DE3821459C2

DE3821459C2 - Halbleiterelement, insbesondere mit MOS-Gate abschaltbarer Thyristor

Info

Publication number: DE3821459C2
Application number: DE3821459A
Authority: DE
Inventors: Bantval Jayant Baliga
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1988-06-25
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2008-06-26
Also published as: US4799095A; FR2618022B1; FR2618022A1; DE3821459A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solches Halbleiterelement läßt sich der EP-0 164 867 A2 entnehmen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Schaffung eines mittels einer Steuerelektrode ab schaltbaren Elementes mit einem thyristorartigen Durchlaß zustand, bei dem Strom, der aus dem regenerativen Haupt stompfad abgelenkt wird, um das Abschalten einzuleiten, zwischen den Hauptleistungselektroden weiter in einem nicht regenerativen Pfad strömt, bis das Element abschaltet.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halb leiterelementes sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich nung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematisch Ersatzschaltbilder für drei Elemente mit isolierter Steuerelektrode (Gate) nach dem Stande der Technik;

Fig. 4 und 5 schematisch Ersatzschaltbilder für zwei ver schiedene Halbleiterelemente gemäß der vor liegenden Erfindung;

Fig. 6 und 7 diagrammartig im Querschnitt eine grundle gende Halbleiterstruktur mit dem Ersatz schaltbild nach Fig. 4;

Fig. 8 eine teilweise weggeschnittene perspektivi sche Ansicht einer anderen Halbleiterstruk tur, für die Fig. 4 ein Ersatzschaltbild wiedergibt;

Fig. 9 diagrammartig einen Querschnitt einer ande ren Ausführungsform des Elementes nach Fig. 8 und

Fig. 10 eine teilweise weggeschnittene perspektivi sche Ansicht einer Halbleiterstruktur, für die Fig. 5 ein Ersatzschaltbild wiedergibt.

In Fig. 1 ist ein Ersatzschaltbild eines bipolaren Transis tors mit isolierter Steuerelektrode (IGBT) dargestellt. Die Schaltung ist aus einem PNP-Transistor 12, einem NPN-Tran sistor 14, einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET) 16 und einem Widerstand 18 zusammengesetzt. Die Source des MOSFET 16 ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors 14 und das Drain des MOSFET ist mit dem Emitter des NPN-Tran sistors 14 verbunden. Der Widerstand 18 ist über den Basis/ Emitter-Übergang des NPN-Transistors 14 gelegt. Das Gesamt element hat drei Anschlüsse: einen Anodenanschluß 22, einen Kathodenanschluß 24 und einen Steuerelektrodenanschluß 26. Die Transistoren 12 und 14 sind in einer regenerativen Weise verbunden, die ohne besondere Vorsorge die Betriebscharakte ristik eines Thyristors ergeben. Die Steuerelektrode für ein solches Element würde die Basis des Transistors 14 sein. In einem bipolaren Transistor mit isolierter Steuerelektrode (IGBT) wird die Stromverstärkung des NPN-Transistors absicht lich gering gehalten, um das Element an einem Einrasten in einem thyristorartigen AN-Zustand zu hindern. Nach dem An schalten liefert das MOSFET 16 einen zusätzlichen Basisstrom an den PNP-Transistor 12, wodurch temporär eine Wirkung ähn lich der eines NPN-Transistors mit hoher Verstärkung erzeugt wird, ohne daß jedoch der IGBT zum Einrasten in einem thyri storartigen AN-Zustand veranlaßt wird.

In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild eines MOS-gesteuerten Thyristors (MCT) dargestellt. Diese Schaltung umfaßt einen PNP-Transistor 12, einen NPN-Transistor 14 und ein MOSFET 16. Die Transistoren 12 und 14 sind, in gleicher Weise verbunden wie bei dem IGBT-Ersatzschaltbild der Fig. 1. Der MOSFET 16 ist jedoch statt zwischen dem Kollektor und dem Emitter zwi schen der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors 14 ver bunden. Als Ergebnis dieser Verbindung fehlt der Widerstand 18 bei der MCT-Struktur. Bei dem MCT wird der Thyristor in einem AN-Zustand eingerastet und durch Anschalten des MOSFET abgeschaltet.

In Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild eines Thyristors mit iso lierter Steuerelektrode (IGTh) dargestellt. Auch diese Schal tung enthält die bipolaren Transistoren 12 und 14, den MOSFET 16 und den Widerstand 18. Bei dem IGTh-Ersatzschaltbild sind die bipolaren Transistoren 12 und 14 in der gleichen Weise verbunden wie bei den IGTB- und MCT-Ersatzschaltbildern. Bei der IGTh-Schaltung ist der MOSFET jedoch direkt mit dem Emit ter des NPN-Transistors 14 und dem Kathodenanschluß 24 des Elementes verbunden. Auf diese Weise steuert der MOSFET direkt den Stromfluß vom Emitter des NPN-Transistors zur Kathoden elektrode.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elementes in Form eines Ersatzschaltbildes dargestellt. Dieses Element, das als Thyristor vom Verarmungstyp (DMT) bezeichnet wird, ist durch ein Ersatzschaltbild dargestellt, das aus einem bipolaren PNP-Transistor 12 mit breiter Basis, einem bipolaren NPN-Transistor 14 mit schmaler Basis, einem MOSFET 16 und einem Widerstand 18 zusammengesetzt ist. Die beiden bi polaren Transistoren sind unter Bildung eines Thyristors über ihre innere Verbindung in einer regenerativen Weise ähnlich der der Elemente der Fig. 1 bis 3 miteinander gekoppelt, wobei der Widerstand 18 über den Basis/Emitter-Übergang des NPN-Transistors gelegt ist. Das vorliegende Element unterschei det sich von den Elementen der Fig. 1 bis 3 dadurch, daß der FET im Strompfad zwischen der Basis des PNP-Transistors 12 und dem Kollektor des NPN-Transistros 14 verbunden ist. Wie dargestellt, ist das DMT-Element ein Hochspannungselement, bei dem der FET im breiten Basisteil (hohe Spannung tragend) der Struktur angeordnet ist.

In Fig. 5 ist das Ersatzschaltbild einer anderen Ausführungs form eines DMT-Elementes gemäß der Erfindung dargestellt. Das DMT-Element der Fig. 5 ist ähnlich dem DMT-Element der Fig. 4 mit der Ausnahme, daß der MOSFET 16 im Pfad zwischen dem Kollektor des PNP-Transistors 12 und der Basis des NPN-Tran sistors 14 verbunden ist. Wie gezeigt, ist das DMT-Element ein Hochspannungselement, bei dem der FET im schmalen Basisbereich (dem, der nicht zum Abhalten großer Spannungen vorgesehen ist) liegt.

Als Ergebnis der Verbindungen der MOSFETs der Elemente der Fig. 4 und 5 steuert der FET die regenerative Schleife der Gesamtstruktur. Die Stromregeneration wird daher bei Abschal ten des FET sofort beendet.

Die Elementstruktur 30, die in Fig. 6 gezeigt ist, hat das in Fig. 4 gezeigte Ersatzschaltbild. Dieses DMT-Element um faßt, von unten nach oben in Fig. 6, einen Anodenkontakt 22, einen P⁺-Emitter 32, einen N-Basis- oder Driftbereich 34, einen P-Basisbereich 36, einen N⁺-Emitterbereich 38 und einen Kathodenkontakt 24. Der N-Basis- oder Driftbereich 34 ist die sogenannte breite Basis des Elementes, da ihre Breite von oben nach unten in Fig. 6 breit genug gemacht ist, um die maximale Spannung zu tragen, für die das Element hergestellt ist. Inner halb des N-Drift- oder Basisbereiches 34 ist eine Vielzahl von MOS-Steuerelektrodenelementen 26 benachbart dem Basismate rial aber mittels eines Steuerelektroden-Isolators 28 im Ab stand davon angeordnet, der ein Oxid des Halbleitermaterials sein kann. Der horizontale Abstand in der Figur zwischen be nachbarten Steuerelektrodensegmenten 26 wird klein genug ge halten, so daß bei Anlegen einer geeigneten Steuerspannung der Abschnitt des Basisbereiches zwischen benachbarten Steuer elektrodensegmenten eingeschnürt wird. Dies ist durch die ge strichelte Linie 42 veranschaulicht, die die Kanten der Ver armungsbereiche markiert, die durch die verschiedenen Steuer elektrodensegmente induziert werden. Durch die Steuerspannung wird der Bereich zwischen jedem Steuerelektrodensegment und der darum herum laufenden gestrichelten Linie 42 verarmt. Diese durch benachbarte Steuerelektrodensegmente induzierten Verarmungsbereiche treffen sich in eingeschnürten Bereichen 43, wodurch der Kanal-Strompfad 44 zwischen den Steuerelektroden segmenten eingeschnürt wird. Das Anlegen einer geeigneten Ab schalt-Steuerspannung an diese Steuerelektrodensegmente unterbricht daher den Strompfad in der Basis der regenerativen (Thyristor) Struktur und unterbricht seine regenerative Wir kung, wodurch das Element abgeschaltet wird. In einer gleich förmigen Struktur dieser Art gibt es keinen anderen Strom pfad, so daß das Element abrupt abgeschaltet wird. Unter die sen Umständen ist beim Abschaltzeitpunkt ein beträchtlicher Überschuß an beweglichen Ladungen in den nicht verarmten Ab schnitten des Basisbereiches 34 vorhanden. Diese überschüssi gen Ladungen verschwinden schließlich durch Rekombination. Dies führt zu einem Nachteil für das Element, wenn eine induk tive Last gesteuert wird, da solche Überschußladungen den sicheren Betriebsbereich des Elementes zum Abschaltzeitpunkt begrenzen.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht durch einen separaten Ab schnitt einer modifizierten Ausführungsform des DMT-Elementes der Fig. 6 an einem Ort, an dem weder der N⁺-Emitter 38 noch ein Steuerelektrodenbereich 28 vorhanden sind. Das modifizier te Element weist auch einen Abschnitt auf, der der in Fig. 6 gezeigten Struktur entspricht. Ähnliche Bereiche des modifi zierten Elementes sind in Fig. 7 mit den gleichen Bezugszif fern wie in Fig. 6 bezeichnet. In diesen Dreischicht-Abschnitt der Struktur ist die Steuerelektrode 26 im Basis- oder Drift bereich 34 nicht vorhanden. Diese Struktur oder ihr funktionel les Äquivalent kann man in verschiedener Weise erhalten. Zuerst können, wenn erwünscht, das Oxid und die Steuerelektrode beide von diesem Teil des Elementes (wie gezeigt) weggelassen werden, mit dem Ergebnis, daß in dem Teil des Elementes, in dem es nur drei Schichten gibt, ein gleichförmiger Basis- oder Drift bereich 34 vorhanden ist. Als Alternative kann das Steuerelek trodenoxid 28 im Teil des Elementes der Fig. 7 viel dicker ge macht werden als in dem Teil des Elementes der Fig. 6. Dies würde die Schwellenspannung für die MOS-Steuerelektrode er höhen, so daß die Steuerelektrode den Kanal 44 mit den Spannun gen, die zum Einschnüren gemäß Fig. 6 angelegt werden, nicht einschnüren kann. Als weitere Alternative kann das Steuerelektrodenmaterial innerhalb des Oxids des Fig. 7-Abschnittes des Ele mentes völlig weggelassen werden.

Beim Betrieb schnürt das Anlegen einer ausreichend negativen Steuerspannung an die Steuerelektrodensegmente 26 bei der vor genannten modifizierten Version des DMT-Elementes nach Fig. 6 den Kanalbereich 44 innerhalb des Vierschicht-Teiles der Struktur (Fig. 6) ein. Da bei dem Dreischicht-Teil der Struk tur (Fig. 7) die Steuerelektrode fehlt oder von dem Basisbe reich durch eine größere Dicke von Steuerelektrodenoxid ent fernt ist, findet in dem Dreischicht-Teil der Struktur kein Einschnüren statt, und der Strom, der innerhalb der Vierschicht- Struktur daran gehindert wird durch den Kanal 44 zu fließen, wird seitlich in die Dreischicht-Struktur abgelenkt, wo keine Regeneration stattfindet, so daß das Element abschaltet. Dies hat den Vorteil, daß der Stromfluß durch das gesamte Element nicht abrupt abgeschaltet wird, während sich in dem Basisbe reich 34 noch viele Überschußträger befinden, sondern der Stromfluß setzt sich durch den Transistorteil der Struktur fort, bis die Überschußträger beseitigt sind, woraufhin das Element vollständig abschaltet, da die einzige Quelle des Ba sisstromes des Transistorteils die Thyristorstruktur ist. Diese modifizierte Struktur hat daher einen größeren sicheren Be triebsbereich (SOA) als das Element der Fig. 6.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Struktur ist mit den gegenwärtigen Halbleiter-Herstellungsverfahren schwierig herzu stellen. Deshalb ist die in Fig. 8 dargestellte Struktur be vorzugt. Bei dieser Struktur sind das Gate-Oxid und die Gate- Elektrode (Steuerelektrode) nicht in einem Tunnel innerhalb des Halbleitermaterials isoliert, sondern es ist ein einge schnittener und ausgefüllter Graben vorgesehen, der sich bis zur oberen Oberfläche des Halbleitermaterials erstreckt. Dieser Graben kann durch reaktives Ionen-Ätzen (RIE) oder mit irgend einer anderen Technik nach Wunsch gebildet werden. Ist der Graben gebildet, kann seine Oberfläche oxidiert und die Steuerelektrode innerhalb des Grabens abgeschieden werden, um die gewünschte Kontrolle über die Leitung innerhalb des Vier schicht-Teiles der Struktur zu schaffen. Wie gegen den rück wärtigen Teil des weggeschnittenen Abschnittes der Fig. 8 ersichtlich, ist die Steuerelektrode längs den Seiten des Dreischicht-Teiles der Elementstruktur, wo der Dreischicht- Teil statt eines P-Basisbereiches 36 einen P⁺-Basisbereich 36a einschließt, weggelassen worden. Eine Anzahl von Techni ken kann benutzt werden, um die Steuerelektrode von dem Be reich benachbart der Basis des Dreischicht-Teiles der Struk tur wegzulassen. Eine bevorzugte Technik besteht darin, den Graben nicht in diesen Teil des Halbleitermaterials einzu schneiden, so daß weder das Gate-Dielektrikum noch die Steuer elektrode benachbart dem Dreischicht-Teil der Struktur vor handen ist und in diesem Bereich kein Einschnüren induziert wird. Eine Alternative besteht darin, den Graben sowohl über die regenerativen als auch die nicht regenerativen Teile der Struktur zu schneiden und den nicht regenerativen Teil des Grabens mit einer isolierenden Schicht, wie aus Siliziumdioxid, wieder zu füllen. Eine zweite Alternative besteht darin, einen dickeren Gate-Isolator im nicht regenerativen Teil der Struktur zu schaffen. Andere Techniken können alternativ be nutzt werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist die Steuerelektrode 26 sowohl benachbart dem breiten Basisbereich 34 als auch dem schmalen Basisbereich 36 angeordnet. Das Anlegen einer geeig neten negativen Spannung an die Steuerelektrode 26 führt zu einem Einschnüren des breiten Basisbereiches 34, was das Ele ment abschaltet. Das Anlegen einer geeigneten positiven Span nung an die Steuerelektrode 26 erzeugt einen Inversionsbereich im schmalen Basisbereich 36 benachbart der Steuerelektrode 26. Dies läßt Elektronen vom Emitter 38 durch den Inversionsbe reich in den breiten Basisbereich 34 fließen, wo diese Elek tronen den Basisstrom für den aus den Bereichen 32, 34 und 36 bestehenden inhärenten PNP-Transistor liefern. Dies schaltet das Element an. Die gleiche Steuerelektrode kann daher durch Anlegen geeigneter Spannungen dazu benutzt werden, das Element an- oder abzuschalten. Daraus ergibt sich der Vorteil eines Elementes mit drei Anschlüssen, bei dem ein einzelner (drit ter) Anschluß dazu benutzt wird, sowohl das Anschalten als auch das Abschalten zu steuern.

Eine alternative Elementstruktur, die in Fig. 9 gezeigt ist, trennt die Funktionen des An- und Abschaltens durch Schaffen zweier separater Steuerelektroden, wobei eine Steuerelektrode 26 benachbart der breiten Basis 34 angeordnet ist, um das Element abzuschalten und eine zusätzliche Steuerelektrode 27 benachbart der schmalen Basis 36 angeordnet ist, um das Ele ment anzuschalten.

In Fig. 10 ist ein dem Element der Fig. 8 ähnliches Element dargestellt. Der Hauptunterschied des Elementes der Fig. 10 gegenüber dem nach Fig. 8 besteht darin, daß die Gräben des Elementes der Fig. 10 sich nur in den oberen oder P-Basis bereich 36 nicht aber in den unteren oder N-Basisbereich 34 erstrecken. Ansonsten ist die Topologie des Elementes der Fig. 10 ähnlich dem der Fig. 8. Das Ersatzschaltbild des Elementes der Fig. 10 ist in Fig. 5 gezeigt. Ein Hauptunter schied zwischen dem Element der Fig. 10 gegenüber dem der Fig. 8 ist, daß die P-Basis 36 stärker dotiert ist als die N-Basis 34. Eine an die Steuerelektrode des Elementes ange legte gegebene Steuerspannung geeigneten Vorzeichens erzeugt daher einen flacheren Verarmungsbereich in der Basis 36 des Elementes der Fig. 10 als in der Basis 34 des Elementes der Fig. 8. Die Einschnürungsteile 43 des Basisbereiches 36, die die Steuerelektrodensegmente voneinander trennen, können daher nicht so breit sein wie die entsprechenden Elemente in der Fig. 8 oder, anders ausgedrückt, eine ausreichend große Steuerspannung zum Einschnüren der Basis 36 invertiert die Oberfläche der Basis benachbart der Steuerelektrode, und das Element wird weder eingeschnürt noch schaltet es ab.

In der Fig. 10 ist die Steuerelektrode nur benachbart einem Basisbereich 36, 36a gezeigt. Die gleiche Steuerelektrode kann daher nicht dazu benutzt werden, das Element sowohl an- als auch abzuschalten. Es muß daher ein separater Anschaltmecha nismus geschaffen werden. Dies kann die Verwendung von Licht zur Erzeugung interner Loch/Elektronen-Paare, das Schaffen einer separaten Steuerelektroden-Struktur, die einen Anschalt- Strompfad steuert oder andere bei Thyristoren bekannte Techni ken einschließen.

Das Vorzeichen der Spannung, die zu einem Einschnüren eines Basisbereiches führt, hängt von der Leitfähigkeitsart des Basisbereiches ab. Um den durch gestrichelte Linien 42 in Fig. 8 gezeigten N-Basisbereich einzuschnüren, muß eine nega tive Spannung an die Steuerelektrode gelegt werden, um den N-Basisbereich benachbart der Elektrode zu verarmen. Im Gegen satz dazu muß bei dem Element der Fig. 10 zum Einschnüren des P-Basisbereiches 36 eine positive Spannung an die MOS- Steuerelektrode gelegt werden, um den P-Bereich 36 zu verar men.

Bei dem Element der Fig. 8 ist der N-Basisbereich relativ gering dotiert, um eine hohe Sperrspannung aufrecht zu erhal ten. Durch Anwendung einer relativ geringen Spannung an die Steuerelektrode kann daher eine beträchtliche Dicke des N-Ba sisbereiches 34 verarmt werden. Auf diese Weise kann der Basis bereich 34 eingeschnürt werden, ohne daß eine Akkumulations- oder Inversionsschicht innerhalb des Basisbereiches benachbart dem Steuerelektroden-Dielektrikum 28 induziert wird. Das Ab schalten des regenerativen Teiles des Elementes mit der Steuer elektrode findet daher relativ direkt statt.

Wird die Abschaltspannung an die Steuerelektrode gelegt, um dieses Element abzuschalten, dann breiten sich die Verarmungs bereiche, die in der N-Basis 34 induziert werden, rasch aus, um den Teil der Basis einzuschnüren, der sich innerhalb des regenerativen Teiles des Elementes befindet. Wegen der regenerativen Wirkung des Vierschicht-Teiles des Elementes sind be trächtliche Mengen beweglicher Überschußleiter in beiden Basis bereichen 34 und 36 zum Zeitpunkt des Abschaltens vorhanden. Würde das gesamte Element eingeschnürt (wie dies beim Thyri stor mit isolierter Steuerelektrode stattfindet), dann würden diese Überschußladungen den sicheren Betriebsbereich des Ele mentes begrenzen, weil eine beträchtliche Zeit erforderlich wäre, um sie innerhalb des Elementes zu kombinieren. Das Vor handensein des nicht regenerativen Abschnittes des Elementes direkt benachbart dem regenerativen Teil führt jedoch zu einem günstigen Strompfad zum Entfernen dieser Ladung. Da außerdem nur der regenerative Teil der Struktur eingeschnürt wird, kann der Strom weiter zwischen den Hauptanschlüssen durch den nicht regenerativen Teil der Struktur fließen, weil diese be weglichen Überschußladungsträger als Basisstrom des Transistor teiles der Struktur dienen, bis diese beweglichen Überschuß ladungen aus dem Element entfernt worden sind, woraufhin das ganze Element abschaltet, weil es keinen Mechanismus zur Auf rechterhaltung des Stromes durch den nicht regenerativen Teil des Elementes mehr gibt. Folglich wird das Niveau der bewegli chen Ladung im Element beträchtlich vermindert, bevor die am Element liegende Spannung zu ihrem vollen Wert ansteigen kann. Dies führt zu einem größeren sicheren Betriebsbereich für das Element.

Um das Element der Fig. 8 anzuschalten, wird die Steuerelek trode 26 mit einer positiven Spannung ausreichender Größe versehen, um die Oberfläche des P-Basisbereiches 36 benachbart der Steuerelektrode zu invertieren, um einen Elektronenstrom pfad vom N⁺-Emitter 38 zur N-Basis 34 zu schaffen. Ein aus reichender Stromfluß spannt den PN-Übergang 37 zwischen dem N⁺Emitterbereich 38 und der P-Basis 36 in Durchlaßrichtung vor. Ist der Übergang 37 in Durchlaßrichtung vorgespannt, rastet das Element in seinem angeschalteten Zustand ein (lat ches).

Es wurden Versuchselemente gemäß der Ausführungsform der Fig. 8 gebaut und getestet. Diese nicht optimierten Elemente hatten die folgenden Charakteristika:
P⁺-Emitterdotierung: 10¹⁹/cm³,
N-Basisdotierung: 10¹⁴/cm³,
P-Basisdotierung: 10¹⁶/cm³,
N⁺-Emitterdotierung: 10²⁰/cm³,
% aktive Vierschicht-Fläche: 80,
% aktive Dreischicht-Fläche: 20,
Breite des eingeschnürten Teiles der N-Basis: 3 µm,
Dicke der N-Basis: 50 µm,
Maximale Sperrspannung: 500 V,
Einrast-Stromdichte: 10 A/cm²,
Spannungsabfall in Durchlaßrichtung: 1 V,
Anschalt-Steuerelektrodenspannung: 10 V,
Abschalt-Sperrelektrodenspannung: -15 V,
Abschaltzeit: 5 µs,
Maximal steuerbare (Abschalt) Strom dichte: 5000 A/cm².

Die Toleranzen für die Herstellung des Elementes sind im Falle des Elementes der Fig. 9 sehr viel geringer, weil der P-Ba sisbereich 36 beträchtlich stärker dotiert ist als der N-Ba sisbereich 34. Folglich müssen die Segmente der Steuerelek trode 26 bei dem Element der Fig. 9 beträchtlich dichter zueinander angeordnet werden als bei dem Element der Fig. 8, damit die Steuerelektrode 26 den P-Basisbereich 36 einschnüren kann. Wegen der relativ starken Dotierung des P-Basisbereiches 36 muß außerdem eine beträchtliche positive Spannung an die Steuerelektrode gelegt werden, um den P-Basisbereich einzuschnüren. Folglich muß beim Entwurf und der Herstellung des Elementes sorgfältig darauf geachtet werden, daß irgendein Inversionsbereich, den die Abschaltspannung im P-Basisbereich benachbart des Steuerelektroden-Dielektrikums 28 induziert, nicht zu einem Anschalten des Elementes führt. Entsprechend sollte ein separater Anschaltmechanismus, d. h. eine Steuer elektrode 27, vorgesehen werden, um das Element nach Fig. 9 anzuschalten.

Im Rahmen der beschriebenen Elementstrukturen können viele Variationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzugehen. So können z. B. die Leitfähigkeitstypen aller Bereiche irgendeines gegebenen Elementes umgekehrt wer den mit dem Ergebnis, daß ein Element entgegengesetzten Leit fähigkeitstyps geschaffen wird. Es können auch andere Ein richtungen zum Unterbrechen des Basis-Strompfades vorgesehen werden.

Claims

1. Halbleiterelement umfassend:
einen Körper aus Halbleitermaterial mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche sowie einem regenerativen Vierschichtteil, umfassend:
einen ersten Emitterbereich eines Leitungstyps, der sich bis zur ersten Oberfläche erstreckt,
einen ersten Basisbereich entgegengesetzten Leitungs typs, der benachbart dem ersten Emitterbereich angeordnet ist und einen ersten PN-Übergang damit bildet,
einen zweiten Basisbereich des einen Leitungstyps, der benachbart dem ersten Basisbereich angeordnet ist, mit diesem einen zweiten PN-Übergang bildet und durch den er sten Basisbereich von dem ersten Emitterbereich getrennt ist,
einen zweiten Emitterbereich des entgegengesetzten Leitungstyps, der benachbart dem zweiten Basisbereich ange ordnet ist, mit diesem einen dritten PN-Übergang bildet, durch den zweiten Basisbereich von dem ersten Basisbereich getrennt ist und sich bis zu der zweiten Oberfläche er streckt und
eine Einrichtung zum Unterbrechen des Stromflusses in einem der Basisbereiche in dem regenerativen Vierschicht teil, um das Element abzuschalten, wenn es in einem regene rativen Modus betrieben wird, wobei die Vorrichtung zum Un terbrechen des Stromflusses eine isolierte MOS-Steuerelek trode umfaßt, die benachbart einem Abschnürungs-(Pinch- off)-Teil des genannten einen der Basisbereiche angeordnet ist,
gekennzeichnet durch
eine erste Leistungselektrode, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und in ohmschem Kontakt mit dem ersten Emitterbereich steht und eine zweite Leistungs elektrode, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und in ohmschem Kontakt mit dem zweiten Emitterbereich steht und
einem nicht regenerativen Dreischichtteil, von dem, verglichen mit dem regenerativen Teil, entweder der erste Emitterbereich weggelassen ist und bei dem die erste Lei stungselektrode auch mit dem ersten Basisbereich in ohms chem Kontakt steht oder von dem, verglichen mit dem rege nerativen Teil, der zweite Emitterbereich weggelassen ist und bei dem die zweite Leistungselektrode auch mit dem zweiten Basisbereich in ohmschem Kontakt steht, so daß der regenerative Vierschichtteil und der nicht-regenerative Dreischichtteil beide zwischen der ersten und zweiten Lei stungselektrode verbunden sind, wodurch bei Fließen von Strom zwischen der ersten und zweiten Leistungselektrode durch den regenerativen Teil in einem regenerativen Thyri stermodus das Anlegen einer geeigneten Abschalt-Vorspannung an die isolierte MOS-Steuerelektrode den Abschnürungsteil des genannten einen der Basisbereiche genügend abschnürt, um genug von dem Strom aus dem regenerativen Teil des Ele mentes in den nicht regenerativen Teil des Elementes abzu lenken, um die regenerative Thyristoraktion des regenerati ven Teiles des Elementes zu unterbrechen und das Element abzuschalten.

2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Teil des zweiten Basisbereiches sich bis zur zweiten Oberfläche des Körpers erstreckt und die iso lierte MOS-Steuerelektrode benachbart mindestens einem Teil des zweiten Basisbereiches angeordnet ist, wo sich dieser zweite Basisbereich bis zur zweiten Oberfläche erstreckt.

3. Halbleiterelement nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Oberfläche einen ebenen Teil und einen Grabenteil einschließt, wobei der Grabenteil die zweite Oberfläche des Körpers umfaßt, wo sich ein Graben von dem ebenen Teil aus in den Körper hinein erstreckt;
der zweite Basisbereich sich bis zum Grabenteil der zweiten Oberfläche erstreckt und
der Graben ein Segment der isolierten MOS-Steuerelek trode benachbart einem Teil des zweiten Basisbereiches ent hält, der sich bis zu der zweiten Oberfläche erstreckt.

4. Halbleiterelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Basisbereich sich bis zur zweiten Oberfläche in dem Graben erstreckt und das in dem Graben angeordnete Segment der isolierten MOS-Steuerelektrode auch benachbart dem ersten Basisbereich in dem Graben angeordnet ist.

5. Halbleiterelement nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der genannte eine der Basisbereiche der erste Basisbereich ist.

6. Halbleiterelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Oberfläche einen im wesentlichen ebenen Teil und einen Grabenteil einschließt,
wobei der Grabenteil die zweite Oberfläche des Kör pers umfaßt, wo sich ein Graben von dem ebenen Teil aus in den Körper erstreckt;
der erste Basisbereich sich bis zum Grabenteil der zweiten Oberfläche erstreckt und
der Graben ein Segment der isolierten MOS-Steuerelek trode benachbart einem Teil des ersten Basisbereiches ent hält, der sich bis zur zweiten Oberfläche erstreckt.

7. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder der Emitterbereiche eine den Leitungs typ bestimmende Dotierungsmittel-Konzentration aufweist, die mindestens das 100-fache der den Leitungstyp bestimmen den Dotierungsmittel-Konzentration in jedem der Basisberei che des regenerativen Teiles des Elementes beträgt.

8. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Basisbereich einen breiten Basisbereich und der zweite Basisbereich einen schmalen Basisbereich umfaßt.

9. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite isolierte MOS- Steuerelektrode benachbart dem zweiten Basisbereich ange ordnet ist, wodurch das Anlegen einer geeigneten Anschalt- Vorspannung an die zweite isolierte MOS-Steuerelektrode das Element anschalten kann, indem es die Leitung im zweiten Basisbereich benachbart der zweiten isolierten MOS-Steuer elektrode gestattet, um Basisstrom von dem zweiten Emitter bereich zu einem inhärenten, bipolaren Transistor zu lei ten, der aus dem ersten Emitter-, ersten Basis- und zweiten Basisbereich zusammengesetzt ist.

10. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht-regenerative Teil drei der in dem regenerativen Teil vorhandenen vier Berei che umfaßt, und die Einrichtung zum Abschnüren eine isolierte MOS- Steuerelektrode umfaßt, die benachbart dem einen des zwei ten und dritten Bereiches in dem regenerativen Teil ange ordnet ist, wobei der eine Bereich dünn genug ist, so daß eine an die isolierte MOS-Steuerelektrode angelegte, geeig nete Abschalt-Vorspannung diesen einen Bereich in dem rege nerativen Teil zu einem genügenden Ausmaß abschnürt, um genug Strom von dem regenerativen Teil in den nicht-regene rativen Teil abzulenken, um das Element abzuschalten.