Die Erfindung betrifft ein bistabiles Halbleiterbauele ment mit mindestens drei Zonenübergängen, das von einem
Sperrzustand in einen Durchlasszustand umschaltbar ist, mit einer Basis genannten Zone zwischen dem zweiten und dem dritten Zonenübergang und einer Steuerzone genannten
Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Zonenübergang.
Derartige Halbleiterbauelemente werden gemeinhin kurz als Thyristor bezeichnet.
Bekannte Thyristoren bestehen im allgemeinen aus vier
Zonen, die abwechslungsweise vom n- und vom p-Leitungs typ sind. Im vorwärts leitenden Zustand werden in inneren
Zonen, insbesondere die hochohmige Basis, mit Ladungsträ gern überschwemmt. Diese Überschwemmung hat zur
Folge, dass nach dem Übergang des Thyristors in den Rück wärts-Sperrzustand eine Verzögerung der Sperrfähigkeit für die wiederkehrende Vorwärtsspannung auftritt, weil die über schüssigen Ladungsträger durch Rekombination in der Basis erst abgebaut werden müssen (vergleiche z. B. Köhl, Scientia
Electrica, Vol. XI, Fasc. 1 [1965], S. 30/31).
Da die Ladungs trägerdichte im überschwemmten Zustande etwa zehn e-Po tenzen über der Trägerdichte im Gleichgewichtszustand liegt, wird angenommen, dass bis zum vollständigen Abbau des Trägerüberschusses durch Rekombination im Durch schnitt etwa die vier- bis zehnfache mittlere Trägerlebens dauer benötigt wird. Diese für den Trägerabbau benötigte
Zeit wird Freiwerdezeit genannt.
Dem Herabsetzen der Trägerlebensdauer zwecks Verkürzung der Freiwerdezeit ist jedoch insofern eine Grenze gesetzt, als unterhalb einer kritischen Lebensdauer für eine bestimmte Basisbreite der Durchlassspannungsabfall exponentiell ansteigt. Somit ist man durch Herabsetzen der Trägerlebensdauer wohl in der Lage, die Freiwerdezeit, und damit das dynamische Sperrverhalten des Thyristors zu verbessern, gleichzeitig muss man aber unterhalb einer bestimmten Grenze eine Verschlechterung des Durchlassverhaltens in Kauf nehmen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Gegensätzlichkeit der Forderungen zu überwinden, also die Trägerlebensdauer und damit die Freiwerdezeit eines Thyristors weiter herabzusetzen, ohne dass eine Vergrösserung des Durchlassspannungsabfalls auftritt, bzw. den Durchlassspannungsabfall zu vermindern, ohne dafür eine grössere Trägerlebensdauer und damit eine grössere Freiwerdezeit in Kauf nehmen zu müssen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Basis aus mindestens drei Einzelzonen besteht, von denen die mittlere höher dotiert und erheblich dünner ist als jede der beiden äusseren Einzelzonen, und die Dotierungskonzentrationen in den beiden äusseren Einzelzonen einander gleich und erheblich niedriger sind als in der Steuerzone.
Durch diese Massnahme ist es möglich, die Trägerlebensdauer und damit die Freiwerdezeit eines Thyristors um das Drei- bis Vierfache gegenüber bekannten Anordnungen bei gleichem Durchlassspannungsabfall herabzusetzen. Andererseits ist es natürlich möglich, bei gleichbleibender Trägerlebensdauer den Durchlassspannungsabfall zu reduzieren.
Ein Thyristor, dessen n-Basis aus einer mittleren, hochdotierten Einzelzone besteht, welche zwischen zwei niedrig n-dotierten Einzelzonen liegt, ist rein schematisch zwar schon einmal veröffentlicht worden (DT-AS 1 299 766, Fig.
2). Diese Schemazeichnung vermittelt dem Fachmann jedoch in keiner Weise die durch die vorliegende Erfindung gegebene Lehre und deren Vorteile. Das gleiche gilt für die US-PS 3 538 401, z. B. Fig. 19 ff.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 schematisch das Dotierungsprofil in der Basis eines mit zusätzlichen pn-Ubergängen versehenen Ausführungsbeispiels und
Fig. 3 den Verlauf der Ladungsträgerdichte im Vorwärts Durchlasszustand in der Basis für eine mit pn-Übergängen versehene Basis und für eine Basis ohne diese pn-Übergänge.
Der Durchlassspannungsabfall in der Basis ist von der Basisbreite und der Trägerlebensdauer näherungsweise proportional zum Ausdruck exp (dgl) abhängig. Darin bedeutet d die halbe Basisbreite und L = WiYB die Diffusionslänge, wobei D = Diffusionskonstante nur TB = Trägerlebensdauer in der Basis. Für jeden Wert der Basisbreite existiert ein kritischer Wert der Trägerlebensdauer, bei dessen Unterschreitung der Durchlassspannungsabfall in der Basis rapid ansteigt. Andererseits wird der Durchlassspannungsabfall auch wesentlich durch die minimale Trägerdichte in der Basis im Vorwärts-Durchlasszustand bestimmt, welche dem Ausdruck l/cosh(d/L) proportional ist.
In Fig. list nun ein Thyristor dargestellt, welcher einen ersten Zonenübergang 1, einen zweiten Zonenübergang 2, einen dritten Zonenübergang 3 und einen vierten Zonenübergang 4, sowie eine hoch n-dotierte (n+) Zone 5, eine p-dotierte Zone 6, eine aus den Einzelzonen 7a, 7b, 7c bestehende Basis 7, eine p-dotierte Zone 8 und eine hoch p-dotierte (p+) Zone 9 aufweist. Die mit der Kathode K versehene Zone 5 wirkt als n-Emitter, die mit der Anode A versehene Zone als p-Emitter, und die mit der Steuerelektrode G versehene Zone 6 als Steuerzone. Die Breite der Basis beträgt 2d.
Gemäss Fig. 1 wird nun anstelle einer einzigen hochohmigen n-Basis eine Struktur mit drei Einzelzonen i" n+, i2 vorgesehen, wobei i und i2 je eine eigenleitende (intrinsische) und n+ eine mit Donatoren hochdotierte Zone darstellen. Damit beträgt die effektive Basisbreite praktisch nur noch die Hälfte des ursprünglichen Wertes, obwohl sich die Gesamtdicke des Thyristors nur unwesentlich vergrössert. Der Grund dafür besteht darin, dass durch die Einfügung der mittleren Einzelzone 7b im Vorwärts-Durchlasszustand die Trägerdichte im Bereich dieser Einzelzone 7b angehoben wird. Die den Durchlassspannungsabfall bestimmende minimale Trägerdichte kann jetzt näherungsweise durch llcosh(dI2L) beschrieben werden. Bei unveränderter Trägerlebensdauer wird der Durchlassspannungsabfall also erheblich reduziert.
Andererseits kann man für einen unveränderten Durchlassspannungsabfall jetzt Lebensdauern zulassen, die 3- bis 4mal kleiner sind als vorher, was eine 3- bis 4mal kürzere Freiwerdezeit zur Folge hat. Für die dargestellte Struktur ist die elektrische Feldstärke in der sperrenden i-Zone konstant, im Gegensatz zum quasilinearen Abfall in einer üblichen hochohmigen n-Zone. Damit braucht jede der i-Zonen nur halb so dick zu sein wie die ursprüngliche n-Zone.
Von grosser Bedeutung ist auch, dass durch die geschilderten Massnahmen insbesondere der negative Winkel, unter dem der Thyristor zwecks Verbesserung des statischen Sperrverhaltens angeschrägt werden muss (vergleiche z. B. US-PS 3491 272 oder US-PS 3 575 644), bei gleich gutem Sperrverhalten jetzt weniger steil sein kann, so dass ein beachtlicher Gewinn an aktiver Fläche möglich ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug die Trägerkonzentration für die mittlere (7b) der drei Einzelzonen 1017 bis 1018 cm-3, und für die beiden äusseren (7a, 7c) 1013 cm-3. Die übrigen Zonen 5, 6, 8 und 9 waren wie üblich (vergleiche z. B. Scientia Elect. Xl [1965] 23) dotiert.
Die dreischichtige Basis 7 hat den Vorteil, dass die überschüssigen Träger nur um einen halb so grossen Weg diffundieren müssen wie im bekannten Thyristor, bis sie in einer hochdotierten Zone rekombinieren können. Es wird bei konstantem Gradienten der Trägerdichte eine Verkürzung der Freiwerdezeit um den Faktor 2, und bei vernachlässigbarem Gradienten der Trägerdichte um den Faktor 4 erreicht, da für den zurückgelegten Weg d eines Trägers in der Zeit t gilt: d ¯ d.
Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel können in den beiden schwach dotierten Einzelzonen 7a, 7b pn-Überzüge jl, j2 vorgesehen sein, die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet sind. Beispielsweise kann das Dotierungsprofil dann die in Fig. 2 gezeigte Gestalt haben. Dabei sind in positiver Ordinatenrichtung die Konzentration der Donatoren ND und in negativer Ordinatenrichtung die Konzentration der Akzeptoren NA in Abhängigkeit von der Basisbreite x aufgetragen.
Mit der Basisstruktur nach Fig. 2 lässt sich eine weitere Erhöhung der minimalen Trägerdichte in der Basis im Durchlasszustand, und damit eine weitere Verminderung des Durchlassspannungsabfalls erzielen.
Fig. 3 zeigt die Trägerdichte in der Basis des vorwärts leitenden Thyristors in Abhängigkeit von der Basisbreite x ohne pn-Übergänge (ausgezogene Linie) und mit pn-Übergängen gestrichelte Linie). Wie ersichtlich, weist die Verteilung der Trägerdichte ein Maximum im Bereich der mittleren Einzelzone 7b, und gemäss der gestrichelten Linie dann auch im Bereich der pn-Übergänge jl und j2 auf.
Die pn-Übergänge jl, j2 müssen relativ dünn ausgeführt sein, um das Einschalten des Thyristors nicht zu behindern.
Die Übergänge j1, j2 können z. B. durch eine Erhöhung der n-Dotierung auf einer Dicke von etwa 10 Mikron auf etwa 1017 cm-3, und eine gleich daran anschliessende p-Dotierung auf etwa derselben Dicke bei etwa 1017 cm-3 realisiert werden. Die Durchbruchspannung des Thyristors wird durch die pn-Übergänge j1, j2 etwas verschlechtert.
Die dargestellten Strukturen lassen sich beispielsweise durch Epitaxie realisieren. Es ist jedoch auch möglich, bei einem Wachstum des Thyristor-Kristalls aus der Schmelze das gewünschte Dotierungsprofil durch geeignete Temperaturschritte, z. B. mittels des Peltier-Effektes. zu erzielen, derart, dass mittels der Temperaturschritte die Wachstumsrate und damit die Dotierung beeinflusst wird (vergleiche z. B. El.
Chem. Soc. [1971] 1014).
Zusammengefasst ergibt die Struktur nach der Erfindung folgende Vorteile:
Bei gleichbleibender Freiwerdezeit kann die Durchlassspannung vermindert werden.
Bei gleichbleibender Durchlassspannung kann die Freiwerdezeit verkürzt werden, und zwar bis um den Faktor 4.
Die Sperrspannung kann bis um 30% erhöht werden.
Es können bei gleichbleibendem statischen Sperrverhalten kleinere Anschrägungswinkel vorgesehen werden, wodurch aktive Fläche gewonnen wird.
Bei gleichbleibendem Anschrägungswinkel kann in den p-Zonen 6, 8 ein steileres Dotierungsprofil vorgesehen werden, wodurch diese Zonen dünner gemacht werden können.
Ein Thyristor nach der Erfindung (ohne zusätzliche pn-Übergänge jl, j2) kann beispielsweise wie folgt ausgebildet sein:
Für eine maximale Sperrspannung von 2500 V hat die von der Basis 7 aufzunehmende Raumladungszone bei einer Dotierung von z. B. 1011 cm-3 (das entspricht in der Praxis Eigenleitung ) der Einzelzonen 7a und 7c (und 1018 cm-3 der Einzelzone 7b) eine Dicke von etwa 125 um. Daher werden die Einzelzonen 7a und 7c jeweils 125 um dick gemacht, so dass die Basis 7 insgesamt rund 250 um dick ist.
Die p-Zonen 6 und 8 sind jeweils etwa 30 u dick.
Mit einer Lebensdauer von etwa 2 usec in den Zonen 6, 7 und 8 ergibt sich mit einer Struktur nach der Erfindung dann eine Freiwerdezone von etwa 40 usec bei einem Durchlassungsspannungsabfall von etwa 1,2 V bei 200 A/cm2.
Mit einer Lebensdauer von 0,5 usec ergibt sich eine Freiwerdezeit von 10 usec bei einem Durchlassspannungsabfall von etwa 1,8 V. Ein derartiges Element kann aufgrund sei ner extremen kurzen Freiwerdezeit bei Frequenzen der Hauptspannung bis zu 50 kHz betrieben werden.
Demgegenüber hat ein übliches Halbleiterbauelement mit einer mit 5 1013 cm-3 dotierten n-Basis und einer aufzunehmenden Raumladungszone von 2 x 125 u eine Gesamtdicke der Basis von 430 u (2 x 125 u plus 40% neutrale Zone plus 80 11 Sicherzeit für Ausdehnungsschwankungen). Die p-Zonen betragen beispielsweise wieder jeweils 30 Il, insgesamt also 60 u.
Eine derartige Struktur erfordert für einen Durchlassspan nungsabfall von 1,8 V eine Trägerlebensdauer von mindestens 4 usec, und weist, bei 125 "C Betriebstemperatur, eine Freiwerdezeit von 80 usec auf. Ein derartiges Element kann bei Frequenzen oberhalb 6,25 kHz nicht mehr betrieben werden, da es für die wiederkehrende Vorwärtsspannung noch nicht wieder sperrbereit ist.
PATENTANSPRUCH I
Bistabiles Halbleiterbauelement mit mindestens drei Zonenübergängen, das von einem Sperrzustand in einen Durchlasszustand umschaltbar ist, mit einer Basis genannten Zone zwischen dem zweiten und dem dritten Zonenübergang und einer Steuerzone genannten Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Zonenübergang, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (7) aus mindestens drei Einzelzonen (7a, 7b, 7c) besteht, von denen die mittlere (7b) höher dotiert und erheblich dünner ist als jede der beiden äusseren Einzelzonen (7a, 7c), und die Dotierungskonzentrationen (No) in den beiden äusseren Einzelzonen (7a, 7c) einander gleich und erheblich niedriger sind als in der Steuerzone (6).
UNTERANSPRÜCHE
1. Halbleiterbauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Einzelzone (7b) in einer Konzentration zwischen 1017 und 1018 cm-3, und die beiden äusseren Einzelzonen (7a, 7c) in einer Konzentration zwischen 1010 und 1013 cm-3 dotiert sind.
2. Halbleiterbauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äusseren Einzelzonen (7a, 7c) eigenleitend sind.
3. Halbleiterbauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äusseren Einzelzonen (7a, 7c) etwa gleich dick sind.
4. Halbleiterbauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der beiden äusseren Einzelzonen (7a, 7c) ein pn-Übergang (j1, j2) vorgesehen ist.
5. Halbleiterbauelement nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die pn-Übergänge (il, j2) bildenden Schichten (10, 11) dünner sind als die mittlere Einzelzone (7b).
PATENTANSPRUCH 11
Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer maximalen Sperrspannung von 2500 V und einer Frequenz der Hauptspannung von 1 bis 50 kHz betrieben wird.
PATENTANSPRUCH III
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den drei Einzelzonen (7a, 7b, 7c) bestehende Basis (7) mittels Epitaxie oder durch gesteuertes Kristallwachstum aus der Schmelze erzeugt wird.
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The invention relates to a bistable semiconductor component with at least three zone transitions from one
Blocking state is switchable to a passing state, with a base called zone between the second and third zone transition and a control zone
Zone between the first and the second zone transition.
Such semiconductor components are commonly referred to as thyristors for short.
Known thyristors generally consist of four
Zones that are alternately n- and p-line types. In the forward conducting state are in inner
Zones, especially the high-resistance base, are flooded with charge carriers. This flood has to
As a result, after the thyristor has switched to the reverse blocking state, there is a delay in the blocking capability for the recurring forward voltage, because the excess charge carriers first have to be broken down by recombination in the base (see e.g. Köhl, Scientia
Electrica, Vol. XI, Fasc. 1 [1965], pp. 30/31).
Since the charge carrier density in the flooded state is about ten e-potencies higher than the carrier density in the equilibrium state, it is assumed that, on average, about four to ten times the mean carrier life is required until the carrier excess is completely removed by recombination. This needed for the dismantling of the girders
Time is called free time.
However, there is a limit to reducing the carrier life for the purpose of shortening the idle time, as the forward voltage drop increases exponentially below a critical life for a certain base width. Thus, by reducing the carrier life, one is in a position to improve the idle time and thus the dynamic blocking behavior of the thyristor, but at the same time one has to accept a deterioration in the on-state behavior below a certain limit.
The aim of the present invention is to overcome this contradiction of requirements, i.e. to further reduce the carrier life and thus the release time of a thyristor without increasing the forward voltage drop or to reduce the forward voltage drop without a longer carrier life and thus a longer one Having to accept time off.
The object is achieved according to the invention in that the base consists of at least three individual zones, of which the middle one is more highly doped and considerably thinner than each of the two outer individual zones, and the doping concentrations in the two outer individual zones are the same and considerably lower than in the Tax zone.
This measure makes it possible to reduce the carrier life and thus the release time of a thyristor by three to four times compared to known arrangements with the same forward voltage drop. On the other hand, it is of course possible to reduce the forward voltage drop while maintaining the carrier life.
A thyristor, the n-base of which consists of a middle, highly doped single zone, which lies between two low n-doped single zones, has already been published purely schematically (DT-AS 1 299 766, Fig.
2). However, this schematic drawing in no way conveys the teaching given by the present invention and its advantages to the person skilled in the art. The same is true of U.S. Patent 3,538,401, e.g. B. Fig. 19 ff.
In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to drawings. Show it:
1 shows the schematic representation of an exemplary embodiment,
2 schematically shows the doping profile in the basis of an exemplary embodiment provided with additional pn junctions and
3 shows the profile of the charge carrier density in the forward conduction state in the base for a base provided with pn junctions and for a base without these pn junctions.
The forward voltage drop in the base is approximately proportional to the term exp (dgl) on the base width and the carrier lifetime. Here d means half the base width and L = WiYB the diffusion length, where D = diffusion constant only TB = carrier lifetime in the base. For each value of the base width, there is a critical value of the carrier lifetime, below which the forward voltage drop in the base increases rapidly. On the other hand, the forward voltage drop is also largely determined by the minimum carrier density in the base in the forward forward state, which is proportional to the expression l / cosh (d / L).
In Fig. 1 a thyristor is now shown, which has a first zone junction 1, a second zone junction 2, a third zone junction 3 and a fourth zone junction 4, as well as a highly n-doped (n +) zone 5, a p-doped zone 6, a has a base 7 consisting of the individual zones 7a, 7b, 7c, a p-doped zone 8 and a highly p-doped (p +) zone 9. The zone 5 provided with the cathode K acts as an n-emitter, the zone provided with the anode A as p-emitter, and the zone 6 provided with the control electrode G as a control zone. The width of the base is 2d.
According to FIG. 1, instead of a single high-resistance n-base, a structure with three individual zones i "n +, i2 is provided, with i and i2 each representing an intrinsic zone and n + a zone highly doped with donors. The effective base width is therefore practically only half of the original value, although the total thickness of the thyristor has only increased insignificantly. The reason for this is that the insertion of the central individual zone 7b in the forward on-state increases the carrier density in the area of this individual zone 7b The minimum carrier density can now be approximated by Icosh (dI2L) .If the carrier life is unchanged, the forward voltage drop is thus considerably reduced.
On the other hand, lifetimes that are 3 to 4 times shorter than before can now be allowed for an unchanged forward voltage drop, which results in a 3 to 4 times shorter release time. For the structure shown, the electric field strength in the blocking i-zone is constant, in contrast to the quasi-linear drop in a usual high-resistance n-zone. This means that each of the i-zones only needs to be half as thick as the original n-zone.
It is also of great importance that, due to the measures described, in particular the negative angle at which the thyristor must be beveled in order to improve the static blocking behavior (see e.g. US Pat. No. 3,491,272 or US Pat. No. 3,575,644) at the same good blocking behavior can now be less steep, so that a considerable gain in active area is possible.
In a preferred embodiment, the carrier concentration for the middle (7b) of the three individual zones was 1017 to 1018 cm-3, and for the two outer (7a, 7c) 1013 cm-3. The remaining zones 5, 6, 8 and 9 were doped as usual (compare, for example, Scientia Elect. Xl [1965] 23).
The three-layer base 7 has the advantage that the excess carriers only have to diffuse by half the distance as in the known thyristor until they can recombine in a highly doped zone. With a constant gradient of the carrier density, the release time is shortened by a factor of 2, and with a negligible gradient of the carrier density by a factor of 4, since the following applies to the path d covered by a carrier in the time t: d ¯ d.
According to a further exemplary embodiment, pn coatings j1, j2 can be provided in the two weakly doped individual zones 7a, 7b, which are indicated by dashed lines in FIG. For example, the doping profile can then have the shape shown in FIG. The concentration of the donors ND is plotted in the positive ordinate direction and the concentration of the acceptors NA is plotted in the negative ordinate direction as a function of the base width x.
With the base structure according to FIG. 2, a further increase in the minimum carrier density in the base in the on state, and thus a further reduction in the forward voltage drop, can be achieved.
3 shows the carrier density in the base of the forward-conducting thyristor as a function of the base width x without pn junctions (solid line) and with pn junctions (dashed line). As can be seen, the distribution of the carrier density has a maximum in the area of the central individual zone 7b and, according to the dashed line, then also in the area of the pn junctions j1 and j2.
The pn junctions j1, j2 must be made relatively thin so as not to hinder the switching on of the thyristor.
The transitions j1, j2 can e.g. B. by increasing the n-doping to a thickness of about 10 microns to about 1017 cm-3, and a subsequent p-doping to about the same thickness at about 1017 cm-3. The breakdown voltage of the thyristor is worsened somewhat by the pn junctions j1, j2.
The structures shown can be implemented, for example, by epitaxy. However, it is also possible, when the thyristor crystal grows from the melt, to achieve the desired doping profile by means of suitable temperature steps, e.g. B. by means of the Peltier effect. to achieve, in such a way that the growth rate and thus the doping is influenced by means of the temperature steps (compare e.g. El.
Chem. Soc. [1971] 1014).
In summary, the structure according to the invention gives the following advantages:
If the release time remains the same, the forward voltage can be reduced.
If the forward voltage remains the same, the release time can be shortened by a factor of 4.
The reverse voltage can be increased by up to 30%.
Smaller bevel angles can be provided while the static blocking behavior remains the same, whereby active surface is gained.
With a constant bevel angle, a steeper doping profile can be provided in the p-zones 6, 8, whereby these zones can be made thinner.
A thyristor according to the invention (without additional pn junctions jl, j2) can for example be designed as follows:
For a maximum reverse voltage of 2500 V, the space charge zone to be absorbed by the base 7 with a doping of z. B. 1011 cm-3 (which corresponds in practice to intrinsic conduction) of the individual zones 7a and 7c (and 1018 cm-3 of the individual zone 7b) have a thickness of about 125 μm. Therefore, the individual zones 7a and 7c are each made 125 µm thick, so that the base 7 is around 250 µm thick in total.
The p-zones 6 and 8 are each about 30µ thick.
With a service life of about 2 usec in zones 6, 7 and 8, a structure according to the invention then results in a free zone of about 40 usec with a forward voltage drop of about 1.2 V at 200 A / cm2.
With a service life of 0.5 usec there is a release time of 10 usec with a forward voltage drop of around 1.8 V. Due to its extremely short release time, such an element can be operated at main voltage frequencies of up to 50 kHz.
In contrast, a conventional semiconductor component with an n-base doped with 5 1013 cm-3 and a space charge zone of 2 x 125 u to be accommodated has a total thickness of the base of 430 u (2 x 125 u plus 40% neutral zone plus 80 11 safety time for expansion fluctuations) . The p-zones are again, for example, 30 μl each, a total of 60 μ.
Such a structure requires a carrier life of at least 4 usec for a forward voltage drop of 1.8 V and, at an operating temperature of 125 "C, has a release time of 80 usec. Such an element can no longer operate at frequencies above 6.25 kHz because it is not yet ready to be blocked again for the recurring forward voltage.
PATENT CLAIM I
Bistable semiconductor component with at least three zone transitions, which can be switched from a blocking state to a conducting state, with a zone called a base between the second and third zone transition and a zone called a control zone between the first and second zone transition, characterized in that the base (7 ) consists of at least three individual zones (7a, 7b, 7c), of which the middle one (7b) is more highly doped and considerably thinner than each of the two outer individual zones (7a, 7c), and the doping concentrations (No) in the two outer individual zones (7a, 7c) are equal to each other and considerably lower than in the control zone (6).
SUBCLAIMS
1. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the central individual zone (7b) is doped in a concentration between 1017 and 1018 cm-3, and the two outer individual zones (7a, 7c) are doped in a concentration between 1010 and 1013 cm-3 .
2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the two outer individual zones (7a, 7c) are intrinsically conductive.
3. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the two outer individual zones (7a, 7c) are approximately the same thickness.
4. Semiconductor component according to Patent Claim 1, characterized in that a pn junction (j1, j2) is provided in at least one of the two outer individual zones (7a, 7c).
5. Semiconductor component according to dependent claim 4, characterized in that the layers (10, 11) forming the pn junctions (il, j2) are thinner than the central individual zone (7b).
PATENT CLAIM 11
Method for operating a semiconductor component according to Patent Claim 1, characterized in that it is operated at a maximum reverse voltage of 2500 V and a main voltage frequency of 1 to 50 kHz.
PATENT CLAIM III
Method for producing a semiconductor component according to claim 1, characterized in that the base (7) consisting of the three individual zones (7a, 7b, 7c) is produced from the melt by means of epitaxy or by controlled crystal growth.
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