Полупроводниковый ключевой прибор

 

Использование: изобретение относится к области дискретных полупроводниковых приборов, в частности к тиристорам и симисторам, и может быть использовано при разработке полупроводниковых ключевых приборов, обладающих способностью блокировать электрический ток в прямом и обратном направлениях. Сущность изобретения: прибор выполнен в виде многослойной структуры с чередующимися областями обоих типов проводимости. По боковой поверхности структуры охватывает сквозная область p-типа проводимости. Сквозная область отделена от областей n-эмиттера и p-эмиттера и p-базы замкнутой разделительной канавкой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области дискретных полупроводниковых приборов, в частности к тиристорам и симисторам, и может быть использовано при разработке полупроводниковых ключевых приборов, обладающих способностью блокировать электрический ток в прямом и обратном направлениях.

Известен тиристор [1] представляющий собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости, в которой область n-эмиттера расположена в пристеночных областях канавки, выполненной в р-базовой области. Введение канавки позволяет защитить тиристор от перегрузок по напряжению за счет увеличения плотности тока под эмиттерным слоем при увеличении напряжения. Образующийся ток, вызывающий прямое смещение эмиттерного перехода, протекает к катоду по кратчайшему пути. Это позволяет повысить точность управления процессом переключения и увеличить пробивное напряжение тиристора.

Недостатком данной конструкции следует признать отсутствие геометрических характеристик канавки, а также отсутствие связи размеров слоев тиристора с размерами канавки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тиристор [2] представляющий собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости. В р-базовой области выполнена канавка, в пристеночных областях которой выполнена область n-эмиттера. На поверхности канавки сформирован слой р-типа проводимости, контактирующий с n-эмиттером. Глубина канавки обеспечивает протекание лавинного процесса вблизи дна канавки при воздействии перенапряжения на тиристор.

Однако в прототипе отсутствуют указания на алгоритм выбора линейных размеров канавки, что делает проблематичной гарантированную защиту тиристора от перенапряжения. Кроме того, согласно экспериментальным данным конструкция прибора не обеспечивает равенство прямого и обратного блокирующих напряжений.

Изобретение представляет собой конструкцию, которая обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: уменьшение размера фаски, снижение максимальной температуры работающего прибора, повышение нагрузочного и ударного токов, повышение срока действия и надежности.

Указанные преимущества достигаются тем, что прибор выполнен в виде многослойной полупроводниковой структуры с чередующимися областями обоих типов проводимости, на эмиттерные поверхности которой нанесены проводящие слои, слой р-типа проводимости охватывает структуру по боковой поверхности. На одной поверхности структуры выполнена канавка, причем ширина канавки на поверхности структуры составляет 1,5W_n, где W_n ширина n-базовой области, глубина канавки лежит в пределах X_j + ΔX_cк < h < Х_j + 0,5W_n, где h глубина канавки, X_j глубина залегания центрального блокирующего р-n-перехода, ΔХ_ск протяженность скомпенсированного слоя в n-базовом слое. Канавка может быть выполнена с уступом, прилегающим к внутренней стенке канавки, причем ширина уступа составляет не менее 1,5 W_оз, где W_оз максимальная ширина объемного заряда, а глубина уступа Н составляет не менее Х_j + Δ X_ск. Введение уступа позволяет выровнять блокирующие напряжения. Для повышения технологичности изделия поверхность уступа может иметь наклон по отношению к блокирующему р-n-переходу 1-20^о, пересекая при этом плоскость блокирующего р-n-перехода.

Во всех случаях, когда линейный размер ограничен только с одной стороны, ограничение на второй предел носит только технологический характер.

На фиг. 1 приведена структура тиристора с канавкой; на фиг. 2 структура тиристора с канавкой, имеющая уступ; на фиг. 3 структура тиристора, имеющая уступ с наклонной поверхностью.

Тиристор содержит (фиг. 1) n-базу 1, р-эмиттер 2, р-базу 3, n-эмиттер 4, катод 5, анод 6, р-n- переходы 7-9, канавку 10.

Канавка 10 может содержать уступ 11 (фиг. 2), имеющий верхнюю 12 и нижнюю 13 ступеньки. Верхняя ступенька 12 уступа 11 может быть выполнена наклонной (фиг. 3), пересекая плоскость блокирующего р-n- перехода 9.

Тиристор работает обычным образом как два взаимосвязанных р-n-р и n-р-n транзистора. Однако введение канавки с указанными геометрическими размерами обеспечивает защиту тиристора от перенапряжения, а также равенство прямого и обратного блокирующих напряжений.

Формула изобретения

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЛЮЧЕВОЙ ПРИБОР, содержащий полупроводниковую структуру не менее чем с тремя p-n-переходами, образованными базовыми областями, а также базовыми и соответствующими эмиттерными областями, к эмиттерным областям выполнены контакты, а на основной поверхности со стороны n-эмиттера выполнена замкнутая разделительная канавка, отличающийся тем, что он дополнительно содержит область p-типа проводимости, охватывающую структуру по боковой поверхности, отделенную от областей n-эмиттера и p-базы разделительной замкнутой канавкой, причем ширина канавки на поверхности структуры не превышает величины 1,5 W_n, глубина h канавки ограничена пределами X_j+ΔX_ск<h+0,5W_n, где W_n толщина области n-базы; X_j глубина залегания p-n-перехода, образованного базовыми областями; ΔX_ск протяженность скомпенсированного слоя в области n-базы.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно на внутренней стенке канавки выполнен уступ, причем ширина ступеньки уступа не менее 1,5 W_оз, глубина уступа не менее X_j+ΔX_ск, где W_оз ширина области объемного заряда в области n-базы.

3. Прибор по п.2, отличающийся тем, что ступенька уступа выполнена под углом 1 20^o к p-n-переходу, образованному базовыми областями, и пересекает p-n-переход.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3