SE446139B - DIELECTRICALLY ISOLATED SEMICONDUCTOR SWITCH INTENDED FOR HIGH VOLTAGE - Google Patents
DIELECTRICALLY ISOLATED SEMICONDUCTOR SWITCH INTENDED FOR HIGH VOLTAGEInfo
- Publication number
- SE446139B SE446139B SE8005703A SE8005703A SE446139B SE 446139 B SE446139 B SE 446139B SE 8005703 A SE8005703 A SE 8005703A SE 8005703 A SE8005703 A SE 8005703A SE 446139 B SE446139 B SE 446139B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- region
- semiconductor
- conductivity type
- assembly according
- micrometers
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 36
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/76297—Dielectric isolation using EPIC techniques, i.e. epitaxial passivated integrated circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D18/00—Thyristors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/74—Making of localized buried regions, e.g. buried collector layers, internal connections substrate contacts
- H01L21/743—Making of internal connections, substrate contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/211—Gated diodes
- H10D12/212—Gated diodes having PN junction gates, e.g. field controlled diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
15 20 25 30 35 H0 8005703-7 2 D endast vid relativt låga spänningar när det gäller ansluta två sådana anordningar i motriktad parallellkoppling, d.v.s. med varderas katod kopplad till den andras anod. En dylik dubbelriktad anordning skulle vara användbar om den kunde utföras som en dubbelríktad halvledar- omkopplare för hög spänning. Ytterligare problem är att basregionen i det ideala fallet borde vara kraftigt dopad för undvikande av penetre- ring från anoden till styret; detta leder emellertid till en låg genombrottsspänning mellan anod ooh katod. Breddning av basregíonen begränsar penetreringseffekten, men samtidigt ökas anordningens resis- tans i "TILL"-tillståndet. 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 2 D only at relatively low voltages when it comes to connecting two such devices in opposite parallel connection, i.e. with each cathode connected to the other anode. Such a bidirectional device would be useful if it could be designed as a bidirectional semiconductor switch for high voltage. Another problem is that in the ideal case the base region should be heavily doped to avoid penetration from the anode to the handlebars; however, this leads to a low breakdown voltage between anode and cathode. Widening of the base region limits the penetration effect, but at the same time increases the resistance of the device in the "ON" state.
Det är önskvärt att åstadkomma en halvledaromkopplare som lätt kan integreras, så att två eller flera omkopplare samtidigt kan fram- ställas på ett gemensamt substrat och så att varje omkopplare dubbel- riktat kan blockera relativt höga spänningar.It is desirable to provide a semiconductor switch that can be easily integrated so that two or more switches can be fabricated simultaneously on a common substrate and so that each switch can double-block relatively high voltages.
Sammanfattning av uppfinningen En utföringsform av uppfinningen är en struktur som innefattar en halvledarkropp vars huvudmassa (i fortsättningen även kallad "bulk") är av en första konduktivítetstyp och vilken har en huvudyta, varjämte inom halvledarkroppen finns en lokaliserad anodregion som är av den första konduktivítetstypen samt lokaliserade styre- och katodregioner som båda är av den motsatta konduktivitetstypen. Anodregionen, styre- -regionen och katodregionen, vilka befinner sig på avstånd från var- andra och har var sin elektrodanslutning, har relativt låg resistivi- tet i förhållande till halvledarkroppens huvudmassa. Strukturen är så arrangerad att dubbelriktad laddningsbärarinjicering sker när den är i funktion, och den kännetecknas vidare av att var och en av de tre regionerna uppvisar en del som utgör en del av halvledarkroppens huvudyta. I I en föredragen utföringsform är halvledarkroppen isolerad från ett halvledarstöd av ett dielektriskt skikt, och ett flertal sådana halvledarkroppar är framställda i stödet och är åtskilda från varandra av åtminstone ett dielektriskt skikt.Summary of the invention An embodiment of the invention is a structure comprising a semiconductor body whose main mass (hereinafter also referred to as "bulk") is of a first conductivity type and which has a main surface, further within the semiconductor body there is a localized anode region which is of the first conductivity type and localized control and cathode regions, both of which are of the opposite conductivity type. The anode region, the control region and the cathode region, which are at a distance from each other and each has its own electrode connection, have a relatively low resistivity in relation to the main mass of the semiconductor body. The structure is arranged so that bidirectional charge carrier injection occurs when it is in operation, and it is further characterized in that each of the three regions has a part which forms part of the main surface of the semiconductor body. In a preferred embodiment, the semiconductor body is insulated from a semiconductor support of a dielectric layer, and a plurality of such semiconductor bodies are made in the support and are separated from each other by at least one dielectric layer.
När strukturen enligt uppfinningen är arrangerad på ändamåls- enligt sätt kan den användas som en omkopplare vilken är kännetecknad av en lågimpedív strömbana mellan anoden och katoden när den är i tillståndet "TILL" (ledande) och en högimpediv strömbana mellan anoden och katoden när den är i tillståndet "FRÅN" (blockerat tillstånd).When the structure according to the invention is arranged in an appropriate manner, it can be used as a switch which is characterized by a low-impedance current path between the anode and the cathode when it is in the "ON" state (conductive) and a high-impedance current path between the anode and the cathode when it is in the "OFF" state (blocked state).
Den till styrregionen tillförda potentialen bestämmer omkopplarens tillstånd. Vid tillståndet "TILL" sker dubbelriktad laddningsbärar- injicering som resulterar i att resistansen mellan anoden och katoden* 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 är relativt låg.The potential applied to the control region determines the state of the switch. In the "ON" state, bidirectional charge carrier injection takes place, which results in the resistance between the anode and the cathode * 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 being relatively low.
När denna struktur, som i fortsättningen för korthets skull kallas "GDS" (Gated Diode Switch), är lämpligt anordnad, kan den i FRÅN-tillståndet blockera relativt stora potentialskillnader mellan anod- och katodregionerna, oberoende av polariteten, och den kan i TILL-tillståndet leda relativt stora strömmar med ett relativt litet spänningsfall mellan anod och katod. W I Aggregat av dylika GDS kan tillverkas på en enda IC-kretsbricka tillsammans med andra för högspänning avsedda kretskomponenter.When this structure, hereinafter referred to for the sake of brevity as "GDS" (Gated Diode Switch), is suitably arranged, it can in the OFF state block relatively large potential differences between the anode and cathode regions, regardless of the polarity, and it can in ON the condition conduct relatively large currents with a relatively small voltage drop between the anode and cathode. W I Aggregates of such GDS can be manufactured on a single IC circuit board together with other high-voltage circuit components.
Strukturens egenskap att dubbelriktat blockera underlättar dess an- vändning i en dubbelriktad strömställare som bildas av två strukturer enligt uppfinningen med varderas katod kopplad till den andras anod och med styrelektroderna hopkopplade.The structure's property of bidirectional blocking facilitates its use in a bidirectional switch formed by two structures according to the invention with each cathode connected to the other anode and with the control electrodes connected.
Dessa och ytterligare nya särdrag och fördelar avseende uppfin- ningen âr lättare att förstå med hjälp av nedanstående detaljerade beskrivning i anslutning till bifogade ritning med fig. 1 - 6. Fig. 1 visar en struktur i enlighet med en utföringsform av uppfinningen.These and further new features and advantages of the invention will be more readily understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings of Figs. 1 to 6. Fig. 1 shows a structure in accordance with an embodiment of the invention.
Fig. 2 visar en föreslagen elektrisk kretssymbol för strukturen enligt fig. 1. aFig. 3 visar en dubbelriktad omkopplingskrets i enlighet med en annan utföringsform av uppfinningen. Fig. N visar en struktur i enlighet med en annan utföringsform av uppfinningen. Fig. 5 visar en struktur enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen. F15. 6 visar en struktur i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinning- en. Fig. 7 visar en struktur i enlighet med ytterligare en utförings- form av uppfinningen, och fig. 8 visar strukturen enligt fig. 6 sedd uppifrån.Fig. 2 shows a proposed electrical circuit symbol for the structure according to Fig. 1. aFig. 3 shows a bidirectional switching circuit in accordance with another embodiment of the invention. Fig. N shows a structure in accordance with another embodiment of the invention. Fig. 5 shows a structure according to a further embodiment of the invention. F15. 6 shows a structure in accordance with yet another embodiment of the invention. Fig. 7 shows a structure in accordance with a further embodiment of the invention, and Fig. 8 shows the structure according to Fig. 6 seen from above.
Detaljbeskrivning I fig. 1 visas en struktur 10 som innefattar en stöddel 12 av konduktivitetstypen n- med en huvudyta 11 och en monokristallinisk halvledarkropp 16 vars huvudmassa är av konduktivitetstypen p- ochfsom är skild från stöddelen 12 av ett dielektriskt skikt 1U.Detailed Description Fig. 1 shows a structure 10 comprising a support part 12 of the conductivity type n- with a main surface 11 and a monocrystalline semiconductor body 16 whose main mass is of the conductivity type p- and which is separated from the support part 12 by a dielectric layer 1U.
En lokaliserad anodregion 18, som är av konduktivitetstypen p+, befinner sig i kroppen 16 och har en del som sträcker sig till ytan 11. En lokaliserad styre-region 20 som är av konduktivitetstypen n+ ingår även i kroppen 16, ooh en portion av denna region sträcker sig till ytan 11. En lokaliserad katodregion 2N, som är av konduktivi- tetstypen n+, ingår i kroppen 16 och har en del som sträcker sig till ytan 11. En region 22, som är av konduktívitetstypen p+ och som har en del vilken sträcker sig till ytan 11, inringar regionen ZH och verkar som en skärm mot utarmningsskikt~penetrering. Dessutom verkar' 10 15 20 25 30 35 H0 i 8005703-7 .H den så att den förhindrar inversion i de delar av kroppen 16 som ligger vid eller i närheten av ytan 11 mellan regionerna 20 och 2H.A localized anode region 18, which is of the conductivity type p +, is located in the body 16 and has a portion extending to the surface 11. A localized control region 20 which is of the conductivity type n + is also included in the body 16, and a portion of this region extends to the surface 11. A localized cathode region 2N, which is of the conductivity type n +, is included in the body 16 and has a portion extending to the surface 11. A region 22, which is of the conductivity type p + and has a portion which extends to the surface 11, encircles the region ZH and acts as a shield against depletion layer ~ penetration. In addition, it acts so as to prevent inversion in the parts of the body 16 located at or near the surface 11 between the regions 20 and 2H.
Styre-regionen 20 befinner sig mellan anodregionen 18 och regionen 22 och är skild från båda dessa regioner av bulk-delar av kroppen 16.The control region 20 is located between the anode region 18 and the region 22 and is separate from both of these regions by bulk portions of the body 16.
Regionernas 18, 20 oeh_24 resistiviteter är låga i förhållande till resistiviteten i kroppens 16 bulk-delar. Resístiviteten i regionen 22 ligger mellan katodregionens 28 resistivitet och resistiviteten i kroppens 16 bulk-del. * Elektroderna 28, 30 och 32 är ledare som är i lågresistiv kontakt med ytdelarna hos regionerna 18, 20 resp. 2H. Ett dielektriskt skikt 26 täcker huvudytan 11 så att det isolerar elektroderna 28, 30 och 32 från samtliga regioner utom de som är avsedda att vara i elektrisk kontakt med dem. En elektrod 36 ger en lågresistiv kontakt med stödet 12 genom en kraftigt dopad region 3U som har samma konduktivitetstyp som stödet 12.The resistivities of the regions 18, 20 oeh_24 are low in relation to the resistivity of the body's 16 bulk parts. The resistivity in the region 22 lies between the resistivity of the cathode region 28 and the resistivity of the bulk portion of the body 16. * The electrodes 28, 30 and 32 are conductors which are in low-resistance contact with the surface parts of the regions 18, 20 and 20, respectively. 2H. A dielectric layer 26 covers the main surface 11 so as to insulate the electrodes 28, 30 and 32 from all regions except those intended to be in electrical contact with them. An electrode 36 provides a low resistive contact with the support 12 through a heavily doped region 3U having the same conductivity type as the support 12.
Stödet 12 och kroppen 16 kan med fördel utgöras av kisel och stödet 12 kan vara antingen av konduktivitetstypen n eller av konduk- tivitetstypen p. Var och en av elektroderna 28, 30 och 32 överlappar med fördel den halvledarregion med vilken den gör lågresistiv kon- takt. Élektroden 32 överlappar även regionen 22. Denna överlappning, som är känd under den engelska benämningen "field-plating", möjliggör drift vid höga spänningar, eftersom den höjer den spänning vid vilken genombrott sker. Det dielektriska skiktet 1U är av kiseldioxid, och elektroderna 28, 30, 32 och 36 är av aluminium. I förhållande till de angivna konduktiviteterna komplementära konduktiviteter kan användas.The support 12 and the body 16 may advantageously be made of silicon and the support 12 may be either of the conductivity type n or of the conductivity type p. Each of the electrodes 28, 30 and 32 advantageously overlaps the semiconductor region with which it makes low-resistive contact. . The electrode 32 also overlaps the region 22. This overlap, known under the English name "field-plating", enables operation at high voltages, since it raises the voltage at which breakthrough occurs. The dielectric layer 1U is of silica, and the electrodes 28, 30, 32 and 36 are of aluminum. In relation to the indicated conductivities complementary conductivities can be used.
Ett flertal skilda kroppar 16 kan vara anordnade i ett gemensamt stöd 12 för åstadkommande av ett flertal omkopplare. Det är betydel- sefullt att planer-processteknik kan användas för framställning av många anordningar som en integrerad krets på en gemensam yta.A plurality of different bodies 16 may be arranged in a common support 12 for providing a plurality of switches. It is significant that planar process technology can be used to fabricate many devices as an integrated circuit on a common surface.
Strukturen 10 används i typiska fall som en omkopplare vilken när den är i TILL-tillståndet (d.v.s. ledande) uppvisar en lågimpediv strömbana mellan anodregionen 18 och katodregionen 2H och en hög impedans mellan dessa båda regioner när den är i FRÅN-tillståndet Den till styre-regionen 20 tillförda potentia- len bestämmer omkopplarens tillstànd. Ledande tillstånd mellan anod- regionen 18 och katodregionen 2U råder om styre-regionens 20 potential är lägre än anodregionens 18 och katodregionens 2N. När TILL-til1- ståndet råder injiceras hål i kroppen 16 från anodregionen 18, och elektroner injiceras i kroppen 16 från katodregionen ZU. Dessa hål och elektroner kan förekomma 1 tillräckligt antal för att bilda.ett (d.v.s. blookerande). 10 15 20 25 30 35 NO 8005703-7 5 plasma som konduktivitetsmodulerar kroppen 16. Detta medför sänkning av kroppens 16 resistivitet så att resistansen mellan anodregionen 18 och katodregionen 2U är låg när strukturen 10 arbetar i TILL-tillstân- det. Detta arbetssätt kalla dubbelriktad laddningsbärarinjicering.The structure 10 is typically used as a switch which when in the ON state (ie conductive) has a low impedance current path between the anode region 18 and the cathode region 2H and a high impedance between these two regions when in the OFF state. the potential applied to the region 20 determines the state of the switch. Conductive state between the anode region 18 and the cathode region 2U prevails if the potential of the control region 20 is lower than that of the anode region 18 and the cathode region 2N. When the ON state is present, holes are injected into the body 16 from the anode region 18, and electrons are injected into the body 16 from the cathode region ZU. These holes and electrons may be present in sufficient number to form one (i.e., blocking). Plasma which conductivity modulates the body 16. This lowers the resistivity of the body 16 so that the resistance between the anode region 18 and the cathode region 2U is low when the structure 10 operates in the ON state. This procedure is called bidirectional charge carrier injection.
Den här beskrivna strukturen kallas en styrd diodomkopplare (GDS, Gated Díode Switch).The structure described here is called a Gated Diode Switch (GDS).
Regionen 22 medverkar till begränsning av penetreringen av ett utarmningsskikt som i drift bildas mellan styre-regionen 20 och katod- regionen 2H och hjälper till att förhindra uppkomst av ett ytinver- sionsskikt mellan dessa båda regioner. Detta gör det möjligt att placera styre-regionen 20 på kortare avstånd från katodregionen 2U och resulterar i en relativt låg resistans mellan anodregionen 18 och katodregionen 22 vid TILL-tillståndet. _ Substratet 12 hålls i typiska fall på den mest positiva av de tillgängliga potentialnivåerna. Ledning mellan anodregionen 18 och katodregionen ZM förhindras eller spärras om styre-regionens 20 poten- tial är tillräckligt mycket mera positiv än anodregionens 18 och katodregionens ZN potential. Storleken av den positiva överskotts- potential som erfordras för att förhindra eller spärra ledning är en funktion av geometrin och störämneskoncentrationsnivåerna (dopnings- nivåerna) i strukturen 10. Denna positiva styre-potential förorsakar att den del av kroppen 16 som befinner sig mellan styre-regionen 20 och det dielektriska skiktet 1N utarmas på laddningsbärare så att potentialen i denna del av kroppen 16 är mera positiv än potentialen i anodregionen 18 och katodregionen 2fl. Denna barriär av positiv poten- tial hindrar hål från att förflyttas från anodregionen 18 till katod- regionen ZH. väsentligen stryper den av kroppen 16 mot det dialekt- riska skiktet 1H i bulk-delen mellan styre-regionen 20 och det di- elektriska skiktet 14. Den har även till uppgift att samla upp från katodregionen 24 utsända elektroner innan de kan nå anodregionen 18.The region 22 helps to limit the penetration of a depletion layer formed in operation between the control region 20 and the cathode region 2H and helps to prevent the formation of a surface inversion layer between these two regions. This makes it possible to place the control region 20 at a shorter distance from the cathode region 2U and results in a relatively low resistance between the anode region 18 and the cathode region 22 at the ON state. The substrate 12 is typically kept at the most positive of the available potential levels. Conduction between the anode region 18 and the cathode region ZM is prevented or blocked if the potential of the control region 20 is sufficiently much more positive than the potential of the anode region 18 and the ZN potential of the cathode region 20. The magnitude of the positive excess potential required to prevent or block conduction is a function of the geometry and disturbance concentration levels (doping levels) in structure 10. This positive control potential causes the part of the body 16 located between the control region And the dielectric layer 1N is depleted on charge carriers so that the potential in this part of the body 16 is more positive than the potential in the anode region 18 and the cathode region 2fl. This positive potential barrier prevents holes from moving from the anode region 18 to the cathode region ZH. essentially, it throttles the body 16 against the dialectric layer 1H in the bulk portion between the guide region 20 and the dielectric layer 14. It also has the function of collecting electrons emitted from the cathode region 24 before they can reach the anode region 18.
Under strukturens 10 TILL-tillstånd blir den skiktdiod som bildas av kroppen 16 och regionen 20 förspänd i framriktningen. Strömbe- gränsningsorgan (ej visade) är företrädesvis insatta för att begränsa ledningsströmmen genom den i framriktningen förspända dioden.During the ON state of the structure 10, the layer diode formed by the body 16 and the region 20 is biased in the forward direction. Current limiting means (not shown) are preferably inserted to limit the current through the diode biased in the forward direction.
En föreslagen elektrisk symbol för denna typ av omkopplare visas i fig. 2. Anodelektroden, styrelektroden och katodelektroden i denna "GDS" är betecknade med anslutningarna 28, 30 resp. 32.A proposed electrical symbol for this type of switch is shown in Fig. 2. The anode electrode, the control electrode and the cathode electrode in this "GDS" are denoted by the connections 28, 30 and 30, respectively. 32.
En utföringsform av strukturen 10 har framställts med följande arrangemang. Stöddelen 12 är ett kiselsubstrat av typ n. Dess tjock- lek är 0,U57 till 0,559 mm och störämneskoncentrationen är ca ' 10 15 20 25 30 35 H0 ' 5 - 9 x 1013 per cm3. 8005703-7 . I _ 6 e 2 x 1013 per cm3; resistiviteten är större än 100 ohm-centimeter.An embodiment of the structure 10 has been made with the following arrangements. The support part 12 is a silicon substrate of type n. Its thickness is 0, U57 to 0.559 mm and the concentration of interfering substance is about '10 15 20 25 30 35 H0' 5 - 9 x 1013 per cm3. 8005703-7. I _ 6 e 2 x 1013 per cm3; the resistivity is greater than 100 ohm-centimeters.
Det dielektriska skiktet 1U är ett kiseldioxidskikt 1Ä som är 2 till U Kroppen 16 är_i typiska fall 30 till 50 mikrometer Den är av míkrometer tjockt. tjock, ungefär 330 mikrometer lång och 300 míkrometer bred. konduktivitetstypen p med en störämneskoncentration i området ca Anodregionen 18 är av konduktívitetstypen p+, i typiska fall är dess tjocklek 2 till H mikrometer, dess bredd NH mikrometer och dess längd 52 mikrometer. Dess störämneskonoentration är ungefär 1019 per cm3. Elektroden 28 är i typiska fall av aluminium med en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 8U mikrometer och en längd av 105 mikrometer. Regionen 20 är av konduktivitetstypen n+.- Den har i typiska fall en tjocklek av 2 till N mikrometer, en bredd av_15 mikrometer och en längd av 300 mikrometer med en stör- ämneskoncentratíon av ungefär 1019 per cm3. Elektroden 30 är av aluminium med en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 50 mikrometer och en längd av 210 mikrometer. Mellanrummet mellan till varandra J gränsande kanter av elektroderna 28 och 30 och mellan till varandra gränsande kanter av elektroderna 30 och 32 är i typiska fall H0 mikro- meter i båda fallen. Regionen 22 är av konduktivitetstypen p. I typiska fall har den tjockleken 3-6 mikrometer, bredden 64 mikrometer och längden 60 mikrometer, och dess störämneskoncentration är ungefär 1017 till 1018 per cm3. Katodregionen 2U är av konduktivitets- typen n+ och är i typiska fall 2 mikrometer tjock, UB mikrometer bred och HH mikrometer lång, och dess störämneskoncentration är ca 1019 Elektroden 32 är av aluminium, 1,5 mikrometer tjock, 104 Mellanrummet mellan regio- per2cm3. mikrometer bred och 100 mikrometer lång. nernas-18 och 22 ändar och respektive ändar av regionen 16 är i typis- ka fall 55 mikrometer. Regionen 3H är av konduktivitetstypen n+ och har i typiska fall en tjocklek av 2 mikrometer, en bredd av 26 mikro- meter, en längd av 26 mikrometer och en störämneskoncentration av 1013 per cm3. -Elektroden är av aluminium med en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 26 mikrometer och en längd av 26 mikrometer.The dielectric layer 1U is a silica layer 1A which is 2 to U. The body 16 is typically 30 to 50 micrometers. It is micrometer thick. thick, about 330 micrometers long and 300 micrometers wide. the conductivity type p with a disturbance concentration in the range about The anode region 18 is of the conductivity type p +, typically its thickness is 2 to H micrometers, its width NH micrometers and its length 52 micrometers. Its disturbance concentration is approximately 1019 per cm3. The electrode 28 is typically made of aluminum with a thickness of 1.5 micrometers, a width of 8U micrometers and a length of 105 micrometers. The region 20 is of the conductivity type n + .- It typically has a thickness of 2 to N micrometers, a width of_15 micrometers and a length of 300 micrometers with a disturbance concentration of about 1019 per cm3. The electrode 30 is made of aluminum with a thickness of 1.5 micrometers, a width of 50 micrometers and a length of 210 micrometers. The gap between adjacent edges of the electrodes 28 and 30 and between adjacent edges of the electrodes 30 and 32 is typically H0 micrometers in both cases. The region 22 is of the conductivity type p. Typically, it has a thickness of 3-6 micrometers, a width of 64 micrometers and a length of 60 micrometers, and its concentration of disturbances is approximately 1017 to 1018 per cm3. The cathode region 2U is of the conductivity type n + and is typically 2 micrometers thick, UB micrometers wide and HH micrometers long, and its disturbance concentration is about 1019 The electrode 32 is of aluminum, 1.5 micrometers thick, 104 The gap between regions is 2 cm3. micrometers wide and 100 micrometers long. the ends 18 and 22 and the respective ends of the region 16 are typically 55 micrometers. The region 3H is of the conductivity type n + and typically has a thickness of 2 micrometers, a width of 26 micrometers, a length of 26 micrometers and a disturbance concentration of 1013 per cm3. -The electrode is made of aluminum with a thickness of 1.5 micrometers, a width of 26 micrometers and a length of 26 micrometers.
Strukturen 10 med tillämpning av de ovan angivna parametervärdena har fungerat som en styrd diod-omkopplare (GDS) med 500 volt mellan anod och katod. Ett skikt av kiselnitrid (ej visat) applicerades med kemisk pâångning ovanpå kiseldioxidskiktet 26 för erhållande av en natriumbarriär. Elektroderna 28, 30, 32 och 36 framställdes därefter, och därefter applícerades en beläggning av rediofrekvensplasma-pâlagd kiselnitrid (ej visad) på strukturens (10) hela yta utom i områdena för de elektriska kontakterna. Skikten av kiselnitrid har till upp- ' 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 7 gift att medverka till'att förhindra genombrott vid hög spänning i luften mellan intill varandra befintliga elektroder.The structure 10 using the above parameter values has functioned as a 500 volt controlled diode (GDS) switch between anode and cathode. A layer of silicon nitride (not shown) was applied by chemical vapor deposition on top of the silica layer 26 to obtain a sodium barrier. Electrodes 28, 30, 32 and 36 were then fabricated, and then a coating of radiofrequency plasma-applied silicon nitride (not shown) was applied to the entire surface of the structure (10) except in the areas of the electrical contacts. The layers of silicon nitride have the function of helping to prevent breakthroughs at high voltage in the air between adjacent electrodes.
I typiska fall tillfördes till anoden +250 volt, till katoden -250 volt och till substratet 12 +250 volt. Spänningen -250 volt kan även tillföras till anoden och spänningen +250 volt till katoden.Typically, +250 volts were applied to the anode, -250 volts to the cathode and 12 + 250 volts to the substrate. The voltage -250 volts can also be applied to the anode and the voltage +250 volts to the cathode.
Sålunda blockerar strukturen 10 i båda riktningarna spänning mellan anoden och katoden. En potential av +280 volt, tillförd till styre- -ledaren 30, bröt 350 mA ström mellan anodregionen 15 och katodregio- nen 2Ä. TILL-resistansen i GDS vid 100 mA från anod till katod är ungefär 15 ohm, och spänningsfallet mellan anod och katod är i typiska fall 2,2 volt. l fig. 3 visas en dubbelriktad omkopplarkombination som innehål- ler två GDS (GDS och GDSa) i enlighet med uppfinningen med elektroden 28 (anoden i GDS) elektriskt ansluten till elektroden 32a (katoden i GDSa) och elektroden 32 (katoden i GDS) elektriskt ansluten till elektroden 28a (anoden i GDSa). Denna omkopplarkombination kan leda signaler från elektroderna 28 och 32a till elektroderna 28a och 32 eller omvänt. Strukturens 10 dubbelriktade blockeringskaraktäristik möjliggör denna dubbelriktade omkopplarkombination. Två skilda krop- par 16 kan framställas i ett gemensamt stöd 12, och de erforderliga elektriska anslutningarna kan utföras så att man får den ovan beskriv- na dubbelriktade omkopplaren. Ett flertal från varandra skilda krop- par 16 kan framställas i ett gemensamt stöd 12 så att de bildar ett omkopplaraggregat. D I fig. U visas en struktur N10 som mycket liknar strukturen 10, varvid samtliga komponenter som är väsentligen identiska med eller mycket liknar de i fig. 10 visade har givits samma hänvisningsbeteck- ningar med en inledande "U" tillfogad. Den grundläggande skillnaden mellan strukturerna N10 och 10 är att den i fig. 1 visade halvledar- regionen 22 har eliminerats. Om man i vederbörlig utsträckning ökar mellanrummet mellan regionen NZU och regionen H20 åstadkommer man tillräckligt skydd mot utarmningsskikt-penetrering till regionen N24 och man kan då använda strukturen H10 som en högspänningsomkopplare.Thus, the structure 10 in both directions blocks voltage between the anode and the cathode. A potential of +280 volts, applied to the conductor 30, broke 350 mA current between the anode region 15 and the cathode region 2Ä. The ON resistance in GDS at 100 mA from anode to cathode is approximately 15 ohms, and the voltage drop between anode and cathode is typically 2.2 volts. Fig. 3 shows a bidirectional switch combination containing two GDS (GDS and GDSa) in accordance with the invention with the electrode 28 (the anode in GDS) electrically connected to the electrode 32a (the cathode in GDSa) and the electrode 32 (the cathode in GDS) electrically connected to the electrode 28a (the anode of the GDSa). This switch combination can conduct signals from the electrodes 28 and 32a to the electrodes 28a and 32 or vice versa. The bidirectional blocking characteristic of the structure 10 enables this bidirectional switch combination. Two separate bodies 16 can be manufactured in a common support 12, and the required electrical connections can be made so as to obtain the bi-directional switch described above. A plurality of spaced apart bodies 16 can be made in a common support 12 so that they form a switch assembly. Fig. U shows a structure N10 which is very similar to the structure 10, all components which are substantially identical to or very similar to those shown in Fig. 10 being given the same reference numerals with an initial "U" added. The fundamental difference between structures N10 and 10 is that the semiconductor region 22 shown in Fig. 1 has been eliminated. If the gap between the region NZU and the region H20 is duly increased, sufficient protection against depletion layer penetration into the region N24 is provided and the structure H10 can then be used as a high voltage switch.
I fig. 5 visas en struktur 510 som mycket liknar strukturen 10, och samtliga komponenter som väsentligen överensstämmer med eller liknar de i strukturen 10 har givits samma hänvisningsbeteckningar med en inledande "5" tillfogad. turen 510 och strukturen 10 är användningen av en såsom skyddsring anordnad halvledarregíon SMO som inringar katodregionen 524. Den i streckade linjer visade delen av skyddsringen 540 visar att den kan Den huvudsakliga skillnaden mellan struk- 10 15 20 25 30 35 H0 .utsträckas så att den är i kontakt med katodregionen 52U. 8-005703-7 ' 8 Kombinatio- nen av regionen 522 och skyddsringen 5ü0 ger skydd mot inversion i delar av regionen 516 vid eller nära ytan 511, speciellt mellan styre- -regionen 520 och katodregionen 524, och ger skydd mot utarmnings- område-penetrering till katodregionen 52H. Skyddsringen SHO har samma konduktivitetstyp som regionen 522 men den har lägre resistivitet.Fig. 5 shows a structure 510 which is very similar to the structure 10, and all components which substantially correspond to or are similar to those in the structure 10 have been given the same reference numerals with an introductory "5" added. The structure 510 and the structure 10 are the use of a semiconductor region SMO arranged as a protective ring which encircles the cathode region 524. The part of the protective ring 540 shown in broken lines shows that it can The main difference between the structure 10 is in contact with the cathode region 52U. The combination of the region 522 and the protective ring 5ü0 provides protection against inversion in parts of the region 516 at or near the surface 511, especially between the guide region 520 and the cathode region 524, and provides protection against depletion region. penetration to the cathode region 52H. The protection ring SHO has the same type of conductivity as the region 522 but it has lower resistivity.
Denna typ av dubbelskyddsstruktur, som omringar katodregionen 52U, är den'föredragna'skyddsstrukturen.This type of dual protection structure, which surrounds the cathode region 52U, is the 'preferred' protection structure.
De här beskrivna utföríngsformerna avses vara belysande för uppfínningstanken. Olika modifikationer är möjliga inom uppfinninens ram. lade beskrivna konstruktionerna kan exempelvis stöddelarna 12, H12 och 512 alternativt vara av kisel med konduktivitetstypen p, galliumarsenid, safir, en ledare eller ett elektriskt inaktivt materi- al. Om regionerna 12, H12 och 512 är av elektriskt inaktiva material, så kan de dielektriska skikten 1H, H1U och 51U elimineras. Vidare kan kropparna 16, H16 och 516 tillverkas såsom_luftisolerade strukturer.The embodiments described here are intended to be illustrative of the inventive concept. Various modifications are possible within the scope of the invention. The described described constructions can for instance be the support parts 12, H12 and 512 of silicon with the conductivity type p, gallium arsenide, sapphire, a conductor or an electrically inactive material. If the regions 12, H12 and 512 are of electrically inactive materials, then the dielectric layers 1H, H1U and 51U can be eliminated. Furthermore, the bodies 16, H16 and 516 can be manufactured as air-insulated structures.
Detta gör det möjligt att eliminera stöddelarna 12, 412 och 512 och de dielektriska skikten 1ü, U1U och 51Ä. polykisel, guld, titan eller andra typer av ledare.This makes it possible to eliminate the support parts 12, 412 and 512 and the dielectric layers 1ü, U1U and 51Ä. polysilicon, gold, titanium or other types of conductors.
Elektroderna kan bestå av dopat Vidare kan stör- ämneskoncentrationsnivåerna, mellanrummen mellan olika regioner samt andra dimensioner för regionerna anpassas för driftsspänningar och driftsströmmar som avsevärt avviker från vad som beskrivits. Andra typer av dielektriska material, exempelvis kiselnitrid, kan användas istället för kiseldioxid. Konduktivitetstypen_för samtliga regioner 'inom det dielektriska skiktet kan vara omkastade förutsatt att spän- ningspolariteterna på härtill anpassat sätt ändras i enlighet med vad som är välkänt för en fackman. Det bör observeras att strukturen enligt uppfinningen möjliggör drift med såväl väkelström som likström.The electrodes can consist of doped. Furthermore, the concentration levels of interfering substances, the intervals between different regions and other dimensions for the regions can be adapted for operating voltages and operating currents that deviate significantly from what is described. Other types of dielectric materials, such as silicon nitride, can be used instead of silica. The conductivity type_for all regions' within the dielectric layer may be reversed provided that the voltage polarities are modified in a manner adapted thereto in accordance with what is well known to a person skilled in the art. It should be noted that the structure according to the invention enables operation with both alternating current and direct current.
I fig. 6 visas en ytterligare utföringsform vars hänvisningsnum- mer börjar med hundratalssiffran 6 men i övrigt överensstämmer med numren i fig. 1. Halvledarkroppen 616 är isolerad från det dielekt- riska skiktet 61U genom ett mellanliggande halvledarskikt 638 vars konduktivitetstyp är motsatt mot halvledarkroppens 616. Elektroderna 628, 630 och 632 är ledare som gör lågresistiv kontakt med ytpartier av regionerna 618, 620 resp. 62U. Ett dielektriskt skikt 26 täcker huvudytan 611 så att det isolerar elektroderna 628, 630 och 632 från alla regioner som de ej skall vara i elektrisk kontakt med. Elektro- den 630 gör elektrisk kontakt med regionen 638 vid ytan 611 på krop- pens baksida eller framsida (ej visat). _' Skiktet 638 kan modifieras så att det förefinns.endast i den 10 15 20 25 30 35 H0 8005703-7 9 undre delen av kroppen 16 som visas vid regionen 638a. modifiering framställs en eller flera avpassade diffunderade eller jonimplanterade regioner (ej visade) mellan ytan 611 och det modifie- rade skiktet 638a. Elektroden 630 sträcker sig då så att den gör elektrisk kontakt med denna region vid ytan 611.Fig. 6 shows a further embodiment whose reference numerals begin with the hundredth digit 6 but otherwise correspond to the numerals of Fig. 1. The semiconductor body 616 is isolated from the dielectric layer 61U by an intermediate semiconductor layer 638 whose conductivity type is opposite to the semiconductor body 616. Electrodes 628, 630 and 632 are conductors which make low resistance contact with surface portions of regions 618, 620 and 632, respectively. 62U. A dielectric layer 26 covers the main surface 611 so as to insulate the electrodes 628, 630 and 632 from all regions with which they should not be in electrical contact. The electrode 630 makes electrical contact with the region 638 at the surface 611 on the back or front of the body (not shown). The layer 638 can be modified so that it is present only in the lower part of the body 16 shown at the region 638a. modification, one or more matched diffused or ion-implanted regions (not shown) are produced between the surface 611 and the modified layer 638a. The electrode 630 then extends so as to make electrical contact with this region at the surface 611.
Skiktet 638 har till uppgift att isolera kroppen 616 från det díelektriska skiktets 61U egenskaper och underlättar därigenom fram- ställningsprocessen genom att toleranserna vid bildandet av det di- elektriska skiktet 1ü kan väljas något större. Detta medför att tillverkningsutbytet ökas och kostnaderna reduceras. Dessutom tjänst- gör skiktet 638 som en undre styre-region som gör det lättare att reducera storleken av den styre-potential som erfordras för att spärra strömbanan mellan anodregionen 618 och katodregionen 62U. Användning av uteslutande delen 638a av skiktet 638 medför att kroppen 616 isole- ras från regionen 61H i den del av kroppen 616 som befinner sig under regionen 620. Denna speciella del av kroppen 616 är den mest kritiska delen, eftersom kroppen 636 väsentligen är "avsnörd" i denna del när strukturen 610 befinner sig i FRÅN-tillståndet.The layer 638 has the task of isolating the body 616 from the properties of the dielectric layer 61U and thereby facilitates the manufacturing process in that the tolerances in the formation of the dielectric layer 1ü can be chosen somewhat larger. This means that production yields are increased and costs are reduced. In addition, the layer 638 serves as a lower control region which makes it easier to reduce the size of the control potential required to block the current path between the anode region 618 and the cathode region 62U. Use of the exclusive portion 638a of the layer 638 causes the body 616 to be isolated from the region 61H in the portion of the body 616 located below the region 620. This particular portion of the body 616 is the most critical portion, since the body 636 is substantially "constricted". "in this part when the structure 610 is in the OFF state.
Skiktet 638a ger ingen fullständig isolering från det dielektris- ka skiktet 1U, men det reducerar den styre-potential som erfordras för omslag till spärrat tillstånd utan att väsentligt påverka strukturens genombrcttsspänning. Skiktet 638 ger fullständig isolering från det dielektrisk skiktet 61H men reducerar i någon mån strukturens genom- brottsspänning. Om skiktet 638 används, ökas i allmänhet kroppens 616 tjocklek så att genombrottsspänningarna bibehålles vid på förhand valda nivåer.Layer 638a does not provide complete isolation from the dielectric layer 1U, but it does reduce the control potential required for switching to the locked state without significantly affecting the breakdown voltage of the structure. Layer 638 provides complete insulation from the dielectric layer 61H but reduces to some extent the breakthrough voltage of the structure. If the layer 638 is used, the thickness of the body 616 is generally increased so that the breakdown stresses are maintained at preselected levels.
Skiktet 638 behöver ej nödvändigtvis vara direkt anslutet till elektroden 630. Eftersom positiva laddningar förefinns i skiktet 626, kommer ett ytinversionsskikt att bildas nära kroppens 616 yta 611 mellan skiktet 638 och styre-regionen 620, vilket kan medföra elekt- risk koppling mellan dem. Även utan nämnda positiva laddning kan man anta att elektroden 630 och skiktet 638 till följd av penetrerings- effekt kan vara elektriskt kopplade till varandra.The layer 638 need not necessarily be directly connected to the electrode 630. Since positive charges are present in the layer 626, a surface inversion layer will be formed near the surface 611 of the body 616 between the layer 638 and the guide region 620, which may cause electrical coupling between them. Even without said positive charge, it can be assumed that the electrode 630 and the layer 638 can be electrically connected to each other due to the penetration effect.
I fig. 7 och 8 visas ytterligare en utföringsform med hänvis- Vid en sådan ningsnummer i 700-serien motsvarande fig. 1. Vid denna utföringsform befinner sig styre-regionen 720 ej mellan anodregionen 718 och katod- regionen ?2U. Strukturen 710 är så utförd att anodregionen 18 och katodregionen 72% kan befinna sig på relativt litet avstånd från varandra, så att resistansen flšllan dem i TILL-tillståndet (det ledan- de tillståndet) reduceras. En ledare 738, som kan vara anordnad om så 10 15 20 25 30 35 NO 8005703-7 1o _ önskas, befinner sig ovanpå skiktet 726 mellan elektroderna 728 och 732. Ledaren 738 är elektriskt kopplad till elektroden 730 och med- "verkar till att reducera storleken av den styre-spänning som erfordras för strukturens 710 funktion, men den är ej av någon större betydelse för denna funktion.In Figs. 7 and 8, a further embodiment is shown with reference to In such an emergency number in the 700 series corresponding to Fig. 1. In this embodiment, the control region 720 is not located between the anode region 718 and the cathode region? 2U. The structure 710 is designed so that the anode region 18 and the cathode region 72% can be at a relatively small distance from each other, so that the resistance between them in the ON state (the conducting state) is reduced. A conductor 738, which may be provided if desired, is located on top of the layer 726 between the electrodes 728 and 732. The conductor 738 is electrically coupled to the electrode 730 and assists that reduce the magnitude of the control voltage required for the operation of the structure 710, but it is not of major importance for this function.
En utföringsform av strukturen 710 har framställts med följande utförande. Halvledarskivan (substratet) 712 är ett kiselsubstrat av n-typ, H57 till 559 mikrometer tjockt, med en störämneskoncentratíon av ungefär 5 x 1013 per cm3 av ett material med resistlviteten 100 ohm-centimeter. Det dielektriska skiktet 71H utgöres av kiseldioxid med en tjocklek av i typiska fall 2 till H mikrometer. Kroppen 716 är i typiska fall 30_till H0 mikrometer tjock, ungefär 430 mikrometer lång och 170 mikrometer bred. Den är av konduktivitetstypen p- och har en störämneskoncentration av ungefär 5 å 9 x 1013 per cm3.An embodiment of the structure 710 has been made with the following embodiment. The semiconductor wafer (substrate) 712 is an n-type silicon substrate, H57 to 559 micrometers thick, having an impurity concentration of about 5 x 10 13 per cm 3 of a material having a resistivity of 100 ohm-centimeters. The dielectric layer 71H consists of silica with a thickness of typically 2 to H micrometers. The body 716 is typically 30_to H0 micrometers thick, approximately 430 micrometers long and 170 micrometers wide. It is of the conductivity type p- and has a disturbance concentration of approximately 5 to 9 x 1013 per cm3.
Anodregionen 718 är av konduktivitetstypen p+ och har i typiska fall en tjocklek av 2 till 4 mikrometer, en bredd av 28 mikrometer och en längd av 55 mikrometer och den har en störämneskoncentration av unge- fär 1019 per cm3. Elektroden 728 är av aluminium och har en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 55 mikrometer och en 95 mikrometer. Styre-regionen 720 är av konduktivitetstypen har i typiska fall en tjocklek av 2 till H mikrometer, en bredd av 38 mikrometer och en längd av 55 mikrometer samt en störämneskoncentra- längd av n+ och tion av ungefär 1019 per cm3. Elektroden 730 är av aluminium och har en tjocklek av 1,5 mikrometer, en bredd av 76 mikrometer och en längd av 95 mikrometer. Mellanrummet mellan till varandra gränsande kanter av elektroderna 728 och 732 är i typiska fall H0 mikrometer (utan någon ledare 738) och mellanrummet mellan till varandra gränsan- de kanter av elektroderna 728 och 730 är i typiska fall H0 mikrome- ter. Regionen 722 är av konduktivitetstypen p och har i typiska fall en tjocklek av 3,5 mikrometer, en bredd av HN mikrometer och en längd av UU mikrometer samt en yt-störämneskoncentration av ungefär 1018 per cm3. Katodregionen 72U är av konduktivitetstypen n+ och har i typiska fall en tjocklek av 2 mikrometer, en bredd av 30 mikrometer, en längd av 30 mikrometer och en störämneskoncentration av ungefär 1019 per cm3. Elektroden 32 är-av-aluminium. Dess tjocklek är 1,5 mikrometer, dess bredd 82 mikrometer och dess längd 82 mikrometer.The anode region 718 is of the conductivity type p + and typically has a thickness of 2 to 4 micrometers, a width of 28 micrometers and a length of 55 micrometers and it has a disturbance concentration of approximately 1019 per cm3. The electrode 728 is made of aluminum and has a thickness of 1.5 micrometers, a width of 55 micrometers and a 95 micrometer. The control region 720 is of the conductivity type typically has a thickness of 2 to H micrometers, a width of 38 micrometers and a length of 55 micrometers, and a disturbance concentrate length of n + and tion of about 1019 per cm3. The electrode 730 is made of aluminum and has a thickness of 1.5 micrometers, a width of 76 micrometers and a length of 95 micrometers. The gap between adjacent edges of the electrodes 728 and 732 is typically H0 micrometers (without any conductor 738) and the gap between adjacent edges of the electrodes 728 and 730 is typically H0 micrometers. The region 722 is of the conductivity type p and typically has a thickness of 3.5 micrometers, a width of HN micrometers and a length of UU micrometers, and a surfactant concentration of about 1018 per cm 3. The cathode region 72U is of the conductivity type n + and typically has a thickness of 2 micrometers, a width of 30 micrometers, a length of 30 micrometers and an impurity concentration of approximately 1019 per cm 3. The electrode 32 is made of aluminum. Its thickness is 1.5 micrometers, its width 82 micrometers and its length 82 micrometers.
Avståndet mellan elektrodernas 728 och 732 ändar och respektive ändar av kroppen 716 av konduktivitetstypen p- är 50 mikrometer. Ledar- regionen 738, som är av aluminium, befinner sig på ett avstånd av 30 mikrometer från elektroderna 728 och 732 och har en bredd av 10 mikro- 10 15 20 25 30 35 H0 .visas med streckad linje i fig. 2. 8005703-7 11 ' meter, en tjocklek av 1,5 mikrometer och en längd av 75 mikrometer.The distance between the ends of the electrodes 728 and 732 and the respective ends of the body 716 of the conductivity type p- is 50 micrometers. The conductor region 738, which is of aluminum, is at a distance of 30 micrometers from the electrodes 728 and 732 and has a width of 10 microns. H0 is shown in broken line in Fig. 2. 7 11 'meters, a thickness of 1.5 micrometers and a length of 75 micrometers.
Ledarregionen 738 gör elektrisk kontakt med elektroden 730 på regio- nens 16 framsida eller baksida. Det bör observeras att man med denna konfiguration väsentligt kan reducera mellanrummet mellan katoden och anoden. 1 Strukturen 710 med de ovan angivna parametervärdena har drivits som en styrd diodomkopplare med H00 volt mellan anoden och katoden.The conductor region 738 makes electrical contact with the electrode 730 on the front or back of the region 16. It should be noted that with this configuration, the gap between the cathode and the anode can be significantly reduced. The structure 710 with the above parameter values has been operated as a controlled diode switch with H00 volts between the anode and the cathode.
Till anoden tillfördes +200 volt och till katoden -200 volt. Som i föregående fall kan -200 även tillföras till anoden och +200 volt till katoden så att dubbelriktad spänningsbloekering är möjlig. När ledar- regionen 738 finns anordnad har en potential av +210 volt visat sig vara tillräcklig för att bryta 1 mA ström mellan anoden och katoden.+200 volts were applied to the anode and -200 volts to the cathode. As in the previous case, -200 can also be applied to the anode and +200 volts to the cathode so that bidirectional voltage blocking is possible. When the conductor region 738 is provided, a potential of +210 volts has been found to be sufficient to break 1 mA current between the anode and the cathode.
Det förefaller troligt att denna spänning skulle behöva vara 20 volt högre om ledaren 738 ej funnes. TILL-resistansen i den styrda diodom- kopplaren med 100 mA ström från anod till katod var ungefär 10-12 ohm och spänningsfallet mellan anod och katod är i typiska fall 2,2 volt.It seems likely that this voltage would need to be 20 volts higher if the conductor 738 did not exist. The ON resistance in the controlled diode switch with 100 mA current from anode to cathode was approximately 10-12 ohms and the voltage drop between anode and cathode is typically 2.2 volts.
Ett skikt av kiselnitrid (ej visat) applicerades medelst kemisk påáng- ning ovanpå kiseldioxidskiktet 26 för att verka såsom natriumbarriär.A layer of silicon nitride (not shown) was applied by chemical vapor deposition on top of the silica layer 26 to act as a sodium barrier.
Elektroderna 728, 730, 732 och 736 framställdes därefter, och en beläggning av radiofrekvensplasma-applicerad kiselnitrid (ej visad) pálades på strukturens 710 hela yta för att medverka till att förhind- ra högspänningsgenombrott i luften mellan intill varandra befintliga elektroder.Electrodes 728, 730, 732 and 736 were then fabricated, and a coating of radio frequency plasma-applied silicon nitride (not shown) was applied to the entire surface of the structure 710 to help prevent high voltage breakthroughs in the air between adjacent electrodes.
Såsom i fig. 5 kan en skyddsring som antingen inringar eller innesluter och gör kontakt med katodregionen 72ü användas, eller också kan såsom i fig. N regionen 722 elimineras, om mellanrummet mellan anod och katod är tillräckligt. Styre-regionen 20 kan befinna sig till höger om katodregionen 72N, enligt vad som visas i streckade linjer i fig. 7, eller framför eller bakom halvledarkroppen 716, som Styrs-regionen 720 kan vara skild från det dieiekz-.riska skinnet 7111, såsom visas i streekade linjer i fig. 7, eller också kan den sträcka sig så att den är i kontakt med det dielektriska skiktet 71ü. Ytterligare varianter kan som ovan nämnts användas.As in Fig. 5, a protective ring which either encloses or encloses and contacts the cathode region 72ü may be used, or, as in Fig. N, the region 722 may be eliminated if the gap between the anode and cathode is sufficient. The control region 20 may be located to the right of the cathode region 72N, as shown in broken lines in Fig. 7, or in front of or behind the semiconductor body 716, as the control region 720 may be separate from the die-like skin 7111, such as shown in broken lines in Fig. 7, or it may extend so as to be in contact with the dielectric layer 71ü. Additional variants can be used as mentioned above.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US97205678A | 1978-12-20 | 1978-12-20 | |
| US97202178A | 1978-12-20 | 1978-12-20 | |
| US97202278A | 1978-12-20 | 1978-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE8005703L SE8005703L (en) | 1980-08-13 |
| SE446139B true SE446139B (en) | 1986-08-11 |
Family
ID=27420763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE8005703A SE446139B (en) | 1978-12-20 | 1980-08-13 | DIELECTRICALLY ISOLATED SEMICONDUCTOR SWITCH INTENDED FOR HIGH VOLTAGE |
Country Status (18)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6412106B2 (en) |
| KR (1) | KR830002293B1 (en) |
| AU (1) | AU529702B2 (en) |
| CH (1) | CH659151A5 (en) |
| DD (1) | DD147897A5 (en) |
| ES (1) | ES487066A1 (en) |
| FR (1) | FR2445026A1 (en) |
| GB (1) | GB2049283B (en) |
| HU (1) | HU181030B (en) |
| IE (1) | IE48892B1 (en) |
| IL (1) | IL58970A (en) |
| IN (1) | IN153497B (en) |
| IT (1) | IT1126603B (en) |
| NL (1) | NL7920184A (en) |
| PL (1) | PL220494A1 (en) |
| SE (1) | SE446139B (en) |
| SG (1) | SG32884G (en) |
| WO (1) | WO1980001337A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4242697A (en) * | 1979-03-14 | 1980-12-30 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Dielectrically isolated high voltage semiconductor devices |
| CA1145057A (en) * | 1979-12-28 | 1983-04-19 | Adrian R. Hartman | High voltage solid-state switch |
| EP0075589B1 (en) * | 1981-03-27 | 1987-01-14 | Western Electric Company, Incorporated | Gated diode switch |
| US4467344A (en) * | 1981-12-23 | 1984-08-21 | At&T Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Bidirectional switch using two gated diode switches in a single dielectrically isolated tub |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1547287A (en) * | 1966-12-19 | 1968-11-22 | Lucas Industries Ltd | Semiconductor diode |
| US3417393A (en) * | 1967-10-18 | 1968-12-17 | Texas Instruments Inc | Integrated circuit modular radar antenna |
| JPS4933432B1 (en) * | 1968-12-20 | 1974-09-06 | ||
| DE2102103A1 (en) * | 1970-01-22 | 1971-07-29 | Rca Corp | Field effect controlled diode |
| US3722079A (en) * | 1970-06-05 | 1973-03-27 | Radiation Inc | Process for forming buried layers to reduce collector resistance in top contact transistors |
| DE2241600A1 (en) * | 1971-08-26 | 1973-03-01 | Dionics Inc | HIGH VOLTAGE P-N TRANSITION AND ITS APPLICATION IN SEMICONDUCTOR SWITCHING ELEMENTS, AND THE PROCESS FOR ITS MANUFACTURING |
| JPS5032942U (en) * | 1973-07-23 | 1975-04-10 | ||
| US3911463A (en) * | 1974-01-07 | 1975-10-07 | Gen Electric | Planar unijunction transistor |
| US4146905A (en) * | 1974-06-18 | 1979-03-27 | U.S. Philips Corporation | Semiconductor device having complementary transistor structures and method of manufacturing same |
-
1979
- 1979-12-06 CH CH6266/80A patent/CH659151A5/en not_active IP Right Cessation
- 1979-12-06 NL NL7920184A patent/NL7920184A/en unknown
- 1979-12-06 WO PCT/US1979/001043 patent/WO1980001337A1/en unknown
- 1979-12-06 GB GB8025972A patent/GB2049283B/en not_active Expired
- 1979-12-06 JP JP55500207A patent/JPS6412106B2/ja not_active Expired
- 1979-12-10 HU HU79WE614A patent/HU181030B/en unknown
- 1979-12-14 AU AU53866/79A patent/AU529702B2/en not_active Ceased
- 1979-12-14 DD DD79217696A patent/DD147897A5/en unknown
- 1979-12-17 IL IL58970A patent/IL58970A/en unknown
- 1979-12-18 FR FR7930946A patent/FR2445026A1/en active Granted
- 1979-12-18 PL PL22049479A patent/PL220494A1/xx unknown
- 1979-12-19 IT IT28206/79A patent/IT1126603B/en active
- 1979-12-19 IE IE2474/79A patent/IE48892B1/en not_active IP Right Cessation
- 1979-12-19 ES ES487066A patent/ES487066A1/en not_active Expired
- 1979-12-20 KR KR1019790004540A patent/KR830002293B1/en active
-
1980
- 1980-08-13 SE SE8005703A patent/SE446139B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-11-28 IN IN1328/CAL/80A patent/IN153497B/en unknown
-
1984
- 1984-04-25 SG SG328/84A patent/SG32884G/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES487066A1 (en) | 1980-09-16 |
| GB2049283A (en) | 1980-12-17 |
| JPS55501079A (en) | 1980-12-04 |
| KR830001743A (en) | 1983-05-18 |
| IT1126603B (en) | 1986-05-21 |
| WO1980001337A1 (en) | 1980-06-26 |
| JPS6412106B2 (en) | 1989-02-28 |
| FR2445026A1 (en) | 1980-07-18 |
| CH659151A5 (en) | 1986-12-31 |
| GB2049283B (en) | 1983-07-27 |
| IN153497B (en) | 1984-07-21 |
| HU181030B (en) | 1983-05-30 |
| FR2445026B1 (en) | 1983-08-19 |
| IL58970A (en) | 1982-07-30 |
| PL220494A1 (en) | 1980-09-08 |
| IE48892B1 (en) | 1985-06-12 |
| SE8005703L (en) | 1980-08-13 |
| DD147897A5 (en) | 1981-04-22 |
| NL7920184A (en) | 1980-10-31 |
| AU529702B2 (en) | 1983-06-16 |
| IE792474L (en) | 1980-06-20 |
| KR830002293B1 (en) | 1983-10-21 |
| IL58970A0 (en) | 1980-03-31 |
| SG32884G (en) | 1985-02-08 |
| AU5386679A (en) | 1980-06-26 |
| IT7928206A0 (en) | 1979-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3339128A (en) | Insulated offset gate field effect transistor | |
| US4322767A (en) | Bidirectional solid-state protector circuitry using gated diode switches | |
| JP2002305207A (en) | Lateral semiconductor components in thin film SOI technology | |
| US6781195B2 (en) | Semiconductor bidirectional switching device and method | |
| US4743952A (en) | Insulated-gate semiconductor device with low on-resistance | |
| US10461161B1 (en) | GaN device with floating field plates | |
| US4608590A (en) | High voltage dielectrically isolated solid-state switch | |
| US4613766A (en) | Thyristor having controllable emitter short circuits | |
| SE446139B (en) | DIELECTRICALLY ISOLATED SEMICONDUCTOR SWITCH INTENDED FOR HIGH VOLTAGE | |
| US4587656A (en) | High voltage solid-state switch | |
| US4587545A (en) | High voltage dielectrically isolated remote gate solid-state switch | |
| US4602268A (en) | High voltage dielectrically isolated dual gate solid-state switch | |
| US4467344A (en) | Bidirectional switch using two gated diode switches in a single dielectrically isolated tub | |
| EP0099926B1 (en) | Field-effect controlled bi-directional lateral thyristor | |
| EP0156528B1 (en) | High-voltage thin-film transistor | |
| US4586073A (en) | High voltage junction solid-state switch | |
| SE438577B (en) | SEMICONDUCTOR HIGH VOLTAGE DEVICE | |
| CA1142265A (en) | High voltage dielectrically isolated solid-state switch | |
| SE453621B (en) | SWITCH DEVICE | |
| EP0075589B1 (en) | Gated diode switch | |
| JPH027568A (en) | Bidirectional MOS switch | |
| US4573065A (en) | Radial high voltage switch structure | |
| JPH02216868A (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| JPS63301542A (en) | Shielding structure for isolation area of semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NAL | Patent in force |
Ref document number: 8005703-7 Format of ref document f/p: F |
|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8005703-7 Format of ref document f/p: F |