Тиристор з двостороннім керуванням

1 Тиристор з двостороннім керуванням, який містить у напівпровідниковому ТІЛІ МІЖ першою головною поверхнею і другою головною поверхнею першу тиристорну структуру з першою анодною ділянкою, першою n-базою, першою р-базою, першою катодною ділянкою і першою центральною ділянкою керуючого електрода і зустрічнопаралельну їм другу тиристорну структуру з другою анодною ділянкою, другою n-базою, другою рбазою, другою катодною ділянкою і другою центральною ділянкою керуючого електрода, причому перша анодна ділянка, друга катодна ділянка і друга ділянка керуючого електрода відповідають першій головній поверхні, а друга анодна ділянка, перша катодна ділянка і перша ділянка керуючого електрода відповідають другій головній поверхні, по одній розділювальній ДІЛЯНЦІ на обох головних поверхнях, розташованій між обома тиристорними структурами, між першою анодною ділянкою і другою катодною ділянкою і між другою анодною ділянкою і першою катодною ділянкою, а також закорочуючі ділянки, які закорочують першу і другу р-бази, через ВІДПОВІДНО першу і другу катодні ділянки, за допомогою металізації, яка перекриває катодні ділянки, який відрізняється тим, що ЩІЛЬНІСТЬ закорочуючих ділянок на одиницю площі зростає в напрямку розділювальної ділянки і приймає безпосередньо поруч із нею максимальне значення 2 Тиристор за п 1, який відрізняється тим, що закорочуючі ділянки містять прямолінійну суцільну закорочуючу ділянку, яка проходить вздовж розділювальних ділянок між катодними ділянками і розділювальними ділянками 3 Тиристор за одним з пп 1 або 2, який відрізняється тим, що навколо першої і другої центральних ділянок керуючих електродів між ними і сусідніми анодними ділянками розташована підковоподібна, зокрема, особливо високоомна ділянка, причому розхил підкови повернено ВІДПОВІДНО до першої або другої катодної ділянки 4 Тиристор за одним з пп 1-3, який відрізняється тим, що кожна тиристорна структура містить підсилюючу структуру, яка відходить від відповідної центральної ділянки, керуючого електрода із пальцями керуючого електрода, яка ВІДПОВІДНО на першій або другій головній поверхні інтегрована у відповідну катодну ділянку таким чином, що розділювальні структури і структури, з пальцями керуючого електрода утворюють між собою кут, який більший нуля і становить, зокрема, приблизно 45° 5 Тиристор за одним з пп 1-4, який відрізняється тим, що звернені до катодних ділянок краї центральних ділянок керуючих електродів орієнтовані точно по анодній ДІЛЯНЦІ, яка відповідає тиристорній структурі 6 Тиристор за одним з пп 1-5, який відрізняється тим, що розділювальні структури проходять у діаметральному напрямку і мають ширину, яка дорівнює приблизно 10 дифузійним довжинам неосновних носив зарядів 7 Тиристор за одним з пп 3-6, який відрізняється тим, що підковоподібна ділянка виконана за допомогою травлення 8 Тиристор за одним з пп 3-6, який відрізняється тим, що підковоподібна ділянка виконана за допомогою маскованої імплантації частини утворюючих р-базу легуючих домішок Винахід відноситься до галузі силових напівпровідникових елементів і стосується тиристора з двостороннім керуванням, ВІДПОВІДНО ДО обмежу ДУ вальної частини першого пункту формули винахоРодовий тиристор описаний, наприклад, у DE 4439012 А1 Мова йде при цьому про тиристор з О (О 1 ю 57716 двостороннім керуванням, у якого в напівпровідникову під клад инку інтегровані дві зустрічнопаралельно включені тиристорні структури Тиристорні структури розв'язані кожна на поверхнях елементів розділювальною ділянкою, переважно зі зменшеним часом життя носія Розділювальна ділянка необхідна між тиристорними структурами головним чином з двох причин по-перше, при відмиканні однієї тиристорної структури не повинні виникати паразитні кола струму в напрямку іншої тиристорної структури, а по-друге, при комутації не повинно виникати взаємодії між обома тиристорними структурами Рішення ВІДПОВІДНО ДО рівня техніки в багатьох випадках здатне задовольнити, проте через небажану міграцію носив зарядів з однієї, вже відімкнутої тиристорної структури, до іншої, ще не відімкнутої, замикаюча тиристорна структура може бути зруйнована за рахунок локального не контрольованого відмикання Задачею винаходу є тому створення тиристора з двостороннім керуванням, який відрізняється поліпшеним розв'язанням між обома тиристорними структурами Зокрема, замикаюча структура не повинна неконтрольовано відмикатися за рахунок небажаної міграції носив зарядів Ця задача вирішується за допомогою ознак незалежних пунктів формули винаходу Суть винаходу полягає в тому, що ступінь закорочування катодної ділянки зростає в напрямку розділювальної ділянки Це може бути досягнуте за рахунок того, що ЩІЛЬНІСТЬ закорочуючих діля нок на одиницю площі в напрямку розділювальної ділянки прямує до максимального значення Особливо оптимальним є, крім того, використання прямолінійної суцільної закорочуючої ділянки, яка проходить вздовж розділювальної ділянки У переважному прикладі виконання подальше поліпшення розв'язання обох тиристорних структур досягається за рахунок, головним чином, підковоподібної ділянки, яка розташована в зоні між центральними ділянками керуючих електродів і сусідньою анодною областю Підковоподібна ділянка також сприяє тому, що носи зарядів, які потрапили у коло керуючий електрод-катод, не можуть слідувати за паразитним колом струму між ділянкою керуючого електрода й анодною ділянкою іншої тиристорної структури тієї ж головної поверхні Підковоподібну ділянку одержують переважно за допомогою травлення або маскованого введення легуючих домішок в цій зоні Подальше поліпшення поділу між тиристорними структурами тиристора ВІДПОВІДНО ДО винаходу досягається також за рахунок того, що центральна ділянка керуючого електрода горизонтально входить у відповідну катодну ділянку і орієнтована за ВІДПОВІДНИМ анодним емітером Крім того, розді лювальна ділянка і можлива посилююча структура з пальцями керуючого електрода повинні утворювати між собою кут, який більше нуля і становить, зокрема, 45° Розділювальна ділянка, яка проходить діаметрально, повинна мати ширину, яка дорівнює приблизно 10 дифузійних довжин неосновних носив зарядів Інші переважні форми виконання наведені у ВІДПОВІДНИХ залежних пунктах формули винаходу Винахід більш докладно пояснюється нижче за 4 допомогою креслень, на яких зображують - фіг 1 вид зверху на тиристор ВІДПОВІДНО ДО винаходу, - фіг 2 вид знизу на тиристор, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, - фіг 3 розріз тиристора ВІДПОВІДНО ДО винаходу по ЛІНІЇ А-А з фіг 1, - фіг 4 розріз тиристора, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, по лінії В-В із фіг 1 На фіг 1 зображений вид зверху на тиристор 1 ВІДПОВІДНО до винаходу У напівпровідниковому корпусі між першою верхньою головною поверхнею 2 і другою нижньою головною поверхнею З (можна побачити на фіг 2) розташовані дві тиристорні структури Зверху видно анодну ділянку 4 першої тиристорної структури, катодну ділянку 12 другої тиристорної структури, центральну ділянку 13 керуючого електрода другої тиристорної структури, крайову замикаючу ділянку 18 і посилюючу структуру 15 із пальцями керуючого електрода Між тиристорними структурами передбачена розділювальна ділянка 14 Ця розділювальна ділянка 14 виконана в оточуючій центральний керуючий електрод 13 зоні підковоподібній і особливо високоомній У зоні другої катодної ділянки 12 передбачені закорочуючі ділянки 16 (видні тільки у розрізі) Щоб уникнути небажаної міграції носив зарядів з однієї, уже відімкнутої тиристорної структури до іншої, ще не відімкнутої - це могло б викликати неконтрольоване відмикання ще не відімкнутої тиристорної структури ЩІЛЬНІСТЬ закорочуючих ділянок 16 зростає в напрямку розділювальної ділянки 14 Вона досягає на межі з розділювальною ділянкою 14 максимального значення, утвореного переважно за рахунок прямолінійної закорочуючої ділянки 17, яка проходить вздовж розділювальної ділянки 14 На фіг 2 зображений вид знизу на тиристор На другій головній поверхні 3 видно анодну ділянку 9 другої тиристорної структури, катодну ділянку 7 першої тиристорної структури, центральну ділянку 8 керуючого електрода другої тиристорної структури, крайову замикаючу ділянку 18 і посилюючу структуру 15 із пальцями керуючого електрода Між тиристорними структурами також передбачена розділювальна ділянка 14 Ця розділювальна ділянка 14 виконана підковоподібною навколо центрального керуючого електрода 8 і особливо високоомною У катодній ДІЛЯНЦІ 7 також передбачені закорочуючі ділянки 16 (видні тільки в розрізі) Щоб уникнути небажаної міграції носив зарядів з однієї, уже відімкнутої, тиристорної структури до іншої, ще не відімкнутої, - це могло б викликати неконтрольоване відмикання ще не відімкнутої тиристорної структури - ЩІЛЬНІСТЬ закорочуючих ділянок 16 зростає також тут у напрямку розділювальної ділянки 14 Вона досягає на межі з розділювальною ділянкою 14 максимального значення, також утвореного переважно за рахунок прямолінійної закорочуючої ділянки 17, яка проходить вздовж розділювальної ділянки 14 Розділювальна ділянка 14 проходить діаметрально по обох головних поверхнях 2,3 і має ширину, яка дорівнює приблизно 10 дифузійних довжин неосновних носіїв зарядів На фіг 1 і 2 зображена, крім того, посилююча 57716 структура 15 з пальцями керуючого електрода, яка, на противагу приведеному рівню техніки, не містить частини, яка проходить вздовж розділювальної ділянки 14, а розділювальна ділянка 14 і пальці 15 посилюючої структури утворюють між собою кут, який, щонайменше, більше нуля і становить переважно 45° За рахунок цього пальцьова структура 15 забезпечує, з одного боку, ефективну реакцію відмикання, а з іншого боку, перешкоджає небажаному відмиканню в зоні між обома тиристорними структурами На фіг 3 зображений ВІДПОВІДНО до фрагмент тиристора, винаходу, у розрізі по ЛІНІЯХ А-А Зрозуміло, що на обох головних поверхнях 2,3 вздовж розділювальної ділянки 14 розташована закорочуюча ділянка 17, яка з технологічних причин може, як показано, злегка відстояти від сусідньої катодної ділянки 12 або 7 Поверхнева Щ І Л Ь НІСТЬ, тобто число закорочуючих ділянок 16 на одиницю площі, зростає в межах відповідної катодної ділянки 7 або 12 у напрямку суцільної прямолінійної закорочуючої ділянки 17 Закорочуючі ділянки 16, 17 закорочують першу б і другу 11 рбази через ВІДПОВІДНО першу 7 і другу 12 катодні ділянки за допомогою металізації, яка закриває катодні ділянки (не показана) Підвищена ЩІЛЬНІСТЬ закорочуючих ділянок 16 у напрямку розділювальної ділянки і, зокрема, також суцільна прямолінійна закорочуюча ділянка 17 забезпечують достатньо швидке усунення носив зарядів при вимиканні і можливість уникнути не контрольованого відмикання, яке призводить до руйнації Тому можливі носи заряду стікають не через катодну ділянку, а через закорочуючі області Завдяки цьому не відбувається не контрольоване відмикання р-бази 6, 11 виконані в решті випадків у вигляді суцільних прошарків, у які дифундовані більш високолеговані ділянки 4,9 анодних емітерів Розділювальні ділянки 14 утворені по обидва боки проникаючими на поверхню частинами р-баз З фіг 1-2 видно, крім того, підковоподібну ділянку 19 розділювальної ділянки 14, яка охоплює центральні області 8,13 керуючих електродів Отвір підкови звернено ВІДПОВІДНО до першої або другої катодної ділянки Ділянка 19 посилює розді 6 лювальну дію між обома тиристорними структурами і перешкоджає тому, щоб носи зарядів, які потрапили у коло керуючий електрод-катод, могли рухатися за паразитним колом струму між контактом затвору й анодною ділянкою іншої тиристорної структури тієї ж головної поверхні Більш ВИСОКИЙ опір може бути досягнутий за допомогою травлення наявного профілю легування або за допомогою селективної, маскованої в зоні ділянки 19 імплантації підхожих легуючих домішок Форма центральних ділянок 8, 13 керуючих електродів довгаста і спрямована в катодні ділянки 7, 12 Найближчий до відповідної катодної ділянки кінець центральних ділянок 8, 13 керуючих електродів розташований точно над анодними ділянками 4, 9 тієї ж тиристорної структури Ця точна юстировка також сприяє поліпшенню розв'язання обох тиристорних структур і забезпечує, зокрема, відтворені властивості елемента На фіг 4 зображений розріз по лінії В-В із фіг 1 Добре видно, як між центральними ділянками 13, 8 керуючих електродів і сусідніми анодними ділянками 4, 9 на поверхню проникає р-база, яка утворює підковоподібну розділювальну ділянку 19 Вона виконана особливо високоомною за рахунок того, що, в основному, додаткове легування 22, яке визначає провідність р-бази 6 або 11 і звичайно виконане по всій поверхні (фіг 3), у цій зоні відсутнє Це може здійснюватися за допомогою травлення наявного профілю легування або за допомогою селективної, маскованої в потрібній зоні імплантації легованого акцепторною домішкою шару 22 На протилежному КІНЦІ центральних ділянок 13, 8 керуючих електродів розділювальної ділянки 19, передбачені легований донорною домішкою допоміжний катод 20 і легована акцепторною домішкою контактна область 21 До них примикає катодна ділянка 12 з закорочуючими ділянками 16, ЩІЛЬНІСТЬ яких, як уже сказано, зростає до центру елемента В цілому, утвориться двонаправлено провідний тиристор, у якого розв'язання між обома тиристорними структурами різко покращене і який, таким чином, може надійно працювати в будь-якій експлуатаційній ситуації 57716 IS 19 IS ФІГ. 1 15 Фїг. 2 57716 10 16 2 13 20 21 1О в22 їв 21 20 9 Фіг. 4 Комп'ютерна верстка О Лисенко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа,8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна