SE429486B

SE429486B - TURISTOR TYPE CONVERSION DEVICE WITH BACK RIGHT PRESENT CONTROL ELECTRODE

Info

Publication number: SE429486B
Application number: SE7902189A
Authority: SE
Inventors: M Akamatsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1983-09-05
Also published as: SE7902189L

Description

i1ao21s9-5 skiktet, dels en första huvudelektrod, som är spärrfritt för- bunden med det första skiktet och även med en del av det andra skiktet, vilkenân=frilagd mot den första huvudytan, dels en andra, med det fjärde skiktet spärrfritt förbunden huvudelektrod och dels en med det andra skiktet spärrfritt förbunden styrelekt- rod, varvid det andra skiktet omfattar ett parti med en tredje, mot den första huvudytan frilagd yta, medan det tredje skiktet omfattar ett parti med en fjärde, mot den andra huvudytan frilagd yta. i1ao21s9-5 layer, and a first main electrode, which is barrier-free bonded with the first layer and also with a part of the second the layer, which edge = exposed to the first main surface, partly one second, the main electrode connected to the fourth layer without a barrier and on the other hand a control electrically connected to the second layer. root, the second layer comprising a portion with a third, against the first main surface exposed surface, while the third layer comprises a lot with a fourth, exposed to the other main surface surface.

Enligt uppfinningen kännetecknas denna omkopplingsanordning av en mellan styrelektroden och den första huvudelektroden in- kopplad anordning för tillförsel av backspänning över den första pn-övergången jämte den andra pn-övergången via en slinga, be- stående av styrelektroden, det andra skiktet, den andra pn- -övergångem det tredje skiktet, den tredje pn-övergången, det fjärde skiktet, den andra huvudelektroden, som är i kontakt med såväl ytpartiet av det tredje skiktet som det fjärde skiktet, partiet av det tredje skiktet, den andra pn-övergången, partiet av det andra skiktet, den första huvudelektroden och anordningen för backspänningstillförsel. >Det andra halvledarskiktet består lämpligen av ett halv- ledarskikt med lågt specifikt motstånd och ett halvledarskikt med högt specifikt motstånd, varav det förra skiktet innehåller den tredje, mot den första huvudytan på substratet frilagda ~ ytan och är förbundet med styrelektroden och är infört mellan det första halvledarskiktet och skíktet med högt specifikt mot- stånd och bildar ett område-med låg resistans.According to the invention, this switching device is characterized of one between the control electrode and the first main electrode coupled device for supplying reverse voltage across the first the pn junction and the second pn junction via a loop, be- standing of the gate, the second layer, the second pn- -transferem the third layer, the third pn-transition, it the fourth layer, the second main electrode, which is in contact with both the surface portion of the third layer and the fourth layer, the portion of the third layer, the second pn junction, the portion of the second layer, the first main electrode and the device for reverse voltage supply. > The second semiconductor layer preferably consists of a semiconductor layer. conductor layer with low specific resistance and a semiconductor layer with highly specific resistance, of which the previous layer contains the third, exposed to the first major surface of the substrate ~ the surface and is connected to the control electrode and is inserted between the first semiconductor layer and the layer with highly specific stand and form an area-with low resistance.

Uppfinningen beskrivas närmare nedan med ledning av åt- följande ritning, där fig. l schematiskt visar en tvärsnittsvy av en omkopp- lingsanordning med fyra halvledarskikt av pnpn-typ, som är fram- ställd enligt känd teknik, fig. 2A en schematisk tvärsnittsvy av en omkopplingsanord- ning av samma typ, som är framställd enligt uppfinningen, fig. 2B en med fig. 2A likartad vy av en modifikation av den i fig. 2A visade anordningen och fig. 3 en ström-spänningskurva med omkopplingsanordningens enligt uppfinningen till- och frântillstånd och vid omkopplíng från till-till fråntillstånd. I samtliga figurer med undantag av fig. 5 är identiska eller mot varandra svarande komponenter be- tecknade med samma hänvisningsbeteckningar. '2902189-5 Fig. 1 visar schematiskt uppbyggnaden av en typ av välkända omkopplingsanordningar av pnpn-typ med fyra skikt såsom tyristorer, vid vilka både styrelektroden och anoden förspännes i backrikt- ningen. Den visade anordningen omfattar ett halvledarsubstrat 10, innehållande en första transistor, bestående av ett första halvledarskikt 12 av p-typ, ett andra halvledarskikt lü av n-typ och ett tredje halvledarskikt 16 av p-typ, och en andra transistor, bestående av det andra skiktet 14, det tredje skiktet 16 och ett fjärde halvledarskikt 18 av n-typ, som består av ett ringformat halvledarskiktparti av n-typ och ett på det tredje skiktet 16 anordnat mittskiktparti av n-typ.The invention is described in more detail below with reference to the following drawing, there Fig. 1 schematically shows a cross-sectional view of a switch four-pnpn-type semiconductor device, which is set according to prior art, Fig. 2A is a schematic cross-sectional view of a switching device; of the same type, which is prepared according to the invention, Fig. 2B is a view similar to Fig. 2A of a modification of the device shown in Fig. 2A and Fig. 3 is a current-voltage curve with that of the switching device according to the invention on and off state and when switching from to-to from state. In all figures except Fig. 5 are identical or corresponding components drawn with the same reference numerals. '2902189-5 Fig. 1 schematically shows the construction of a type of well-known four-layer pnpn-type switching devices such as thyristors, at which both the control electrode and the anode are biased in the reverse direction. ningen. The device shown comprises a semiconductor substrate 10, containing a first transistor, consisting of a first semiconductor layer 12 of p-type, a second semiconductor layer lü of n-type and a third p-type semiconductor layer 16, and a second transistor, consisting of the second layer 14, the third layer 16 and one fourth semiconductor layer 18 of n-type, which consists of an annular format semiconductor layer portion of n-type and one on the third layer 16 arranged middle layer portion of n-type.

Vid den första transistorn-är skiktet 12, som tjänstgör såsom emitterområde, frilagt mot den ena av de motstående huvud- ytorna, i detta fall den övre huvudytan på substratet 10, och bildar en första-pn-övergång J1 tillsammans med det andra skiktet lä, varvid detta skikt lä har möjlighet att blockera spänningar till följd av sitt höga specifika motstånd. Härvid bildar skiktet 14 en andra pn-övergång J2 tillsammans med det tredje skiktet 16; som är tunnare än skiktet lü.At the first transistor, the layer 12, which is serving as an emitter range, exposed to one of the opposite main the surfaces, in this case the upper main surface of the substrate 10, and forms a first-pn junction J1 together with the second layer shelter, this layer of shelter having the ability to block voltages due to its high specific resistance. This forms the layer 14 a second pn junction J2 together with the third layer 16; which is thinner than the layer lü.

Den andra transistorn innehåller den andra övergången J2 och tre diskreta tredje pn-övergångar JB, som är bildade mellan skiktet 16 och ringformade mittpartier, som bildar det fjärde mot den andra eller undre huvudytan på substratet 10 frilagda skiktet 18. Även skiktet 16 är delvis frilagt mot den undre ytan på substratet 10. Vid den andra transistorn tjänstgör skiktet 16 såsom basområde, medan skiktet lü bildar emitter- område.The second transistor contains the second junction J2 and three discrete third pn junctions JB, which are formed between layer 16 and annular center portions forming the fourth against the second or lower major surface of the substrate 10 exposed layer 18. The layer 16 is also partially exposed to the lower one the surface of the substrate 10. At the second transistor serves layer 16 as a base region, while layer lu forms emitter area.

I samtliga figurer med undantag av fig. 3 är emitter- och basområdenas ledningstyp.betecknadened den hänvisningsbokstav, som identifierar ledningsförmågan hos ha1v1edarmaterialet¿ som bildar vederbörande område, med tillägg av hänvisningsbokstaven e eller b. Sålunda anger t.ex. pb ledningsförmågan hos det tredje halvledarskiktet 16, som tjänstgör såsom basområde.In all figures with the exception of Fig. 3, the emitter and the type of management of the base areas. denoted the reference letter, which identifies the conductivity of the ha1v1edar material¿ as forms the relevant area, with the addition of the reference letter e or b. Thus, e.g. pb the conductivity of it the third semiconductor layer 16, which serves as the base region.

En första huvudelektrod, i föreliggande fall anoden 20, är spärrfritt förbunden med den frilagda ytan på det första skiktet 12 och med en första huvudklämma X, medan en andra huvudelektrod eller katoden 22 är bildad av ett ringformat mitt- elektrodparti, som är spärrfritt förbundet med de ringformade mittpartierna, som bildar det fjärde skiktet 18 och gemensamt är förbundna med en andra huvudklämma Y. Styrelektroden ZH om- fattar sålunda ett ringformat elektrodparti, som är spärrfritt förbundet med periferipartiet av den frilagda ytan på skiktet 16, 8 vso21a9~s och ytterligare ett ringformat elektrodparti, som är spärrfritt förbundet med den del av den frilagda ytan på skíktet 16, som befinner sig mellan'de _ringformade partierna 18. Styrelektrod- partierna 2U är inbördes koncentriska och gemensamt förbundna med en klämma G. En likströmskälla 26 är inkopplad mellan klämman Y och klämman G via en strömställare 28 för att förspänna styr- elektroden 24 på sådant sätt, att den blir negativ i förhållande till katoden 22. Ytterligare en likströmskälla 26 är på samma sätt inkopplad över dessakíämmor för att förspänna elektroden 2H på sådant sätt, att den blir positiv i förhållande till katoden 22. p _ Den första transistorn har lägre strömförstärkningsfaktor än den andra transistorn.A first main electrode, in the present case the anode 20, is barrier-free connected to the exposed surface of the first layer 12 and with a first main clamp X, while a second main electrode or cathode 22 is formed by an annular center electrode portion, which is barrier-freely connected to the annular ones the middle portions, which form the fourth layer 18 and are common connected to a second main terminal Y. The control electrode ZH thus comprises an annular electrode portion which is barrier-free connected to the peripheral portion of the exposed surface of the layer 16, 8 vso21a9 ~ s and a further annular electrode portion, which is barrier-free connected to the part of the exposed surface of the layer 16, which located between the annular portions 18. The control electrode the 2U lots are interconnected and interconnected with a terminal G. A direct current source 26 is connected between the terminal Y and the terminal G via a switch 28 for biasing the control electrode 24 in such a way that it becomes negative in relation to the cathode 22. Another direct current source 26 is on the same way connected over these core cores to bias the electrode 2H in such a way that it becomes positive in relation to the cathode 22. p _ The first transistor has a lower current gain than the other transistor.

Konventionella anordningar av i fig. l visad typ har följan- de nackdelar. Vid frånslag eller brytning inmatas backspänning' från källan 26 till styrelektroden 2H för transport av laddnings-I bärare från det tredje skiktet 16 mellan det andra och det fjärde skiktet lä och 18 via styrelektroden 2Ä. Detta tredje skikt benämnes i fortsättningen styrelektrodskikt. Medan bryt- förloppet fortsätter, koncentreras strömbanor till följd av de från det första skiktet 12 injicerade bärarna till ett ställe längst bort från styrelektroden 24, dvs. mittpartiet av det fjärde skiktet 18, såsom anges genom pilen I i fig. 1. Styr- elektrodskiktet, genom vilket strömbanorna sträcker sig, har ett skiktmotstånd rg enligt fig. 1, med vilket styrelektroden är förbunden och som hänför sig till liten tjocklek, eftersom strömförstärkningen i huvudsak åstadkommas genom den andra transistorn lä, l6, 18, såsom beskrivits ovan. Resistansen rg blir därför hög och till följd av spånningsfallet över denna resistans är det svårt att förspänna den tredje övergången J3 i backriktningen, som befinner sig på mittpartiet av det fjärde skiktet 18 längst bort från elektroden 2U. Om det tredje skiktet 16 består av halvledarmaterial med lågt specifikt motstånd för reducering av resistansen rg, reduceras backspänningen, som motstås av den tredje övergången J3, tills detta parti av övergången J3 i närheten av elektroden 2H kommer att först arbeta i backrikt- ningen.Conventional devices of the type shown in Fig. 1 have the following the disadvantages. When switching off or breaking, reverse voltage is input ' from the source 26 to the control electrode 2H for transporting charge-I carrier from the third layer 16 between the second and the fourth layer lä and 18 via the control electrode 2Ä. This third layer is hereinafter referred to as gate electrode layer. While breaking the process continues, current paths are concentrated as a result of the from the first layer 12, the carriers injected into a site furthest from the gate electrode 24, i.e. the middle part of it fourth layer 18, as indicated by the arrow I in Fig. 1. the electrode layer through which the current paths extend a layer resistor rg according to Fig. 1, with which the control electrode are bonded and which relate to small thickness, because the current gain is mainly provided by the other transistor 1a, 16, 18, as described above. Resistance rg therefore becomes high and as a result of the voltage drop across it resistance, it is difficult to bias the third junction J3 in the reverse direction, which is in the middle of the fourth layer 18 furthest from electrode 2U. About the third layer 16 consists of semiconductor material with low specific resistance for reducing the resistance rg, reduces the reverse voltage, which is resisted of the third transition J3, until this portion of the transition J3 in the vicinity of the electrode 2H will first operate in the reverse direction. ningen.

Vid den i fig. l visade anordningen har en enda åtgärd för reducering av resistansen rg varit att bibringa mittpartiet av det fjärde skiktet l8 liten dimension i sidled, vilket i sin tur medför, att den av det fjärde skiktet 18 upptagna arean minskar. _-_._.._.._.._._,..,. _ .. . -_ ._.____ __..- -._... _.. . ._ _. ....=..»...,-«.-«.--..-.~-_..=n=., 790218-9-5 Denna area bildar effektivt område för en ström, som flyter genom det fjärde skiktet 18. Det har även varit nödvändigt att använda ett komplicerat fint mönster, i vilket det tredje och det fjärde skiktet är frílagda mot den andra huvudytan på substratet 10.In the device shown in Fig. 1 has a single action to reduce the resistance rg been to impart the middle portion of the fourth layer l8 small dimension laterally, which in turn causes the area occupied by the fourth layer 18 to decrease. _-_._.._.._.._._, ..,. _ ... -_ ._.____ __..- -._... _ ... ._ _. .... = .. »..., -« .- «. - ..-. ~ -_ .. = n =., 790218-9-5 This area effectively forms the area for a current to flow through the fourth layer 18. It has also been necessary to use a complicated fine pattern, in which the third and the fourth the layer is exposed to the second major surface of the substrate 10.

Detta har åtföljts av hög felfrekvens i substratet, så att ett dylikt mönster varit svårt att framställa. Även om mönstret skulle kunna framställas på enkelt sätt, har det varit svårt att minska resistansen rg i tillräcklig utsträckning. Eventuellt har några åtgärder ej vidtagits utan extrem reducering av medel- tätheten hos en ström, som flyter genom ett samordnat halvledar- substrat. f Dessa olägenheter undgås till följd av uppfinningen och fíg. 2A visar en omkopplingsanordning med fyra halvledarskikt av pnpn-typ, som är framställd enligt uppfinningen. Liksom vid anord- ningen i fig. l bildar det första, det andra och det tredje halv- ledarskiktet en första transistor, medan det andra, det tredje och det fjärde halvledarskiktet bildar en andra transistor.This has been accompanied by a high error rate in the substrate, so that a such a pattern has been difficult to produce. Although the pattern could be produced in a simple way, it has been difficult to reduce the resistance rg sufficiently. Possibly no measures have been taken without extreme reduction of the density of a current flowing through a coordinated semiconductor substrate. f These inconveniences are avoided due to the invention and fig. 2A shows a switching device with four semiconductor layers of pnpn type, which is prepared according to the invention. As with devices Fig. 1 forms the first, second and third halves. the conductor layer a first transistor, while the second, the third and the fourth semiconductor layer forms a second transistor.

Fig. 2A visar en utföringsform av uppfinningen, som hän- för sig till en i backriktningen ledande anordning, medan fig. 2B visar en modifikation härav, som är likartad den i fig. 2A visa- de med undantag av komponenternas ledningsförmåga. Detta innebär, att anordningen enligt fig. 2A innehåller ett styrelektrodskikt 14 av n+-typ och att anordningen enligt fig. 2B innehåller ett skikt lä av p+-typ.Fig. 2A shows an embodiment of the invention, which separately to a device leading in the reverse direction, while Fig. 2B shows a modification thereof similar to that shown in Fig. 2A. those with the exception of the conductivity of the components. This means, that the device according to Fig. 2A contains a gate electrode layer 14 of the n + type and that the device according to Fig. 2B contains a layer lä of p + type.

Enligt fig. 2A består det första halvledarskiktet 12 av p- typ av två koncentriska ringar, som befinner sig på substratets 10 ena huvudyta, varvidett par första huvudelektroder 20 eller anoder är spärrfritt förbundna med de båda ringarna. Här kan framhållas, att den yttre ringen i elektroden 20 även är spärr- fritt förbunden med det frilagda ytpartiet av det andra halv- ledarskiktet lä av n-typ. Den andra huvudytan på substratet l0 innehåller dessutom ett mittparti, mot vilket det fjärde halv- ledarskiktet 18 av n~typ är helt frilagt, och periferipartiet, mot vilket periferipartiet av det tredje halvledarskiktet 16 av p-typ är frilagt. En enda andra huvudelektrod 22 eller katod är härvid spärrfritt förbunden med substratets andra huvudyta över hela ytan och fäst vid en basplatta 32 av elektriskt ledande material. 7 ' g Enligt fig. 2A har det fjärde skiktet 18 en radie 6 , som är mindre än ytterradien för den yttre ringen i skíktet 12.According to Fig. 2A, the first semiconductor layer 12 consists of p- type of two concentric rings, which are located on the substrate One main surface, wherein a pair of first main electrodes 20 or anodes are seamlessly connected to the two rings. Here can It should be noted that the outer ring of the electrode 20 is also a barrier. freely connected to the exposed surface portion of the second half the conductor layer lä of n-type. The second major surface of the substrate 10 also contains a central part, against which the fourth half the n-type conductor layer 18 is completely exposed, and the peripheral portion, against which the peripheral portion of the third semiconductor layer 16 of p-type is exposed. A single second main electrode 22 or cathode is in this case freely connected to the other main surface of the substrate above the entire surface and attached to a base plate 32 of electrically conductive material. 7 'g According to Fig. 2A, the fourth layer 18 has a radius 6, which is less than the outer radius of the outer ring of the layer 12.

Man finner även, att de delar av de båda elektroderna 20 och 22, vsoéﬂee-s 6 som är förbundna med skikten lä och l6, bildar en halvledardiod tillsammans med de partier av skikten l2 och lä, som befinner sig däremellan. Dióden omfattar periferipartiet av den andra övergången J2. Den i fig. 2A visade anordningen bildar därför en av en halvledardiod omgiven omkopplingsanordning av pnpn-typ.It is also found that the parts of the two electrodes 20 and 22, vsoé ﬂ ee-s 6 which are connected to the layers lä and l6, form a semiconductor diode together with the portions of layers l2 and lä, which are present in between. The diode comprises the peripheral portion of the other the transition J2. The device shown in Fig. 2A therefore forms a pnpn-type switching device surrounded by a semiconductor diode.

Eftersom en dylik anordning ej tillföres någon backspänning, kan skiktet lﬂa med högt specifikt motstånd ha större tjocklek. Därför kan skiktet läb med lågt specifikt motstånd ha ökad tjocklek, vilket möjliggör ytterligare reducerad skiktsresistans rc hos Bkiktet lﬂa.Since such a device is not supplied with any reverse voltage, it can the layer with a high specific resistance has a greater thickness. Therefore the layer lip with low specific resistance may have increased thickness, which enables further reduced layer resistance rc of Bkiktet l ﬂ a.

Vid omkopplingsanordningar av pnpn-typ, vilkas blockerings- spänning ibackriktningen understiger blockeringsspänningen i fram- riktningen, kan halvledarsubstratets periferiyta bibringas positiv lutning, så att utnyttjningsgraden ökas med hänsyn till halvledar- skivans ytinnehåll. Vid denna lutning närmar sig vinkeln till* endera huvudytan på substratet 50° och uppgår normalt till 600.In the case of pnpn-type switching devices, the blocking voltage in the reverse direction is less than the blocking voltage in the forward direction. direction, the peripheral surface of the semiconductor substrate can be imparted positively slope, so that the utilization rate is increased with respect to semiconductor the surface content of the disc. At this slope the angle approaches * either the main surface of the substrate is 50 ° and normally amounts to 600 °.

Uppfinningen medför den konstruktiva fördelen, att bas: skiktet, vid vilket styrelektroden 2U är fäst, dvs. basskiktet lü i den första transistorn 12, lä, 16, är tjockt i jämförelse med tidigare praxis. Den första transistorn har därför låg ström- förstärkning och en styrström - IC för frånkoppling av anordningen, som närmar sig huvudströmmen I, som skall brytas. Detta innebär, att en strömförstärkning vid brytning uppnår ett värde av ca ett.The invention has the constructive advantage that base: the layer to which the gate 2U is attached, i.e. the base layer lü in the first transistor 12, lä, 16, is thick in comparison with previous practice. The first transistor therefore has a low current amplification and a control current - IC for disconnecting the device, approaching the main current I, which is to be broken. This means, that a current gain at break reaches a value of about one.

Denna egenskap är särskilt fördelaktig för att åstadkomma, att frånkopplingstyristorer kan motstå höga spänningar. Detta beror på, att dylika tyristorers egenskaper till största delen påverkas ogynnsamt av egenskaperna hos transistorn, som innehåller en styr- elektrod. Den övre kollektor-emittersträckan uppträdande spänningen V vid avaktivering av transistorer beror på strömförstärk- CED(sus) _ningsfaktorn hFF vid gemensam emitterkoppling inom driftomrâdet med låga strömmar. Det är välkänt, att sambandet VCE0(aB) = VCBO/nyrhšg, där VCBO är genombrottsspänningen från kollektor till bas vid frånkoppling av emittern och n har ett värde, som ligger mellan 2 och 6. Vid konventionella effekttransistorer har strömförstärkningsfaktorn hFF vid gemensam emitterkoppling ett värde av mellan 20 och 30 inom driftområdet med låga strömmar, inom vilket den inom basområdet alstrade fälteffekten ei reduce- rar strömförstärkningen. Den uppträdande (odämpade) spänningen VCEO(sus) är därför lika med från ca hälften till en fjärdedel av genombrottsspänningen VCBO. Spänningen VCE0(sus), som i själva verket uthärdats av dylika effekttransistorer, har med andra ord varit lika med från ca hälften till ca en fjärdedel 7 7902169-s av spänningen VCBO, som uthärdats av halvledardioden ensam, som är bildad av kollektor- och basområdena i dessa transistorer.This property is particularly advantageous for achieving, that disconnection resistors can withstand high voltages. This is because that the properties of such thyristors are largely affected unfavorable by the characteristics of the transistor, which contains a control electrode. The upper collector-emitter voltage conducting voltage V when deactivating transistors depends on current amplification CED (sus) _FF factor hFF in the case of a common emitter connection within the operating range with low currents. It is well known that the relationship VCE0 (aB) = VCBO / nyrhšg, where VCBO is the breakthrough voltage from the collector to base when disconnecting the emitter and n has a value, which is between 2 and 6. For conventional power transistors has the current gain factor hFF in the case of a common emitter connection a value of between 20 and 30 within the operating range with low currents, within which the field effect generated in the base area is not reduced power amplification. The occurring (undamped) voltage VCEO (sus) is therefore equal to from about half to a quarter of the breakthrough voltage VCBO. The voltage VCE0 (sus), as in in fact endured by such power transistors, has included in other words been equal from about half to about a quarter 7 7902169-s of the voltage VCBO, which is endured by the semiconductor diode alone, which is formed by the collector and base regions of these transistors.

Den för styrning avsedda spänningen har följaktligen oundviﬂigen varit jämförelsevis låg. Ovan angivna samband kan på samma sätt tillämpas på både konventionella frånkopplingstransistorer av i fig. l.visad typ och på transistorer, som såsom basområde om- fattar halvledarskiktet l6, vid vilket en styrelektrod är fäst enligt fig. l. Den dynamiska spänningen, som uthärdas, har därför varit lika med ca halva genombrottsspänningen vid övergången J2 enbart av_följande skäl..Vid konventionella frånkopplingstyristo- rer har det varit mycket väsentligt med hänsyn till utformningen att öka styrströmutbytet, som hänför sig till styrelektroden, så att transistorer med skiktet 16 såsom basområde har hög ström- förstärkning hFF vid gemensam emitterkoppling.Consequently, the voltage intended for control has inevitably ﬂ again been comparatively low. The above relationships can in the same way applied to both conventional disconnection transistors of shown in Fig. 1 and on transistors which, as the base range, takes the semiconductor layer 16, to which a control electrode is attached according to Fig. 1. The dynamic voltage which is cured therefore has been equal to about half the breakdown voltage at junction J2 for the following reasons only..In the case of conventional disconnection control it has been very important with regard to the design to increase the control current output, which relates to the control electrode, so that transistors with the layer 16 as the base region have a high current gain hFF for common emitter connection.

Omkopplingstyristorn enligt uppfinningen har däremot en strömförstärkningsfaktor hFF vid gemensam emitterkoppling, som ._ är reducerad med ca en storleksordning i jämförelse med konven- tionella tyristorer inom arbetsområdet med låga och medelhöga strömmar, inom vilket den i basområdet alstrade fälteffekten är eliminerad. Detta innebär, att faktorn hFF har ett värde, som ej överstiger två. Detta medför plötslig ökning i spänningen VCEO(suS) vid den första transistordelen i jämförelse med kon- ventionella tyristorer, vars faktor hFF ej understiger 20.The switching control resistor according to the invention, on the other hand, has one current gain factor hFF at common emitter connection, which ._ is reduced by about an order of magnitude compared to conventional national thyristors in the work area with low and medium currents, within which the field effect generated in the base area is eliminated. This means that the factor hFF has a value, which does not exceed two. This causes a sudden increase in voltage VCEO (suS) at the first transistor part in comparison with con- conventional thyristors, the factor hFF of which is not less than 20.

Underhâllsspänningen V vid denna fyrskiktsanordning är under frånslagsförloppet likâuåed från åtta till nio tiondelar av genombrottsspänningen BV för den andra övergången J2. Den dynamiska spänningen, som kan uthärdas, reduceras därför avse- värt för att möjliggöra styrning av högre spänningar, såsom visas i fig. 5, där huvudströmmen I är avsatt längs ordinatan som funktion av spänningen mellan den första och den andra huvudelektroden längs abskissan. Pilen på kurvan anger dessutom frånslagsförloppet, under vilket anordningen övergår från sitt till- till sitt från~til1tånd.The maintenance voltage V at this four-layer device is below the foreclosure rate ranges from eight to nine tenths of the breakthrough voltage BV for the second junction J2. The dynamic stress, which can be cured, is therefore significantly reduced worth to enable control of higher voltages, such as is shown in Fig. 5, where the main current I is plotted along the ordinate as a function of the voltage between the first and the second the main electrode along the abscissa. The arrow on the curve also indicates the disconnection process, during which the device transitions from sitt till- till sitt från ~ til1tånd.

Enligt uppfinningen kan lätt uppnås, att faktorn hFF blir lika med eller mindre än 2, eftersom basskiktet lä i den första transistorn 12, lä, 16 är jämförelsevis tjockt.According to the invention it can be easily achieved that the factor hFF becomes equal to or less than 2, because the base layer lies in the first transistor 12, lä, 16 is comparatively thick.

Vidare reduceras injektionshastigheten för bärare från det första skiktet 12 genom minskning av skiktresistansen re i skiktet lﬂa, som bildar den ena delen av basskiktet 14. En dylik minskning av faktorn hFF förorsakar reducerad brytströmvinst, men skiktet lüa som är i direkt beröring med skiktet 12, har låg skiktresis- v9ø21e9-5 tans för att möjliggöra en minskning av backspänningen - VGA, som inmatas mellan det första och det andra skiktet l2 och lä vid brytning. En minskning av denna faktor förorsakar vidare ökad brythastighet..Den elektriska energi, som erfordras för styrning av brytningen, är därför ej hög i jämförelse med motsvarande energi vid kända anordningar. Såsom beskrivits ovan förorsakar en minskning av brytström ökning av brytstyrströmmen IC, men en spänning Vsus, som kan brytas, minskas, medan bryttiden minskas.Furthermore, the injection rate for carriers is reduced therefrom the first layer 12 by reducing the layer resistance re in the layer l ﬂ a, which forms one part of the base layer 14. Such a decrease of the factor hFF causes reduced breaking current gain, but the layer lüa which is in direct contact with the layer 12, has low layer resistance. v9ø21e9-5 to enable a reduction of the reverse voltage - VGA, which is fed between the first and second layers l2 and lä at break. A reduction in this factor further causes an increase breaking speed..The electrical energy required for control of the refraction, is therefore not high in comparison with the corresponding energy in known devices. As described above causes a decrease in breaking current increase in breaking current current IC, but a voltage Vsus, which can be broken, is reduced, while the breaking time is reduced.

Detta innebär, att brytenergivinsten uttryckt i medelenergi ökas enligt uppfinningen. Såsom tidigare framhållits, kan frånkopp- lingstyristorer enligt uppfinningen uthärda högre spänningar genom minskning av strömförstärkningsfaktorn hFF hos transístorn, som såsom basskikt innehåller skiktet lü, för den gemensamma emitter- kopplingen.This means that the breaking energy gain expressed in average energy is increased according to the invention. As previously pointed out, disconnection control resistors according to the invention withstand higher voltages through reduction of the current gain factor hFF of the transistor, which as the base layer contains the layer lü, for the common emitter the clutch.

Av ovanstående framgår, att brytegenskaperna lätt kan för- bättras enligt uppfinningen genom att fastsätta styrelektroden 2U på det andra skiktet lä, som är tjockare än det tredje skiktet 16. Dessa egenskaper kan ytterligare förbättras genom att låta det första skiktet l2 direkt kontaktera skiktet lﬂa med lågt specifikt motstånd, som utgör en del av skiktet lä. Den i fig. 2A eller 2B visade anordningen har vidare de ytterligare förbättra- de frånkopplingsegenskaperna, eftersom en halvledardiod, inne- hållande ett parti av den andra övergången J2, undertrycker blockeringsspänningar i backriktningen eller bringar anordningen aüzleda i backriktningen, så att det andra halvledarskiktet kan ökas till tillåtlig tjocklek.From the above it appears that the breaking properties can easily be is improved according to the invention by attaching the control electrode 2U on the second layer, which is thicker than the third layer 16. These properties can be further enhanced by sound the first layer l2 directly contact the layer lﬂa with low specific resistance, which forms part of the layer lä. The one in Fig. 2A or 2B, the device further has the additional the disconnection properties, since a semiconductor diode, holding a portion of the second junction J2, suppresses blocking voltages in the reverse direction or bringing the device aüzleda in the reverse direction, so that the second semiconductor layer can increased to allowable thickness.

Enligt uppfinningen inmatas backspänning över den första övergången Jl, dvs. denna backspänning tillföres övergången via styrelektroden, det första och det andra halvledarskiktet och den första huvudelektroden. Till följd av denna åtgärd är anod- -katodspänningen en framspänning med avseende på övergågen Jl även om spänningen stiger under frånslagsförloppet. Denna spänning inmatas därför över mellanövergången J2. Den mellan ledningarna X och C uppkomna spänningen --VCA eller -VCK bestämmes följaktligen av backförspänningsanordningen, eftersom den är inkopplad mellan dessa ledningar. Härigenom säkerställas, att någon hög spänning ej uppträder mellan dessa ledningar. I föreliggande fall kräves sålunda endast låg spänning för övergångens förspänning i back- riktning. I föreliggande fall är övergången Jl förspänd i back- riktningen från styrelektrodens förspänningsanordning via styr- elektroden, det första och det andra halvledarskiktet och en av 9 7902189-5 huvudelektroderna. Under dessa omständigheter flyter återhämt- ningsström för övergången J2 genom slingan X - (VGA) - C - 2U - (lä, lüa, lüb)-1643-224Y enligt den streckade linjen i rig. 2A och 25- Till följd härav reduceras spänningsfallet till följd av denna âterhämtningsström och sidoresistansen, såztt övergången Jl hålles i sitt backförspänningstillstånd och frånslag äger rum.According to the invention, reverse voltage is input across the first the transition Jl, i.e. this reverse voltage is applied to the junction via the gate, the first and second semiconductor layers and the first main electrode. As a result of this measure, the -cathode voltage a forward voltage with respect to the transition Jl even if the voltage rises during the switch-off process. This tension is therefore entered over the intermediate transition J2. The one between the wires X and the resulting voltage --VCA or -VCK is determined accordingly of the reverse biasing device, since it is connected between these wires. This ensures that some high voltage does not occur between these wires. In the present case required thus only low voltage for the transition bias voltage in the reverse direction. In the present case, the transition J1 is biased in the reverse the direction from the control electrode biasing device via the control the electrode, the first and second semiconductor layers and one of 9 7902189-5 the main electrodes. Under these circumstances, the recovery current for the transition J2 through loop X - (VGA) - C - 2U - (read, lüa, lüb) -1643-224Y according to the dashed line in rig. 2A and 25- As a result, the voltage drop is reduced as a result recovery current and side resistance, so the transition Jl kept in its reverse bias condition and shutdown takes place.

Detta innebär, att övergången Jl kan förspännas i backriktning med större strömmar och att möjligheten till säkert frånslag ökas.This means that the transition J1 can be biased in the reverse direction with larger currents and that the possibility of safe switch-off is increased.

Claims

vsozweea-s i 10 Patent Claims _

1. Thyristor-type switching device with a reverse electrode biased in the reverse direction, comprising a semiconductor substrate with a pair of opposite main surfaces, a first semiconductor layer of a conductor type exposed to a first of these surfaces, and a second semiconductor layer of opposite conductor type, which together with the first the layer forms a first pn junction, partly a third semiconductor layer of one conductor type, which together with the second layer forms a second pn junction, partly a fourth semiconductor layer of the opposite conductor type exposed towards the second main surface, which together with the third the layer forms a third pn junction, partly a first main electrode which is barrier-freely connected to the first layer and also to a part of the second layer which is exposed against the first main surface, partly a second, with the fourth layer barrier-free connection. bonded main electrode and on the one hand a control electrode connected to the second layer in a block-free manner, the second layer comprising a a portion with a third surface exposed to the first main surface, while the third layer comprises a portion with a fourth surface exposed to the second main surface, characterized by a device for supplying reverse voltage across the control electrode and the first main electrode. the first pn junction and the second pn junction via a loop, consisting of the gate, the second layer, the second pn junction, the third layer, the third pn junction, the fourth layer, the second main electrode which is in contact with both the surface portion of the third layer and the fourth layer, the portion of the third layer, the second pn junction, the portion of the second layer, the first main electrode and the device for reverse voltage supply.

Device according to claim 1, characterized in that the second layer is thicker end third.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the second semiconductor layer is formed of a semiconductor layer with low specific resistance and a semiconductor layer with high specific resistance, of which the former layer contains the third, towards the first main surface on the substrate exposed surface and is connected to the control electrode and is inserted between the _ -_....._..__..__ Å. _ ... è-J-.Lå-.a-a _.:g-; @ = r -_ », .- .. t«. ~ - .L fn. 79-02189 ~ 5 11 the first semiconductor layer and the layer with high specific resistance and form an area of low resistance.