SE457837B - Semiconductor device of high voltage type - Google Patents

Semiconductor device of high voltage type

Info

Publication number
SE457837B
SE457837B SE8103222A SE8103222A SE457837B SE 457837 B SE457837 B SE 457837B SE 8103222 A SE8103222 A SE 8103222A SE 8103222 A SE8103222 A SE 8103222A SE 457837 B SE457837 B SE 457837B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
layer
emitter
cathode
insulating layer
semiconductor device
Prior art date
Application number
SE8103222A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE8103222L (en
Inventor
V A K Temple
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of SE8103222L publication Critical patent/SE8103222L/en
Publication of SE457837B publication Critical patent/SE457837B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/7302Bipolar junction transistors structurally associated with other devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/7404Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7408Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a capacitor or a resistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

457 837 över dess huvudanslutningar benämns vanligen anordningens dv/dt-prestanda, specificerad i volt/mikrosekunder. An- ordningens dv/dt-prestanda blir speciellt betydelsefull, då spänningstransienter påtryckes över anordningens huvud- anslutningar. Spänningstransienter uppträder i elektriska system, då någon störning avbryter systemets normala funk- tion eller även vid normal kretsfunktion, då andra anord- ningar i systemet kopplas till eller från. Spänningstran- sienter har vanligen en snabb stighastighet, stiga anordningens dv/dt-prestanda. som kan över- Om stighastigheten för transienten överstiger tyristorns dv/dt-prestanda kan den exempelvis medföra, att anordningen oavsiktligt till- kopplas. 457,837 over its main terminals is commonly referred to as the dv / dt performance of the device, specified in volts / microseconds. The device's dv / dt performance becomes particularly significant when voltage transients are applied across the device's main connections. Voltage transients occur in electrical systems when a disturbance interrupts the normal function of the system or even during normal circuit operation when other devices in the system are switched on or off. Voltage transducers usually have a fast rise speed, rising device dv / dt performance. If the rising speed of the transient exceeds the dv / dt performance of the thyristor, it may, for example, cause the device to be inadvertently switched on.

Det finns ett antal kända sätt att öka dv/dt-prestan- dan hos en halvledaranordning. Ett sådant sätt är att ut- nyttja emitterkortslutningar i ett relativt stort emitter- område hos en halvledaranordning. Nackdelar som kan upp- träda vid utnyttjandet av emitterkortslutningar är att den styrelektrodström som erfordras för att aktivera halvledar- anordningen ökas och att anordningens di/dt~värde även minskas.There are a number of known ways to increase the dv / dt performance of a semiconductor device. One such way is to utilize emitter short circuits in a relatively large emitter range of a semiconductor device. Disadvantages that can occur when utilizing emitter short circuits are that the control electrode current required to activate the semiconductor device is increased and that the di / dt value of the device is also reduced.

Ett annat känt sätt att förbättra dv/dt-prestandan hos halvledaranordningen är att utnyttja fingeruppdelning.Another known way to improve the dv / dt performance of the semiconductor device is to use finger splitting.

Detta ökar den ursprungliga tillkopplingsytan hos emittrar- na och reducerar i motsvarande grad anordningens tillkopp- lingskänslighet för styrelektrodström. Utnyttjandet av fingeruppdelning ger upphov till problem med avseende på packning, såväl som ökade krav på styrelektrodström.This increases the original connection area of the emitters and correspondingly reduces the device's connection sensitivity to control electrode current. The use of finger splitting gives rise to problems with regard to packing, as well as increased requirements for control electrode current.

Ytterligare ett annat känt sätt att öka dv/dt-prestan- dan hos en halvledaranordning är att utnyttja ett motstånd inkopplat mellan styrelektroden och katoden hos halvledar- anordningen. Detta åstadkommer en shuntbana för avledning av en del av den transientalstrade styrelektrodströmmen från katodens emitter. Utnyttjandet av en resistent shunt- bana för styrelektrodsignalen reducerar även halvledar- 457 837' anordningens styrelektrodkänslighet.Yet another known way to increase the dv / dt performance of a semiconductor device is to utilize a resistor connected between the gate electrode and the cathode of the semiconductor device. This provides a shunt path for diverting a portion of the transiently generated gate current from the cathode emitter. The use of a resistant shunt path for the gate electrode signal also reduces the gate electrode sensitivity of the semiconductor device.

Föreliggande uppfinning hänför sig till halvledar- anordningar av högspänningstyp, vid vilka anordningens dv/dt-prestanda ökas genom att öka storleken av de tran- sienta kapacitiva laddningsströmmarna, som leds till an- ordningens emittrar.The present invention relates to high voltage type semiconductor devices in which the dv / dt performance of the device is increased by increasing the magnitude of the transient capacitive charging currents conducted to the emitters of the device.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma kretsorgan externt kopplade till halvledar- anordningen för att åstadkomma en relativt stor ökning hos anordningens dv/dt-värde, men med en relativt liten minskning i styrelektrodkänsligheten_ Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en halvledaranordning, i vilken organ in- går för att öka dv/dt-värdet för anordningen, men med minimal effekt på anordningens övriga parametrar.An object of the present invention is to provide circuit means externally connected to the semiconductor device to provide a relatively large increase in the dv / dt value of the device, but with a relatively small decrease in the control electrode sensitivity. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device. in which means is included to increase the dv / dt value of the device, but with minimal effect on the other parameters of the device.

Ytterligare ett annat ändamål med föreliggande upp- finning är att åstadkomma en halvledaranordning, i vilken nastigheten för ett plasma som skapas vid den första till- kopplingen av anordningen ökas.Yet another object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the proximity of a plasma created at the first connection of the device is increased.

Dessa och andra ändamål med uppfinningen framstår klart för fackmannen inom området vid studium av följande beskrivning av uppfinningen.These and other objects of the invention will become apparent to those skilled in the art upon study of the following description of the invention.

I enlighet med en föredragen utföringsform av upp- finningen innefattar en halvledaranordning av högspännings- typ åtminstone en första katod med ett första metallise- ringsskikt, en andra katod med ett andra metalliserings- skikt, en anod, och ett styrelektrodområde, inrättat att mottaga en pålagd signal. Var och en av de första och andra katoderna har ett emitterskikt anbringat därunder och varje katod är separerad från anoden med åtminstone ett första och ett andra skikt av material av alternerande ledningstyp. Den andra katoden och anoden är inrättade att inkopplas mellan motsatta ändar hos en potentialkälla med relativt hög spänning med periodiskt relativt höga spänningstransienter. Periodiska uppträdanden av spännings- ' 457 837 transienter mellan den andra katoden och anoden genererar kapacitiva laddningsströmmar i de första och andra skikten, vilka strömmar uppenbarar sig såsom styrelektrodström i de första och andra katodernas emitterskikt. Styrelektrod- strömmen i den första katodens emitterskikt är, om dess amplitud ej reduceras, av tillräcklig storlek för att åstadkomma ledning mellan den första katoden och anoden.According to a preferred embodiment of the invention, a high voltage type semiconductor device comprises at least a first cathode with a first metallization layer, a second cathode with a second metallization layer, an anode, and a control electrode region, arranged to receive an applied signal. Each of the first and second cathodes has an emitter layer disposed thereunder and each cathode is separated from the anode by at least a first and a second layer of alternating lead type material. The second cathode and anode are arranged to be connected between opposite ends of a relatively high voltage potential source with periodically relatively high voltage transients. Periodic occurrences of voltage transients between the second cathode and the anode generate capacitive charge currents in the first and second layers, which currents manifest as gate electrode current in the emitter layers of the first and second cathodes. The gate current in the emitter layer of the first cathode is, if its amplitude is not reduced, of sufficient magnitude to provide conduction between the first cathode and the anode.

Halvledaranordningen av högspänningstyp innefattar vidare kapacitiva organ kopplade till styrelektrodområdet för âstadkommande av en kapacitiv shuntbana för avledning av en del av den transientalstrade, kapacitiva laddnings- strömmen, som flyter i styrelektrodområdet, bort från den första katodens emitterskikt och den del av det första skiktet som är belägen därunder, så att de transient- alstrade kapacitiva laddníngsströmmarna, sig såsom styrelektrodström, reduceras, ningens dv/dt-prestanda förbättras. vilka uppenbarar varigenom anord- De nya egenskaperna hos uppfinningen är angivna i patentkraven. Uppfinningen i sig både till dess struktur och funktion tillsammans med ytterligare ändamål och för- delaf med denna förstås bäst vid studium av följande be- skrivning i samband med ritningarna.The high voltage type semiconductor device further includes capacitive means coupled to the gate region for providing a capacitive shunt path for diverting a portion of the transiently charged capacitive charge current flowing in the gate region away from the emitter layer of the first cathode and the portion of the first layer located below it, so that the transiently generated capacitive charging currents, themselves as gate electrode current, are reduced, the dv / dt performance of the ring is improved. The novel features of the invention are set out in the claims. The invention itself, both in terms of its structure and function together with further objects and advantages thereof, is best understood by studying the following description in conjunction with the drawings.

Fig. l är en delsektionsvy genom en föredragen ut- föringsform av föreliggande uppfinning, varvid en impedans utnyttjas för åstadkommande av en shuntbana för transient styrelektrodström.Fig. 1 is a partial sectional view of a preferred embodiment of the present invention, in which an impedance is used to provide a shunt path for transient gate electrode current.

Fig. 2 är en delsektionsvy genom en förstärkande tyristor enligt föreliggande uppfinning med centr al styr- elektrod, i vilken inre isolerande skikt utnyttjas för att öka anordningens dv/dt-prestanda.Fig. 2 is a partial sectional view through a reinforcing thyristor according to the present invention with a central electrode electrode, in which inner insulating layer is used to increase the dv / dt performance of the device.

Pig. l illustrerar en delsektionsvy genom en halv- ledaranordning lO i form av en förstärkande tyristor med central styrelektrod, exemplifierande en utföringsform av föreliggande uppfinning. Anordningen l0 har ett anod- basskikt 16 av halvledarmaterial av n-typ, varvid ett halvledarmater ial av p-typ bildar ett skikt l8, vilket 457 Ljï är beläget under och i kontakt med skiktet l6. Ett katod- basskikt 14 av halvledarmaterial av p-typ är beläget över och i kontakt med skiktet l6. Skikten 14 och l6 har en avfasad yta 38 belägen vid dessas yttre periferi, för att förbättra lavingenombrottsspänningen. Halvledar- skiktet 14 bildar en huvuddel av halvledaranordningens 10 toppyta l9. Halvledarskiktet 18 utgör generellt anord- ningens l0 substrat, med skikten l4 och 18 bildade genom diffusion och/eller epitaxiell tillväxt. Anordningen 10 innefattar en styrtyristor l3 och en huvudtyristor 28, var och en med ett ytterligare högledande n+-skikt visade vid 15 resp. 17. n+-skiktet l5 utgör styrtyristorns 13 emitter. På liknande sätt utgör n+-skiktet l7 huvudtyris- torns 28 emitter. Emittern 15 är överdragen med ett metalliseringsskikt 26, häri benämnt styrstegskatodelektro- den eller den första katodelektroden. På liknande sätt är emittern l7 överdragen med ett metalliseringsskikt 30, häri benämnt huvudstegskatodelektroden eller den andra katod- elektroden. Emittern 15 och skiktet 26 bildar styrstegs- katoden, medan emittern l7 och skiktet 30 bildar huvud- stegskatoden.Pig. 1 illustrates a partial sectional view through a semiconductor device 10 in the form of a amplifying thyristor with a central control electrode, exemplifying an embodiment of the present invention. The device 10 has an anode base layer 16 of n-type semiconductor material, a p-type semiconductor material ial forming a layer 18, which 457 Lj1 is located below and in contact with the layer 16. A cathode base layer 14 of p-type semiconductor material is located above and in contact with the layer 16. Layers 14 and 16 have a beveled surface 38 located at their outer periphery, to improve the avalanche breakdown voltage. The semiconductor layer 14 forms a major part of the top surface 19 of the semiconductor device 10. The semiconductor layer 18 generally forms the substrate 10 of the device, with layers 14 and 18 formed by diffusion and / or epitaxial growth. The device 10 comprises a control thyristor 13 and a main thyristor 28, each with a further highly conductive n + layer shown at 15 and 15, respectively. 17. The n + layer 15 constitutes the emitter of the control thyristor 13. Similarly, the n + layer 17 constitutes the emitter 28 of the main thyristor. The emitter 15 is coated with a metallization layer 26, herein referred to as the control stage cathode electrode or the first cathode electrode. Similarly, the emitter 17 is coated with a metallization layer 30, referred to herein as the main stage cathode electrode or the second cathode electrode. The emitter 15 and the layer 26 form the control stage cathode, while the emitter 17 and the layer 30 form the main stage cathode.

Metalliseringsskiktet 30 åstadkommer en kontakt för anslutning av en ände av en spänningskälla med relativt hög spänning via en anslutning 34. Metalliseringsskikten 26 och 30 har om så önskas konventionella emitterkortslut- ningar 32 utförda i dessas toppartier och sträckande sig in i området 14. Ett ytterligare metalliseringsskikt 24, häri benämnt anordningens styrelektrod, är beläget på katodbasskiktet 14. Styrelektroden 24 kan vara förbunden med en elektrisk styrelektrodsignalkälla via en anslutning 22. Vid ett utförande av en fotokänslig förstärkande styr- elektrodtyristor 10 kan en ljussignal infalla på en del eller hela styrelektrodområdet 47. För detta ändamål väljs elektroden 24 att vara transparent för infallande ljus- strålning eller ges den mycket liten yta, för att medge 457 857 att tillräcklig ljusmängd infaller på ytan 17 i styr- elektrodområdet 47 för att trigga anordningen.The metallization layer 30 provides a contact for connecting one end of a relatively high voltage voltage source via a terminal 34. The metallization layers 26 and 30 have, if desired, conventional emitter short circuits 32 made in their top portions and extending into the region 14. A further metallization layer 24, referred to herein as the control electrode of the device, is located on the cathode base layer 14. The control electrode 24 may be connected to an electrical control electrode signal source via a terminal 22. In the embodiment of a photosensitive amplifying control electrode thyristor 10, a light signal may be incident on some or all of the control electrode region 47. For this purpose, the electrode 24 is selected to be transparent to incident light radiation or given the very small surface area, in order to allow a sufficient amount of light to be incident on the surface 17 in the control electrode area 47 to trigger the device.

Ytterligare ett metalliseringsskikt 20 är beläget under skiktet 18 och bildar ett organ för anslutning av den andra änden av högspänningskällan till anordningen l0 via en anslutning 36. Metalliseringsskiktet 20 benämns häri anordningens 10 anod.Another metallization layer 20 is located below the layer 18 and forms a means for connecting the other end of the high voltage source to the device 10 via a connection 36. The metallization layer 20 is referred to herein as the anode of the device 10.

Halvledaranordningen 10, såsom den visad i fig. l innefattar ett styrelektrodområde 47, som sträcker sig från en centrumlínje l2 till en främre kant eller till- kopplingslinje 70 hos styrtyristorn 13, område 49, I ett styrtyristor- som sträcker sig från slutet av styrelektrod- området 47 till slutet av emittern l5 hos styrtyristorn 13, ocn ett huvudtyristoromrâde 51, som börjar vid en Lillkopplingslinje 80 och spänner över emittern l7 hos nuvudtyristorn 28. Den främre kanten hos styrtyristorn är den sida som är närmast styrelektrodområdet 47 och därvid ligger främst relativt styrelektrodområdet.The semiconductor device 10, such as that shown in Fig. 1, includes a gate region 47 extending from a center line 12 to a leading edge or connection line 70 of the gate 13, region 49, in a gate extending from the end of the gate. the area 47 to the end of the emitter 15 of the control thyristor 13, and a main thyristor area 51, which begins at a small connection line 80 and spans the emitter 17 of the new thyristor 28. The leading edge of the control thyristor is the side closest to the control electrode area 47 and is mainly relative to the control electrode area .

Såsom diskuterats tidigare kan uppträdandet av spänningstransienter, påtryckta över halvledar såsom anordningens 10, k anordningens, katod och anod ge upphov till att apacitiva laddningsströmmar flyter i anordningen 10. De kapacitiva laddningsströmmarna visas i fig. l såsom ett flertal pilar 4l utgående från anoden 20 och flytande uppåt genom skikten 18, 16 och 14 mot anordningens 10 topparti l9.As previously discussed, the occurrence of voltage transients, applied across semiconductors such as the cathode and anode of the device 10, k device, can cause apacitive charge currents to flow in the device 10. The capacitive charge currents are shown in Fig. 1 as a plurality of arrows 41 from the anode 20 and floating upwards through the layers 18, 16 and 14 towards the top portion 19 of the device 10.

En del av de transienta kapacitiva ladd- ningsströmmarna kan uppenbara sig såsom en styrelektrod- ström med tillräckligt värde för att överstiga ett kri- tiskt värde och medföra att huvudtyristorn 28 blir ledande och således oavsiktligt koppla till anordningen 10. På motsvarande sätt kan en del av de transientalstrade kapa- citiva laddningsströmmarna 41 även bringa styrtyristorn 13 att bli ledande och således oavsiktligt koppla till anordningen l0. vid utföringsformen enligt fig. l är ett impedans- organ ll anordnat för att reducera anordningens 10 känslig- 457 837 net för oavsiktlig tillkoppling till följd av spännings- transienter. En reduktion av känsligheten för oavsiktlig tillkoppling ökar i motsvarande grad anordningens 10 dv/dt-prestanda.A portion of the transient capacitive charge currents may manifest as a gate current of sufficient value to exceed a critical value and cause the main thyristor 28 to become conductive and thus inadvertently connect to the device 10. Similarly, a portion of the the transiently generated capacitive charge currents 41 also cause the control thyristor 13 to become conductive and thus inadvertently connect to the device 10. in the embodiment according to Fig. 1, an impedance means 11 is arranged to reduce the sensitivity of the device 10 to inadvertent connection due to voltage transients. A reduction in the sensitivity to inadvertent switching correspondingly increases the device's dv / dt performance.

Impedansorganet ll är inkopplat mellan styrelektro- den 24 och den andra katodelektroden 30 för åstadkommande av en shuntbana för en del av de transienta kapacitiva laddningsströmmarna. Impedansorganet ll åstadkommer så- ledes en shunt- eller parallellbana för att leda en del av de transientalstrade kapacitiva laddningsströmmarna bort från emittrarna 15 och 17 och därigenom erhålles en shuntbana för huvuddelen av de transienta kapacitiva laddningsströmmarna som flyter i styrelektrodområdet 47.The impedance means 11 is connected between the control electrode 24 and the second cathode electrode 30 to provide a shunt path for a portion of the transient capacitive charge currents. The impedance means 11 thus provides a shunt or parallel path for conducting a portion of the transiently generated capacitive charge currents away from the emitters 15 and 17, thereby providing a shunt path for the majority of the transient capacitive charge currents flowing in the control electrode region 47.

Impedansorganet ll utgöres av en kondensator med en energikarakteristik väsentligen utan förlust och en relativt låg impedans för snabba transienter. Utnyttjan- dct av en kapacitiv shunt ökar halvledaranordningens dv/dt-prestanda och ökar anordningens 10 tillkopplings- fördröjningstid ocn reducerar i allmänhet i viss grad an- ordningens di/dt-värde. Av skäl som beskrivs nedan väljs värdet för kapacitansen hos impedanselementet ll med hän- syn till den ökade dv/dt-prestandan, som erhålles och även till den resulterande ökningen av tillkopplingsför- dröjningen och motsvarande minskning av anordningens l0 di/dt-värde.The impedance means 11 consists of a capacitor with an energy characteristic substantially without loss and a relatively low impedance for fast transients. Utilization of a capacitive shunt increases the dv / dt performance of the semiconductor device and increases the connection time of the device 10 and generally reduces the di / dt value of the device to some extent. For reasons described below, the value of the capacitance of the impedance element ll is selected with respect to the increased dv / dt performance obtained and also to the resulting increase of the connection delay and the corresponding decrease of the device l0 di / dt value.

Det inses, att utnyttjandet av den kapacitiva shunten ll med en låg impedans för snabba transient- strömmar avleder en del av de kapacitiva laddningsström- marna 41 från emittrarna 15 och 17 och minskar därvid den dv/dt-erhållna styrelektrodströmmen, som pålägges styr- tyristorn 13 och huvudtyrístorn 28. Styrelektrodströmmen som är en funktion av tiden, häri betecknad IG(t), repre- senteras approximatívt av följande förhållande: T 1G=cJav/au1-et/ G) (L) där C. = övergångskapacitansen hos styrelektrodområdet 47; J 457 837 t = tid för spänningstransienten; CJdv/dt f de kapacitiva laddningsströmmarna som alstras av spänningstransienterna; TG ==(CJ+Cll). RSK för tidsvaraktigheten t, varvid C11 RGR resistansvärdet mellan styrelektroden 24 och den andra katodelektroden 30. kapaeitansvärdet för impedanselementet ll och Symbolen TG benämns häri tidkonstanten mellan styr- elektroden 24 och katoden 30. Det inses, att värdet för 'IG för anordningen 10 med en inneboende kapacitans C J och resistans RGK kan väljas genom lämpligt val av ett kapaci- tansvärde för C11.It will be appreciated that the use of the low impedance capacitive shunt II to divert some of the capacitive charge currents 41 from the emitters 15 and 17 thereby reducing the dv / dt-obtained gate current applied to the gate thyristor. 13 and the main thyristor 28. The gate electrode current which is a function of time, referred to herein as IG (t), is approximately represented by the following ratio: T 1G = cJav / au1-et / G) (L) where C. = the transition capacitance of the gate electrode region 47 ; J 457 837 t = time of the voltage transient; CJdv / dt f the capacitive charge currents generated by the voltage transients; TG == (CJ + C11). RSK for the time duration t, where C11 RGR the resistance value between the control electrode 24 and the second cathode electrode 30. the capacitance value of the impedance element 11 and the symbol TG is referred to herein as the time constant between the control electrode 24 and the cathode 30. It will be appreciated that the value inherent capacitance CJ and resistance RGK can be selected by appropriately selecting a capacitance value for C11.

Efter en tidsvaraktighet tra p, då spänningstransien~ som alstrar den kapacitiva laddningsströmmen försvinner, kan l ten G approximativt representeras av följande förhållande för tider större än t ramp: :Gm = isztramp) exp f-(t-trampvta] <2) där ta är tidkonstanten för avklingningen av IG.After a time duration trap, when the voltage transition ~ generating the capacitive charging current disappears, l ten G can be approximately represented by the following ratio for times greater than t ramp:: Gm = isztramp) exp f- (t-trampvta] <2) where ta is the time constant for the decay of IG.

Ekvation (1) kan integreras över tidsvaraktigheten t ramp för bestämning av den laddning som levereras till styrelektroden under tramp och sedan kan resultatet av ekvationen (l) adderas till integralen av ekvationen (2) för tidsvaraktigheter överstigande tramp, för bestämning av den totala laddning som levereras till styrelektroden 24 med inkopplat impedanselement ll av dv/dt-styrelektrod- strömmen. Den bestämda laddningen kan sedan jämföras med en laddning, som skulle ha utvecklats utan kapacitansen hos impedanselementet ll inkopplad mellan styrelektroden 24 och den andra katodelektroden 30. Den resulterande jämförelsen skulle vara representativ för en förbättrad dv/dt-faktor F, vilken approximativt kan representeras av följande förhållande: 1 f' = :ï-*Tr <3) _ ramp J 457 837 Såsom nämnts tidigare kommer impedansen ll fastän den förbättrar anordningens l0 dv/dt~prestanda även att öka tillkopplingstiden för anordningen 10 till den grad, att impedanselementet ll avleder styrelektrodström från styrelektroden 24. I de flesta tyristortillämpningar för relativt låg omkopplingshastighet, såsom <1 kHz, kommer ett TG av storleksordningen 20 psek ej att väsentligt försämra anordninqens 10 prestanda. Om den omkopplings- hastighet som erfordras för tyristorns användning är > l kHz, skulle TG normalt väljas att ej överstiga mer än några få psek.Equation (1) can be integrated over the time duration t ramp to determine the charge delivered to the control electrode during tramp and then the result of equation (1) can be added to the integral of equation (2) for time durations exceeding tramp, to determine the total charge which is supplied to the gate electrode 24 with connected impedance element 11 of the dv / dt gate electrode current. The determined charge can then be compared with a charge which would have developed without the capacitance of the impedance element 11 connected between the control electrode 24 and the second cathode electrode 30. The resulting comparison would be representative of an improved dv / dt factor F, which can be approximately represented by the following ratio: 1 f '=: ï- * Tr <3) _ ramp J 457 837 As mentioned earlier, the impedance ll, although it improves the performance of the device l0 dv / dt ~, will also increase the switch-on time of the device 10 to the extent that the impedance element ll diverts gate current from gate 24. In most relatively low switching rate thyristor applications, such as <1 kHz, a TG of the order of 20 psec will not significantly degrade the performance of the device 10. If the switching speed required for the use of the thyristor is> 1 kHz, TG would normally be chosen not to exceed more than a few psecs.

Det inses att impedanselementet ll reducerar stig- tiden för den normala styrelektrodströmsignalen, som på~ lägges styrelektroden 24 under normala tändförhållanden.It will be appreciated that the impedance element II reduces the rise time of the normal gate electrode current signal applied to the gate electrode 24 under normal ignition conditions.

Således kan tillkopplingshastigheten och anordningens 10 dv/dt-prestanda påverkas under normala tändförhållanden.Thus, the switch-on speed and the dv / dt performance of the device 10 can be affected under normal ignition conditions.

För undersökning av graden av reduktion i di/dt vid till- koppling för en förstärkande tyristor med styrelektrod motsvarande förbättrade dv/dt-faktorer F har experiment utförts, vilkas resultat visas i Tabell I. Dessa resultat representerar uppmätta tillkopplingshastigheter i enheter av di/dt. 457 837 10 Tabe] 1 I :Eâdspannlngar C11 Approximativa styïelektrod- (IAF) F-värden (Ps) Tyristor Tyristor strommar (28) (13) 0 1,00 6,8 200 110 _ 0,02 1,29 8,4 200 110 vA = 400v 0,04 1,77 10,0 200 100 IG = ZOOma 0,06 2,35 11,6 200 100 § 0,08 2,93 13,2 200 100 § 0,10 3,53 14,8 200 100 1 0,20 6,50 20,3 200 100 l 0,30 9,50 26,5 200 100 É 0,40 12,50 32,2 200 100 1 0,50 15,50 38,0 200 100 __ ~'“'> 0 1,00 3,6 230 - 'VA = 400v 0,05 2,06 6,2 225 - :G = 40095 0,10 3,53 8,0 225 - 0,15 5,02 9,8 220 - 0,20 6,50 11,3 220 110 0,30 9,50 14,2 215 100 0,40 12,50 16,9 210 100 0 1,00 5,1 1100 550 vA = 800v 0,01 1,05 6,0 1150 500 :G = 200ma 0,02 1,29 6,8 1100 480 0,04 1,77 8,3 1050 440 3 0,05 2,06 9,0 1000 440 É 0,06 2,35 9,8 1000 440 É 0,08 2,93 11,3 1000 420 1 0,10 3,53 12,5 950 410 0,20 6,5 18,3 900 400 2 0,30 9,5 24,0 880 360 å 0,40 12,5 29,5 850 360 L__*__ ____, 0,60 a“__18,5 40,5 850 360 457 837 ll De i Tabell l angivna värdena erhölls vid utnytt- jande av ekvation (3) för tramp = l psek och rG = RGKCll, där RGK = 30 ohm och C11 är såsom visas i Tabell I för varje motsvarande värde på F. Di/dt vid tillkoppling i kolumnen för tyristor (28) är de värden som uppträdde vid tillkoppling av huvudtyristorn 28. På liknande sätt är di/dt-värdena i kolumnen för tyristor (13), de som er- hölls vid tillkoppling av styrtyristorn 13. De första fyra värdena för di/dt för styrtyristorn 13 samhörande med VA = 400V och I = 400ma bestämdes ej.To investigate the degree of reduction in di / dt at connection for an amplifying thyristor with control electrode corresponding to improved dv / dt factors F, experiments have been performed, the results of which are shown in Table I. These results represent measured connection speeds in units of di / dt . 457 837 10 Tabe] 1 I: Lead voltages C11 Approximate control electrode (IAF) F values (Ps) Thyristor Thyristor currents (28) (13) 0 1.00 6.8 200 110 _ 0.02 1.29 8.4 200 110 vA = 400v 0.04 1.77 10.0 200 100 IG = ZOOma 0.06 2.35 11.6 200 100 § 0.08 2.93 13.2 200 100 § 0.10 3.53 14 .8 200 100 1 0.20 6.50 20.3 200 100 l 0.30 9.50 26.5 200 100 É 0.40 12.50 32.2 200 100 1 0.50 15.50 38.0 200 100 __ ~ '“'> 0 1.00 3.6 230 - 'VA = 400v 0,05 2,06 6,2 225 -: G = 40095 0,10 3,53 8,0 225 - 0,15 5.02 9.8 220 - 0.20 6.50 11.3 220 110 0.30 9.50 14.2 215 100 0.40 12.50 16.9 210 100 0 1.00 5.1 1100 550 vA = 800v 0.01 1.05 6.0 1150 500: G = 200ma 0.02 1.29 6.8 1100 480 0.04 1.77 8.3 1050 440 3 0.05 2.06 9.0 1000 440 É 0.06 2.35 9.8 1000 440 É 0.08 2.93 11.3 1000 420 1 0.10 3.53 12.5 950 410 0.20 6.5 18.3 900 400 2 0.30 9.5 24.0 880 360 å 0.40 12.5 29.5 850 360 L __ * __ ____, 0.60 a “__ 18.5 40.5 850 360 457 837 ll The values given in Table l obtained using equation (3) for tramp = 1 psek and rG = RG KC11, where RGK = 30 ohms and C11 are as shown in Table I for each corresponding value of F. Di / dt on connection in the column for thyristors (28) are the values which occurred on connection of the main thyristor 28. Similarly, di The / dt values in the column for thyristor (13), those obtained when connecting the control thyristor 13. The first four values for di / dt for the control thyristor 13 associated with VA = 400V and I = 400ma were not determined.

G Av ett studium av Tabell I, speciellt för V = 800V och IG = 200ma, framgår det tydligt att den störsêa pro- centuella reduktionen i di/dt vid tillkoppling uppträder för tyristorn l3 med en ändring från 550 till 360. Mot- svarande F-värde visar emellertid en ökning från 1,00 till 18,5. Således erhålles för en relativt låg sänkning av di/dt vid tillkoppling en motsvarande relativt stor förbättring av dv/dt-prestandan för anordningen till följd av utnyttjandet av kondensatorn ll, utan någon väsentlig försämring hos anordningens l0 övriga egen- skapër.G From a study of Table I, especially for V = 800V and IG = 200ma, it is clear that the largest percentage reduction in di / dt when connected occurs for the thyristor l3 with a change from 550 to 360. Corresponding F value, however, shows an increase from 1.00 to 18.5. Thus, for a relatively low reduction of di / dt on connection, a correspondingly relatively large improvement of the dv / dt performance of the device is obtained due to the utilization of the capacitor 11, without any significant deterioration of the other properties of the device 10.

En andra utföringsform av föreliggande uppfinning som utnyttjar inbyggda isolerande skikt för genomförande av en funktion liknande den för det externt inkopplade impedanselementet ll visas i Pig. 2, vilken illustrerar en delsektionsvy genom en förstärkande styrelektrod- tyristor med central styrelektrod 40 med en styrtyristor 21 och en huvudtyristor 33. Skikten l4, l6 och 18, de transienta kapacitiva laddningsströmmarna 41, avfasningen 38, anoden 20 och styrelektroden 24 har en liknande struktur och funktion som beskrivits för anordningen 10 i Fíg. 1.A second embodiment of the present invention which utilizes built-in insulating layers for performing a function similar to that of the externally connected impedance element 11 is shown in Figs. 2, which illustrates a partial sectional view through a reinforcing gate electrode thyristor with central gate electrode 40 having a gate thyristor 21 and a main thyristor 33. The layers 14, 16 and 18, the transient capacitive charge currents 41, the chamfer 38, the anode 20 and the gate electrode 24 have a similar structure. and function described for the device 10 in Figs. 1.

Styrtyristorn 21 innefattar en emitter 37 utförd av ett högledande n+-skikt, på vilket ett metalliseringsskikt 44 är överdraget, häri benämnt styrstegskatodelektroden eller den första katodelektroden. På liknande sätt inne- 457 857 12 fattar huvudtyristorn 33 en emitter 39 utförd av ett hög- ledande n+-skikt, på vilket ett metalliseringsskikt 45 är anordnat, häri benämnt huvudstegskatodelektroden eller den andra katodelektroden.The control thyristor 21 comprises an emitter 37 formed of a highly conductive n + layer, on which a metallization layer 44 is coated, herein referred to as the control stage cathode electrode or the first cathode electrode. Similarly, the main thyristor 33 comprises an emitter 39 formed of a highly conductive n + layer, on which a metallization layer 45 is arranged, herein referred to as the main stage cathode electrode or the second cathode electrode.

Ett isolerande skikt 46, företrädesvis innefattande en oxid av halvledarskikten 14 och 37, är utformat i skiktet 14 och emittern 37 och så beläget att det står i kontakt med och överlappar tillkopplingslinjen 70 hos styrtyristorn 21 under den främre kanten 48 hos den första katodelektroden 44. Föreningen mellan den främre kanten 48, och det isolerande skiktet 46 bildar ett skiktarrangemang 50. Ett isoleringsmaterial 54 är format i skiktet 14 och emittern 39 och så placerat att det står i kontakt med och överlappar tillkopplingslinjen 80 hos huvudtyristorn 33 under den främre kanten 56 hos den andra katodclcktroden 45. Föreningen mellan den främre kanten 5 6 och det isole- rande skiktet 54 bildar ett sk iktarrangomang 57.An insulating layer 46, preferably comprising an oxide of the semiconductor layers 14 and 37, is formed in the layer 14 and the emitter 37 and located so as to contact and overlap the connection line 70 of the control thyristor 21 below the leading edge 48 of the first cathode electrode 44. The connection between the leading edge 48, and the insulating layer 46 forms a layer arrangement 50. An insulating material 54 is formed in the layer 14 and the emitter 39 and positioned so as to contact and overlap the connection line 80 of the main thyristor 33 below the leading edge 56 of the second cathode electrode 45. The connection between the leading edge 56 and the insulating layer 54 forms a layer arrangement 57.

Med ytterligare hänvisning till huvudtyristorn 33 är ett isolerande skikt 60, företrädesvis innefattande en oxid av halvledarskikten 39 och l4, utfört i skiktet 14 och emittern 39 och anordnat i ett komplemcntärt arrange- mang med ett lokalt område 58 hos den andra katodelektro- den 45, under vilket skiktet 39 har etsats bort eller på Ett alternativ till det lokala om- rådet 58 och isolatorn 60 är ett isolerande skikt 62, annat sätt avlägsnats. företrädesvis innefattande en oxid av halvledarskiktet l4, vilket är format under den andra katodelektroden 45 och beläget i ett lokalt omrâde 68, i vilket emittern 39 med avsikt ej har diffunderat eller låtits tillväxa epitaxiellt.With further reference to the main thyristor 33, an insulating layer 60, preferably comprising an oxide of the semiconductor layers 39 and 14, is formed in the layer 14 and the emitter 39 and arranged in a complementary arrangement with a local area 58 of the second cathode electrode 45. under which the layer 39 has been etched away or on An alternative to the local area 58 and the insulator 60 is an insulating layer 62, otherwise removed. preferably comprising an oxide of the semiconductor layer 14, which is formed below the second cathode electrode 45 and located in a local area 68, in which the emitter 39 has not intentionally diffused or grown epitaxially.

Isoleringsskikten 46, 54, 60 och 62 har en tjocklek och yta förutbestämd för styrning av kapacitansen hos områdena 50, 57, 58 resp. 68, på samma sätt som kapacitansen C ll valdes eller varierades i utföringsformen visad i Pig . l.The insulating layers 46, 54, 60 and 62 have a thickness and surface predetermined for controlling the capacitance of the areas 50, 57, 58 and 68, in the same manner as the capacitance C11 was selected or varied in the embodiment shown in Figs. l.

Skiktarrangemangen 50 och 57 bidrar med inbyggda shuntkapacitanser för styrtyristorn 21 respektive huvud- tyristorn 33. Dessa kapacitanser bildar organ för shunt- 457 837 l3 ning av de kapacitiva laddningsströmmarna 41 alstrade av spänningstransienter, som påtryckes över anoden och den andra katoden, bort från emittrarna 37 och 39 hos styrtyristorn 2l respektive huvudtyristorn 33. Shuntbanan för styrtyristorn Zl åstadkoms medelst skiktarrange- manget 50 avledande en del av de transienta kapacitiva laddningsströmmarna 4l till den första katodelcktroden 44. På liknande sätt är shuntbanan för huvudtyristorn 33 åstadkommen medelst skiktarrangcmanget 57 avledande en del av de transienta kapacitiva laddningsströmmarna 41 till den andra katodelektroden 45.The layer arrangements 50 and 57 contribute with built-in shunt capacitances for the control thyristor 21 and the main thyristor 33, respectively. These capacitances form means for shunting the capacitive charging currents 41 generated by voltage transients, which are applied across the anode and the second cathode 37 away from the emitters 37. and 39 of the control thyristor 211 and the main thyristor 33, respectively. the transient capacitive charge currents 41 to the second cathode electrode 45.

Anordningen 40, visad i Pig. 2, med inbyggda shunt- kondensatorer 50 och 57 i styrtyristorn Zl respektive huvudtyristorn 33 ger samma resultat som anordningen lO med impedanselementet ll, såsom visas i Pig. l. De in- byggda kapacitansvärdena för skiktarrangemangen 50 och 57 hos anordningen 40 i Pig. 2 ger approximativt samma dv/dt-förbättringsfaktor P, listad i Tabell I för motsva- rande kapacitansvärden C med samma grad av ökning i 1 tillkopplingstid och redàktion av di/dt-värdefi såsom för anordningen 10.The device 40, shown in Figs. 2, with built-in shunt capacitors 50 and 57 in the control thyristor Z1 and the main thyristor 33, respectively, gives the same result as the device 10 with the impedance element 11, as shown in Figs. l. The built-in capacitance values of the layer arrangements 50 and 57 of the device 40 in Figs. 2 gives approximately the same dv / dt enhancement factor P, listed in Table I for the corresponding capacitance values C with the same degree of increase in 1 switch-on time and reduction of di / dt value fi as for the device 10.

Kombinationen av det lokala området 58 och isole- ringsskiktet 60 ger en emitterkortslutning av kapacitiv typ i en genom etsning definierad emitter, såsom visas i Fig. 2. På liknande sätt ger kombinationen av isolerings- skiktet 62 beläget under den andra katodelektroden 45 i ett område 68, i vilket det högledande materialet hos emittern 39 har avlägsnats, en emitterkortslutning av kapacitiv typ i en emitter av en typ som definierats genom diffusion. Dessa emitterkortslutningar av kapacitiv typ belägna i huvudtyristorn 33 reducerar känsligheten för oavsiktligt tillslag av den förstärkande med styr- elektrod försedda tyristorn 40, på ett sätt liknande det som erhålles som ett resultat av konventionella emitter- kortslutningar, såsom diskuterats tidigare. De kapacitiva emitterkortslutningarna hos huvudtyristorn 33 förhindrar 457 837 14 emellertid ej spridningen av en plasma skapad vid det första tillslaget av en tyristor, i jämförelse med vad som sker som ett resultat av konventionella emitter- kortslutningar. De kapacítiva emitterkortslutningarna hos huvudtyristorn 33 ökar plasmaspridningshastigheten och bidrar således till att öka anordningens 40 di/dt- prestanda under bibehållande av hög dv/dt-prestanda.The combination of the local area 58 and the insulating layer 60 produces a capacitive type emitter short circuit in an emitter defined by etching, as shown in Fig. 2. Similarly, the combination of the insulating layer 62 located below the second cathode electrode 45 in an area 68, in which the high conductive material of the emitter 39 has been removed, a capacitive type emitter short circuit in an emitter of a type defined by diffusion. These capacitive type emitter short circuits located in the main thyristor 33 reduce the sensitivity to inadvertent switching on of the steered amplifier thyristor 40, in a manner similar to that obtained as a result of conventional emitter short circuits, as previously discussed. However, the capacitive emitter short circuits of the main thyristor 33 do not prevent the spread of a plasma created at the first turn on of a thyristor, as compared to what occurs as a result of conventional emitter short circuits. The capacitive emitter short circuits of the main thyristor 33 increase the plasma spreading rate and thus help to increase the di / dt performance of the device 40 while maintaining high dv / dt performance.

Det inses, att tätheten och ytan hos det lokala området 60 eller 62 skall justeras, så att dv/dt-ström- flödet till vart och ett resulterar i en spänning ej överstigande mer än halva bandgapsspänningen över den inbyggda kondensatorn. Detta säkerställer liten avvis- ning från intilliggande n+-emitter - p-basövergångar.It will be appreciated that the density and area of the local area 60 or 62 should be adjusted so that the dv / dt current flow to each results in a voltage not exceeding more than half the bandgap voltage across the built-in capacitor. This ensures little rejection from adjacent n + emitters - p-base transitions.

Det bör observeras, att vissa emitterkortslutningar kan utgöras av konventionella sådana. Exempelvis kan konven- tionella kortslutningar alterneras med kapacitiva kort- slutningar.It should be noted that some emitter short circuits may be conventional ones. For example, conventional short circuits can be alternated with capacitive short circuits.

Fastän häri har beskrivits förstärkande styrelek- trodtyristorer inses, att de beskrivna utföringsformerna av föreliggande uppfinning även är tillämpliga för andra halvledaranordningar, såsom tyristorer och högspännings- transistorer. För en tyristor som ej har ett styrtyristor- steg för förstärkning av styrelektrodströmmen behöver de beskrivna utföringsformerna endast utnyttjas för huvud- tyristorsteget. Pâ liknande sätt behöver för en hög- spänningstransistor, med två skikt av material av alter- nerande ledningstyp liknande skikten 14 och 16, de be- skrivna utföringsformerna endast utnyttjas för avledning av den kapacitiva laddningsströmmen bort från emitter- skikten hos transistorn, varvid de ej förstärks av tran- sistorns förstärkning.Although amplifying gate electrode thyristors have been described herein, it will be appreciated that the described embodiments of the present invention are also applicable to other semiconductor devices, such as thyristors and high voltage transistors. For a thyristor which does not have a control thyristor stage for amplifying the control electrode current, the described embodiments need only be used for the main thyristor stage. Similarly, for a high voltage transistor, with two layers of alternating lead type material similar to layers 14 and 16, the described embodiments need only be used to divert the capacitive charge current away from the emitter layers of the transistor, not amplified by the amplification of the transistor.

Det inses, att de beskrivna utföringsformerna hän- för sig till halvledaranordningar av högspänningstyp med- givande relativt stor förbättring av dv/dt-värdet för an- ordningarna och relativt liten försämring av anordningar- 457 837 15 nas övriga parametrar. De beskrivna utföringsformerna ut- nyttjande kapacitiva emitterkortslutningar 1 huvudtyris- torns emitterskikt förbättrar vidare anordningens di/dt- prestanda med bibehållande av anordningens relativt höga dv/dt-prestanda.It will be appreciated that the described embodiments relate to high voltage type semiconductor devices allowing relatively large improvement in the dv / dt value of the devices and relatively little deterioration of the other parameters of the devices. The described embodiments utilizing capacitive emitter short circuits in the emitter layer of the main thyristor further improve the di / dt performance of the device while maintaining the relatively high dv / dt performance of the device.

Fastän uppfinningen har visats och beskrivits under hänvisning till vissa föredragna utföringsformer av denna inser fackmannon, att olika ändringar till form och detalj kan utföras utan avsteg från uppfinningstanken och upp- finningens omfång, såsom denna definieras i patentkraven.Although the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, those skilled in the art will recognize that various changes in form and detail may be made without departing from the spirit of the invention and the scope of the invention as defined in the claims.

Claims (9)

457 837 .(5 Patentkrav457,837. (5 Patent Claims 1. Halvledaranordning av högspänningstyp, fattande en övre yta, inne- en första katod med ett första metalliseringsskikt (44) och ett första emitterskikt (37) därunder på nämnda övre yta, en andra katod med ett andra metalliseringsskikt (45) och ett andra emitter- skikt (39) därunder och separerad ett avstånd från nämnda första katod, vilka första och andra emitterskikt är av en första ledningstyp, en styrelektrod (24) inrättad att mottaga en pålagd signal och en anod (20), varvid nämnda första katod har en tillkopplingslinje (70) approxima- tivt belägen vid en främre kant hos nämnda första emitter- skikt (37) i förhållande till nämnda styrelektrod (24), nämnda andra katod har en tillkopplingslinje (80) belägen approximativt vid en främre kant hos nämnda andra emitter- skikt (39) i förhållande till nämnda styrelektrod, nämnda första och andra katoder är separerade från nämnda anod (20) medelst ett flertal skikt (14, 16, 18) av material av alternerande ledningstyp, av vilka skikt ett första skikt (14) är av en andra ledningstyp och bildar ett parti av nämnda övre yta och en övergång med nämnda första och andra emitterskikt (37, 39), nämnda styrelek- trod (24) står i kontakt med nämnda första skikt (14) av nämnda skikt av material av alternerande ledningstyp, och nämnda första och andra katoder är kopplade till varandra och till nämnda styrelektrod (24) via nämnda första skikt (14) av nämnda skikt av material med alter- nerande ledningstyp och varvid nämnda andra katod och nämnda anod (20) är inrättade att vara inkopplade mellan motsatta ändar hos en potentialkälla med relativt hög spänning och periodiskt relativt höga spänningstransien- ter, så att periodiska uppträdanden av spänningstransi- enterna alstrar kapacitiva laddningsströmmar (41) nämnda skikt (14, 16, i 18) av material av alternerande 457 837 /2 ledningstyp, k ä n n e t e c k n a d av att halvledar- anordningen (40) vidare innefattar kapacitiva organ (50, 57) för avledning av en del av de transientalstrade kapacitiva laddningsströmmar (41) som flyter i nämnda skikt (14, 16, 18) av material av alternerande lednings- typ under nämnda styrelektrod (24) bort från nämnda första och andra emitterskikt (37, 39) och det parti av nämnda första skikt som ligger därunder, så att de tran- sientalstrade kapacitiva laddningsströmmar (41) som uppenbarar sig såsom styrelektrodström reduceras med minimal effekt på andra parametrar hos anordningen, vari- genom anordningens dv/dt-prestanda förbättras, och att nämnda kapacitiva organ (50, 57) innefattar ett första isolerande skikt (46) beläget i kontakt med nämnda första emitterskikt (37) hos nämnda första katod och ett parti av nämnda första skikt (14) intill nämnda främre kant hos nämnda första emitterskikt och överlappande tillkopp- lingslinjen (70) för nämnda första katod, varvid nämnda första metalliseringsskikt (44) står i kontakt med nämnda första emitterskikt (37) och innefattar ett första metalli- seringsutsprâng (48) som är beläget över nämnda första iso- lerande skikt (46) och vilket även ligger över nämnda främre kant hos nämnda första emitterskikt (37) samt över- lappar nämnda tillkopplingslinje (70) för detta utan att stå i direkt kontakt med nämnda första skikt (14), och ett andra isolerande skikt (54) beläget i kontakt med nämnda andra emitterskikt (39) hos nämnda andra katod och ett parti av nämnda första skikt (14) intill nämnda främre kant hos nämnda andra emitterskikt och överlappande tillkopplingslinjen (80) för nämnda andra katod, varvid nämnda andra metalliseringsskikt (45) står i kontakt med nämnda andra emitterskikt (39) och innefattar ett andra metalliseringsutsprång (56) som är beläget över nämnda andra isolerande skikt (54) och vilket även ligger över nämnda främre kant hos nämnda andra emitterskikt (39) samt överlappar nämnda tillkopplingslinje (80) för detta. 457 837 I!A high voltage type semiconductor device, comprising an upper surface, inside a first cathode with a first metallization layer (44) and a first emitter layer (37) below it on said upper surface, a second cathode with a second metallization layer (45) and a second emitter layer (39) below and separated by a distance from said first cathode, which first and second emitter layers are of a first line type, a control electrode (24) arranged to receive an applied signal and an anode (20), said first cathode having a connection line (70) located approximately at a leading edge of said first emitter layer (37) relative to said control electrode (24), said second cathode having a connection line (80) located approximately at a leading edge of said second emitter layer. layer (39) relative to said gate, said first and second cathodes being separated from said anode (20) by a plurality of layers (14, 16, 18) of alternating lead type materials, of which layers a first layer (14) is of a second conduit type and forms a portion of said upper surface and a junction with said first and second emitter layers (37, 39), said control electrode (24) being in contact with said first layer (14) of said layer of alternating wire type material, and said first and second cathodes are connected to each other and to said gate electrode (24) via said first layer (14) of said layer of alternating wire type material and said second cathode and said anode (20) are arranged to be connected between opposite ends of a potential source with a relatively high voltage and periodically relatively high voltage transients, so that periodic occurrences of the voltage transients generate capacitive charging currents (41), said layers (14, 16, in 18 ) of material of alternating 457 837/2 line type, characterized in that the semiconductor device (40) further comprises capacitive means (50, 57) for diverting a part of the transiently generated capacitive charge currents (41) flowing in said layer (14, 16, 18) of alternating wire type material below said gate (24) away from said first and second emitter layers (37, 39) and the portion of said first layer which lies below, so that the transiently generated capacitive charge currents (41) which manifest themselves as control electrode current are reduced with minimal effect on other parameters of the device, thereby improving the dv / dt performance of the device, and that said capacitive means (50, 57) comprises a first insulating layer (46) located in contact with said first emitter layer (37) of said first cathode and a portion of said first layer (14) adjacent said front edge of said first emitter layer and overlapping connection line (70) for said first cathode, said first metallization layer (44) being in contact with said first emitter layer (37) and comprising a first metallization protrusion (48) located above said first insulating layer (46) and which also overlies said leading edge of said first emitter layer (37) and overlaps said connection line (70) therefor without being in direct contact with said first layer (14), and a second insulating layer (54) located in contact with said second emitter layer (39) of said second cathode and a portion of said first layer (14) adjacent said front edge of said second emitter layer and overlapping connection line (80) of said second cathode, wherein said second metallization layer (45) is in contact with said second emitter layer (39) and comprises a second metallization protrusion (56) located above said second insulating layer (54) and which also lies above said leading edge of said second emitter layer (39) and overlapping said connection line (80) therefor. 457 837 I! 2. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att anoden är av nämnda andra lednings- typ och att nämnda flertal skikt av material av alter- nerande ledningstyp innefattar ett andra skikt (16) av nämnda första ledningstyp.2. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the anode is of said second wire type and that said plurality of layers of alternating wire type material comprise a second layer (16) of said first wire type. 3. Halvledaranordning enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämndafåæta katod är belägen in- till nämnda styrelektrod (24).'3. A semiconductor device according to claim 2, characterized in that said cathode is located adjacent to said gate electrode (24). 4. Halvledaranordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda styrelektrod (24) utgöres av en ljuskänslig styrelektrod och att ett parti av nämnda styrelektrod är inrättat att mottaga infallan- de ljusstrålning, som träffar nämnda styrelektrod, vilken styrelektrod väsentligen ej påverkar nämnda ljusstrålninc.Semiconductor device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said gate electrode (24) is constituted by a light-sensitive gate electrode and that a portion of said gate electrode is arranged to receive incident light radiation which strikes said gate electrode, which gate electrode substantially does not affect said light radiation. 5. Halvledaranordning enligt krav 1 eller 2, k ä n- n e t e c k n a d av att den dessutom innefattar ett kavitetsparti som sträcker sig in i nämnda övre yta hos nämnda anordning (40) varvid nämnda andra katod dessutom v _ innefattar åtminstone ett ytterligare isolerande skikt (60), som sträcker sig in i nämnda kavitetsparti hos nämnda första skikt (14) av material av alternerande ledningstyp, och varvid nämnda metalliseringsskikt (45) innefattar ett ytterligare metalliseringsutsprång, som ligger över och står i kontakt med nämnda ytterligare isolerande skikt och nämnda kavitetsparti.A semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a cavity portion extending into said upper surface of said device (40), said second cathode further comprising at least one further insulating layer (60). ), extending into said cavity portion of said first layer (14) of alternating conduit type material, and said metallization layer (45) comprising a further metallization protrusion overlying and in contact with said further insulating layer and said cavity portion. 6. Halvledaranordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första isolerande skikt (46) innefattar en oxid av halvledarmaterialet i nämnda första emitterskikt (37) och av halvledarmateria- let i nämnda första skikt (14), och att nämnda andra isolerande skikt (54) innefattar en oxid av halvledar- materialet i nämnda andra emitterskikt (39) och av 457 837 19 _. halvledarmaterialet i nämnda första skikt (14).A semiconductor device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said first insulating layer (46) comprises an oxide of the semiconductor material in said first emitter layer (37) and of the semiconductor material in said first layer (14), and that said second insulating layer (54) comprises an oxide of the semiconductor material in said second emitter layer (39) and of 457 837. the semiconductor material in said first layer (14). 7. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda styrelektrod innefattar ett styrelektrodmetalliseringsskikt (24).7. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that said gate electrode comprises a gate electrode metallization layer (24). 8. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att emitterskiktet (39) hos nämnda andra katod är avbrutet vid en position och att åtmin- stone ett kavitetsparti sträcker sig genom nämnda emitter- skikt och in i nämnda första skikt (14) av nämnda skikt av material av alternerande ledningstyp och definierar en kavitetsyta, och att ett isolerande skikt (60) sträc- ker sig in i nämnda kavitetsparti, varvid en sida av det parti av nämnda isolerande skikt som är beläget i nämnda kavitet står i kontakt med undersidan av nämnda metalli- seringsskikt (45) vid nämnda position där emitterskiktet (39) hos nämnda katod är avbrutet och en annan sida av nämnda parti av det isolerande skiktet (60) står i kon- takt med nämnda kavitetsyta, och varvid det isolerande skiktet i kombination med nämnda emitterskikt bildar en inbäddad kondensator för avledning av transientströmmar och förbättring av anordningens dv/dt-prestanda för att höja den hastighet vid vilken ett plasma som skapas vid en första tillkoppling av nämnda anordning sprids.A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the emitter layer (39) of said second cathode is interrupted at one position and that at least one cavity portion extends through said emitter layer and into said first layer (14) of said layer of alternating conduit type material and defining a cavity surface, and that an insulating layer (60) extends into said cavity portion, one side of the portion of said insulating layer located in said cavity being in contact with the underside of said metallization layer (45) at said position where the emitter layer (39) of said cathode is interrupted and another side of said portion of the insulating layer (60) is in contact with said cavity surface, and wherein the insulating layer in combination with said emitter layer, forms an embedded capacitor for diverting transient currents and improving the dv / dt performance of the device to increase the rate at which a plasma created at a first connection of said device is spread. 9. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att den vidare innefattar åtminstone ett kavitetsparti, som sträcker sig genom nämnda emitter- skikt (39) och in i nämnda första skikt (14) av nämnda skikt av material av alternerande ledningstyp, ett iso- lerande skikt, som sträcker sig in i nämnda kavitets- parti, varvid en övre sida av nämnda isolerande skikt står i kontakt med nämnda metalliseringsskikt (45) och en undre sida av nämnda isolerande skikt står i kontakt endast med nämnda första skikt (14) och ett parti av ' 457 837 40 nämnda emitterskikt (39), vilket parti av nämnda emit- terskikt omger ett parti av nämnda isolerande skikt, att höja den hastighet med vi för lken ett plasma som skapas vid den första tillkopplingen av nämnda anordning sprids.9. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that it further comprises at least one cavity portion extending through said emitter layer (39) and into said first layer (14) of said layer of alternating conduit type material, an insulating layer extending into said cavity portion, an upper side of said insulating layer being in contact with said metallization layer (45) and a lower side of said insulating layer being in contact only with said first layer ( 14) and a portion of said emitter layer (39), which portion of said emitter layer surrounds a portion of said insulating layer, to increase the rate at which a plasma is created at the first connection of said device. spreads.
SE8103222A 1980-05-23 1981-05-21 Semiconductor device of high voltage type SE457837B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15274280A 1980-05-23 1980-05-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE8103222L SE8103222L (en) 1981-11-24
SE457837B true SE457837B (en) 1989-01-30

Family

ID=22544224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8103222A SE457837B (en) 1980-05-23 1981-05-21 Semiconductor device of high voltage type

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JPS5710972A (en)
CA (1) CA1163020A (en)
CH (1) CH656485A5 (en)
DE (1) DE3120254A1 (en)
SE (1) SE457837B (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5810656B2 (en) * 1977-01-25 1983-02-26 矢崎総業株式会社 Solar heating/cooling/water heating equipment
JPS58134470A (en) * 1982-02-05 1983-08-10 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Gate turn-off thyristor of amplifying gate structure
JPH0680821B2 (en) * 1989-05-01 1994-10-12 株式会社東芝 High sensitivity triac
US5656966A (en) * 1994-03-09 1997-08-12 Cooper Industries, Inc. Turbine engine ignition exciter circuit including low voltage lockout control
US5592118A (en) * 1994-03-09 1997-01-07 Cooper Industries, Inc. Ignition exciter circuit with thyristors having high di/dt and high voltage blockage
US5970324A (en) * 1994-03-09 1999-10-19 Driscoll; John Cuervo Methods of making dual gated power electronic switching devices
US5981982A (en) * 1994-03-09 1999-11-09 Driscoll; John Cuervo Dual gated power electronic switching devices
US7355300B2 (en) 2004-06-15 2008-04-08 Woodward Governor Company Solid state turbine engine ignition exciter having elevated temperature operational capability

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5917863B2 (en) * 1976-11-04 1984-04-24 三菱電機株式会社 thyristor
JPS5942991B2 (en) * 1977-05-23 1984-10-18 株式会社日立製作所 thyristor
DE2855265A1 (en) * 1978-12-21 1980-07-10 Bbc Brown Boveri & Cie THYRISTOR

Also Published As

Publication number Publication date
DE3120254C2 (en) 1993-09-23
JPS5710972A (en) 1982-01-20
CA1163020A (en) 1984-02-28
SE8103222L (en) 1981-11-24
CH656485A5 (en) 1986-06-30
DE3120254A1 (en) 1982-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5453384A (en) Method of making a silicon controlled rectifier device for electrostatic discharge protection
US4044373A (en) IGFET with gate protection diode and antiparasitic isolation means
US6268628B1 (en) Depletion type MOS semiconductor device and MOS power IC
US4742380A (en) Switch utilizing solid-state relay
KR100276414B1 (en) Insulated gate type semiconductor device
US3934159A (en) Semiconductor circuit devices using insulated gate-type field effect elements having protective diodes
US4755697A (en) Bidirectional output semiconductor field effect transistor
US20060125055A1 (en) Voltage-controlled bidirectional switch
EP0226395A2 (en) Solid state relay having a thyristor discharge circuit
JPH05199655A (en) Low-capacitance protecting circuit
SE457837B (en) Semiconductor device of high voltage type
SE431381B (en) DOUBLE FLOOD PROTECTION
SE455552B (en) SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING AN OVERVOLTAGE CIRCUIT
US4800416A (en) Bipolar power transistor having bypassable incorporated-base ballast resistance
US4195306A (en) Gate turn-off thyristor
US4509069A (en) Light triggerable thyristor with controllable emitter-short circuit and trigger amplification
US4649414A (en) PNPN semiconductor switches
US4250409A (en) Control circuitry using a pull-down transistor for high voltage field terminated diode solid-state switches
US20040262633A1 (en) Bidirectional photothyristor chip
US5739555A (en) Amplifying-gate thyristor with an increased hold current
EP0077930B1 (en) Gate turn-off thyristor
US5614737A (en) MOS-controlled high-power thyristor
US4536783A (en) High di/dt, light-triggered thyristor with etched moat current limiting resistors
US4509068A (en) Thyristor with controllable emitter short circuits and trigger amplification
US4261000A (en) High voltage semiconductor device having an improved dv/dt capability

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 8103222-9

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8103222-9

Format of ref document f/p: F