - Google Patents
Запираемый тиристор с запирающим слоем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2214650C2 RU2214650C2 RU98119280/28A RU98119280A RU2214650C2 RU 2214650 C2 RU2214650 C2 RU 2214650C2 RU 98119280/28 A RU98119280/28 A RU 98119280/28A RU 98119280 A RU98119280 A RU 98119280A RU 2214650 C2 RU2214650 C2 RU 2214650C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- region
- emitter
- locking
- edge
- Prior art date
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
- H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
- H01L29/0839—Cathode regions of thyristors
-
- 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
- H01L29/744—Gate-turn-off devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
Использование: в области силовой полупроводниковой технологии. Сущность изобретения: в запираемом тиристоре с однородным анодным эмиттером и запирающим слоем в краевой замыкающей области предусмотрены средства, которые накоротко замыкают запирающий слой с анодом. Вследствие этого в запертом состоянии тиристор в краевой области имеет структуру диода и усиление запирающего тока устраняется. Термическая нагрузка в краевой области уменьшается и элемент выдерживает при заданном напряжении более высокую температуру эксплуатации, что является техническим результатом изобретения. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области силовой полупроводниковой технологии. Оно вытекает из запираемого тиристора или GTO (двухоперационного триодного тиристора) согласно ограничительной части первого пункта формулы изобретения.
Подобный GTO (двухоперационный триодный тиристор) содержит по существу nрnр-четырехслойную структуру, а также запирающий слой со стороны анода и описывается, например, в немецком выложенном описании изобретения к неакцептованной заявке DE 4313170 A1. Другие GTO с запирающим слоем известны из патента США US 5028974 и DE 4431294 А1.
Отключающие тиристоры с запирающим слоем и однородным анодным эмиттером с низкой эффективностью, которые, например, известны из названного DE 43 13 170 A1, производятся обычным способом с цельноплоскостным запирающим слоем и цельноплоскостным анодным эмиттером. В таком случае в запертом состоянии между анодом и управляющим электродом такого элемента течет определенный запирающий ток. В области пространственного заряда формируются носители заряда. Возникающие таким образом дырки текут через вывод управляющего электрода, электроны - через анод. Таким образом, при цельноплоскостной реализации запирающего слоя и анодного эмиттера GTO представляет собой транзистор с открытой базой. Отводящиеся через анод электроны ведут к падению напряжения на анодном эмиттере. С другой стороны, это ведет к инжекции дырок. Поэтому генерируемый в области пространственного заряда запирающий ток усиливается.
Запирающий ток ведет к нагреванию GTO. В краевой области охлаждение кремниевой пластины снижено. Поэтому это может привести к неконтролируемому повышению температуры в этой области. Это ведет к дальнейшему увеличению запирающего тока. В целом описанная проблема может привести к термическому разгону и в худшем случае к выходу элемента из строя.
Задачей изобретения поэтому является указать запираемый тиристор (GTO), который в своей краевой замыкающей области является, в частности, стабильным и может надежно функционировать в любом режиме эксплуатации. Эта задача решается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Ядром изобретения является, таким образом, то, что в краевой области предусмотрены средства, которые связывают запирающий слой с анодом. Благодаря этому GТО в закрытом состоянии в краевой области имеет структуру диода, и описанное выше усиление запирающего тока устраняется. Термическая нагрузка в краевой области уменьшается и узел выдерживает при заданном напряжении более высокую рабочую температуру.
Первый пример реализации отличается тем, что в краевой области предусмотрен участок короткого замыкания, который связан с анодом и замыкает накоротко запирающий слой с анодом. Во втором примере реализации анодный эмиттер реализован не цельноплоскостным, а замещен в краевой области на связанный с анодом запирающий слой.
Далее изобретение более детально пояснено при помощи примеров реализации со ссылкой на чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - GTO с запирающим слоем со стороны анода согласно уровню техники;
Фиг.2 - cоответствующий изобретению GTO согласно пеовому примеру реализации;
Фиг.3 - cоответствующий изобретению GTO согласно второму примеру реализации.
Фиг.1 - GTO с запирающим слоем со стороны анода согласно уровню техники;
Фиг.2 - cоответствующий изобретению GTO согласно пеовому примеру реализации;
Фиг.3 - cоответствующий изобретению GTO согласно второму примеру реализации.
Используемые на чертежах условные обозначения и их значения приведены в списке условных обозначений. Принципиальным является то, что одинаковые части на фигурах снабжены одинаковыми условными обозначениями.
На фигуре 1 представлен разрез соответствующего уровню техники запираемого тиристора или GTO. В теле полупроводника расположено несколько различно легированных слоев, которые образуют по существу npnp-структуру тиристора. N-легированные области заштрихованы линиями, проходящими сверху справа вниз налево, р-легированные области - линиями, проходящими сверху слева вниз направо, а участки металлизации - горизонтальными короткими штрихами. Плотность штриховки может интерпретироваться как степень концентрации примесей. От основной анодной поверхности следуют р+-легированный анодный эмиттер 5, n-легированный запирающий слой 6, n-легированная n-база 4, р-легированная р-база 3 и n+-легированные области катодного эмиттера 2. Последние соединены с образованным металлизацией катодом 8. Области 2 катодного эмиттера могут быть реализованы, как представлено, выступающими или же интегрированными в р-базу 3. Между областями катодного эмиттера 2 образованный металлизацией управляющий электрод 10 соединяется с р-базой 3. Для того, чтобы избежать превышения поля на краю GTO и сделать узел более надежным для эксплуатации при высоких напряжениях, со стороны краев предусмотрена так называемая краевая замыкающая область 7. В этой области нет больше катодных эмиттеров 2 и полупроводниковая пластина может быть, в частности, скошена.
Такие запираемые тиристоры с запирающим слоем 6 и однородным анодным эмиттером 5 в настоящее время производятся с цельноплоскостным запирающим слоем 6 и цельноплоскостным анодным эмиттером 5. Кроме того, анодный эмиттер 5 является преимущественно низкоэффективным. В таком случае в запертом состоянии между анодом и управляющим электродом такого элемента течет определенный запирающий ток. В области пространственного заряда генерируются носители заряда. Возникающие таким образом дырки отводятся через вывод управляющего электрода, электроны - через анод. Таким образом, при цельноплоскостной реализации запирающего слоя и анодного эмиттера запираемый GТО представляет собой транзистор с открытой базой. Стекающие через анод электроны приводят к падению напряжения на анодном эмиттере. Это вновь ведет к инжекции дырок. Вследствие этого генерируемый в области пространственного заряда запирающий ток дополнительно усиливается.
Запирающий ток ведет к нагреву GTO. В краевой замыкающей области охлаждение кремниевого слоя, однако, снижено. В результате в данной области это может привести к неконтpолируемому повышению температуры. Это ведет к дальнейшему росту запирающего тока. В итоге описанная проблема может привести к термическому разгону и в наихудшем случае к выходу элемента из строя.
Поэтому согласно изобретению в краевой замыкающей области предусматриваются, как показано на фиг.2 и 3, средства, которые связывают запирающий слой с анодом. Согласно примеру реализации, отображенному на фигуре 2, средства включают область 11 короткого замыкания, которая связана с запирающим слоем 6 и замыкает его накоротко с анодом 9. Легирование области 11 короткого замыкания должно, по меньшей мере, компенсировать легирование анодного эмиттера 5, это значит, что область короткого замыкания в целом должна быть n+-легированной. Запирающая структура в краевой замыкающей области 7 представляет собой, таким образом, диод. Благодаря этому в этой области устраняется усиление запирающего тока. Поэтому термическая нагрузка в краевой области снижается. Следовательно, эксплуатационная температура при заданном напряжении может быть повышена.
На фигуре 3 представлено другое решение. В данном случае анодный эмиттер 5 реализуется не цельноплоскостным, так что запирающий слой 6 доходит до основной пластины со стороны анода и непосредственно замыкается на анод 9. Таким образом, в данном случае запирающий слой 6 замыкается накоротко на анод 9. Короткое замыкание может, к примеру, осуществляться одновременно с образованием эмиттера со стороны катода. В целом, благодаря изобретению получается GTO, который термически может нагружаться сильнее, таким образом, является более надежным и требует меньшего охлаждения. Соответствующий изобретению GТО, в частности, в своей краевой замыкающей области является термически стабильным и в любом режиме эксплуатации может функционировать более надежно.
Claims (3)
1. Запираемый тиристор (GTO) с запирающим слоем, включающий в свой состав npnp-четырехслойную структуру в теле полупроводника с областями (2) катодного эмиттера, р-базой (3), n-базой (4) и однородным анодным эмиттером (5), более сильно по сравнению с n-базой (4) легированный запирающий слой (6), который расположен между n-базой (4) и анодным эмиттером (5), краевую замыкающую область (7), в которой отсутствуют области катодных эмиттеров и которая, в частности, имеет скос, катод (8), контактирующий с областями (2) катодных эмиттеров, анод (9), контактирующий с анодным эмиттером (5), и управляющий электрод (10), контактирующий с р-базой (3), отличающийся тем, что в краевой замыкающей области (7) предусмотрены средства, связывающие и замыкающие накоротко запирающий слой (6) с анодом (9).
2. Запираемый тиристор с запирающим слоем по п.1, отличающийся тем, что в краевой замыкающей области (7) предусмотрена область (11) короткого замыкания, которая соединена с анодом (9) и накоротко замыкает запирающий слой (6) с анодом (9).
3. Запираемый тиристор с запирающим слоем по п.1, отличающийся тем, что анодный эмиттер (5) выполнен не цельноплоскостным и в краевой замыкающей области (7) замещен запирающим слоем, связанным с анодом (9).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19746974.4 | 1997-10-24 | ||
DE19746974A DE19746974A1 (de) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | Abschaltthyristor mit Stopschicht |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98119280A RU98119280A (ru) | 2000-08-20 |
RU2214650C2 true RU2214650C2 (ru) | 2003-10-20 |
Family
ID=7846472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98119280/28A RU2214650C2 (ru) | 1997-10-24 | 1998-10-23 | Запираемый тиристор с запирающим слоем |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6107651A (ru) |
EP (1) | EP0923136B1 (ru) |
JP (1) | JPH11191618A (ru) |
CN (1) | CN1126181C (ru) |
DE (2) | DE19746974A1 (ru) |
RU (1) | RU2214650C2 (ru) |
UA (1) | UA61907C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011249601A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 短絡型サイリスタ |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53110386A (en) * | 1977-03-08 | 1978-09-27 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JPS5372479U (ru) * | 1977-08-04 | 1978-06-17 | ||
JPS6043032B2 (ja) * | 1978-09-14 | 1985-09-26 | 株式会社日立製作所 | ゲートターンオフサイリスタ |
JPS5665667U (ru) * | 1979-10-24 | 1981-06-01 | ||
DE3109892A1 (de) * | 1981-03-14 | 1982-09-23 | SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg | Rueckwaerts nicht sperrender thyristor mit kurzer freiwerdezeit |
JPS60154564A (ja) * | 1984-01-24 | 1985-08-14 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体装置 |
DE3586735D1 (de) * | 1984-10-19 | 1992-11-12 | Bbc Brown Boveri & Cie | Abschaltbares leistungshalbleiterbauelement. |
JPS621273A (ja) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | Fuji Electric Co Ltd | 逆導通gtoサイリスタ |
JP2594278B2 (ja) * | 1986-07-30 | 1997-03-26 | ビービーシー ブラウン ボヴェリ アクチェンゲゼルシャフト | 加圧接続型gtoサイリスタ |
DE3750743T2 (de) * | 1986-12-01 | 1995-03-16 | Toshiba Kawasaki Kk | Halbleiter-Schaltanordnung mit einer Anodenkurzschlussstruktur. |
JP2960506B2 (ja) * | 1990-09-19 | 1999-10-06 | 株式会社日立製作所 | ターンオフ形半導体素子 |
JPH0661477A (ja) * | 1992-08-10 | 1994-03-04 | Meidensha Corp | 半導体素子および半導体素子の製造方法 |
DE4313170A1 (de) * | 1993-04-22 | 1994-10-27 | Abb Management Ag | Leistungshalbleiterbauelement |
JP3214236B2 (ja) * | 1993-06-30 | 2001-10-02 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置及び電力変換装置 |
DE4403429C2 (de) * | 1994-02-04 | 1997-09-18 | Asea Brown Boveri | Abschaltbares Halbleiterbauelement |
DE4431294A1 (de) * | 1994-09-02 | 1996-03-07 | Abb Management Ag | Abschaltbarer Thyristor für hohe Blockierspannungen und kleiner Bauelementdicke |
JPH0888351A (ja) * | 1994-09-20 | 1996-04-02 | Meidensha Corp | ゲートターンオフサイリスタ |
JPH08204172A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-09 | Hitachi Ltd | 圧接型半導体装置 |
-
1997
- 1997-10-24 DE DE19746974A patent/DE19746974A1/de not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-07-30 US US09/124,892 patent/US6107651A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-17 EP EP98810788A patent/EP0923136B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-17 DE DE59814248T patent/DE59814248D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-12 JP JP10289618A patent/JPH11191618A/ja active Pending
- 1998-10-23 UA UA98105591A patent/UA61907C2/uk unknown
- 1998-10-23 CN CN98123435A patent/CN1126181C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-23 RU RU98119280/28A patent/RU2214650C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1126181C (zh) | 2003-10-29 |
UA61907C2 (en) | 2003-12-15 |
EP0923136A3 (de) | 1999-12-22 |
DE19746974A1 (de) | 1999-04-29 |
EP0923136B1 (de) | 2008-07-02 |
JPH11191618A (ja) | 1999-07-13 |
DE59814248D1 (de) | 2008-08-14 |
US6107651A (en) | 2000-08-22 |
CN1215929A (zh) | 1999-05-05 |
EP0923136A2 (de) | 1999-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6696705B1 (en) | Power semiconductor component having a mesa edge termination | |
US7808014B2 (en) | Semiconductor device having insulated gate bipolar transistor | |
US6054748A (en) | High voltage semiconductor power device | |
US20050258493A1 (en) | Reverse conducting semiconductor device and a fabrication method thereof | |
US8420454B2 (en) | Three-terminal power device with high switching speed and manufacturing process | |
US5729031A (en) | High breakdown voltage semiconductor device | |
US5936267A (en) | Insulated gate thyristor | |
WO2020201361A1 (en) | Segmented power diode structure with improved reverse recovery | |
US5923055A (en) | Controllable semiconductor component | |
US5142347A (en) | Power semiconductor component with emitter shorts | |
US5587595A (en) | Lateral field-effect-controlled semiconductor device on insulating substrate | |
US5491351A (en) | Gate turn-off thyristor | |
JPH08213639A (ja) | 電子ドナーを有する半導体ダイオード | |
RU2214650C2 (ru) | Запираемый тиристор с запирающим слоем | |
JP2585521B2 (ja) | 半導体パワースイツチ | |
JP3695249B2 (ja) | 半導体装置及びそれを用いた電力変換装置 | |
US5731605A (en) | Turn-off power semiconductor component with a particular ballast resistor structure | |
US5610415A (en) | Turn-off semiconductor component having amphoteric properties | |
US6784487B2 (en) | Monolithcally integrated semiconductor component | |
KR100266388B1 (ko) | 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
CA1201214A (en) | Semiconductor device having turn-on and turn-off capabilities | |
JP2660001B2 (ja) | 導電変調型mosfet | |
JP7432098B2 (ja) | サイリスタおよびバイポーラ接合トランジスタを備える電力半導体デバイス | |
JP3240827B2 (ja) | ダイオード | |
JPH06291320A (ja) | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20061212 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161024 |