Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания



Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания
Тиристор стадии зажигания с развязывающей стадией зажигания

 


Владельцы патента RU 2501119:

ИНФИНЕОН ТЕКНОЛОДЖИЗ БИПОЛАР ГМБХ УНД КО.КГ (DE)

Изобретение относится к тиристору, содержащему полупроводниковое тело, в котором расположены последовательно p-легированный эмиттер, n-легированная база, p-легированная база и n-легированный эмиттер. В тиристоре предусмотрена зажигающая ступенчатая структура, содержащая по меньшей мере одну зажигающую ступень, каждая из которых содержит расположенный на расстоянии от n-легированного эмиттера n-легированный зажигающий ступенчатый эмиттер, который заделан в p-легированную базу. Зажигающий ступенчатый электрод контактирует на передней стороне с одним из зажигающих ступенчатых эмиттеров и имеет с ним первую контактную поверхность. На второй контактной поверхности зажигающий ступенчатый электрод контактирует с p-легированной базой на обращенной к n-легированному эмиттеру стороне одного из зажигающих эмиттеров на передней стороне. Вторая контактная поверхность расположена на расстоянии как от первой контактной поверхности, так и от одного из зажигающих ступенчатых эмиттеров. Концентрация легирующей примеси вдоль оси, перпендикулярной к вертикальному направлению, имеет как минимум два расположенных на расстоянии друг от друга локальных максимума с типом проводимости «p», а между по меньшей мере двумя максимумами расположена секция базы n-типа проводимости. Изобретение обеспечивает тиристор стадии зажигания, который лучше защищен в случае возникновения импульсов напряжения во время восстановления обратного сопротивления. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение касается тиристоров стадии зажигания. Проблема тиристоров заключается в том, что они могут разрушаться тогда, когда во время восстановления обратного сопротивления (engl.: reverse recovery time) к катоду прилагается положительный электрический потенциал, противоположный аноду, и возникает резкое повышение напряжения в пропускном направлении.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы подготовить тиристор стадии зажигания, который был бы лучше защищен в случае возникновения импульсов напряжения во время восстановления обратного сопротивления.

Эту задачу можно решить с помощью тиристора согласно п.1 формулы изобретения. Разработки и усовершенствование изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Такой тиристор имеет корпус из полупроводникового материала, в котором в вертикальном направлении, начиная с задней стороны по направлению к передней стороне, последовательно расположены эмиттер p-типа, база n-типа, база p-типа и эмиттер n-типа. Далее предусмотрена структура стадий зажиганий с по меньшей мере одной стадией зажигания, каждая из которых включает в себя находящийся на расстоянии от эмиттера n-типа эмиттер стадии зажигания n-типа, расположенный в базе p-типа. Электрод, который контактирует с одним из эмиттеров стадии зажигания на передней стороне и образует с ним первую контактную поверхность, контактирует с базой p-типа на обращенной к эмиттеру n-типа стороне эмиттера стадии зажигания также на передней стороне на второй контактной поверхности. При этом вторая контактная поверхность находится на расстоянии как от первой контактной поверхности, так и от эмиттера стадии зажигания.

В отличие от обычных тиристоров стадии зажигания, в которых первая и вторая контактная поверхность непосредственно граничат друг с другом, и образуют благодаря этому сплошную поверхность, в пределах которой на передней стороне происходит pn-переход между базой p-типа и обращенной к главному эмиттеру n-типа стороной соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа, в тиристоре согласно настоящему изобретению при наличии по меньшей мере одного эмиттера стадии зажигания n-типа вторая контактная поверхность находится на расстоянии от него. Выражаясь иначе, это обозначает, что при наличии по меньшей мере одного эмиттера стадии зажигания n-типа контактная поверхность расположена между этим эмиттером стадии зажигания n-типа и базой p-типа на обращенной к главному эмиттеру n-типа стороне эмиттера стадии зажигания n-типа, она находится на расстоянии от него.

Таким образом, появляется возможность местно повысить концентрацию легирующей примеси нетто базы p-типа по сравнению с обычным тиристором в области соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа, что способствует увеличению коэффициента усиления βpnp pnp-транзистора, образованного под соответствующим эмиттером стадии зажигания n-типа из базы p-типа, базы n-типа и эмиттера p-типа. Такое увеличение коэффициента усиления βрпр приводит во время восстановления обратного сопротивления к повышению концентрации остаточной плазмы в области соответствующей стадии зажигания. Таким образом, можно добиться того, что тиристор будет воспламеняться целенаправленно в области этой стадии зажигания, если во время восстановления обратного сопротивления будет возникать импульс напряжения в прямом направлении, производная по времени которого будет превышать критическое значение.

Одно только увеличение концентрации легирующей примеси нетто базы p-типа в области соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа приводит вместе с тем к локальному уменьшению электрического сопротивления базы p-типа. Для того, чтобы при заданном значении тока стадия зажигания воспламенялась, в зависимости от полупроводникового материала корпуса определенное минимальное напряжение, например, 0,7 - 0,8 В, должно снижаться перпендикулярно к вертикальному направлению выше участка базы p-типа, который расположен под общей областью, образованной соответствующим эмиттером стадии зажигания n-типа и соответствующим электродом. В обычных тиристорах предпринятое в области соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа увеличение концентрации легирующей примеси нетто привело бы к тому, что указанное выше минимальное напряжение достигалось бы только при увеличении значения тока, что, все-таки, является нежелательным, поскольку, таким образом, изменились бы общие свойства тиристора.

Поскольку в тиристоре согласно настоящему изобретению вторая контактная поверхность находится на расстоянии от относящегося к ней эмиттера стадии зажигания n-типа, участок базы p-типа, имеющий важное значение для достижения указанного выше минимального напряжения, а вместе с ним и электрическое сопротивление, имеющее важное значение для достижения минимального напряжения, увеличиваются таким образом, что увеличение концентрации легирующей примеси нетто базы p-типа на участке соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа может быть компенсировано.

Комментарии к изобретению приводятся ниже на основе примеров исполнения со ссылкой на рисунки. Представлено на:

Рис.1 вертикальный разрез тиристора, в котором локально увеличена концентрация легирующей примеси нетто базы p-типа на участке соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа;

Рис.2 увеличенный участок тиристора, отображенного на рис.1;

Рис.3А участок тиристора, отображенного на рис.1 и 2, на участке второй стадии зажигания, причем дополнительно изображены три перпендикулярные к вертикальному направлению оси, вдоль которых корпус из полупроводникового материала показывает различные значения концентрации легирующей примеси нетто;

Рис.3В пример изменения значений концентрации легирующей примеси нетто вдоль оси al, указанной на рис.3А;

Рис.3С пример изменения значений концентрации легирующей примеси нетто вдоль оси а2, указанной на рис.3А;

Рис.3D пример изменения значений концентрации легирующей примеси нетто вдоль оси а3, указанной на рис.3А;

Рис.4А участок тиристора, который отличается от представленного на рис.3А тиристора тем, что толщина эмиттера стадии зажигания n-типа больше, чем минимальная толщина базы p-типа под электродом стадии зажигания, который контактирует с этим эмиттером;

Рис.4 В пример изменения значений концентрации легирующей примеси нетто вдоль оси а4, указанной на рис.4А;

Рис.5 вертикальный разрез тиристора, в котором локально увеличена концентрация легирующей примеси нетто базы p-типа на участке соответствующего эмиттера стадии зажигания n-типа первой стадии зажигания;

Рис.6 вертикальный разрез участка тиристора, структура которого соответствует указанной на рис.2 структуре, и у которого есть еще несколько развязывающих структур, посредством которых происходит электрическая развязка участков базы p-типа полностью или частично

Рис.7 горизонтальный разрез представленного на рис.6 участка тиристора с несколькими развязывающими структурами, имеющие форму замкнутого круга, в перпендикулярной к вертикальному направлению плоскости сечения Е; и

Рис.8 горизонтальный разрез представленного на рис.6 участка тиристора с несколькими развязывающими структурами, каждая из которых охватывает множество продолжений базы n-типа, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль круга, в перпендикулярной к вертикальному направлению плоскости сечения.

Если не указано иное, одинаковые ссылочные обозначения на рисунках обозначают одинаковые или эквивалентные элементы с одинаковой или эквивалентной функцией. Для лучшей различимости изображенные тиристоры и их участки не представлялись в масштабе.

На рис.1 изображен вертикальный разрез тиристора 100. Тиристор состоит из корпуса из полупроводникового материала 1, форма которого представляет собой очень плоский цилиндр, основные поверхности которого расположены перпендикулярно к вертикальному направлению. В отличие от этого, корпуса из полупроводникового материала 1 может также иметь и любую другую форму, отличающуюся от цилиндра. Любое перпендикулярное направление к вертикальному направлению v обозначается далее как латеральное направление, причем, например, на рис.1 изображено латеральное направление r.

Корпус 1 состоит из полупроводникового материала, например, кремния или карбида кремния, имеет полупроводниковые зоны p- и n-типа, которые определяют электрические свойства тиристора 100. Тиристор 100 и/или корпус из полупроводникового материала 1 опционально могут быть сконструированы вращательно-симметрично относительно проходящей в вертикальном направлении v оси А-А1', причем кратность оси А-А' может быть выбрана любая. Например, кратность может быть идентична кратности, которую имеет структура кристаллической решетки корпуса из полупроводникового материала в отношении той самой оси А-А1.

Тиристор имеет асимметричную форму, он состоит из корпуса из полупроводникового материала 1, в котором в вертикальном направлении v, начиная с задней стороны 14, по задней стороне 14 по направлению к передней стороне 13, последовательно расположены эмиттер p-типа 8, база n-типа 7, база p-типа 6 и эмиттер n-типа 5. Вертикальное направление v, как показано, может проходить перпендикулярно к задней стороне 14.

На переднюю сторону 13 корпуса из полупроводникового материала 1 нанесен структурированный металлизированный слой 4 с секциями 40, 41, 42, 43, 44, расположенными на расстоянии друг от друга. Секция 4 0 связана электропроводкой с эмиттером n-типа 5, который образует катодный электрод тиристора 100. На задней стороне 14 нанесен металлизированный слой 9, который связан электропроводкой с эмиттером p-типа 8 и представляет собой анодный электрод тиристора 100. Эмиттер n-типа 5 проводит короткие замыкания катода в форме колонн 69 дополнительно к эмиттеру n-типа, которые осуществляют электрическое подключение базы p-типа 4 к катодному электроду 4.

Участок тиристора 100, который перпендикулярно к вертикальному направлению v распространяется на ту же самую область, что и эмиттер n-типа 5, обозначается в дальнейшем как область основного катода - НК. Область основного катода НК на примере исполнения согласно рис.1 имеет цилиндрическую форму и окружает область зажигания ZB, в которой находится пусковая область зажигания ZAB, где можно целенаправленно запустить процесс зажигания тиристора. Кроме того, в пусковой области зажигания ZAB, например, может находиться светочувствительная область, так что зажигание тиристора может произойти в этой области с повышенной светочувствительностью посредством попадания света (LTT=Light Triggered Thyristor). В качестве альтернативы или дополнения на передней стороне 13 может быть расположен электрод затвора (не изображен), с помощью которого зажигание тиристора может быть осуществлено электрически. Область зажигания ZB охватывает структуру стадий зажигания AG (AG=Amplifying Gate) с одной или несколькими стадиями зажигания.

Центральная секция 101 тиристора 100, которая охватывает пусковую область зажигания ZAB и структуру стадий зажигания AG, представлена на рис.2 в увеличенном виде. В центральную секцию 101, например, входят четыре стадии зажигания AG1, AG2, AG3 и AG4, которые расположены последовательно в латеральном направлении г и на расстоянии друг от друга. Стадии зажигания AG1, AG2, AG3, AG4 обладают сильным эмиттером стадий зажигания n-типа 51, 52, 53 и 54. Каждый из этих эмиттеров стадий зажигания 51, 52, 53 и 54 связан электропроводкой с одной из секций 41, 42, 43 и 44, которая на обращенной к пусковой области зажигания ZAB стороне соответствующего эмиттера 51, 52, 53 и 54 связана электропроводкой с одной из секций базы p-типа 6. При этом каждая из секций 41, 42, 43, 44 выступает над соответствующим эмиттером 51, 52, 53 и 54, со стороны, обращенной к пусковой области зажигания ZAB. Секции 41, 42, 43, 44 обозначаются также в дальнейшем как электроды стадий зажигания 41, 42, 43 и 44.

После зажигания тиристора 100 в пусковой области зажигания ZAB осуществляется зажигание в латеральном направлении r от нее последовательно по времени сначала стадии зажигания AG1, затем AG2, AG3 и наконец AG4, пока не осуществится зажигание тиристора 100 также и в области основного катода НК. Чувствительность к зажиганию стадий зажигания AG1, AG2, AG3 и AG4 может уменьшаться по направлению от пусковой области зажигания ZAB к области основного катода НК.

Упомянутое ранее увеличение коэффициента усиления βpnp транзистора pnp-типа, расположенного в области стадии зажигания и состоящего из базы p-типа 6, базы n-типа 7 и эмиттера p-типа 8, представлено на рис.2 на примере второй стадии зажигания AG2. В противоположную сторону от вертикального направления v под эмиттером стадии зажигания n-типа 52 во второй стадии зажигания AG2 расположен транзистор Т2 pnp-типа, представленный символически на рис.2, который состоит из секции эмиттера p-типа 8, секции базы n-типа 7 и первой секции 61 базы p-типа 6. В первой секции 61 базы p-типа 6 локально увеличена концентрация легирующей примеси нетто, т.е. она выше, чем концентрация легирующей примеси нетто базы p-типа 6 в прилегающей к первой секции 61 по направлению к пусковой области зажигания ZAB четвертой секции 64 базы p-типа, а также выше, чем концентрация легирующей примеси нетто базы p-типа 6 в прилегающей к первой секции 61 по направлению к эмиттеру n-типа 5 второй секции 62 базы p-типа. Концентрация легирующей примеси нетто второй секции 62 может быть больше, равной или меньше, чем концентрация легирующей примеси нетто четвертой секции 64.

Увеличенная локально концентрация легирующей примеси нетто первой секции 61 способствует высокому значению коэффициента усиления βpnp транзистора Т2 и вместе с тем высокой концентрации плазмы носителей зарядов в области второй стадии зажигания AG2 во время восстановления обратного сопротивления. Эта высокая по сравнению с концентрацией носителей зарядов в областях других стадий зажигания AG1, AG3 и AG4 концентрация носителей зарядов позволяет осуществить целенаправленное зажигание в области второй стадии зажигания AG2, если во время восстановления обратного сопротивления будет возникать импульс напряжения в прямом направлении, производная по времени которого будет превышать критическое значение.

Разумеется, что поверхностное удельное сопротивление RS базы p-типа 6 на основании повышенной по сравнению с прилегающими секциями 64 и 62 концентрации легирующей примеси нетто показывает локальный минимум в области первой секции 61. Под поверхностным удельным сопротивлением RS, которое оказывает база p-типа 6 на определенной координате в латеральном направлении г, подразумевается коэффициент специфического сопротивления и толщины покрытия базы p-типа 6 на рассматриваемой координате. Толщина покрытия при этом определяется в вертикальном направлении v.

Если бы при обычной стадии зажигания, которая имеет такую структуру, как стадии зажигания AG1, AG3 и AG4, в области соответствующего эмиттера стадии зажигания 51, 53 и 54 можно было бы предусмотреть наличие секции, соответствующей секции 61 с уменьшенным поверхностным удельным сопротивлением в базе p-типа 6, не предпринимая дальнейших изменений, то ток в системе зажигания, необходимый для зажигания соответствующих стадий зажигания AG1, AG3 и AG4 был бы выше, чем без наличия такой секции с уменьшенным поверхностным удельным сопротивлением. Причина состоит в том, что необходимое для зажигания стадий зажигания AG1, AG3 и AG4 напряжение от 0,7 В до 0,8 В, главным образом, достигается за счет падения напряжения в секции базы p-типа 6, которая расположена под эмиттером стадии зажигания 51, 53 и 54 и под электродом стадии зажигания 41, 4 3 и 44 соответствующей стадии зажигания AG1, AG3 и AG4.

Для компенсации вызванного в первой секции 61 локального снижения поверхностного удельного сопротивления RS базы p-типа 6 место, где происходит подключение электрода стадии зажигания 42 второй стадии зажигания AG2 к базе p-типа 6, по сравнению с подключением электрода стадии зажигания обычной стадии зажигания AG1, AG3 и AG4 находится на расстоянии от эмиттера стадии зажигания 52 в направлении главного эмиттера n-типа 5. Таким образом расположенная под эмиттером стадии зажигания 52 и электродом стадии зажигания 42 секция базы p-типа 6 увеличивается. Вместе с этим увеличивается и электрическое сопротивление, которое существенно влияет на необходимое для зажигания второй стадии зажигания AG2 падение напряжения.

В тиристоре 100 согласно рис.2 электрод стадии зажигания 42 второй стадии зажигания AG2 контактирует на передней стороне 13 с эмиттером стадии зажигания 52 второй стадии зажигания AG2 и образует с ним первую контактную поверхность 421. Как изображено, первая контактная поверхность 421 может контактировать исключительно с эмиттером стадии зажигания 52, но не с базой p-типа 6, то есть находиться на расстоянии от заканчивающегося на передней стороне 13 pn-перехода 521 между эмиттером стадии зажигания 52 и базой p-типа б. Под контактной поверхностью в контексте настоящего изобретения подразумевается общая поверхность, на которой электрод стадии зажигания (здесь 42) контактирует с соответствующим эмиттером стадии зажигания 52 или базой p-типа 6.

Затем электрод стадии зажигания 42 контактирует на второй контактной поверхности 422 с базой p-типа 6 на обращенной к эмиттеру n-типа 5 стороне или противоположной к пусковой области зажигания ZAB (см. рис.1) стороне эмиттера стадии зажигания 52 на передней стороне 13. При этом вторая контактная поверхность 422 находится на расстоянии как от первой контактной поверхности 421, так и от эмиттера стадии зажигания 52. В секции между первой контактной поверхностью 421 и второй контактной поверхностью 422 электрод стадии зажигания 42 находится на расстоянии от передней стороны 13. Опционально здесь можно предусмотреть диэлектрик 18, расположенный в латеральном направлении г между первой контактной поверхностью 421 и второй контактной поверхностью 422 и в вертикальном положении v между передней стороной 13 и электродом стадии зажигания 42 и нанесенный на переднюю сторону 13. В качестве диэлектриков 18 подходят, например, такие твердые вещества, как оксид или нитрид кремния.

Опционально вторая контактная поверхность 422 может контактировать с базой p-типа 6 в третьей секции 63 базы p-типа 6, в которой концентрация легирующей примеси нетто повышена по сравнению с пятой секцией 65 базы p-типа 6, которая прилегает к третьей секции 63 в направлении эмиттера n-типа 5. Повышенное легирование в третьей секции 63 способствует улучшению электрической привязки электрода стадии зажигания 42 к базе p-типа 6.

Кроме того, для регулирования важного для чувствительности зажигания второй стадии зажигания AG2 сопротивления секции 42 базы p-типа 6, расположенной под эмиттером стадии зажигания 52 и электродом стадии зажигания, может быть опционально предусмотрена вторая секция 62, расположенная в латеральном направлении г между эмиттером стадии зажигания 52 и второй контактной поверхностью 422 и в которой повышено электрическое сопротивление базы p-типа 6 так, что толщина базы p-типа 6 локально снижена и/или концентрация легирующей примеси нетто базы p-типа 6 локально снижена.

В изображенном на рис.2 тиристоре 100 толщина базы p-типа 6 в области второй секции 62 уменьшена за счет того, что секция 71 базы n-типа 7 простирается дальше в направлении передней стороны 13, чем в соседних секциях базы n-типа 7. Кроме того, вторая секция 62 полностью или частично находится под секцией, в которой электрод стадии зажигания 42 находится на расстоянии от передней стороны 13.

Помимо этого, концентрация легирующей примеси нетто во второй секции 62 снижена по сравнению с концентрацией легирующей примеси нетто первой секции 61 и опционально также по сравнению с концентрацией легирующей примеси нетто четвертой секции 64. Кроме того, концентрация легирующей примеси нетто во второй секции 62 снижена по сравнению с концентрацией легирующей примеси нетто третьей секции 63 в случае, если такая третья секция 63 предусмотрена. В остальном, концентрация легирующей примеси нетто во второй секции 62 может быть опционально снижена также по сравнению с концентрацией легирующей примеси нетто пятой секции 65.

На рис.3А изображена секция, расположенная с передней стороны, тиристора 100, представленного на рис.1 и 2, в области второй стадии зажигания AG2. Дополнительно изображены три (виртуальные) оси al, а2 и а3, которые проходят перпендикулярно к вертикальному направлению v через корпус из полупроводникового материала и расположены на различном расстоянии от передней стороны 13. На рис.3В, 3С и 3D представлены значения концентрации легирующей примеси нетто вдоль этих осей a1, а2 и а3. На ординату в положительном направлении нанесена концентрация легирующей примеси нетто областей p-типа, в отрицательном направлении - концентрация легирующей примеси нетто областей n-типа.

Если при расположении согласно рис.3А толщина второй секции 62 больше, чем толщина эмиттера стадии зажигания 52 второй стадии зажигания AG2, то при идентичном расположении согласно рис.4А она меньше, чем толщина эмиттера стадии зажигания 52 второй стадии зажигания AG2. На рис.4 В изображены значения концентрации легирующей примеси нетто вдоль оси а4, представленной на рис.4А, аналогично на рис.3В, ЗС и 3D.

Исходя из значений, представленных на рис.3В, 3С, 3D и 4 В видно, что концентрация легирующей примеси нетто может иметь как минимум два расположенных на расстоянии друг от друга максимума E1, Е2 и Е2', один из которых (Е2, Е2') расположен в области первой секции 61, а другой (Е1) в области опциональной третьей секции 63.

В качестве альтернативы тиристору 100 согласно рис.1 - 3А на рис.5 представлена секция тиристора 100, которая также состоит из четырех стадий зажигания AG1, AG2, AG3 и AG4, в которой описание стадии зажигания согласно рис.1 - 3А соответствует не примеру второй стадии зажигания AG2, представленной на этих рисунках, а примеру первой стадии зажигания AG1. Электроды стадии зажигания, первая и вторая контактная поверхность первой стадии зажигания AG1 обозначены соответствующими ссылочными обозначениями 41, 411 и 412.

В основном, структура может быть предусмотрена такой, как представлено ранее на рис.2, 3А и 4А на примере второй стадии зажигания AG2 и на рис.5 на примере первой стадии зажигания AG1, в качестве дополнения или альтернативы на примере других стадий зажигания AG1, AG3, AG4, или же на любой другой стадии зажигания, если в тиристоре должно быть больше, чем четыре стадии зажигания. Кроме того, такая форма стадии зажигания может быть предусмотрена точно такой же на одной, нескольких или всех стадиях зажигания. При наличии только одной стадии зажигания, оформленной таким образом, речь может идти, в частности, о первой (AG1) или второй (AG2) или о третьей (AG3) или четвертой (AG4) стадии зажигания тиристора 100, причем счет начинается со стадии зажигания AG1, расположенной ближе всего к пусковой области зажигания ZAB (рис.1) по возрастанию в направлении главного эмиттера n-типа 5. При наличии нескольких стадий зажигания, оформленной таким образом, речь может идти, в частности о двух, расположенных ближе всего к пусковой области зажигания ZAB, стадиях зажигания (AG1 и AG2) из всех стадий зажигания AG1, AG2, AG3, AG4 тиристора 100.

На рис.6 изображен вертикальный разрез тиристора, структура которого соответствует структуре тиристора согласно рис.2. Помимо этого, изображенный на рис.6 тиристор, имеет несколько развязывающих структур 72, 73, 74, 75, 76, которые предназначены для того, чтобы осуществлять полную или частичную электрическую развязку секций базы p-типа 6. Каждая из развязывающих структур 72, 73, 74, 75, 76 образована из одной или нескольких секций базы n-типа 7, в которых база n-типа 7 проникает через базу p-типа 6, и которые простираются до передней стороны 13 корпуса из полупроводникового материала 1.

Посредством одной из таких развязывающих структур 72, 73, 74, 75, 76 может осуществляться электрическая развязка секций базы p-типа 6. Таким образом, развязывающая структура 72 вызывает развязку двух секций 641 и 642 базы p-типа 6, которые вместе образуют секцию 64. Развязывающая структура 73 разъединяет секции 64 и 61. Развязывающие структуры 74, 75 и 76 разъединяют соседние 651/652, 652/653, 653/654 секции 651, 652, 653 и 654 секции 65 базы p-типа 6.

При этом каждая из развязывающих структур 72, 73, 74, 75, 7 6, независимо от формы какой-либо другой развязывающей структуры 72, 73, 74, 75, 76, может образовывать замкнутый круг, который проходит вокруг центральной оси А-А' verläuft, и посредством которого разграничиваются прилегающими к нему секции базы p-типа 6, которые он разъединяет. На рис.7 изображен в качестве примера горизонтальный разрез перпендикулярной к вертикальному направлению v плоскости сечения Е.

Кроме того, каждая из изображенных на рис.6 развязывающих структур 72, 73, 74, 75, 76, независимо от формы какой-либо другой развязывающей структуры 72, 73, 74, 75, 76, может охватывать множество столбчатых продолжений базы n-типа 7, каждое из которых простирается непрерывно до передней стороны 13 корпуса из полупроводникового материала 1, и проходит вдоль замкнутого круга, и которые расположены к этому соосному корпусу цилиндра на расстоянии друг от друга. При замкнутом круге такого рода речь может идти, например, о соосному к центральной оси А-А' круге цилиндра. Замкнутый круг может проходить, например, вокруг пусковой области зажигания ZAB. На рис.8 изображен в качестве примера горизонтальный разрез перпендикулярной к вертикальному направлению v плоскости сечения Е. Развязывающая структура 72 охватывает множество равноудаленных друг от друга продолжений 721, развязывающая структура 73 - множество равноудаленных друг от друга продолжений 731, развязывающая структура 74 - множество равноудаленных друг от друга продолжений 741, развязывающая структура 75 - множество равноудаленных друг от друга продолжений 751, развязывающая структура 7 6 - множество равноудаленных друг от друга продолжений 761. Продолжения 721, 731, 741, 751 и 761 являются неотъемлемой частью базы n-типа 7 и устанавливают непрерывную связь между базой n-типа 7 и передней стороной 13 корпуса из полупроводникового материала 1.

В образованных согласно рис.8 развязывающих структурах 72, 73, 74, 75, 76 разъединенные секции базы p-типа 6 связаны между собой еще посредством оставшихся секций базы p-типа 6. А поэтому в этом случае развязка выражена не настолько сильно, как в одной из развязывающих структур, имеющих форму замкнутого круга, 72, 73, 74, 75, 76, как представлено на рис.7.

В основном, развязывающие структуры, имеющие форму замкнутого круга, 72, 73, 74, 75, 76, как показано на рис.7, и развязывающие структуры 72, 73, 74, 75 и 76, образованные из множества столбчатых продолжений 721, 731, 741, 751, 761, как показано на рис.8, могут использоваться в тиристоре также в любых комбинациях.

В общем, любая из развязывающих структур 72, 73, 74, 75, 76 может находиться на расстоянии от эмиттера n-типа 51, 52, 53, 54 всех стадий зажигания AG1, AG2, AG3, AG4 тиристора 100, а также от эмиттера n-типа 5. Несмотря на это, развязывающая структура 72, 73, 74, 75, 76 может находиться на любом месте области зажигания ZB. Развязывающая структура 72, 73, 74, 75, 76 может быть, например, предусмотрена на таких местах:

На обращенной от эмиттера n-типа 5 стороне самой глубокой стадии зажигания (AG1) из всех стадий зажигания AG1, AG2, AG3, AG4 тиристора 100, как развязывающая структура 72.

Между первой контактной поверхностью 421 и обращенной от эмиттера n-типа 5 ближайшей стадии зажигания (AG1) из всех стадий зажигания AG1, AG2, AG3, AG4 тиристора 100 и первой контактной поверхностью 421, как развязывающая структура 73.

Между второй контактной поверхностью 422 и ближайшей в направлении эмиттера n-типа 5 стадией зажигания (AG1) из всех стадий зажигания AG1, AG2, AG3, AG4, как развязывающая структура 74.

Между двумя соседними стадиями зажигания AG1/AG2, AG2/AG3, AG3/AG4, как развязывающая структура 75.

Между эмиттером n-типа 5 и ближайшей к эмиттеру n-типа 5 стадии зажигания (AG4) из всех стадий зажигания AG1, AG2, AG3, AG4 тиристора 100, как развязывающая структура 76.

1. Тиристор с корпусом (1) из полупроводникового материала, в котором в вертикальном направлении (v), начиная с задней стороны (14), по направлению к передней стороне (13), противолежащей задней стороне (14), последовательно расположены эмиттер (8) p-типа, база (7) n-типа, база (6) p-типа и эмиттер (5) n-типа, и который имеет такие признаки:
структура стадий зажиганий (AG) с по меньшей мере одной стадией зажигания (AG1, AG2, AG3, AG4), каждая из которых включает в себя находящийся на расстоянии от эмиттера (5) n-типа эмиттер (51, 52, 53, 54), стадии зажигания n-типа, расположенный в базе (6) p-типа;
- электрод (42), который контактирует на передней стороне (13) с одним (52) из эмиттеров (51, 52, 53, 54) стадии зажигания и образует с ним первую контактную поверхность (421), и он контактирует с базой (6) p-типа на обращенной к эмиттеру (5) n-типа стороне одного (52) из эмиттеров стадии зажигания на передней стороне (13) на второй контактной поверхности (422), причем вторая контактная поверхность (422) находится на расстоянии как от первой контактной поверхности (421), так и от одного из эмиттеров (52) стадии зажигания, причем база (6) p-типа состоит из секции (60) с первой подсекцией (61), второй подсекцией (62) и третьей подсекцией (63), при этом
- в первой подсекции (61) и третьей подсекции (63) более высокая концентрация легирующей примеси нетто (p+), чем во второй подсекции (62);
- вторая подсекция (62) граничит с первой (61) и третьей подсекцией (63); и
- между одним (52) из эмиттеров (51, 52, 53, 54) стадии зажигания и первой подсекцией (61) образован переход (521) pn-типа,
- причем концентрация легирующей примеси нетто вдоль оси (а1, а2, a3, а4), перпендикулярной к вертикальному направлению (v), имеет как минимум два расположенных на расстоянии друг от друга локальных максимума (Е1, Е2, Е21) с типом проводимости "p",
отличающийся тем, что вдоль оси (а3, а4), перпендикулярной к вертикальному направлению (v), между по меньшей мере двумя максимумами (Е1, Е2) расположена секция (71) базы (7) n-типа.

2. Тиристор по п.1, в котором диэлектрик (18) нанесен между первой контактной поверхностью (421) и второй (422) на переднюю сторону (13).

3. Тиристор по п.2, в котором диэлектрик (18) расположен, по меньшей мере, по секциям между электродом (42) и передней стороной (13).

4. Тиристор по любому из пп.2 или 3, в котором база (6) p-типа проявляет поверхностное удельное сопротивление (RS) с локальным максимумом.

5. Тиристор по п.4, в котором локальный максимум расположен между первой контактной поверхностью (421) и базой (7) n-типа.

6. Тиристор по п.4, в котором локальный максимум расположен между диэлектриком (18) и базой (7) n-типа.

7. Тиристор по п.1, в котором один (52) из эмиттеров (51, 52, 53, 54) стадии зажигания расположен в первой подсекции (61).

8. Тиристор по п.1, в котором вторая контактная поверхность (422) контактирует с третьей подсекцией (63).

9. Тиристор по п.1, в котором один из локальных максимумов (Е1) расположен между второй контактной поверхностью (422) и базой (7) n-типа.

10. Тиристор по п.1, в котором первая контактная поверхность (421) расположена на расстоянии от базы (6) p-типа.

11. Тиристор согласно по п.1, в котором первая контактная поверхность (421) и вторая контактная поверхность (422) разделены между собой секцией передней стороны (13), которая имеет форму замкнутого круга и нигде не контактирует с электродом (42).

12. Тиристор по п.1, в котором есть одна пусковая область (ZAB) зажигания, где структура (AG) стадии зажигания расположена между пусковой областью (ZAB) зажигания и эмиттером (5) n-типа.

13. Тиристор по п.12, в котором одна из стадий (AG1) зажигания ближе всего расположена к пусковой (ZАВ) области зажигания.

14. Тиристор по п.12, в котором одна из стадий (AG2) зажигания ближе всего расположена к стадии (AG1) зажигания, ближайшей к пусковой области (ZAB) зажигания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии регулирования напряжения переключения силового полупроводникового прибора, а именно к технологии изготовления динистора и тиристора, в т.ч.

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам, а именно к силовым тиристорам, управляемым током. .

Изобретение относится к конструированию высоковольтных высокотемпературных сильноточных тиристоров. .

Изобретение относится к области электроники. .

Изобретение относится к силовому полупроводниковому приборостроению и может использоваться при создании мощных полностью управляемых гибридных ключей. .

Изобретение относится к конструкции силового полупроводникового прибора. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнической промышленности, электроэнергетике, мощном радиостроении и электроприводе.

Изобретение относится к области мощных полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам, а именно к конструкции силовых тиристоров. .

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам, а именно к конструкции силовых диодов, динисторов и тиристоров, в том числе симметричных. .

Тиристор // 2591744
Предложенное изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам, в частности к таблеточным тиристорам с прижимным управляющим выводом. Тиристор содержит выпрямительный элемент с центральным управляющим электродом, помещенный в герметичный корпус, имеющий первое основание в качестве анода, второе основание в качестве катода, кольцеобразный изолятор, металлический диск с центральным сквозным отверстием, втулку, подвижный плунжер из изоляционного материала, пружину сжатия и управляющий вывод из гибкого провода с контактным элементом на одном конце. Металлический диск расположен между вторым основанием и выпрямительным элементом, втулка вставлена в центральное отверстие металлического диска, подвижный плунжер размещен внутри втулки. Один конец управляющего вывода расположен в центральном отверстии подвижного плунжера и зафиксирован контактным элементом в нижнем торце плунжера. Средняя часть управляющего вывода электрически изолирована и размещена в радиальной проточке, в верхней части металлического диска, другой конец управляющего вывода размещен в стенке кольцеобразного изолятора и выведен наружу. Контактный элемент управляющего вывода выполнен в виде двух соосных частей, верхняя из которых закреплена на конце управляющего вывода, а нижняя часть контактного элемента выполнена в виде чашки, диаметр которой больше ее высоты и равен внутреннему диаметру втулки. Чашка размещена на центральном управляющем электроде выпрямительного элемента и обращена к нему тонким кольцеобразным бортиком, а тыльной стороной обращена к верхней части контактного элемента. Второе основание в нижней части выполнено с центральным углублением, в котором размещены часть втулки, выступающей над металлическим диском, и часть подвижного плунжера, выступающего над втулкой. В углублении верхней центральной части подвижного плунжера размещена пружина сжатия. Техническим результатом, достигаемым от использования предложенного технического решения, является стабильность параметров и характеристик, устойчивое функционирование, а также повышение надежности тиристора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх