DE2506102A1 - Halbleitergleichrichter - Google Patents

Description

SISKSlIS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 13. FEB. 1975

Berlin und Hünchen V/ittelsbacherplatz

VPA 75 P 1009 BRD

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf einen Halbleitergleichrichter mit einer Innenzone, einer sich daran anschließenden ersten, gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisenden Außenzone mit höherer Dotierung und mit wenigstens einer zweiten, auf der anderen Seite der Innenzone liegenden Außenzone entgegengesetzten Leitungstyps.

Halbleitergleichrichter für hohe Leistung sind allgemein in der genannten Art und Weise aufgebaut. Eine charakteristische Größe für solche Leistungsgleichrichter ist die maximale Verlustleistung, bis zu der ein Thyristor noch nicht thermisch zerstört wird. Untersuchungen an solchen Leistungsgleichrichtern mit Stoßbelastungen in Sperrichtung haben nun gezeigt, daß manche Leistungsgleichrichter bereits bei Verlustleistungen* zerstört werden, die eigentlich noch nicht zur Zerstörung führen dürften.

Experimentelle Untersuchungen lassen darauf schließen, daß bei stellen Sperrstromstößen hochfrequente Schwingungen mit einer Frequenz von mehreren 100 MHz auftreten können. Es wurde gefunden, daß diejenigen Leistungsgleichrichter, bei denen solche hochfrequenten Schwingungen auftraten, bei kleineren Verlustleistungen zerstört wurden als vergleichbare Leistungsgleichrichter, bei denen diese Schwingungen nicht auftraten.

*) in Sperrichtung

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ORIGINAL ill

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleitergleichrichter der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß die genannten hochfrequenten Schwingungen vermieden oder wenigstens stark bedampft werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Außenzone über ihre Fläche verteilte Bereiche entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, deren Tiefe kleiner als die Tiefe der ersten Außenzone sind.

Die Bereiche bilden zweckmäßigerweise in der Außenzone ein regelmäßiges Muster.

Es ist vorteilhaft, wenn die Fläche der Bereiche insgesamt höchstens 10 $ der Fläche der ersten Außenzone beträgt.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren 1-5 näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1-4 einen Schnitt durch das Halbleiterelement des Halbleitergleichrichters während verschiedener Verfahrensstufen und Fig. 5 die Aufsicht auf das Halbleiterelement des Halbleitergleichrichters ohne Kathodenelektrode.

In Fig.' 1 ist der Halbleiterkörper nach einem ersten Verfahrensschritt gezeigt und mit J_ bezeichnet. Er hat z. B. eine Dicke von 480 /um und besteht beispielsweise aus schwach n-dotiertem Silicium. Durch Diffusion mit z.B. Bor/Aluminium wird auf einer Seite des Halbleiterelements 1 eine p-dotierte Zone 3 von z. B. 90 /um Dicke und einer Randkonzentration von ca. 10 Atmoe/cm erzeugt. Als nächster Schritt wird in der Oberseite des HaIb-

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leiterelements J[ eine η-dotierte Zone 4, ζ. B. durch Eindiffusion von Phosphor, hergestellt. Die Dotierungskonzentration an· der Oberfläche der Zone· 4 wird dabei so eingestellt,, daß sie über der Dotierungskonzentration der Zone 2 und unter der endgültigen späteren Randkonzentration des fertigen "Halbleiter-"'

17 18 gleichrichters liegt. Sie kann z. B. zwischen 10 und 10 Atomen/cnr liegen, wenn die Zone 2 mit 1 · 10 dotiert ist und die endgül
betragen soll.

und die endgültige Randkonzentration z. B. 1 -« 10 Atome/era

Als nächster Schritt (Fig. 3) wird die Oberfläche der Zone 4 mit einer Maske 5 versehen. Diese Maske kann in bekannter Weise z. B. durch fotoempfindlichen Lack gebildet werden. Die Maske wird an denjenigen Stellen aufgebracht, an denen die Bereiche entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in der Zone 4' erzeugt werden sollen. Anschließend an das Aufbringen der Maske 5 wird in die Außenzone 4 weiter Donatormaterial, z. B. Phosphor, eindiffundiert, ' bis die genannte hohe Randkonzentration von z. B. 1.10 Atome/cm erreicht ist. Die so erzeugte Außenzone ist in Fig. 3 mit 6 bezeichnet. Sie enthält niedriger dotierte Bereiche 7, deren Dotierungskonzentration derjenigen der Zone 4 (Fig. 2) entspricht.

Als nächster Verfahrensschritt-wird die Maske 5 entfernt und Akzeptormaterial, z. B. Aluminium oder Gallium, so lange eindiffundiert, bis die im Vergleich zu dem Bereich 6 relativ schwach dotierten Bereiche 7 über-dotiert sind und p-Leitfähigkeit zeigen. Der Diffusionsvorgang des Akzeptormaterials wird dabei so gesteuert, daß. die Tiefe der p-leitenden Bereiche 8 geringer ist als die Tiefe der stark η-dotierten Außenz;one 6. Dies läßt sich ohne weiteres an Hand der bekannten Diffusionsparameter durchführen.

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Als letzter Schritt werden Elektroden 9»10 angebracht und die notwendige Randbehandlung, z. B. Abschrägen und Aufbringen von Lack, durchgeführt.

In Pig. 5 ist die Aufsicht auf ein fertiges Halbleiterelement gemäß Pig. 4 ohne die Elektrode 9 gezeigt. Aus Gründen leichter Herstellbarkeit und zur Erzielung gleichmäßiger elektrischer Eigenschaften über die gesamte Fläche des Halbleiterelements ist es zweckmäßig, die Bereiche 8 in Porm eines regelmäßigen Musters in der Außenzone 6 anzuordnen. Dieses Muster kann, wie in Fig. 5 dargestellt, z. B. ein regelmäßiges Raster oder auch ein zentralsymmetrisches Muster sein. Es können jedoch auch andere z. B. vom Kurzschlußemitter eines Thyristors her bekannte Muster verwendet werden.

Um die stromführende Fläche des Halbleitergleichrichters nicht allzu sehr zu vermindern, ist es zweckmäßig, die Gesamtfläche der Bereiche 8 auf ca. 10$ der Fläche der Außenzone 6 zu beschränken. Die Tiefe der Bereiche 8 kann beispielsweise, wenn die Tiefe der stark η-dotierten Zone 6 20 /um ist, bei 10 /um liegen.

Im Sperrfall, d. h. bei Anlegen einer positiven Spannung an die Elektrode 9 und einer negativen Spannung an die Elektrode (Fig. 4)» emittieren die Bereiche 8 positive Ladungsträger in die stark η-dotierte Zone 6. Diese positiven Ladungsträger

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gelangen in die Raumladungszone in der Zone 2 und bedampfen damit die im Halbleiterelement auftretenden hochfrequenten Schwingungen so stark, daß eine Zerstörung des Halbleitergleichrichters durch hochfrequente Schwingungen vermieden
wird.

3 Patentansprüche
„.5 Figuren

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Claims (3)

1. (1.J Halbleitergleichrichter mit einer Innenzone, einer sich daran anschließenden ersten, gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisenden Außenzone mit höherer Dotierung und mit wenigstens einer zweiten, auf der anderen Seite der Innenzone liegenden Außenzone entgegengesetzten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Außenzone (6) über ihre Fläche verteilte Bereiche (8) entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, deren Tiefe kleiner als die Tiefe der ersten Außenzone sind.
2. 2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bereiche (8) in der ersten Außenzone (6) ein regelmäßiges Muster bilden.
3. 3. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche der Bereiche (8) insgesamt höchstens 10 $ der Fläche der ersten Außenzone (6) beträgt.

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