SE446139B - Dielektriskt isolerad halvledaromkopplare avsedd for hog spenning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 H0 8005703-7 2 D endast vid relativt låga spänningar när det gäller ansluta två sådana anordningar i motriktad parallellkoppling, d.v.s. med varderas katod kopplad till den andras anod. En dylik dubbelriktad anordning skulle vara användbar om den kunde utföras som en dubbelríktad halvledar- omkopplare för hög spänning. Ytterligare problem är att basregionen i det ideala fallet borde vara kraftigt dopad för undvikande av penetre- ring från anoden till styret; detta leder emellertid till en låg genombrottsspänning mellan anod ooh katod. Breddning av basregíonen begränsar penetreringseffekten, men samtidigt ökas anordningens resis- tans i "TILL"-tillståndet.

Det är önskvärt att åstadkomma en halvledaromkopplare som lätt kan integreras, så att två eller flera omkopplare samtidigt kan fram- ställas på ett gemensamt substrat och så att varje omkopplare dubbel- riktat kan blockera relativt höga spänningar.

Sammanfattning av uppfinningen En utföringsform av uppfinningen är en struktur som innefattar en halvledarkropp vars huvudmassa (i fortsättningen även kallad "bulk") är av en första konduktivítetstyp och vilken har en huvudyta, varjämte inom halvledarkroppen finns en lokaliserad anodregion som är av den första konduktivítetstypen samt lokaliserade styre- och katodregioner som båda är av den motsatta konduktivitetstypen. Anodregionen, styre- -regionen och katodregionen, vilka befinner sig på avstånd från var- andra och har var sin elektrodanslutning, har relativt låg resistivi- tet i förhållande till halvledarkroppens huvudmassa. Strukturen är så arrangerad att dubbelriktad laddningsbärarinjicering sker när den är i funktion, och den kännetecknas vidare av att var och en av de tre regionerna uppvisar en del som utgör en del av halvledarkroppens huvudyta. I I en föredragen utföringsform är halvledarkroppen isolerad från ett halvledarstöd av ett dielektriskt skikt, och ett flertal sådana halvledarkroppar är framställda i stödet och är åtskilda från varandra av åtminstone ett dielektriskt skikt.

När strukturen enligt uppfinningen är arrangerad på ändamåls- enligt sätt kan den användas som en omkopplare vilken är kännetecknad av en lågimpedív strömbana mellan anoden och katoden när den är i tillståndet "TILL" (ledande) och en högimpediv strömbana mellan anoden och katoden när den är i tillståndet "FRÅN" (blockerat tillstånd).

Den till styrregionen tillförda potentialen bestämmer omkopplarens tillstånd. Vid tillståndet "TILL" sker dubbelriktad laddningsbärar- injicering som resulterar i att resistansen mellan anoden och katoden* 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 är relativt låg.

När denna struktur, som i fortsättningen för korthets skull kallas "GDS" (Gated Diode Switch), är lämpligt anordnad, kan den i FRÅN-tillståndet blockera relativt stora potentialskillnader mellan anod- och katodregionerna, oberoende av polariteten, och den kan i TILL-tillståndet leda relativt stora strömmar med ett relativt litet spänningsfall mellan anod och katod. W I Aggregat av dylika GDS kan tillverkas på en enda IC-kretsbricka tillsammans med andra för högspänning avsedda kretskomponenter.

Strukturens egenskap att dubbelriktat blockera underlättar dess an- vändning i en dubbelriktad strömställare som bildas av två strukturer enligt uppfinningen med varderas katod kopplad till den andras anod och med styrelektroderna hopkopplade.

Dessa och ytterligare nya särdrag och fördelar avseende uppfin- ningen âr lättare att förstå med hjälp av nedanstående detaljerade beskrivning i anslutning till bifogade ritning med fig. 1 - 6. Fig. 1 visar en struktur i enlighet med en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar en föreslagen elektrisk kretssymbol för strukturen enligt fig. 1. aFig. 3 visar en dubbelriktad omkopplingskrets i enlighet med en annan utföringsform av uppfinningen. Fig. N visar en struktur i enlighet med en annan utföringsform av uppfinningen. Fig. 5 visar en struktur enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen. F15. 6 visar en struktur i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinning- en. Fig. 7 visar en struktur i enlighet med ytterligare en utförings- form av uppfinningen, och fig. 8 visar strukturen enligt fig. 6 sedd uppifrån.

Detaljbeskrivning I fig. 1 visas en struktur 10 som innefattar en stöddel 12 av konduktivitetstypen n- med en huvudyta 11 och en monokristallinisk halvledarkropp 16 vars huvudmassa är av konduktivitetstypen p- ochfsom är skild från stöddelen 12 av ett dielektriskt skikt 1U.

En lokaliserad anodregion 18, som är av konduktivitetstypen p+, befinner sig i kroppen 16 och har en del som sträcker sig till ytan 11. En lokaliserad styre-region 20 som är av konduktivitetstypen n+ ingår även i kroppen 16, ooh en portion av denna region sträcker sig till ytan 11. En lokaliserad katodregion 2N, som är av konduktivi- tetstypen n+, ingår i kroppen 16 och har en del som sträcker sig till ytan 11. En region 22, som är av konduktívitetstypen p+ och som har en del vilken sträcker sig till ytan 11, inringar regionen ZH och verkar som en skärm mot utarmningsskikt~penetrering. Dessutom verkar' 10 15 20 25 30 35 H0 i 8005703-7 .H den så att den förhindrar inversion i de delar av kroppen 16 som ligger vid eller i närheten av ytan 11 mellan regionerna 20 och 2H.

Styre-regionen 20 befinner sig mellan anodregionen 18 och regionen 22 och är skild från båda dessa regioner av bulk-delar av kroppen 16.

Regionernas 18, 20 oeh_24 resistiviteter är låga i förhållande till resistiviteten i kroppens 16 bulk-delar. Resístiviteten i regionen 22 ligger mellan katodregionens 28 resistivitet och resistiviteten i kroppens 16 bulk-del. * Elektroderna 28, 30 och 32 är ledare som är i lågresistiv kontakt med ytdelarna hos regionerna 18, 20 resp. 2H. Ett dielektriskt skikt 26 täcker huvudytan 11 så att det isolerar elektroderna 28, 30 och 32 från samtliga regioner utom de som är avsedda att vara i elektrisk kontakt med dem. En elektrod 36 ger en lågresistiv kontakt med stödet 12 genom en kraftigt dopad region 3U som har samma konduktivitetstyp som stödet 12.

Stödet 12 och kroppen 16 kan med fördel utgöras av kisel och stödet 12 kan vara antingen av konduktivitetstypen n eller av konduk- tivitetstypen p. Var och en av elektroderna 28, 30 och 32 överlappar med fördel den halvledarregion med vilken den gör lågresistiv kon- takt. Élektroden 32 överlappar även regionen 22. Denna överlappning, som är känd under den engelska benämningen "field-plating", möjliggör drift vid höga spänningar, eftersom den höjer den spänning vid vilken genombrott sker. Det dielektriska skiktet 1U är av kiseldioxid, och elektroderna 28, 30, 32 och 36 är av aluminium. I förhållande till de angivna konduktiviteterna komplementära konduktiviteter kan användas.

Ett flertal skilda kroppar 16 kan vara anordnade i ett gemensamt stöd 12 för åstadkommande av ett flertal omkopplare. Det är betydel- sefullt att planer-processteknik kan användas för framställning av många anordningar som en integrerad krets på en gemensam yta.

Strukturen 10 används i typiska fall som en omkopplare vilken när den är i TILL-tillståndet (d.v.s. ledande) uppvisar en lågimpediv strömbana mellan anodregionen 18 och katodregionen 2H och en hög impedans mellan dessa båda regioner när den är i FRÅN-tillståndet Den till styre-regionen 20 tillförda potentia- len bestämmer omkopplarens tillstànd. Ledande tillstånd mellan anod- regionen 18 och katodregionen 2U råder om styre-regionens 20 potential är lägre än anodregionens 18 och katodregionens 2N. När TILL-til1- ståndet råder injiceras hål i kroppen 16 från anodregionen 18, och elektroner injiceras i kroppen 16 från katodregionen ZU. Dessa hål och elektroner kan förekomma 1 tillräckligt antal för att bilda.ett (d.v.s. blookerande). 10 15 20 25 30 35 NO 8005703-7 5 plasma som konduktivitetsmodulerar kroppen 16. Detta medför sänkning av kroppens 16 resistivitet så att resistansen mellan anodregionen 18 och katodregionen 2U är låg när strukturen 10 arbetar i TILL-tillstân- det. Detta arbetssätt kalla dubbelriktad laddningsbärarinjicering.

Den här beskrivna strukturen kallas en styrd diodomkopplare (GDS, Gated Díode Switch).

Regionen 22 medverkar till begränsning av penetreringen av ett utarmningsskikt som i drift bildas mellan styre-regionen 20 och katod- regionen 2H och hjälper till att förhindra uppkomst av ett ytinver- sionsskikt mellan dessa båda regioner. Detta gör det möjligt att placera styre-regionen 20 på kortare avstånd från katodregionen 2U och resulterar i en relativt låg resistans mellan anodregionen 18 och katodregionen 22 vid TILL-tillståndet. _ Substratet 12 hålls i typiska fall på den mest positiva av de tillgängliga potentialnivåerna. Ledning mellan anodregionen 18 och katodregionen ZM förhindras eller spärras om styre-regionens 20 poten- tial är tillräckligt mycket mera positiv än anodregionens 18 och katodregionens ZN potential. Storleken av den positiva överskotts- potential som erfordras för att förhindra eller spärra ledning är en funktion av geometrin och störämneskoncentrationsnivåerna (dopnings- nivåerna) i strukturen 10. Denna positiva styre-potential förorsakar att den del av kroppen 16 som befinner sig mellan styre-regionen 20 och det dielektriska skiktet 1N utarmas på laddningsbärare så att potentialen i denna del av kroppen 16 är mera positiv än potentialen i anodregionen 18 och katodregionen 2fl. Denna barriär av positiv poten- tial hindrar hål från att förflyttas från anodregionen 18 till katod- regionen ZH. väsentligen stryper den av kroppen 16 mot det dialekt- riska skiktet 1H i bulk-delen mellan styre-regionen 20 och det di- elektriska skiktet 14. Den har även till uppgift att samla upp från katodregionen 24 utsända elektroner innan de kan nå anodregionen 18.

Under strukturens 10 TILL-tillstånd blir den skiktdiod som bildas av kroppen 16 och regionen 20 förspänd i framriktningen. Strömbe- gränsningsorgan (ej visade) är företrädesvis insatta för att begränsa ledningsströmmen genom den i framriktningen förspända dioden.

En föreslagen elektrisk symbol för denna typ av omkopplare visas i fig. 2. Anodelektroden, styrelektroden och katodelektroden i denna "GDS" är betecknade med anslutningarna 28, 30 resp. 32.

En utföringsform av strukturen 10 har framställts med följande arrangemang. Stöddelen 12 är ett kiselsubstrat av typ n. Dess tjock- lek är 0,U57 till 0,559 mm och störämneskoncentrationen är ca ' 10 15 20 25 30 35 H0 ' 5 - 9 x 1013 per cm3. 8005703-7 . I _ 6 e 2 x 1013 per cm3; resistiviteten är större än 100 ohm-centimeter.

Det dielektriska skiktet 1U är ett kiseldioxidskikt 1Ä som är 2 till U Kroppen 16 är_i typiska fall 30 till 50 mikrometer Den är av míkrometer tjockt. tjock, ungefär 330 mikrometer lång och 300 míkrometer bred. konduktivitetstypen p med en störämneskoncentration i området ca Anodregionen 18 är av konduktívitetstypen p+, i typiska fall är dess tjocklek 2 till H mikrometer, dess bredd NH mikrometer och dess längd 52 mikrometer. Dess störämneskonoentration är ungefär 1019 per cm3. Elektroden 28 är i typiska fall av aluminium med en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 8U mikrometer och en längd av 105 mikrometer. Regionen 20 är av konduktivitetstypen n+.- Den har i typiska fall en tjocklek av 2 till N mikrometer, en bredd av_15 mikrometer och en längd av 300 mikrometer med en stör- ämneskoncentratíon av ungefär 1019 per cm3. Elektroden 30 är av aluminium med en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 50 mikrometer och en längd av 210 mikrometer. Mellanrummet mellan till varandra J gränsande kanter av elektroderna 28 och 30 och mellan till varandra gränsande kanter av elektroderna 30 och 32 är i typiska fall H0 mikro- meter i båda fallen. Regionen 22 är av konduktivitetstypen p. I typiska fall har den tjockleken 3-6 mikrometer, bredden 64 mikrometer och längden 60 mikrometer, och dess störämneskoncentration är ungefär 1017 till 1018 per cm3. Katodregionen 2U är av konduktivitets- typen n+ och är i typiska fall 2 mikrometer tjock, UB mikrometer bred och HH mikrometer lång, och dess störämneskoncentration är ca 1019 Elektroden 32 är av aluminium, 1,5 mikrometer tjock, 104 Mellanrummet mellan regio- per2cm3. mikrometer bred och 100 mikrometer lång. nernas-18 och 22 ändar och respektive ändar av regionen 16 är i typis- ka fall 55 mikrometer. Regionen 3H är av konduktivitetstypen n+ och har i typiska fall en tjocklek av 2 mikrometer, en bredd av 26 mikro- meter, en längd av 26 mikrometer och en störämneskoncentration av 1013 per cm3. -Elektroden är av aluminium med en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 26 mikrometer och en längd av 26 mikrometer.

Strukturen 10 med tillämpning av de ovan angivna parametervärdena har fungerat som en styrd diod-omkopplare (GDS) med 500 volt mellan anod och katod. Ett skikt av kiselnitrid (ej visat) applicerades med kemisk pâångning ovanpå kiseldioxidskiktet 26 för erhållande av en natriumbarriär. Elektroderna 28, 30, 32 och 36 framställdes därefter, och därefter applícerades en beläggning av rediofrekvensplasma-pâlagd kiselnitrid (ej visad) på strukturens (10) hela yta utom i områdena för de elektriska kontakterna. Skikten av kiselnitrid har till upp- ' 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 7 gift att medverka till'att förhindra genombrott vid hög spänning i luften mellan intill varandra befintliga elektroder.

I typiska fall tillfördes till anoden +250 volt, till katoden -250 volt och till substratet 12 +250 volt. Spänningen -250 volt kan även tillföras till anoden och spänningen +250 volt till katoden.

Sålunda blockerar strukturen 10 i båda riktningarna spänning mellan anoden och katoden. En potential av +280 volt, tillförd till styre- -ledaren 30, bröt 350 mA ström mellan anodregionen 15 och katodregio- nen 2Ä. TILL-resistansen i GDS vid 100 mA från anod till katod är ungefär 15 ohm, och spänningsfallet mellan anod och katod är i typiska fall 2,2 volt. l fig. 3 visas en dubbelriktad omkopplarkombination som innehål- ler två GDS (GDS och GDSa) i enlighet med uppfinningen med elektroden 28 (anoden i GDS) elektriskt ansluten till elektroden 32a (katoden i GDSa) och elektroden 32 (katoden i GDS) elektriskt ansluten till elektroden 28a (anoden i GDSa). Denna omkopplarkombination kan leda signaler från elektroderna 28 och 32a till elektroderna 28a och 32 eller omvänt. Strukturens 10 dubbelriktade blockeringskaraktäristik möjliggör denna dubbelriktade omkopplarkombination. Två skilda krop- par 16 kan framställas i ett gemensamt stöd 12, och de erforderliga elektriska anslutningarna kan utföras så att man får den ovan beskriv- na dubbelriktade omkopplaren. Ett flertal från varandra skilda krop- par 16 kan framställas i ett gemensamt stöd 12 så att de bildar ett omkopplaraggregat. D I fig. U visas en struktur N10 som mycket liknar strukturen 10, varvid samtliga komponenter som är väsentligen identiska med eller mycket liknar de i fig. 10 visade har givits samma hänvisningsbeteck- ningar med en inledande "U" tillfogad. Den grundläggande skillnaden mellan strukturerna N10 och 10 är att den i fig. 1 visade halvledar- regionen 22 har eliminerats. Om man i vederbörlig utsträckning ökar mellanrummet mellan regionen NZU och regionen H20 åstadkommer man tillräckligt skydd mot utarmningsskikt-penetrering till regionen N24 och man kan då använda strukturen H10 som en högspänningsomkopplare.

I fig. 5 visas en struktur 510 som mycket liknar strukturen 10, och samtliga komponenter som väsentligen överensstämmer med eller liknar de i strukturen 10 har givits samma hänvisningsbeteckningar med en inledande "5" tillfogad. turen 510 och strukturen 10 är användningen av en såsom skyddsring anordnad halvledarregíon SMO som inringar katodregionen 524. Den i streckade linjer visade delen av skyddsringen 540 visar att den kan Den huvudsakliga skillnaden mellan struk- 10 15 20 25 30 35 H0 .utsträckas så att den är i kontakt med katodregionen 52U. 8-005703-7 ' 8 Kombinatio- nen av regionen 522 och skyddsringen 5ü0 ger skydd mot inversion i delar av regionen 516 vid eller nära ytan 511, speciellt mellan styre- -regionen 520 och katodregionen 524, och ger skydd mot utarmnings- område-penetrering till katodregionen 52H. Skyddsringen SHO har samma konduktivitetstyp som regionen 522 men den har lägre resistivitet.

Denna typ av dubbelskyddsstruktur, som omringar katodregionen 52U, är den'föredragna'skyddsstrukturen.

De här beskrivna utföríngsformerna avses vara belysande för uppfínningstanken. Olika modifikationer är möjliga inom uppfinninens ram. lade beskrivna konstruktionerna kan exempelvis stöddelarna 12, H12 och 512 alternativt vara av kisel med konduktivitetstypen p, galliumarsenid, safir, en ledare eller ett elektriskt inaktivt materi- al. Om regionerna 12, H12 och 512 är av elektriskt inaktiva material, så kan de dielektriska skikten 1H, H1U och 51U elimineras. Vidare kan kropparna 16, H16 och 516 tillverkas såsom_luftisolerade strukturer.

Detta gör det möjligt att eliminera stöddelarna 12, 412 och 512 och de dielektriska skikten 1ü, U1U och 51Ä. polykisel, guld, titan eller andra typer av ledare.

Elektroderna kan bestå av dopat Vidare kan stör- ämneskoncentrationsnivåerna, mellanrummen mellan olika regioner samt andra dimensioner för regionerna anpassas för driftsspänningar och driftsströmmar som avsevärt avviker från vad som beskrivits. Andra typer av dielektriska material, exempelvis kiselnitrid, kan användas istället för kiseldioxid. Konduktivitetstypen_för samtliga regioner 'inom det dielektriska skiktet kan vara omkastade förutsatt att spän- ningspolariteterna på härtill anpassat sätt ändras i enlighet med vad som är välkänt för en fackman. Det bör observeras att strukturen enligt uppfinningen möjliggör drift med såväl väkelström som likström.

I fig. 6 visas en ytterligare utföringsform vars hänvisningsnum- mer börjar med hundratalssiffran 6 men i övrigt överensstämmer med numren i fig. 1. Halvledarkroppen 616 är isolerad från det dielekt- riska skiktet 61U genom ett mellanliggande halvledarskikt 638 vars konduktivitetstyp är motsatt mot halvledarkroppens 616. Elektroderna 628, 630 och 632 är ledare som gör lågresistiv kontakt med ytpartier av regionerna 618, 620 resp. 62U. Ett dielektriskt skikt 26 täcker huvudytan 611 så att det isolerar elektroderna 628, 630 och 632 från alla regioner som de ej skall vara i elektrisk kontakt med. Elektro- den 630 gör elektrisk kontakt med regionen 638 vid ytan 611 på krop- pens baksida eller framsida (ej visat). _' Skiktet 638 kan modifieras så att det förefinns.endast i den 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 9 undre delen av kroppen 16 som visas vid regionen 638a. modifiering framställs en eller flera avpassade diffunderade eller jonimplanterade regioner (ej visade) mellan ytan 611 och det modifie- rade skiktet 638a. Elektroden 630 sträcker sig då så att den gör elektrisk kontakt med denna region vid ytan 611.

Skiktet 638 har till uppgift att isolera kroppen 616 från det díelektriska skiktets 61U egenskaper och underlättar därigenom fram- ställningsprocessen genom att toleranserna vid bildandet av det di- elektriska skiktet 1ü kan väljas något större. Detta medför att tillverkningsutbytet ökas och kostnaderna reduceras. Dessutom tjänst- gör skiktet 638 som en undre styre-region som gör det lättare att reducera storleken av den styre-potential som erfordras för att spärra strömbanan mellan anodregionen 618 och katodregionen 62U. Användning av uteslutande delen 638a av skiktet 638 medför att kroppen 616 isole- ras från regionen 61H i den del av kroppen 616 som befinner sig under regionen 620. Denna speciella del av kroppen 616 är den mest kritiska delen, eftersom kroppen 636 väsentligen är "avsnörd" i denna del när strukturen 610 befinner sig i FRÅN-tillståndet.

Skiktet 638a ger ingen fullständig isolering från det dielektris- ka skiktet 1U, men det reducerar den styre-potential som erfordras för omslag till spärrat tillstånd utan att väsentligt påverka strukturens genombrcttsspänning. Skiktet 638 ger fullständig isolering från det dielektrisk skiktet 61H men reducerar i någon mån strukturens genom- brottsspänning. Om skiktet 638 används, ökas i allmänhet kroppens 616 tjocklek så att genombrottsspänningarna bibehålles vid på förhand valda nivåer.

Skiktet 638 behöver ej nödvändigtvis vara direkt anslutet till elektroden 630. Eftersom positiva laddningar förefinns i skiktet 626, kommer ett ytinversionsskikt att bildas nära kroppens 616 yta 611 mellan skiktet 638 och styre-regionen 620, vilket kan medföra elekt- risk koppling mellan dem. Även utan nämnda positiva laddning kan man anta att elektroden 630 och skiktet 638 till följd av penetrerings- effekt kan vara elektriskt kopplade till varandra.

I fig. 7 och 8 visas ytterligare en utföringsform med hänvis- Vid en sådan ningsnummer i 700-serien motsvarande fig. 1. Vid denna utföringsform befinner sig styre-regionen 720 ej mellan anodregionen 718 och katod- regionen ?2U. Strukturen 710 är så utförd att anodregionen 18 och katodregionen 72% kan befinna sig på relativt litet avstånd från varandra, så att resistansen flšllan dem i TILL-tillståndet (det ledan- de tillståndet) reduceras. En ledare 738, som kan vara anordnad om så 10 15 20 25 30 35 NO 8005703-7 1o _ önskas, befinner sig ovanpå skiktet 726 mellan elektroderna 728 och 732. Ledaren 738 är elektriskt kopplad till elektroden 730 och med- "verkar till att reducera storleken av den styre-spänning som erfordras för strukturens 710 funktion, men den är ej av någon större betydelse för denna funktion.

En utföringsform av strukturen 710 har framställts med följande utförande. Halvledarskivan (substratet) 712 är ett kiselsubstrat av n-typ, H57 till 559 mikrometer tjockt, med en störämneskoncentratíon av ungefär 5 x 1013 per cm3 av ett material med resistlviteten 100 ohm-centimeter. Det dielektriska skiktet 71H utgöres av kiseldioxid med en tjocklek av i typiska fall 2 till H mikrometer. Kroppen 716 är i typiska fall 30_till H0 mikrometer tjock, ungefär 430 mikrometer lång och 170 mikrometer bred. Den är av konduktivitetstypen p- och har en störämneskoncentration av ungefär 5 å 9 x 1013 per cm3.

Anodregionen 718 är av konduktivitetstypen p+ och har i typiska fall en tjocklek av 2 till 4 mikrometer, en bredd av 28 mikrometer och en längd av 55 mikrometer och den har en störämneskoncentration av unge- fär 1019 per cm3. Elektroden 728 är av aluminium och har en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 55 mikrometer och en 95 mikrometer. Styre-regionen 720 är av konduktivitetstypen har i typiska fall en tjocklek av 2 till H mikrometer, en bredd av 38 mikrometer och en längd av 55 mikrometer samt en störämneskoncentra- längd av n+ och tion av ungefär 1019 per cm3. Elektroden 730 är av aluminium och har en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 76 mikrometer och en längd av 95 mikrometer. Mellanrummet mellan till varandra gränsande kanter av elektroderna 728 och 732 är i typiska fall H0 mikrometer (utan någon ledare 738) och mellanrummet mellan till varandra gränsan- de kanter av elektroderna 728 och 730 är i typiska fall H0 mikrome- ter. Regionen 722 är av konduktivitetstypen p och har i typiska fall en tjocklek av 3,5 mikrometer, en bredd av HN mikrometer och en längd av UU mikrometer samt en yt-störämneskoncentration av ungefär 1018 per cm3. Katodregionen 72U är av konduktivitetstypen n+ och har i typiska fall en tjocklek av 2 mikrometer, en bredd av 30 mikrometer, en längd av 30 mikrometer och en störämneskoncentration av ungefär 1019 per cm3. Elektroden 32 är-av-aluminium. Dess tjocklek är 1,5 mikrometer, dess bredd 82 mikrometer och dess längd 82 mikrometer.

Avståndet mellan elektrodernas 728 och 732 ändar och respektive ändar av kroppen 716 av konduktivitetstypen p- är 50 mikrometer. Ledar- regionen 738, som är av aluminium, befinner sig på ett avstånd av 30 mikrometer från elektroderna 728 och 732 och har en bredd av 10 mikro- 10 15 20 25 30 35 H0 .visas med streckad linje i fig. 2. 8005703-7 11 ' meter, en tjocklek av 1,5 mikrometer och en längd av 75 mikrometer.

Ledarregionen 738 gör elektrisk kontakt med elektroden 730 på regio- nens 16 framsida eller baksida. Det bör observeras att man med denna konfiguration väsentligt kan reducera mellanrummet mellan katoden och anoden. 1 Strukturen 710 med de ovan angivna parametervärdena har drivits som en styrd diodomkopplare med H00 volt mellan anoden och katoden.

Till anoden tillfördes +200 volt och till katoden -200 volt. Som i föregående fall kan -200 även tillföras till anoden och +200 volt till katoden så att dubbelriktad spänningsbloekering är möjlig. När ledar- regionen 738 finns anordnad har en potential av +210 volt visat sig vara tillräcklig för att bryta 1 mA ström mellan anoden och katoden.

Det förefaller troligt att denna spänning skulle behöva vara 20 volt högre om ledaren 738 ej funnes. TILL-resistansen i den styrda diodom- kopplaren med 100 mA ström från anod till katod var ungefär 10-12 ohm och spänningsfallet mellan anod och katod är i typiska fall 2,2 volt.

Ett skikt av kiselnitrid (ej visat) applicerades medelst kemisk påáng- ning ovanpå kiseldioxidskiktet 26 för att verka såsom natriumbarriär.

Elektroderna 728, 730, 732 och 736 framställdes därefter, och en beläggning av radiofrekvensplasma-applicerad kiselnitrid (ej visad) pálades på strukturens 710 hela yta för att medverka till att förhind- ra högspänningsgenombrott i luften mellan intill varandra befintliga elektroder.

Såsom i fig. 5 kan en skyddsring som antingen inringar eller innesluter och gör kontakt med katodregionen 72ü användas, eller också kan såsom i fig. N regionen 722 elimineras, om mellanrummet mellan anod och katod är tillräckligt. Styre-regionen 20 kan befinna sig till höger om katodregionen 72N, enligt vad som visas i streckade linjer i fig. 7, eller framför eller bakom halvledarkroppen 716, som Styrs-regionen 720 kan vara skild från det dieiekz-.riska skinnet 7111, såsom visas i streekade linjer i fig. 7, eller också kan den sträcka sig så att den är i kontakt med det dielektriska skiktet 71ü. Ytterligare varianter kan som ovan nämnts användas.

Claims (20)

8005703-7 W ' 2 Qatentkrav

1. Halvledareåaggregat innehållande en eller flera halvledare-om- kopplingsanordningar, vardera innefattande minst en halvledarkropp (16) av vilken en bulk-del är av en första konduktivitetstyp, en första region (18) av den första konduktivitetstypen, en andra region (25) av en andra konduktivitetstyp, motsatt mot den första konduktivi- tetstypen, och en styre-region (20) av den andra konduktivitetstypen, varvid den första regionen, den andra regionen och styre-regionen är åtskilda från varandra av partier av bulk-delen, varvid resistivite- terna hos den första regionen, den andra regionen och styre-regionen är_lägre.än-resistiviteten hos bulk-delen, varjämte anordningens 1 parametrar är sådana att, när ett första spänning är tillförd till styre-regionen, en utarmningsregion bildas i halvledarkroppen, vilken region väsentligen förhindrar att ström gär mellan den första och den andra regionen samt att när en andra spänning är tillförd till styre- -regionen och när avpassade spänningar är tillförda till den första och den andra regionen en relativt lågresistiv strömbana bildas mellan den första och den andra regionen genom dubbelsidig laddningsbärar- injektion, vilken anordning är k ä n n e t e c k n a d av att var och en av den första och den andra regionen och styre-regionen har en yta som befinner sig på en första huvudyta hos halvledarkroppen (16).

2. Aggregat enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att styre-regionen (20) befinner sig mellan den första regionen (18) och den andra regionen (2ü).

3. Aggregat enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den andra regionen (ZÄ) är omgiven av en tredje region (22) som är av den första konduktivitetstypen men som har en lägre resistivitet än bulk- -deien (16). I

4. U. Aggregat av ett flertal omkopplingsanordningar enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att var och en av anordningarna befinner sig i ett halvledarstöd (12) och är dielektriskt isolerad från de övriga anordningarna.

5. Aggregat bestående av ett par halvledaranordningar enligt kravet 1, k ä nin e t e c k n a t av att parets styrelektroder är anslutna till varandra och att den första regionen i vardera anord- ningen är ansluten till den andra regionen i den andra anordningen för ástadkommande av en dubbelriktad omkopplare (fig. 3).

6. aggregat enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett flertal halvledarkroppar (16) är åtskilda av ett dielektriskt skikt (1H) och uppbäres av en stöddel (12), varvid stöddelen och halvledar- kropparna består av kisel och varvid en kontaktregion (BH) befinner 13 8005703-7 sig i stöddelen.

7. Aggregat enligt kravet 6, knä n n e t e c k n a d av att styre-regionerna i en första och en andra halvledarkropp är förbundna med varandra, varvid den första regionen i den första kroppen är ansluten till den andra regionen i den andra kroppen och den första regionen i den andra kroppen är kopplad till den andra regionen i den första kroppen (fig, 3).

8. Aggregat enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att halvledarkroppen (16) befinner sig inom en stöddel (12) och är skild från stöddelen av ett dielektriskt skikt (1H).

9. Aggregat enligt kravet 8, k ä n n e t e-c kgn a d av att halvledarkroppen innehåller en fjärde region (638) av den andra kon- duktivitetstypen mellan bulk-delen (616) och det dielektriska skiktet (6111). i _ _

10. Aggregat enligt kravet 9, k ä n n e t e o k n a d av att den fjärde regionen (638) är ansluten till styre-regionen (620).

11. Aggregat enligt kravet 10, k ä n n e t e c k n a d av att den andra regionen (62ü) är omgiven av en tredje region (622) som är av den första konduktivitetstypen men som har lägre resistivitet än bulk-delen (616).

12. Aggregat enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d av att den fjärde regionen (638a) befinner sig endast i det område av halvledar- kroppen (616) som ligger mellan styre-regionen (620) och det dielekt- riska skiktet (61Ä).

13. Aggregat enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d av att den fjärde regionen (638) befinner sig längs i stort sett hela det-område av halvledarkroppen (616) som är begränsat av det dielektriska skikte: (61H).

14. 18. Aggregat enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första regionen (718) och den andra regionen (72U) är åtskilda av ett parti av bulk-delen (716) och att styre-regionen (720) befinner sig_på en annan del av huvudytan än den del som skiljer den första och den andra regionen från varandra.

15. Aggregat enligt kravet 1H, k ä n n e t e c k n a d av att en till styre-regionen (720) elektriskt ansluten ledare (738) befinner sig mellan den första regionen (718) och den andra regionen (72ü).

16. Aggregat enligt kravet 1H, k ä n n e t e o k n a d av att bulk-delen (716) är skild från en halvledarstöddel av ett dielektrisk: skikt. _

17. Aggregat enligt kravet 16, k ä n n e t e c k n a di av att 8005703-7 14 fhalvledarstöddelen har en särskild i kontakt med densamma varande elektrod som är anordnad att förspännas till anordningens mest posi- tiva spänning. I

18. Aggregat enligt kravet 3, knä n n e t e c k n a d av att konduktiviteten hos halvledarkroppens bulk-del (ïö), den första regio- nen (18), den andra regionen (23), den tredje regionen (22) och styre- -regionen (20) är av konduktívitetstypen p-, p+, n+, p respektive n+.

19. Aggreëat enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att den tredje regionen omger men ej är i kontakt med den andra regionen.

20. Aggregat enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att den" andra regionen är i kontakt med och är ínnesluten i den tredje regio- 7 nen,d