ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ ПРИБОР Российский патент 1996 года по МПК H01L29/74 

Изобретение относится к дискретным полупроводниковым приборам, в частности к тиристорам и симисторам (триакам), и может быть использовано при разработке полупроводниковых ключевых приборов, обладающих способностью блокировать электрический ток в прямом и обратном направлениях.

Известен тиристор, представляющий собой четырехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом проводимости, содержащую канавку, расположенную между основным и управляющим электродами. Введение канавки позволяет устранить поверхностные утечки и уменьшить за счет этого токи управления.

Однако введение канавки одновременно увеличивает продольное по отношению к эмиттерному переходу сопротивление верхнего эмиттерного слоя, что снижает плотность тока управления возле управляющего электрода и не позволяет эффективно снизить ток управления.

Изобретение представляет собой конструкцию, которая обеспечивает увеличение плотности тока управления возле управляющего электрода, снижение тока управления в результате увеличения области первоначального включения и, как следствие, температуры при включении, повышение скорости нарастания тока нагрузки, уменьшение времени выключения, повышение скорости нарастания нагрузочного напряжения и напряжения при коммутации. Указанные преимущества достигаются тем, что прибор выполнен в виде многослойной структуры с чередующимися областями обоих типов проводимости с основными и управляющими электродами, причем под управляющим электродом могут располагаться участки как электронного, так и дырочного типа проводимости, в том числе как по отдельности, так и вместе. Между управляющим электродом и одним из основных электродов в области выхода на поверхность структуры эмиттерного перехода выполнена по меньшей мере одна канавка, ширина которой меньше расстояния между основным и управляющим электродами. Канавка может быть смещена в сторону области дырочного типа и захватывать всю эту область. Глубина канавки составляет 0,25-0,5 глубины залегания эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду.

Повышенная однородность плотности тока управления вдоль периметра управляющего электрода достигается при ширине канавки, которая должна превышать ширину слоя объемного заряда эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду, при максимальном обратном напряжении на управляющем электроде, причем ширина канавки в n- и p-области превышает ширину слоя объемного заряда в соответствующей области.

На фиг.1 приведена структура симистора с канавкой, ширина которой меньше расстояния между управляющим и основным электродами; на фиг.2 структура симистора с канавкой, смещенной в сторону p-области и полностью занимающей ее вплоть до металлизации управляющего электрода (левая часть структуры) и до металлизации основного электрода (правая часть структуры).

Симистор на фиг.1 содержит n-базу 1, p-слой 2, являющийся эмиттером для правой и базой для левой части структуры, p-слой 3, являющийся базой для правой и эмиттером для левой части структуры, n-эмиттеры 4,5,6, управляющий электрод 7, основные электроды 8 и 9, p-n-переходы 10-14.

Симистор на фиг. 2 содержит n-базу 15, p-слой 16, являющийся эмиттером для правой и базой для левой части структуры, p-слой 17, являющийся базой для правой и эмиттером для левой части структуры, n-эмиттеры 18, 19, 20, управляющий электрод 21, основные электроды 22, 23, p-n-переходы 24-28.

Поскольку левая часть структуры симистора идентична структуре тиристора, то все технические решения, рассмотренные на примере симистора, применимы и для тиристоров.

Симистор работает обычным образом, как два встречно-ориентированных тиристора. Однако введение канавки с формой и размерами, приведенными в формуле изобретения, обеспечивают снижение токов управления, повышение скорости нарастания тока и напряжения, снижение времени выключения.

Использование: в микроэлектронике, в полупроводниковых приборах, обладающих переключающими свойствами, в частности тиристорах и симисторах. Сущность изобретения: в полупроводниковом переключающем приборе, содержащем полупроводниковую структуру не менее чем с тремя p - n-переходами, образованными базовыми областями, а также базовыми и соответствующими эмиттерными областями с основными и управляющим электродами, между электродами в области выхода на поверхность полупроводниковой структуры эмиттерного перехода выполнена по меньшей мере одна канавка, причем ширина канавки меньше расстояния между основным и управляющим электродами. Она может быть смещена в сторону области p-типа проводимости. Глубина канавки может составлять 0,25 - 0,5 глубины залегания эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду. Ширина канавки может превышать ширину слоя объемного заряда эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду, при максимальном обратном напряжении на управляющем электроде, причем ширина канавки в n- и p-области превышает ширину слоя объемного заряда в соответствующей области. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ ПРИБОР, содержащий полупроводниковую структуру не менее чем с тремя p - n-переходами, образованными базовыми областями, а также базовыми и соответствующими эмиттерными областями, с основными и управляющим электродами, под которыми расположены области p- и n-типа проводимости, причем между управляющим электродом и одним из основных электродов в области выхода на поверхность полупроводниковой структуры эмиттерного перехода выполнена по меньшей мере одна канавка, отличающийся тем, что ширина канавки меньше расстояния между основным и управляющим электродами. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что канавка смещена в сторону области p-типа. 3. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что глубина канавки составляет 0,25 - 0,5 глубины залегания эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду. 4. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что ширина канавки превышает ширину слоя объемного заряда эмиттерного перехода, ближайшего к управляющему электроду, при максимальном обратном напряжении на управляющем электроде, причем ширина канавки в n- и p-области превышает ширину слоя объемного заряда в соответствующей области.