DE6922591U - Halbleiterelement - Google Patents

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Halbleiterelement

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement mit einer Halbleiterscheibe, die mindestens d:.-ei Zonen abwechselnden Leitungstyps sowie eine kegelig abgeschrägte Randoberfläche aufweist, an der die p-n Uebergänge, welche die am niedrigsten dotierte Zone begrenzen, an die Oberfläche treten.

Durch diese kegelic abgeschrägte Randzone erzielt man bei sonst gleichen Verhältnissen eine Verringerung der maximalen Oberflächenfeldstärke bzw. des Einflusses der Oberflächenbeschaffenheit auf die Sperreigenschaften des Halbleiterelementes.

Derlei Abschrägungen der Randoberfläche kommen sowohl bei Halbleiterdioden als auch bei Thyristoren zur Anwendung. Fig. 1 zeigt z.B. den Aktivteil eines solchen bekannten Thyristors im Schnitt. Die Dicke der Halbleiterscheibe ist dabei wie üblich übertrieben

stark dargestellt.

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Die Halbleiterscheibe 1 enthält drei sich über die ganze Scheibe erstreckende Zonen abwechselnden Leitungstyps. An die der Basis der kegelig abgeschrägten Randoberfläche 5 zugewandten äusseren Zone 2 ist eine Trägerplatte 6 aus Molybdän anlegiert, während an der anderen ,der Verjüngung der kegeligen Randoberflache 5 zugewandten äusseren Zone 4 einerseits eine zentrale Steuerelektrode 7 angebracht und andererseits in ihr eine ringförmige durch eine Emitterelektrode 8 kontaktierte Emitterzone 9 eingebetet ist.

Bei einem solchen Thyristor stellt sich bei Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung in der Halbleiterscheibe 1 beiderseits des p-n Ueberganges zwischen den Zonen 2 und 3 eine Raumladungszone ein, aus der ein elektrisches Feld resultiert, dessen Aquipotentiallinien 10 am Rand der Halbleiterscheibe 1 in die Richtung der Verjüngung der kegeligen Randoberfläche 5 gekrümmt sind. Um zu vermeiden, dass an der keglig abgeschrägten Randoberfläche 5 die Raumladungszone den zwischen den Zonen 3 und 4 liegenden p-n Uebergang erreicht, was zu einem oberflächigen Spannungsdurchbruch führen würde, der wegen der Gefahr einer örtlichen Zerstörung der Halbleiterstruktur vermieden werden sollte, muss die Dicke der mittleren Zone 3 grosser gemacht werden als es für die charakteristischen Werte im zentralen Teil des Halbleiterelementes an sich nötig wäre. Eine relativ grosse Dicke der mittleren Zone 3, die von allen Zonen im allgemeinen am niedrigsten dotiert ist, also den höchsten spezifischen Widerstand aufweist, führt bei gezündetem Thyristor zu einem relativ höhnen Spannungsabfall bzw. zu dementsprechend hohen Verlusten.

Aus der US-Patentschrift 3,370,209 ist nun ein Halbleiterelement mit kegelig abgeschrägter Randoberfläche bekannt, bei dem zur Verringerung

des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung die am niedrigsten dotierte Π innere Zone am Rand der Halbleiterscheibe eine grössere Dicke aufweist als in ihrem zentralen Bereich. Die Herstellung eines solchen Halbleiterelementes ist aber relativ teuer.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterelement anzugeben, bei dem durch einfache und billige Massnahmen eine bei Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung auftretende ungleichmässige Erhöhung der Oberflächenfeldstärke am Rand des Halbleiterelementes weitgehend vermieden wird.

Das Halbleiterelement gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der der Verjüngung der kegeligen Randfläche zugewandten Frontseite der Halbleiterscheibe eine in sich geschlossene Vertiefung vorgesehen ist, welche bis in die am niedrigsten dotierte Zone reicht," wobei ein diese Zone begrenzender p-n Uebergang in dieser Vertiefung längs zwei in sich geschlossenen und einander nicht kreuzenden Linien an die Oberfläche tritt.

Die Erfindung wird nachstehend an dem Beispiel eines Thyristors eingehend erläutert.

Der Aktivteil dieses Thyristors unterscheidet sich von dem des bekannten Thyristors gemäss Fig. 1 abgesehen von der Dimensionierung, nur durch die besondere Ausbildung seiner Randzone. Diese Randzone ist in Fig. 2 schematisch im Schnitt dargestellt.

Zur Bildung der p-n-p-n Struktur des Thyristor-Aktivteils weist die Halbleiterscheibe Zonen 2,3,4 und 9 abwechselnden Leitungstyps auf,

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wobei die-innere Zone 3 am niedrigsten dotiert ist. Die Halbleiter-

/ aus einkristallinem Silizium
scheibe V hat eine kegelig abgeschrägte Randoberfläche 5, an der die p-n Uebergänge, welche die am niedrigsten dotierte Zone 3 begrenzen, an die Oberfläche treten. Die Halbleiterscheibe 1 ist schliesslich, so wie der bekannte Thyristor-Aktivteil gemäss Pig. I, mit einer Trägerplatte 6 aus Molybdän,einer Emitterelektrode 9 und einer zentralen Steuerelektrode (in Fig. 2 nicht dargestellt) versehen. An der der Verjüngung der kegeligen Randoberfläche 5 zugewandten Frontseite der Halbleiterscheibe 1 ist eine ringförmige Vertiefung 11 angebracht, die bis in die am niedrigsten dotierte Zone 3 reicht, so dass der p-n Uebergang zwischen den Zonen 3 und ^ in dieser, Vertiefung 10 längs zwei in sich geschlossenen und einander nicht kreuzenden Linien an die Oberfläche tritt. Durch|diese Vertiefung 11 wird ein ringförmiger Bereich 12 der ρ dotierten Zone 4 von der übrigen Zone abgetrennt, was zur Folge hat, dass bei Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung sich in der Raumladungszone ein Feld ausbildet, dessen Äquipotentiallinien 13 zum Teil in den von der Zone

12
4 abgetrennte^ ringförmigen Bereich/enden.

Die Tiefe, bis zu der die Vertiefung Ii in die am niedrigsten dotierte Zone 3 eindringt, ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass im Zentrum der Halbleiterscheibe 1 in der gleichen Tiefe vor Eintreten des Lawindendurchbrucb.es die Feldstärke kleiner als 1 kV/cm ist. Durch eine solche vorteilhafte Dimensionierung und ein geeignet abgerundetes Profil der Sohle der Vertiefung 11 kann man erreichen, dass die Grenze der Raumladungszone knapp vor Eintreten des Lawinendurchbruches wenigstens teilweise angenähert parallel zur Oberfläche dieser Sohle verläuft, so dass an ihr keine nennenswerten Oberflächenfeldstärken

• · *■ W · · · · ι » · t» if 4 ft

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auftreten, die einen oberflächigen Durchbruch einleiten könnten.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die gegen das Zentrum der Halbleiterscheibe 1 liegende Flanke 14 der Vertiefung 11 wenigstens angenähert kegelig auszubilden, wobei sie mit dem an ihr an die Oberfläche tretenden p-n Uebergang einen Winkelo( ύ. 20° einschliesst.

Bei der Herstellung des Thyristoraktivteils gemäss Fig. 2 erfolgt die Ausbildung der Vertiefung 11 bzw. der kegeligen Randoberfläche vorteilhaft als letzter Verfahrensschritt durch Abtragung des Halbleitermaterials mittels Ultraschallbearbeitung.

Claims (3)

til* · it · t a · - 6 - · 91/68 -t ynsprüche

1. Halbleiterelement mit einer Halbleiterscheibe, die mindestens drei Zonen abwechselnden Leitungstyps sowie eine kegelig abgeschrägte Randoberfläche aufweist, an der die p-n Uebergänge, welche die am ■ niedrigsten dotierte Zone begrenzen, an die Oberfläche treten, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Verjüngung der kegeligen Randfläche (5) zugewandten Frontseite der Halbleiterscheibe (1) eine in sich geschlossene Vertiefung (11) vorgesehen ist, v/eiche bis in die am niedrigsten dotierte Zone (J>) reicht, wobei ein diese Zone O) begrenzender p-n Uebergang in dieser Vertiefung (11) längs zwei in sich geschlossenen und einander nicht kreuzenden Linien an die Oberfläche tritt.

2. Halbleiterelement gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe bis zu der die Vertiefung (11) in die am niedrigsten dotierten Zone (3) eindringt, so gewählt ist, dass im Zentrum der Halbleiterscheibe (1) in der gleichen Tiefe vor Eintreten des Lawinendurchbruches die elektrische Feldstärke kleiner als 1 kV/cm ist.

3. Halbleiterelement gemäss Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen das Zentrum der Halbleiterscheibe (1) liegende Flanke (14) der Vertiefung (11) wenigstens angenähert kegelig j ausgebildet ist unu mit dem an ihr an die Oberfläche tretenden p-n Uebergang einen Winkel ^fE: 20 einschliesst.

Aktiengesellschaft ,BRpWN, BOVERI & CIE.

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