DE2520134A1 - Thyristor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thyristor mit einem Halbleiterelement mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitungstyps, mit einem Nebenschluß zwischen einer äußeren, als Emitter wirkenden Zone und einer benachbarten inneren, als Basis wirkende Zone, mit einer am Rand des Halbleiterelements auf der benachbarten Zone angeordneten streifenförmlgen Steuerelektrode und mit einer Emitterelektrode auf dem Emitter.

Der Nebenschluß eines bekannten Thyristors der erwähnten Gattung wird durch die Emitterelektrode selbst gebildet, die an ihrer von der Steuerelektrode abgewandten Seite über den Emitter hinübergreift und mit der Basis verbunden ist« Ein solcher Nebenschluß hat sich bei kleinflächiften Thyristoren axt einer

wirksamen Emitterfläche von z.B. kleiner als 10 mm in elektrischer Hinsicht gut bewährt. Die streifenförmige Steuerelektrode eignet sich in Verbindung mit dem erwähnten Nebenschluß auch gut zur rationellen Herstellung der genannten kleinflächigen Thyristoren. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird dazu ein großflächiges Halbleiterelement rait einer Anzahl paralleler metallisierter Streifen für die Steuerelektroden undeiner Anzahl breiterer, paralleler Streifen für die Emitterelektroden versehen. Dabei liegen die für die Emitterelektroden vorgesehenen Metallstreifen auf dem Emitter des großflächigen Halbleiterelements und die für die Steuerelektroden vorgesehenen Metallstreifen auf streifenförmig an die Oberfläche des Halbleiterelements tretenden Abschnitten der Basis dieses Halbleiterelements. Durch eine Anzahl paralleler, die Basis- und die Emitterelektroden in Längsrichtung zerteilender Schnitte und durch eine Anzahl recrrcwirikelig dazu ge-

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führter Schnitte wird das großflächige Halbleiterelement in kleinflächige Halbleiterelemente zerteilt.

Bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens auch für größere Thyristoren ist der Verwendung eines streifenförmigen Neben-

2 Schlusses bei wirksamen Emitterflachen über 10 bis 15 mm eine Grenze gesetzt, wenn brauchbare du/dt-Verte erzielt werden sollen. Die Verbreiterung des Nebenschlusses schafft nur begrenzte Abhilfe, da ein Großteil der Emitterfläche mit wachsender Fläche des Thyristors zu weit vom Nebenschluß entfernt liegt, als daß dieser noch eine Wirkung entfalten könnte. Bei Thyristoren mit größerer Emitterfläche verwendet man daher in der Emitterfläche angeordnete zylinderförmige Durchbrüche, durch die die Basis bis zur Emitterelektrode durchgreift und mit dieser elektrisch verbunden ist. Aus Gründen einfacher Herstellung der Thyristoren wählt man im allgemeinen eine regelmäßige Anordnung der Nebenschlüsse. Die Nebenschlüsse können bei radialsymmetrischen Thyristoren auf konzentrischen Kreisen oder sonstwie regelmäßig angeordnet sein. Bei Thyristoren, deren Halbleiterelemente durch Zerschneiden eines großflächigen Halbleiterelements hergestellt werden, wird man eine Anordnung in Spalten und Zeilen wählen.

Beim Zerteilen des großflächigen Halbleiter elements kann es dann aber vorkommen, daß durch ungenaues Schneiden ganze Spalten oder Zeilen von Nebenschlüssen wegfallen. Dies hat umso einschneidendere Folgen, je mehr Fläche der einseine Nebenschluß einnimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß beim Zerschneiden des großflächigen Halbleiterelements nicht allzu enge Toleranzen eingehalten werden müssen, ohne daß sich jedoch deswegen das du/dt-Verhalten merkbar ändert.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß durch im Emitter angeordnete Durchbrüche gebildet ist, durch welche die Basis mit der Emitterelektrode verbunden ist, und

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daß diese Nebenschlüsse in den Schnittpunkten zwischen einander parallelen Linien einerseits und in regelmäßiger Folge wiederkehrenden, zueinander parallelen, gegen die Steuerelektrode um einen Winkel kleiner 90° und größer 45° geneigten Strahlen anderseits sitzen.

Der Winkel kann zweckmäßigerweise zwischen 60° und 80° liegen. Allgemein gilt, daß mit kleiner werdender Fläche des Nebenanschlusses und kleiner werdendem Abstand der Winkel immer größer werden kann. Bei zylinderförmig ausgebildeten Durchbrüchen mit einem Durchmesser von ca. 100/um und einem Abstand der parallelen Linien und der Strahlen von ca. 400/um kann der Winkel 75° betragen. Allgemein gilt, daß bei zylindrisch geformten Durchbrüchen der Abstand und der Durchmesser der Durchbrüche sowie der Winkel so gewählt werden, daß aufeinanderfolgende Durchbrüche auf ein und demselben Strahl sowie der von der Steuerelektrode gesehen letzte Durchbruch auf diesem Strahl und der erste Durchbruch auf dem folgenden Strahl um jeweils den Radius eines Durchbruchs gegeneinander versetzt sind. Vorteilhafterweise schließen die zueinander parallelen Linien mit der Steuerelektrode einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 45° ein.

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 den Schnitt durch einen Thyristor mit im Emitter angeordneten Durchbrüchen zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus ,

Fig.2 die Aufsicht auf einen Ausschnitt eines großflächigen Halbleiterelements,

Fig.3 die Aufsicht auf den Emitter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig.4 die Aufsicht auf den Emitter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig.5 die Aufsicht auf den Emitter gemäß einem dritten Ausführungsbei spi el.

Der Thyristor nach Fig.1 weist einen Emitter 1 auf, an den innen eine Basis 2 angrenzt. Der Emitter 1 hat Durchbrüche 3,

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durch die die Basis 2 zu einer Emitterelektrode 4 durchgreift. Auf diese Weise kommt ein Nebenschluß zwischen Emitter 1 und Basis 2 zustande, der auf bekannte Weise eine Verbesserung des du/dt-Verhaltens bewirkt. Die Basis 2 erstreckt sich bis zur Oberfläche des Halbleiterelements und ist dort mit einer Steuerelektrode 5 versehen.

In Fig.2 sind entsprechende Teile wie in Fig.1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist ersichtlich, daß die Steuerelektroden 5 und die Emitterelektroden 4 in Streifenform und in regelmäßiger Folge auf das großflächige Halbleiterelement aufgebracht sind. Diese Streifen können beispielsweise durch Maskieren und Aufdampfen von Aluminium oder durch Maskieren und Vernickeln und/oder Vergolden hergestellt werden. Der Emitter und der an die Oberfläche des großflächigen Halbleiterelements tretende Teil der Basis 2 ist in sich regelmäßig wiederholender Folge ebenfalls streifenförmig ausgebildet. Das Herstellen des Emitters 1 kann in bekannter Weise, z.B. durch Maskieren und Eindiffundieren von Phosphor, erfolgen. Die Maske wird dabei in bekannter Weise so ausgebildet, daß in diejenigen Stellen, an denen die Durchbrüche sitzen sollen, kein Phosphor eindiffundiert wird. Auf die Darstellung der Durchbrüche wurde in Fig.2 der besseren Übersichtlichkeit halber verzichtet.

Das großflächige Halbleiterelement nach Fig.2 wird nach der Diffusion und dem Aufbringen der Elektroden durch eine Anzahl paralleler Schnitte 6 und einer Anzahl dazu rechtwinkelig verlaufender Schnitte 7 in kleinflächige Thyristortabletten zerteilt. Dabei werden die Schnitte 7 zweckmäßigerweise so gelegt, daß die streifenförmigen Steuerelektroden und die Emitterelektroden der Länge nach halbiert werden.

Aus Fig.3 ist die Anordnung der Durchbrüche ersichtlich. Den Figuren 1 und 2 entsprechende Teile sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Emitterelektrode wurde hier der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen. Es ist ersichtlich, daß die Durchbrache 3 aufeinander parallelen Linien

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parallel zur Steuerelektrode 5 angeordnet sind. Die Durchbrüche 3 liegen in Schnittpunkten dieser Linien 9 und auf von der Steuerelektrode 5 ausgehenden parallelen Strahlen, die sich in regelmäßiger Folge wiederholen. Die Strahlen 8 sind zur Steuerelektrode um einen Winkel T^ geneigt. Der Winkel kann zwischen 60° und 80° betragen, wobei der höhere Wert für kleinere Durchmesser der zylindrischen Durchbrüche 3 und kleinere Abstände dieser Durchbrüche voneinander günstig ist, während der Winkel mit wachsendem Abstand und wachsendem Durchmesser kleiner werden muß. Bei einem Abstand der Durchbrüche 3 von beispielsweise 400/um und einem Durchmesser von 100/um hat sich ein Winkelig von ca. 75° als zweckmäßig erwiesen.

Es ist ersichtlich, daß die Lage des Schnittes 6 nicht kritisch ist, da bei einer Abweichung des Schnittes in der Richtung der Steuerelektrode 5 niemals eine ganze Reihe, sondern nur einzelne Durchbrüche wegfallen.

Optimale Verhältnisse und eine immer gleichbleibende kurzgeschlossene Fläche erhält man, wenn die Durchbrüche wie in Fig.4 angeordnet werden. Den Figuren 1 bis 3 entsprechende Teile sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Anordnung der zylindrischen Durchbrüche 3 ist hier so getroffen, daß auf ein und demselben Strahl, z.B. 81, angeordnete Durchbrüche jeweils um die Größe eines Radius eines Durchbruchs gegeneinander versetzt sind. Der letzte Durchbruch auf einem Strahl, z.B. auf dem Strahl 81, und der erste Durchbruch auf dem darauffolgenden Strahl 82 sind wiederum um die Größe eines Radius der Durchbrüche gegeneinander versetzt. Mit einer solchen Verteilung der Durchbrüche läßt sich stets unabhängig von der Lage des Schnittes 6 eine der Emitterfläche proportionale kurzgeschlossenen Fläche erzielen. Damit können gleichmäßige Eigenschaften erzielt werden.

Eine Anordnung, bei der auch die zur Steuerelektrode 5 parallelen Schnitte 7 unkritisch sind, ist in Fig.5 dargestellt. Dort schließen die parallelen Linien 9 mit der Steuerelektrode

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einen WinkelΎ ein, der größer als O⁰ und kleiner als 45°, z.B. 15° sein kann. Die parallelen Linien 9 und die Strahlen können der Einfachheit halber rechtwinklig zueinander verlaufen, für die Funktion ist dies jedoch nicht notwendig.

5 Patentansprüche
5 Figuren.

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Claims (5)

"7" 2b2Q134 Patentansprüche

1. j Thyristor mit einem Halbleiterelement mit mindestens vier Zo-

nen abwechselnden Leitungstyps, mit einem Nebenschluß zwischen einer äußeren, als Emitter wirkenden Zone und einer benachbarten inneren, als Basis wirkenden Zone, mit einer am Rand des Halbleiterelements auf der benachbarten Zone angeordneten ßtreifenförmigen Steuerelektrode und mit einer Emitterelektrode auf dem Emitter, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß durch im Emitter (1) angeordnete Durchbrüche (3) gebildet ist, durch welche die Basis (2) mit der Emitterelektrode (4) verbunden ist, und daß diese Durchbrüche in den Schnittpunkten zwischen einander parallelen Linien (9) einerseits und in regelmäßiger Folge wiederkehrenden, zueinander parallelen, gegen die Steuerelektrode (5) um einen Winkel (ηβ¹) kleiner 90° und größer 45° geneigten Strahlen (8) anderseits sitzen.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel (^) zwischen 60° und 80° liegt.

3. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchbrüche (3) zylinderförmig ausgebildet sind und einen Durchmesser von rund 100 /um haben, daß die einander parallelen Linien (9) und die Strahlen (8) einen Abstand von rund 400/um haben und daß der Winkel (1^) rund 75° beträgt.

4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchbrüche (3) zylindrisch geformt sind, daß der Abstand und der Durchmesser der Durchbrüche sowie der Winkel (v) so gewählt sind, daß aufeinanderfolgende Durchbrüche auf ein- und demselben Strahl (81, 82, Fig.4) so-

' wie der von der Steuerelektrode gesehen letzte Durchbruch auf diesem Strahl (81) und der erste Durchbruch auf dem folgenden Strahl (82) um jeweils den Radius eines Durchbruchs gegenein-

. ander versetzt sind.

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5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die einander parallelen Linien (9) mit.der Steuerelektrode (5) einen Winkel CY) von größer als 0° und kleiner als 45° einschließen.

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