CZ155698A3 - Oboustranně řiditelný tyristor - Google Patents

Description

Oboustranně řiditelný tyristor.

Oblast_techniky.

Vynález se týká oblasti výkonových polovodičových prvků, zejména pak oboustranně řiditelného ±yristoru, který má v polovodičovém tělísku mezi první hlavní plochou a druhou hlavní plochou první tyristořovou struktůru s první oblastí anody, první n-bází,s první p-bází, s první oblastí katody a s první ústřední hradlovou oblastí a antiparalelně k tomu druhou tyris vou strukturu s druhou oblastí anody, druhou n-bází, druhou p-bází, s druhou oblastí kfctody a s druhou ústřední hradlovou oblastí, přičemž první oblast anody, druhá oblast katody a druhá hradlová oblast jsou přiřazeny první hlavní ploše a druhá oblast anody, první oblast katody a první hradlová oblast jsou přiřazeny druhé hlavní ploše, na obou hlavních plochách je vždy jedna oddělovací oblast, která je usřádaná mezi oběma tyristořovými strukturami mezi první oblastí anody a druhou oblastí katody a mezi druhou oblastí anody a první oblastí katody a který dále obsahuje zkratové oblasti, které spojují nakrátko první p-bázi a druhou p-bázi prostřednictvím první, případně druhé oblasti katody s kovovou metalízou,překrývající oblasti katody.

E°savadní_stay_ techniky

Tyristor shora uvedeného druhu je například popsán v patv spisu DE 44 39 012 AI. Jedná se přitom o obou stranně řiditelný tyristor, u kterého jsou v polovodičovém substrátu integrovány dvě antiparalelně zapojené tyristořové struktůry. Tyristorové struktůry jsou na staveních základních plochách odděleny vždy jednou dělící oblastí výhodně se sníženou živostností. Bělící pásmo je nutná zejména ze dvou důvodů. Předně při zapálení jedné tyristorové struktury- nesmí vzniknout parazitní proudové dráhy k druhé tyristorové struktůře, ale ani při komutaci nesmí se objevit žádní střídavé účinky. Známé řešení může sice vyhovovat v mnohých případech, avšak nežádoucí pohyb nositelů nábojů od již zapálené tyristorové struktůry ke druhé, která ještě není zapálená, můžeebýt blokující tyristorová struktůra lokálním nekontrolváným zapálením zničena, podstata_vynálezu.

Úkolem vynálezu je navrhnout oboustranně řiditelný tyristor, který by se vyznačoval zlepšeným oddělením mezi oběma tyristořovými struktůrami. Zejména aby se nemohla blokující struktůra v důsledku nežádoucího pohybu nositelů nábojů nekontrolované zapálit.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tím, Že hustota pro plošnou jednotku zkratových oblastí se smě rem k dělící oblast#.' zvětšuje a bezprostředně v sousedství dělící oblasti nabývá maximální hodnotu.

v*

Jádro vynálezu spočívá v tom, že stupen hromadě ní materiálu oblasti katody se směrem k dělící oblas ti zvětšuje. Toho se může dosáhnou tím, že hustota pro plošnou jednotku zlatových oblastí směrem k dělící oblasti nabývá maximální hodnoty. Zejména výhodné je kromě toho použití přímkové zkratové oblasti, probíhající podél dělící oblasti.

U jednoho výhodného příkladu provedení dosáhne se dalšího zlepšení oddělení obou tyristorových struktůr prostřednictvím oblasti v podstatě ve tvaru podkovy, která je uspořádaná mezi ústřední hradlovou oblastí a sousední oblastí anody. Oblast ve tvaru podkovy při spívá rovněž k tomu, že nositele nábojů, zalité v obvodu hradío-katoda, nemohou se pohybovat po žádné parazitní dráze mezi hradlovou oblastí a oblastí anody druhé tyristorové struktůry téže hlavní plochy. Ob last ve tvaru podkovy se s výhodou vytvoří leptáním,nebo implantací dótovacího materiálu pomocí masky.

Dalšího zlepšení oddělení mezi tyristorovými strukturami tyristoru podle vynálezu se dosáhne také tím, že ústřední hradlová oblast zasahuje laterálně do příslušné eblaeti katody a je směrovaná na příslušný anodový emitor. Navíc mezi oddělovací oblastí a případné zesilující struktůře přípojového vývodu má být vytvořen úhel, který je větší než nula zejména má velikost 45°· Diametrálně probíhající dělící oblast má mít šířku přibližně 10 difuzních délek minoritních nositelů nábojů.

Další výhodná provedení vynálezu jsou uvedena v podružných nárocích.

Přehled obrázků^na výkrese,.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na pří kladech provedení, znázorněných na výkresech.

Na obr. 1 je znázorněn pohled ze shora na tyrigtor podle vynálezu.

Na obr. 2 je znázorněn pohled ze gpoda na tyristor podle vynálezu.

Na obr. 3 je znázorněn řez podél přímky A-A v obr. 1 tyristorem podle vynálezu.

Na obr. 4 je znázorněn řez podél přímky B-B v obr. 1 tyristorem podle vynálezu.

Příklady _proyedení_vynálezu_r

Obr. 1 ukazuje tyristor 1 podle vynálezu v pohledu ze shora. V polovodičovém tělísku jsou ugpořá dány mezi první horní hlavní plochou 2 a druhou dolní hlavní plochou '3 (seznatelnou v obr. 2) dvě tyristořové struktůry. Ze shora jsou seznatelné oblast anody 4 první tyristořové struktury, oblast katody 12 druhé tyristorové struktury, ústřední hradlová o— blast 13 druhé tyristorové struktury, okrajová uzá věrová oblast 18 a zesilující hradlový přípoj 15.Mezi tyristořovými struktůrami je uspořádaná oddělovací oblast 14.Tato oddělovací oblast 14 je vytvořena v oblasti obklopující druhou ústřední hradlovou oblast 13, obklopující oblast je vytvořena ve tvaru podkovy a zejména vysokoohmická. V oblasti druhé katodové oblasti, resp. v oblasti katody 12 jsou uspořádány zkra tové oblasti 16,které jsou seznatelné jen v obrázcích na kterých jsou znázorněny řezy. Aby se zabránilo nežádoucímu pohybu nosičů náboje z již zapálené tyristořové struktůry ke druhé ještě nezapálené tyristorové struktůře, zvětšuje se hustota zkratových oblastí 16 směrem k oddělovací oblasti 14. Na hranici oddělovací oblasti 14 dosáhne maximální hodnoty, která je tvořena s výhodou zkratovou oblastí 17 přímkového tvaru, probíhající podél oddělovací oblasti 14.

Obr. 2 ukazuje tyristor 1 při pohledu ze spoda. Jak lze z obrázku seznat, jsou uspořádány na druhé hlavní plose oblast anody 9 druhé tyristorové struktury, oblast katody 7 první tyristorové struktury, oblast okrajového uzávěru 18 a zesilující struktůru hradlového přípoje 15.Mezi struktůrami je rovněž uspořádaná oddělovací oblast 14. Tato oddělovací oblast 14 je uspořádaná rovněž ve tvaru podkovy kolem první ústřední hradlové oblasti Θ a je vytvořena jako vy s oko ohmická. V oblasti katody 7 rovněž uspořádány zkratové oblasti 16, které jsou znázorněny je v ob^zcích, znázorňujících řezy. Aby se zabránilo pohybu nosičů náboje z první již zapálené tyristorové struktůry ke druhé ještě nezapálené struktůře, co-ž by mohlo vyvolat nekontrnlovatelném^U7.apálení druhé ještě nezapálené struktůry, vzrůstá hustota zkratových oblastí 16 také zde směrem k oddělo vací oblasti _14 na maximální hodnotu, která se rovněž výhodně vytvoří přímkovou zkratovou oblastí 17 probíhající podél oddělovací oblasti 14. Oddělovací oblast 14 probíhá diametrálně na obou hlavních plochách 2 a £ a má šířku přibližně 10 difuzních dé lek minoritních nosičů náboje.

Obr. 1 a 2 ukazují kromě toho zesilující strukturu hradlového přípoje 15* Tato zesilující struktura hradlového přípoje 15 nemá v opaku ke vpředu uve děnému druhu stavu techniky žádný díl, který probíhá podél zkratové oblasti 14.Nýbrž mezi oddělovací oblastí 14 a hradlovými přípoji 15 zesilující strukturou je vytvořen úhel, který je větší alespoň nešli nula, výhodně 45°. Tím zaručuje jednak struktůra hra dlového přípoje 15 účinnou reakci zapálení, a jednak zabrání nežádocuím zápalům v oblasti mezi oběma tyristořovými struktůrami.

Obr. 3 znázorňuje výřez tyristoru podle vynálezu podél přímky A-A. Zřetelně lze rozeznat, jak je na obou hlavních plochách 2 a 3 uspořádaná podél oddělovací oblasti 14 Zkratová oblast 17. Zkratová oblast 17 může být, jak je znázorněno, z výrobních důvodů poněkud vzdálena od katodě oblasti 12 nebo 7. Hustota plochy t.j. počet zkratových oblastí 16 na jednotku plochy se zvětšuje uvnitř odpovídajících ob lastí katod 7 nebo 12 oproti procházející zkratové oblasti 17 přímkového tvaru. Zkratové oblasti 16 a zkratová oblast 17 zkratují první a druhou p-bázi 6, 12 s neznázorněnou metalízou, která není z důvodu větší přehlednosti znázorněna, která překrývá oblast katody. Vyšší hustota zkratových oblastí 16 směrem k oddělovací oblasti a zejména pak průchozí zkratová oblast 17 ve tvaru přímky zaručují to, že při vypnutí se nosiče náboje dostatečně rychle vyklidí a může se zabránit nekontrolovanému zapálení, které vede ke zničení tyristoru. Případné nosiče náboje neodtékají tak přes oblast katody, nýbrž prostřednictvím zkratů. Tím se rovněž nenavozuje nekontrolované za pálení.

P-báze 6 a 11 jsou ostatně dimenzovány jako průchozí vrstvy, do kterých jsou zadifundovány výše dotované oblasti anodového emitoru 4, 9. Oddělovací oblasti 14 se vytvoří po obou stranách částí p-bází vyskytujících se na povrchu.

Z obar. 1 a 2 je kromě toho seznatelná oblast 19 ve tvaru podkovy oddělovací oblasti 14, která obklopuje ústřední hradlovou oblast 8,, 13. Otvor podkovy je přivrácen první případněýS^ásti katody. Oblast 19 ve tvaru podkovy zesiluje oddělovací působení mezi oběma tyristořovými struktůrami a zabra ňují tomu, aby nosiče náboje, nacházející se v obvodu hradío-katody mohly vytvořit parazitní proudovou dráhu kontaktem hradla a oblastí anody druhé tyristorové struktůry téže hlavní plochy. Vyššího odporu může se dosáhnout leptáním stávajícího profilu dotování,nebo v oblasti 19 tvaru podkovy pomocí implantace vhodné dótovací hmoty při použití vhodné masky.

Tvar ústředních hradlových oblastí θ a 13 je podélný a zasunutý do oblastí katody 7 a 12.Oblast katody, naiiházející se na nejbližším konci ústředních hradlových oblastí 8 a 13» je uspořádaná přesně nad oblastmi katod 4 a 9 téže tyristorové struktůry. Toto seřízení přispívá rovněž ke zlepšenému oddělení tyristorových struktůr, a zaručuje zejména re produkovatelné vlastnosti polovodičových prvků.

Obr. 4 ukazuje řez podél přímky B-B v obr. 1.

Zřetelně je vidět, jak mezi ústředními hradlovými ob lastmi _13 a 18 a sousedními oblastmi anody 4 a 9 pronikají p-báze na povrch a tvoří oddělovací oblast 19 ve tvaru podkovy. Tato je zejména vytvořena jako vysokoohmická, přičemž přídavné dotování 22,v podstatě určující vodivost p-bází _6 příp. 11, které je jinak vytvořeno celopolšně (viz obr. 3), je v této oblasti vypuštěno. To se muže provésti leptáním stávajícího profilu dotování, nebo v požadované oblasti selektivní implantací p-dotované vrstvy 22 za použití masky.

Na konci ústředních hradlových oblastí 13 a _8,ležícího proti oddělovací oblasti 19» je uspořádaná n-dotováná pomocná katoda 20 a p+dotováná kontaktní ob last 21. Na to navazuje oblast katody 12 se zkratovými oblastmi _16, jejichž hustota, jak již bylo dříve uvedeno, proti středu polovodivoého prvku vzrůstá.

Souhrnně lze říci, že navržený obousměrně vodicí tyristor má podstatně lépe oddělené struktůry obou tyristorů a tím může být v každé provozní situaci spolehlivě provozován.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Oboustranně řiditelný tyristor, který má v polovodičovém tělísku mezi první hlavní plochou a dru hou hlavní plochou první tyristorovou strukturu s první s první oblastí anody, první n-bází, s první pbází, s první oblastí katody a s první ústřední hradlovou oblastí a antiparalelně k tomu druhou tyristorovou struktůru s druhou oblastí anody, druhou n-bází, druhou p-bází, s druhou oblastí katody a s dru hou ústřední hradlovou oblastí, přičemž první oblast anody, druhá oblast katody a druhá hradlová oblast jsou přiřazeny první hlavní ploše a druhá oblast anody, první oblast katody a první hradlová oblast jsou přiřazeny druhé hlavní ploše, na obou hlavních plo chách je vždy jedna oddělovací oblast, která je uspořádaná mezi oběma tyristořovými struktůrami mezi první oblastí anody a druhou oblastí katody a mezi druhou oblastí anody a první oblastí katody, a který dále obsahuje zkratové oblasti, které spojují nakrátko první p-bázi a druhou p-bázi prostřednictvím první, případně,druhé oblasti katody s kovovou metalízou, překrývající oblasti katody, vyznačující se tím, že hustota pro plošnou jednotku zkratových oblastí (16) směrem k oddělovací jednotce (14) vzrůstá a bezpro středně v sousedství oddělovací oblasti (14) nabývá maximální hodnoty.
2. 2. Tyristor podle nároku 1, vyznačující se tím,že zkratové oblasti (16) obsahují zkratovou oblast (17) přímkového tvaru, probíhající mezi katodovými oblastmi (7, 12) a oddělovacími oblastmi (14) průběžně podél těchto oddělovacích oblastí (14).
3. 3. Tyristor podle jednoho z nároků 1 nebo 2,vyznačující se tím, že kolem první' a druhé' ústřední hradlové oblasti (8, 13) mezi hradlovými oblastmi a sousední oblastí anody zejména vysokohmická oblast (19) v podstatě ve tvaru podkovy, přičemž otvor podkovy je přivrácen k první resp. druhé oblasti katody (7, 12).
4. 4. Tyristor podle některého z předcházejících ná roků 1 až 3, vyznačující se tím, že každá tyristo rová struktura má zesilující struktůru hradlového přípoje (15), vycházející od odpovída- jící hradlové oblasti (8, 13), která je integrovaná na první příp. druhé hlavní ploše (2, 3) do odpovídající oblasti katody (7, 12) tak, Že mezi oddělovacími oblastmi (14) a struktůrou hradlových přípojů (15) je vytvořen úhel, který je vetší než nula,zej ména asi 45°.
5. 5. Tyristor podle některého z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že okraje ústřední hradlové oblasti, přivrácené k oblastem katod, jsou směrovány přesně na oblast anody odpovídající tyristor ové struktury.

   TY
6. 6. Tyriator podle některého předcházejícího nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že oddělovací oblasti (14) probíhají diametrálně a mají Šířku přibližně 10 difuzních délek minoritních nosičů náboje.
7. 7. Tyristor podle některého z nároků 1 až 6,vy značující se tím, že oblast (19) ve tvaru podkovy, je vytvořena leptáním.
8. 8. Tyristor podle některého z nároků 3 až 6,vy značující se tím, že oblast (19) ve tvaru podkovy,je vytvořena implantací dotovací hmoty tvořící Část pbbáze pomocí masky.