DE2506102B2

DE2506102B2 - Halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE2506102B2
Application number: DE2506102A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Hansjochen Benda; Peter 8000 München Huber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1981-07-02
Also published as: FR2301097A1; SE414246B; JPS51107071A; GB1484218A; DE2506102A1; SE7601541L; US4074303A; FR2301097B3; DE2506102C3; CA1049661A

Description

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 einer zweiten, auf der anderen Seite der Innenzone liegenden Außenzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps.

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

Experimentelle Untersuchungen lassen darauf schließen, daß bei steilen 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 in Sperrichtung zerstört wurden als vergleichbare Leistungsgleichrichter, bei denen diese Schwingungen nicht auftraten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochfrequente Schwingungen bei einem Halbleitergleichrichter der eingangs genannten Gattung zu vermeiden oder wenigstens stark zu bedampfen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Außenzone über ihre Fläche verteilte Bereiche entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, deren Tiefe kleiner als die Tiefe der ersten Außenzone ist, und daß die erste Außenzone und die Bereiche durch eine Elektrode miteinander verbunden sind.

Im US-Patent 33 31000 ist ein GTO-Thyristor beschrieben worden, der mehrere Teil-Emitterzonen aufweist. Die Tiefe dieser Emitterzonen ist geringer als die Tiefe der ersten Außenzone. Zwischen den Eimitterzonen liegen Steuerelektroden, durch die der Thyristor eingeschaltet und abgeschaltet werden kann.

Die Steuerelektroden und die Emitterelektroden sind elektrisch nicht miteinander verbunden. Durch diese Anordnung wird offensichtlich bszweckt, den Thyristor auch mit relativ geringen Steuerströmen abzuschalten.

Ein Hinweis auf die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe läßt sich — abgesehen von der anderen Gattung — der Patentschrift aber nicht entnehmen.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den F i g. 1 — 5 näher erläutert Dabei zeigen

F i g. 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 F i g. 1 ist der Halbleiterkörper nach einem ersten Verfahrensschritt gezeigt und mit J. bezeichnet. Er hat z. B. eine Dicke von 480 μπι und besteht beispielsweise aus schwach η-dotiertem Silicium. Durch Diffusion mit z. B. Bor/Aluminium wird auf einer Seite des Halbleiterelements J_ eine p-dotierte Zone 3 von z. B. 90 μπι Dicke und einer Randkonzentration von ca. 10²⁰ Atome/cm³ erzeugt Als nächster Schritt wird in der Oberseite des Halbleiterelements X eine η-dotierte Zone 4, z. 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 Halbleitergleichrichters liegt Sie kann z.B. zwischen 10¹⁷ und 10¹⁸Atomen/cm³ liegen, wenn die Zone 2 mit 1 · 10¹⁴ dotiert ist und die endgültige Randkonzentration z. B. 1 · 10²⁰ Atome/cm³ betragen soll.

Als nächster Schritt (F i g. 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 5 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 · 10²⁰Atome/cm³ erreicht ist Die so erzeugte Außenzone ist in F i g. 3 mit 6 bezeichnet. Sie enthält niedriger dotierte Bereiche 7, deren Dotierungskonzentration derjenigen der Zone 4 (F i g. 2) entspricht.

Als nächster Verfahrensschritt wird die Maske 5

so 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 n-dotierten Außenzone 6. Dies läßt sich ohne weiteres an Hand der bekannten Diffusionsparameter durchführen.

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

In F i g. 5 ist die Aufsicht auf ein fertiges Halbleiterelement gemäß F i g. 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 Form eines regelmäßigen Musters in der Außenzone 6 anzuordnen. Dieses Muster kann,

wie in F i g. 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 μηι ist, bei 10 μπι liegen.

Im Sperrfall, d.h. bei Anlegen einer positiven Spannung an die Elektrode 9 und einer negativen Spannung an die Elektrode 10 (F i g. 4), emittieren die Bereiche 8 positive Ladungsträger in die stark η-dotierte Zone 6. Diese positiven Ladungsträger gelangen in die Raumladungszone in der Zone 2 und bedampfen damit die im Halbleiterelement auftretenden hochfrequenten Schwingungen so stark, daß eine Zerstörung des Halbleitergleichrichten; durch hochfrequente Schwingungen vermieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleitergleichrichter mit einer Innenzone, einer sich daran anschließenden ersten, gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisenden Außenzone mit höherer Dotierung und mit einer zweiten, auf der anderen Seite der Innenzone liegenden Außenzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Außenzone (6) über ihre Fläche verteilte Bereiche (8) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, deren Tiefe kleiner als die Tiefe der ersten Außenzone (6) ist, und daß die erste Außenzone (6) und die Bereiche (8) durch eine Elektrode (9) miteinander verbunden sind.

2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (8) in der ersten Außenzone (6) ein regelmäßiges Muster bilden.

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.