Тиристор Советский патент 1984 года по МПК H01L29/74 

00

ос

О5 vl

О5 1108 Изобретение относится к силовой полупроводниковой электронике и может быть использовано при конструировании мощных тиристоров на большие напряжения и токи. Известен тиристор, в котором для улучшения таких параметров, как стойкость к скорости нарастания напряжения (dn/dt), -время выключения (t), рабочая температура (Т-) блокирующие напряжения в прямом и обратном направлениях (Up дд,), pg -базовой области использует двойной профиль акцепторной примеси с высоким градиентом на границе с п -эмиттерным елоем и с низким градиентом на границе с Пц -базовой областью (коллекторный р-г переход), причем концентрация акцепторной примеси вблизи п,.-эмит . 1i с терного слоя более , обычно на уровне СП. Повышение do/dt стойкости, tn тиристора обусловлены снижением коэффициента инжекции Г(-р эмиттерного перехода, а повышение %RM объясняется снижением элек рического поля в области коллекторного р-п перехода за счет низкого градиента концантрации акцепторной примеси вблизи перехода. Однако при конструировании тиристоров на большие токи (для Линий электропередачи на постоянном токе), т.е. структур большой площади более 3-4 дюймов, оказывается технологически очень трудно обеспечить однородность учас ка рд -базовой области с высоким гра диентом акцепторной примеси по всей площади прибора, вследствие чего существенным образом снижается процент выхода, грдных приборов. Наиболее близким к изобретению техническим решением является тирис тор, содержащий зашунтированный Пр-эмиттерный слой, pg-базовую область, tig -базовую область и р -эмит терный слой 2J. В известном устройстве используется pg-базовая область без участка с высоким градиентом концентрации, т.е. повьш1ается коэффициент инжекции hg-эмиттерного перехода, что снижает падение напряжения на открытой р-п-р-п структуре, а чтобы сохранить du/dt.n tn, в базовых областях убивается время жизни носи телей с помощью электронного облучения. Известное устройство примени 2 мо при изготовлении тиристоров, 153 ботающих в частотно-импульсных режимах, т.е. для относительно тонких структур и, следовательно, для приборов с невысоким напряжением ( 2000 В). Целью изобретения является увеличение инжектирующей способности тиристора при высоких рабочих токах и напряжениях. Указанная цель достигается тем, что в тиристоре, содержащем зашунтированный пg-эмиттерный слой, р -базо вую область Пр-базовую область и pg-эмиттерный слой, акцепторная примесь введена с уменьшением концентрации от ng-эмиттерного слоя вглубь Pg-базовой области, причем ее концентрация на границе с Пс эмиттерным слоем находится в интервале (J-8) , листовое сопротивление рр баэовой области - в интервале 50(Ы500 Ом/а, ширина pg-базовой области - интервале 90-110 мкм при глубине п -эмиттерного слоя порядка 10 мкм. Изобретение позволяет устранить ряд принципиальных проблем разработ ки и изготовления высоковольтных тиристоров большой площади, т.е. на большие нагрузочные токи. Вследствие того, что исключается необходимость создания участка pg-базовой области с высоким градиентом концентрации акцепторной примеси, обеспечивается высокий уровень однородности профиля pg-базовой области по большой площади, при этом отпадает необходимость жесткого контроля поверхностного сопротивления и т.д. Необходимость создания глубокого коллекторного перехода (100-120 мкм) также позволяет обеспечить однородность глубины его залегания на большой площади, если учесть особенности диффузионной технологии изготовления р-п-р-п структур. Совокупность параметров тиристорНОЙ структуры N др (1-8) 10 , R 5рц (500-1500) Ом/а, Wp 90110 мкм, h,, 10 мкм взаимообу1 . словлена. Если N то Ngp 1500 Ом/о, WP ПО мкм при hj -vlO мкм const. 90 мкм, NSP 8 X Если WP , RSP 500 ОмЛа при /С h мкм. Ой.ясняется это необходимостью обеспечения одновременно

высоких значений du/dt, di/dt стой- кости, Tj, UJJpд др низких значений рм Ч поскольку du/dt, Т. прямо пропорциональны, а di/dt o6patHO пропорциональны значениям И,

SPfi

и W|

РВП р и м е р. В исходный кремний П-тнпа проводимости с удельным сопротивлением 200-300 Ом/см, диаметг ром 85-110 мм и толщиной около 1 мм проводится диффузия алюминия с обеих сторон пластины, в результате чего образуется pg-базовая область и PJ -эмиттерный .слой с глубиной порядка 150 мкм (режим диффузии 1250 в атмосфере кислорода 50-70 ч).После этого методом химического травления достаточно однородно -снимается слой глубиной 40-60 мкм до необходимого листового сопротивления

в интервале 500-1500 Ом/р. Затем структуры окисляются, делается фото литография под диффузию фосфора, иффузия фосфора ведется при llOO C в течение нескольких часов, чтобы образовался Ир-эмиттерны слой глубиной порядка 10 мкм с поверхностной концентрацией порядка . Затем наносятся омические контакты на катод, управляюпо1й злёктрод, анод сплавляется с W-KOMпенсатором, делается фаска, которая защищается соответствующим компаундом.

Предлагаемое изобретение позволи создать тиристор, работающий в условиях высоких напряжений и больших токов, что делает возможность использовать его для передач больших злектрических энергий.

ТИРИСТОР, содержащий зашунтированный Пр эмиттерный слой, Рд-базовую область, Пр-базовую область и pg-эмиттерный слой, отличающийся тем, что, с целью увеличения инжектирующей способности тиристора при высоких рабочих токах и напряжениях, акцепторнай1 примесь введена с уменьшением концентрации от п -эмиттерного слоя вглубь рц-базовой области, причем ее коицентрация на границе с Пс эмнттерным слоем находится в инт ерв апе