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DE1229651B - Process for the production of a power rectifier with a single crystal semiconductor body and four layers of alternating conductivity type - Google Patents

Process for the production of a power rectifier with a single crystal semiconductor body and four layers of alternating conductivity type

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Publication number
DE1229651B
DE1229651B DES91516A DES0091516A DE1229651B DE 1229651 B DE1229651 B DE 1229651B DE S91516 A DES91516 A DE S91516A DE S0091516 A DES0091516 A DE S0091516A DE 1229651 B DE1229651 B DE 1229651B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
current
layers
excess
single crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES91516A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr Rer Nat Adolf Herlet
Dr Rer Nat Kurt Raithel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CH788363A external-priority patent/CH416839A/en
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Publication of DE1229651B publication Critical patent/DE1229651B/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

HOIlHOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02

Nummer: 1229 651Number: 1229 651

Aktenzeichen: S 91516 VIII c/21 gFile number: S 91516 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 13. Juni 1964Filing date: June 13, 1964

Auslegetag: !.Dezember 1966Opening day:! December 1966

Gegenstand der Patentanmeldung S 81478 VIIIc/ 21 g, deutsche Auslegeschrift 1214 790 ist ein Leistungsgleichrichter mit einkristallinem Halbleiterkörper, enthaltend vier aufeinanderfolgende Schichten von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp, von denen die erste, zweite und dritte Schicht einen ersten Transistor und die zweite, dritte und vierte Schicht einen zweiten Transistor bilden und dessen zweite Schicht eine höhere Dotierungskonzentration als die dritte Schicht hat, bei dem der Stromverstärkungsfaktor des ersten Transistors im Stromdichtebereich unterhalb 10 mA/cm2 sehr klein gegen Eins ist und im Stromdichtebereich zwischen 10 und 100 mA/cm2 steil gegen Eins ansteigt und der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors in dem zuletzt genannten Stromdichtebereich praktisch unabhängig ist. Ein solcher steuerbarer Halbleitergleichrichter, auch Thyristor genannt, kann nach dem Hauptpatent unter anderem so ausgebildet sein, daß wenigstens die zweite Schicht zusätzlich Rekombinationszentren enthält. Als Rekombinationszentren sind solche Störstellen günstig, deren Energieniveau der Mitte des verbotenen Energiebandes des Halbleitermaterials zwischen seinem Valenz- und Leitungsband näher liegt als dem nächstgelegenen Rand des verbotenen Energiebandes und die gegenüber den Minoritätsträgern der zweiten Innenschicht einen wesentlich größeren Einfangsquerschnitt haben als gegenüber ihren Majoritätsträgern. Derartige Rekombinationszentren können z. B. aus Gold bestehen.The subject of patent application S 81478 VIIIc / 21 g, German Auslegeschrift 1214 790 is a power rectifier with a monocrystalline semiconductor body, containing four successive layers of alternately opposite conductivity types, of which the first, second and third layers have a first transistor and the second, third and fourth layers Form a second transistor and the second layer has a higher doping concentration than the third layer, in which the current gain factor of the first transistor in the current density range below 10 mA / cm 2 is very small compared to one and in the current density range between 10 and 100 mA / cm 2 steeply opposite One increases and the current amplification factor of the second transistor is practically independent in the last-mentioned current density range. Such a controllable semiconductor rectifier, also called a thyristor, can, according to the main patent, be designed, among other things, in such a way that at least the second layer additionally contains recombination centers. Those defects are favorable as recombination centers whose energy level is closer to the middle of the forbidden energy band of the semiconductor material between its valence and conduction band than the nearest edge of the forbidden energy band and which have a significantly larger capture cross-section compared to the minority carriers of the second inner layer than compared to their majority carriers. Such recombination centers can, for. B. consist of gold.

An den Rekombinationszentren laufen Vorgänge der Rekombination und Paarerzeugung ab. Sie bestimmen daher die Lebensdauer der Ladungsträger bzw. ihre Diffusionslänge im Gleichrichter, vor allem in seinen beiden inneren Schichten oder Basisgebieten. Insbesondere bewirken sie eine stark stromabhängige Lebensdauer der Ladungsträger in der niederohmigen der beiden Innenschichten. Erst bei verhältnismäßig hohen Stromdichten von mehr als 10 mA/cm2 wird die Lebensdauer der Stromträger sehr groß. Daher ist auch die Stromverstärkung in der niederohmigen Innenschicht bei kleinen Strömen zunächst sehr niedrig, steigt aber bei höheren Stromdichten zwischen 10 und 100 mA/cm2 steil gegen den Wert Eins an. Bei genügend hoher Dotierung der niederohmigen Innenschicht, also beispielsweise genügend hohem Akzeptorenüberschuß, falls die niederohmige Schicht p-leitend ist, bleibt dieser charakteristische Verlauf des Stromverstärkungsfaktors bis zu verhältnismäßig sehr hohen Temperaturen unverändert erhalten.Processes of recombination and pair generation take place at the recombination centers. They therefore determine the service life of the charge carriers or their diffusion length in the rectifier, especially in its two inner layers or base areas. In particular, they bring about a highly current-dependent service life of the charge carriers in the low-resistance of the two inner layers. Only at relatively high current densities of more than 10 mA / cm 2 does the life of the current carrier become very long. Therefore, the current gain in the low-resistance inner layer is initially very low with small currents, but increases sharply towards the value one at higher current densities between 10 and 100 mA / cm 2. With a sufficiently high doping of the low-resistance inner layer, for example a sufficiently high excess of acceptors if the low-resistance layer is p-conductive, this characteristic curve of the current gain factor remains unchanged up to relatively very high temperatures.

Verfahren zum Herstellen eines Leistungsgleichrichters mit einkristallinem Halbleiterkörper und vier Schichten abwechselnden
Leitfähigkeitstyps
Method for manufacturing a power rectifier with a single-crystal semiconductor body and four layers alternating
Conductivity type

Zusatz zur Anmeldung: S 81478 VIII c/21 g ■
Auslegeschrift 1214 790
Addition to registration: S 81478 VIII c / 21 g ■
Interpretation document 1214 790

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. rer. nat. Adolf Herlet, Pretzfeld;Dr. rer. nat. Adolf Herlet, Pretzfeld;

Dr. rer. nat. Kurt Raithel, UttenreuthDr. rer. nat. Kurt Raithel, Uttenreuth

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweiz vom 25. Juni 1963 (7883)Switzerland of June 25, 1963 (7883)

Rekombinationszentren mit einem Energieniveau etwa in der Mitte des verbotenen Bandes, die für die Minoritätsträger in der niederohmigen Innenschicht einen wesentlich größeren Einfangsquerschnitt als für die Majoritätsträger haben und die in der niederohmigen Innenschicht die Lebensdauer der Ladungsträger stromabhängig machen, bewirken, wenn sie auch in der zweiten, höherohmigen Innenschicht von umgekehrtem Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, dort eine praktisch stromunabhängige Lebensdauer und damit einen weitgehend stromunabhängigen Wert der Stromverstärkung in dieser Schicht. Der Gesamtstromverstärkungsfaktor, d. h. die Summe der Stromverstärkungsfaktoren der beiden Innenschichten, kann bei hohen Strömen durch die Zahl der eindiffundierten Rekombinationszentren und die Wahl der Dicke der Innenschichten eingestellt werden.Recombination centers with an energy level roughly in the middle of the forbidden band, which are for the minority carriers in the low-resistance inner layer have a much larger capture cross-section than for the majority carriers and those in the low-resistance inner layer have the lifespan Make the charge carriers current-dependent, if they are also in the second, higher-resistance inner layer of the opposite conductivity type are present, there a practically current-independent one Service life and thus a largely current-independent value of the current gain in this Layer. The total current gain factor, i.e. H. the sum of the current gain factors of the two Inner layers, at high currents, can be caused by the number of recombination centers that have diffused in and the choice of the thickness of the inner layers can be adjusted.

Bekanntlich sperren Thyristoren in Vorwärtsrichtung nur so lange, wie der Gesamtstromverstärkungsfaktor der beiden Innenschichten oder Basisgebiete kleiner als der Wert Eins ist. Wird der Wert Eins erreicht, kippen die Thyristoren; sie werden also leitend. Bei Anreicherung der Innenschichten mit Rekombinationszentren besteht diese Gefahr jedochAs is well known, thyristors only block in the forward direction as long as the total current gain factor of the two inner layers or base regions is less than the value one. The value becomes one reached, the thyristors flip; so they become leading. When enriching the inner layers with However, this danger exists in recombination centers

609 729/329609 729/329

nicht, solange die Stromdichte in Vorwärtsrichtung nicht mindestens 10 mA/cm2 und mehr beträgt, vorausgesetzt, daß der Stromverstärkungsfaktor der höherohmigen Innenschicht einen vernünftigen Wert kleiner als Ems hat. Dies letztere ist aber durch Einbringen der besonderen Rekombinationszentren auch in die höherohmige Innenschicht und durch eine passende Bemessung der Dicke dieser Schicht möglich. Derartige hohe Stromdichten (Leckströme) von mehr als 10 mA/cm2 erreicht nun der pnpn- ίο Gleichrichter im gesperrten Zustand erst bei der durch die Durchgreifspannung (»Punch-through« oder durch die Durchbruchspannung (Break-down) bestimmten maximalen Sperrspannung. Erst bei sehr hohen Temperaturen werden derartige Leckströme auch schon bei kleineren Spannungen erreicht. Da nun aber der angegebene Verlauf für die Lebensdauer der Ladungsträger, wie schon gesagt, weitgehend temperaturunabhängig bestehenbleibt, wenn die niederohmige Innenschicht genügend hoch dotiert ist, bleibt also auch die Kippspannung temperaturunabhängig, und zwar ist sie bis zu sehr hohen Temperaturen von etwa 150° C und mehr gleich der Durchgreifspannung bzw. der Durchbruchspannung. Durch den Einbau von Rekombinationszentren erreicht man also bei genügend hoher Dotierung der niederohmigen Innenschicht, daß die Kippspannung einen genügend hohen Wert besitzt und temperaturunabhängig ist. Jedoch darf die niederohmige Innenschicht nicht zu hoch dotiert sein, da sonst der Zündstrom des Gleichrichters unzulässig hoch wird.not as long as the current density in the forward direction is not at least 10 mA / cm 2 and more, provided that the current amplification factor of the higher-resistance inner layer is a reasonable value less than Ems. The latter, however, is also possible by introducing the special recombination centers into the higher-resistance inner layer and by appropriately dimensioning the thickness of this layer. Such high current densities (leakage currents) of more than 10 mA / cm 2 are now reached by the pnpn- ίο rectifier in the blocked state only at the maximum blocking voltage determined by the punch-through voltage or the break-down voltage At very high temperatures, such leakage currents are already reached at lower voltages. However, since the specified curve for the service life of the charge carriers, as already mentioned, remains largely independent of temperature if the low-resistance inner layer is sufficiently highly doped, the breakover voltage also remains temperature-independent, namely, it is equal to the breakdown voltage or breakdown voltage up to very high temperatures of about 150 ° C. and more. By incorporating recombination centers, with a sufficiently high doping of the low-resistance inner layer, the breakover voltage has a sufficiently high value and is independent of temperature However, the low resistance is allowed The inner layer must not be doped too heavily, as otherwise the rectifier's ignition current will be unacceptably high.

Mit diesen Maßnahmen erreicht man jedoch auch zugleich gute Durchlaßeigenschaften. Hierfür ist es nämlich erforderlich, daß im Bereich hoher Durchlaßströme die Diffusionslängen der Ladungsträger in beiden Innenschichten genügend groß sind im Vergleich zu der Breite dieser Schichten. Das bedeutet aber, daß die Summe der Stromverstärkungsfaktoren der beiden Innenschichten im Bereich hoher Durchlaßströme deutlich größer als der Wert Eins sein muß. Da der Stromverstärkungsfaktor in der niederohmigen Innenschicht bis zu verhältnismäßig hohen Sperrströmen sehr klein ist, kann der Stromverstärkungsfaktor in der höherohmigen Innenschicht relativ hoch gewählt werden. Da nun der Stromverstärkungsfaktor in der niederohmigen Innenschicht bei höheren Strömen sehr groß wird und näherungsweise den Wert Eins erreicht, ist also bei hohen Durchlaßströmen die Summe beider Stromverstärkungsfaktoren deutlich größer als Eins. Somit erhält man bei genügend hoher Dotierung der niederohmigen Innenschicht durch den Einbau von Rekombinationszentren auch kleine Durchlaßspannungen und daher gute Durchlaßeigenschaften des Thyristors.With these measures, however, one also achieves good transmission properties at the same time. This is what it is for namely required that in the range of high forward currents, the diffusion lengths of the charge carriers in both inner layers are sufficiently large compared to the width of these layers. That means but that the sum of the current amplification factors of the two inner layers is in the range of high forward currents clearly greater than the value one must be. Since the current gain factor in the low resistance Inner layer is very small up to relatively high reverse currents, the current gain factor can be chosen to be relatively high in the higher-resistance inner layer. Since now the current gain factor in the low-resistance inner layer becomes very large and approximate at higher currents reaches the value one, is therefore the sum of both current amplification factors at high forward currents significantly larger than one. With a sufficiently high doping, the low-resistance inner layer is thus obtained through the installation of recombination centers also low forward voltages and therefore good transmission properties of the thyristor.

Obwohl es genügt, die Rekombinationszentren der geforderten Art allein in die höher dotierte Innenschicht einzubringen, wird es im allgemeinen einfacher sein, die beschriebenen Rekombinationszentren über den ganzen Halbleiterkristall etwa gleichmäßig zu verteilen.Although it is sufficient to place the recombination centers of the required type alone in the more highly doped inner layer to introduce, it will generally be easier to use the recombination centers described to be distributed approximately evenly over the entire semiconductor crystal.

Mit der Erfindung wird der Leistungsgleichrichter nach der Hauptpatentanmeldung weiter verbessert. Unter Beibehaltung guter Durchlaßeigenschaften und der Temperaturstabilität der Kippspannung werden bei erhöhter Löschgeschwindigkeit die Schaltzeit des Gleichrichters und der Zündstrom vermindert. Letzterer soll bekanntlich nicht sehr groß, d. h. nicht größer als einige hundert Milliampere sein. Gleichzeitig wird die Zeit der Arbeitsgänge beim Herstellen des Gleichrichters verringert, da auch auf zweistufige Diffusionsprozesse beim Dotieren der niederohmigen Innen- oder Basisschicht verzichtet werden kann. Außerdem werden die Rekombinationszentren gleichzeitig mit dem Einlegieren der Emitterkontakte in die niederohmige Innenschicht des Gleichrichters eingebaut.With the invention, the power rectifier is further improved according to the main patent application. While maintaining good transmission properties and the temperature stability of the breakover voltage If the quenching speed is increased, the switching time of the rectifier and the ignition current are reduced. The latter is known not to be very large, d. H. not be greater than a few hundred milliamperes. Simultaneously the time of the operations in the manufacture of the rectifier is reduced, since also on two-stage diffusion processes are dispensed with when doping the low-resistance inner or base layer can be. In addition, the recombination centers are created at the same time as the emitter contacts are alloyed built into the low-resistance inner layer of the rectifier.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsgleichrichters mit einkristallinem Halbleiterkörper, enthaltend vier aufeinanderfolgende Schichten von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp, von denen die erste, zweite und dritte Schicht einen ersten Transistor und die zweite, dritte und vierte Schicht einen zweiten Transistor bilden und dessen zweite Schicht eine höhere Dotierungskonzentration als die dritte Schicht hat, bei dem der Stromverstärkungsfaktor des ersten Transistors im Stromdichtebereich unterhalb 10 mA/cm2 sehr klein gegen Eins ist und im Stromdichtebereich zwischen 10 und 100 mA/cm2 steil gegen Eins ansteigt und der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors in dem zuletzt genannten Stromdichtebereich praktisch stromunabhängig ist, nach Patentanmeldung S 81478 VIII c/21g. Erfindungsgemäß wird in einen überschußleitenden flachen Siliziumeinkristall, der einen Donatorenüberschuß von höchstens 1015 cm~3 aufweist, Akzeptormaterial eindiffundiert und dann der η-Emitter gebildet, indem in die auf diese Weise erzeugte Diffusionszone eine antimonhaltige Goldfolie durch einen Legierungsprozeß, bei dem Temperaturwerte im Bereich zwischen 800 und 900° C mindestens 5 Minuten lang gehalten werden, einlegiert wird.The invention accordingly relates to a method for producing a power rectifier with a monocrystalline semiconductor body, containing four successive layers of alternately opposite conductivity types, of which the first, second and third layers form a first transistor and the second, third and fourth layers form a second transistor and its second Layer has a higher doping concentration than the third layer, in which the current gain factor of the first transistor in the current density range below 10 mA / cm 2 is very small compared to one and in the current density range between 10 and 100 mA / cm 2 rises steeply to one and the current gain factor of the second Transistor in the last-mentioned current density range is practically independent of current, according to patent application S 81478 VIII c / 21g. According to the invention, acceptor material is diffused into an excess conductive flat silicon single crystal, which has a donor excess of at most 10 15 cm -3 , and then the η emitter is formed by placing an antimony-containing gold foil in the diffusion zone created in this way by an alloying process at which temperature values in the range be held between 800 and 900 ° C for at least 5 minutes, is alloyed.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention and its advantages are explained in more detail with reference to the drawing.

Die Zeichnung zeigt das Querschnittsprofil eines Thyristors, das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist. Der Gleichrichter besteht aus einem Halbleiterkörper 2, der beispielsweise aus einer einkristallinen Platte oder Scheibe aus schwach dotiertem Silizium als Rohkristall hergestellt ist. Der Rohkristall ist η-leitend und hat höchstens einen Donatorenüberschuß von 1015 cm"3. Als zweckmäßig hat sich ein Donatorenüberschuß von 1 bis 3 · 1014 cm~3, vorzugsweise 2 · 1014 cm~3, erwiesen. Die Abmessungen einer wirklich verwendeten Siliziumscheibe waren 18 mm Durchmesser und 0,3 mm Dicke. Durch Eindiffundieren von Akzeptormaterial, wie z. B. Gallium, Bor oder vorzugsweise Aluminium, beispielsweise aus der Gasphase, wird eine den Rohkristall allseitig umgebende Diffusionszone 4 erzeugt. Diese Diffusionszone 4, die einen unverändert η-leitend gebliebenen, schließlich als η-Basis wirksamen Bereich 3 des Rohkristalls umschließt und aus der schließlich die p-Basis Aa des Gleichrichters hervorgeht, wird dadurch p-leitend.The drawing shows the cross-sectional profile of a thyristor which has been produced by the method according to the invention. The rectifier consists of a semiconductor body 2, which is made, for example, from a single-crystal plate or disk made of weakly doped silicon as a raw crystal. The raw crystal is η-conductive and has at most a donor excess of 10 15 cm -3 . A donor excess of 1 to 3 · 10 14 cm -3 , preferably 2 · 10 14 cm -3 , has proven to be useful The silicon wafers used were 18 mm in diameter and 0.3 mm thick. By diffusing in acceptor material such as gallium, boron or preferably aluminum, for example from the gas phase, a diffusion zone 4 surrounding the raw crystal on all sides is produced surrounds a region 3 of the raw crystal that has remained unchanged η-conductive and ultimately acts as the η-base and from which the p-base Aa of the rectifier finally emerges, thereby becomes p-conductive.

Anschließend wird erfindungsgemäß auf der einen Flachseite des Halbleiterkörpers 2 unter Schaffung eines Kontaktes 5 und eines aus der Rekristallisationszone bestehenden n-Emitters 6 eine ringförmige antimonhaltige Goldfolie in die Diffusionszone 4 einlegiert. Bei diesem Legierungsprozeß werden erfindungsgemäß Temperaturwerte im Bereich zwischen 800 und 900° C mindestens 5 Minuten lang gehalten. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, bei 840° C 20 Minuten lang zu legieren. Dadurch wird erreicht, daß das Rekombinationszentren bildendeSubsequently, according to the invention, on one flat side of the semiconductor body 2, creating a contact 5 and an n-type emitter 6 consisting of the recrystallization zone is an annular one Gold foil containing antimony is alloyed into the diffusion zone 4. In this alloying process, according to the invention Maintained temperature values in the range between 800 and 900 ° C for at least 5 minutes. It has proven to be particularly beneficial to alloy at 840 ° C for 20 minutes. This will achieved that the recombination centers forming

Gold in genügender Konzentration in den an den Emitter 6 angrenzenden, als p-Basis 4 α wirksamen Teil der Diffusionsschicht 4 und in den als n-Basis wirksamen Bereich 3 eindiffundiert.Gold in sufficient concentration in those adjacent to the emitter 6, acting as p-base 4 α Part of the diffusion layer 4 and diffused into the effective n-base area 3.

Zur Schaffung des p-Emitters 10 und des Kontaktes 9 wird im gleichen Arbeitsgang auf der anderen Flachseite des Halbleiterkörpers 2 eine etwa die ganze Fläche bedeckende Aluminiumfolie einlegiert. Die Rekristallisationszone wirkt als p-Emitter 10. Sie ist annähernd gleichmäßig und höher mit Akzeptorstörstellen dotiert als der an ihrer Stelle ursprünglich befindliche Teil der Diffusionszone 4. Im Mittelpunkt des ringförmigen Kontaktes 5 wird ein Steuerkontakt 8, beispielsweise aus Aluminium, in den als p-Basis 4 a wirkenden Teil der Diffusionszone 4 einlegiert. Damit die p-Basis 4 a mit dem p-Emitter 10 keine niederohmige Verbindung hat, ist die Randschicht 4 durch einen ringförmigen Graben 7 unterbrochen, der durch mechanische oder chemische Bearbeitung hergestellt werden kann. soTo create the p-emitter 10 and the contact 9, the other On the flat side of the semiconductor body 2, an aluminum foil covering approximately the entire surface is alloyed. The recrystallization zone acts as a p-emitter 10. It is approximately uniform and higher with acceptor defects doped as the part of the diffusion zone 4 originally located in its place. In the center of the annular contact 5 is a control contact 8, for example made of aluminum, in the as p-base 4 a acting part of the diffusion zone 4 alloyed. So that the p-base 4 a with the p-emitter 10 has no low-resistance connection, the edge layer 4 is interrupted by an annular trench 7, which can be produced by mechanical or chemical processing. so

Bei einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Gleichrichter soll der Akzeptorenüberschuß in der Grenzschicht zwischen der p-Basis 4 a und dem n-Emitter6 weniger als 1017cm~3, jedoch mindestens 1016 cm~s betragen und in der Grenzschicht zwischen der p-Basis 4 a und dem als η-Basis wirksamen Bereich 3 um mehrere Zehnerpotenzen niedriger sein. Die sich so ergebende mittlere Akzeptorenkonzentration in der p-Basis 4 a ist einerseits hoch genug, im Zusammenwirken mit den durch den Legierungsprozeß gemäß der Erfindung eingebauten Rekombinationszentren eine geringe Durchlaßspannung, eine gute Temperaturstabilität der Kippspannung sowie eine geringe Schaltzeit bzw. eine hohe Löschgeschwindigkeit des Gleichrichters zu gewährleisten. Andererseits ist der Randkonzentration der Akzeptoren in dem dem n-Emitter 6 benachbarten Bereich der p-Basis 4 a nicht so hoch, daß der Zündstrom zu groß, d. h. größer als einige hundert Milliampere ist.In a according to the method according to the invention rectifier made to the Akzeptorenüberschuß in the boundary layer between the p-type base 4a and the n-Emitter6 less than 10 17 cm -3, but at least 10 16 cm ~ s amount and in the boundary layer between the p-base 4 a and the area 3 effective as η-base lower by several powers of ten. The resulting mean acceptor concentration in the p-base 4 a is on the one hand high enough, in cooperation with the recombination centers built in by the alloy process according to the invention, a low forward voltage, good temperature stability of the breakover voltage and a short switching time or high quenching speed of the rectifier to ensure. On the other hand, the edge concentration of the acceptors in the region of the p-base 4a adjacent to the n-emitter 6 is not so high that the ignition current is too large, ie greater than a few hundred milliamperes.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsgleichrichters mit einkristallinem Halbleiterkörper, enthaltend vier aufeinanderfolgende Schichten von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp, von denen die erste, zweite und dritte Schicht einen ersten Transistor und die zweite, dritte und vierte Schicht einen zweiten Transistor bilden und dessen zweite Schicht eine höhere Dotierungskonzentration als die dritte Schicht hat, bei dem der Stromverstärkungsfaktor des ersten Transistors im Stromdichtebereich unterhalb 10 mA/cm2 sehr klein gegen Eins ist und im Stromdichtebereich zwischen 10 und 100 mA/cm2 steil gegen Eins ansteigt und der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors in dem zuletzt genannten Stromdichtebereich praktisch stromunabhängig ist, nach Patentanmeldung S 81478 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß in einen überschußleitenden flachen Siliziumeinkristall, der einen Donatorenüberschuß von höchstens 1015 cm~3 aufweist, Akzeptormaterial eindiffundiert und dann der η-Emitter gebildet wird, indem in die auf diese Weise erzeugte Diffusionszone eine antimonhaltige Goldfolie durch einen Legierungsprozeß, bei dem Temperaturwerte im Bereich zwischen 800 und 9000C mindestens 5 Minuten lang gehalten werden, einlegiert wird.1. A method for producing a power rectifier with a monocrystalline semiconductor body, containing four successive layers of alternately opposite conductivity types, of which the first, second and third layers form a first transistor and the second, third and fourth layers form a second transistor and the second layer forms a higher one Has doping concentration as the third layer, in which the current amplification factor of the first transistor in the current density range below 10 mA / cm 2 is very small towards one and in the current density range between 10 and 100 mA / cm 2 rises steeply towards one and the current amplification factor of the second transistor in the last-mentioned current density range is practically independent of current, according to patent application S 81478 VIIIc / 21g, characterized in that acceptor material diffuses into an excess-conductive flat silicon single crystal, which has a donor excess of at most 10 15 cm -3 , and then the η- Emitter is formed by an antimony-containing gold foil are held by an alloying process in which temperature values in the range between 800 and 900 0 C for at least 5 minutes in the thus formed diffusion zone, is alloyed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die antimonhaltige Goldfolie bei einer Legierungstemperatur von 840° C in die Diffusionszone einlegiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the antimony-containing gold foil is alloyed into the diffusion zone at an alloy temperature of 840 ° C. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungstemperatur von 840° C 20 Minuten lang aufrechterhalten wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the alloy temperature of 840 ° C is maintained for 20 minutes. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Akzeptormaterial, wie z. B. Gallium, Bor oder vorzugsweise Aluminium, in einer solchen Konzentration in dem Siliziumeinkristall eindiffundiert wird, daß der Akzeptorenüberschuß in der Grenzschicht zwischen der Diffusionszone und dem durch Einlegieren der antimonhaltigen Goldfolie gebildeten η-Emitter höchstens 1017Cm-3 und mindestens 1016cm~3 beträgt. 4. The method according to claim 1, characterized in that an acceptor material, such as. B. gallium, boron or preferably aluminum, is diffused into the silicon single crystal in such a concentration that the excess acceptor in the boundary layer between the diffusion zone and the η emitter formed by alloying the antimony-containing gold foil is at most 10 17 cm -3 and at least 10 16 cm ~ 3 is. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache, einkristalline Siliziumplatte oder Siliziumscheibe mit einem Donatorenüberschuß von 1 bis 3 · 1014 cmr3, vorzugsweise 2 · 1014 cm""3, als Ausgangskörper verwendet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that a flat, monocrystalline silicon plate or silicon wafer with a donor excess of 1 to 3 · 10 14 cm 3 , preferably 2 · 10 14 cm "" 3 , is used as the starting body. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1113 520.
Considered publications:
German interpretative document No. 1113 520.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 60S 729/329 11.6660S 729/329 11.66 Bundesdruckerei BerlinBundesdruckerei Berlin
DES91516A 1963-06-25 1964-06-13 Process for the production of a power rectifier with a single crystal semiconductor body and four layers of alternating conductivity type Pending DE1229651B (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1113520B (en) * 1958-09-30 1961-09-07 Siemens Ag Process for the production of semiconductor arrangements, in particular for high current purposes, with several relatively large-area layers of different conductivity types

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