THYRISTOR HAVING PARTICULAR SWITCHING CHARACTERISTICS

Abstract: 1. A thyristor with a semiconductor body which has an n-emitter (1) which is contacted by a cathode (K) and is adjoined by a p-base layer (2), a p-emitter (4) which is contacted by an anode (A) and is adjoined by a n-base layer (3), and controllable emitter short-circuits which are arranged at a boundary surface of the semiconductor body and formed as MIS-structures (M1, M2), and consist in each case of a first semiconductor zone of a first conductivity type which forms an edge zone of the first emitter (1) and is connected to the cathode (K) or anode (A) which contacts this emitter, a second semiconductor zone which is connected in low-ohmic fashion through a conductive coating to the base layer (2) which adjoins this emitter (1), and which consists of a short-circuit zone (7, 8) inserted in this base layer (2), and a semiconductor zone of a second conductivity type which is located between these two semiconductor zones and consists of a sub-zone (10, 11), of the base layer (2) which adjoins the emitter (1) extending to that boundary surface of the semiconductor body which contains the last-mentioned emitter (1), and which is covered by a gate (14, 15) which is electrically insulated from the semiconductor body, characterised in that at least one of these MIS-structures is of the depletion type and at least one of the MIS-structures is of the enhancement type, a first common control terminal (G1) being provided for the gates of the MIS-structures of the first type and a second, common control terminal (G2) being provided for the gates of the MIS-structures of the other type.

Description: 5 10 15 20 25 30 35 Thyristor mit verbessertem Schaltverhalten sowie Verfahren zu seinem Betrieb. Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor nach dem Hauptpatent DBP ...... < P 29 45 324.5) sowie auf Verfahren zu seinem Betrieb. Der Thyristor nach dem Hauptpatent weist als MIS-Strukturen ausgebildete steuerbare EmitterkurzachlUsse auf, von denen wenigstens einer dem Verarmungstyp und wenigstens ein anderer dem Anreicherungstyp angehören. Der erstere dient dabei im blockierten Zustand des Thyristors bzw. vor dem Zun##den desselben als Stabilisierungskurzschluss und wird nur während des Zufldvorgangs durch einen seinem Gate zugefuhrten Spannungsimpuls einer ersten Polarität unwirksam geschaltet, während der letztere als Löschkurzschluss dient und lediglich zur Lcschung des Thyristors mittels eines seinem Gate zugeführten Spannungsimpulses einer zweiten Polarität wirksam geschaltet wird. Alternativ hierzu sind beim Thyristor nach dem Hauptpatent wenigstens zwei als #tIS-Strukturen ausgebildete Emitterkurz schlüsse vorgesehen, die einheitlich dem Verarmwngstyp oder Anreicherungstyp angehören, wobei das Gate wenigstens eines derselben mit einer Vorspannung beschaltet ist, die einen Halbleiterkanal unterhalb des Gate aufbaut oder einen bei spannungslosem Gate vorhandenen Halbleiterkanal beseitigt, so dass dieser letztgenannte Emitterkurzschluss als Stabilisierungskurzschluss (Löschkurzschluss) dient, während die übrigen Emitterkurzschlüsse, deren Gates nicht mit einer solchen Vorspannung beschaltet sind, dann Löschen kurzschlüsse (Stabilisierungskurzschlüsse) darstellen. dem DBF 26 25 917 sind Thyristoren mit als NIS-Struktu- ren ausgebildeten steuerbaren Emitterkurzschlüssen be kannt, die lediglich zum Zwecke eines schnellen Löschens der Thyristoren wirksam geschaltet werden. Zu einem sol- chen Emitterkurzschluss gehört ein erstes Haibleitergebiet eines ersten Leitungstyps, das aus einem Randbereich des n(p)-Emitters besteht, ferner ein zweites Halbleiterge- biet desselben Leitungstyps, das im Abstand vom n(p)-Emit ter in die an diesen angrenzende 3asisschncht eingefügt ist, und der zwischen diesen Halbleitergebieten liegende, einen zweiten Leitungstyp aufweisende Teilbereich der Ba- sisschicht, der von einem isolierten Gate überdeckt ist. Aus dem DBP 26 25 917 ist es auch bekannt, diese Emitterkurzschlüsse während des Auftretens eines Zündstromimpulses wirksam zu schalten, um eine Zündung zu verhindern. Eine gemeinsame Anordnung von wenigstens einem steuerbaren n,m#itterkurzschluss, der nur als Stabilisierungskurzschluss dient, und wenigstens einem weiteren steuerbaren Emitterkurzschluss, der nur als Löschkurzschluss dient, auf einem Thyristor lässt sich jedoch hieraus nicht entnehmen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und leicht herzustellende.Ausführungsform eines Thyristors nach dem Hauptpatent anzugeben, der mit wenigstens einem Stabilisierungskurzschluss und zusätzlich mit wenigstens einem Löschkurzschluss versehen ist. Das wird durch eine Ausbildung desselben nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 2 erreicht. Der hiermit erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, dass die Herstellung der für die steuerbaren Emitterkurzschlüsse erforderlichen Halbleitergebiete im Rahmen derJenigen Dotierungsschritte erfolgt, die bereits zur Herstellung der einzelnen Halbleitergebiete bzw. -schichten des Thyristors benötigt werden, so dass der Mehraufwand für die steuerbaren Emitterkurzschlüsse sehr klein gehalten werden kann. Die Ansprüche 3 bis 5 betreffen Weiterbildungen des Thyristors nach der Erfindung, während die Ansprüche 6 und 7 auf Verfahren zum Betrieb eines. erfindungsgemässen Thyristors gerichtet sind. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2a und Fig. 2b Spannungs- Zeit-Diagramme zur Erläute- rung von Fig. 1, Fig. 3a und Fig. 3b weitere Spannungs-Zeit-Diagrwnme zur Erläuterung von Fig. 1, Fig. 4 eine Teilschaltung von Fig. 1, Fig. 5 eine andere Teilschaltung von Fig. 1 und Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 1 ist ein Thyristor mit einem aus dotiertem Halbleitermaterial, z. B. Silizium, bestehenden Halbleiterkör- per dargestellt, der vier aufeinanderfolgende Schichten abwechselnder Leitungstypen aufweist. Dabei bezeichnet man eine n-leitende Schicht 1 als den n-Emitter, eine p-leitende Schicht 2 als die p-Basis, eine n-leitende Schicht 3 als die n-Basis und eine p-leitende Schicht 4 als den p-Emitter. Der p-Emitter 4 ist mit einer Anode 5 aus leitendem Material, z. B. Aluminium, versehen, die einen Anschluss A hat, während der n-Emitter 1 eine Kathode 6 aus leitendem Material, z. B. Aluminium, mit einem Anschluss K aufweist. Randseitig zu dem n-Emitter 1 sind n-leitende Kurz schluss- gebiete 7 und 8 derart in die p-Basisschicht 2 eingefügt, dass sie sich bis zur Grenzfläche 9 des Halbleiterkörpers erstrecken. Die Kurzschlussgebiete 7 und 8 können zweck mässigerfeise zusammen mit zudem n-Emitter 1 in ein und dem- selben Dotierungsschritt hergestellt werden. Teilbereiche 10 und 11 der p-Basisschicht 2, die mit ihrer Breite den Abstand der Gebiete 7 und 8 von dem n-Emitter 1 bestimmen, sind von dünnen elektrisch isolierenden Schichten 12 und 13 überdeckt, auf denen Gates 14 und 15 angeordnet sind. Diese bestehen aus elektrisch leitendem Material, z. B. Aluminium, und sind jeweils mit Steueranschlüssen G1 und G2 verbunden. Leitende Belegungen 16, 17 überbrücken die pn-Ubergänge zwischen der p-3asisschicht 2 und den Kurz- schlussgebieten 7 und 8 an den vom n-Emitter 1 abgewandten Rändern der letzteren. Der linke Randbereich des n-Emit- ters 1 stellt dabei ein erstes und das Kurzschlussgebiet 7 ein zweites n-leitendes Halbleitergebiet einer MIS-Struktur M1 dar, zu der auch der p-leitende Teilbereich 10, die isolierende Schicht 12 und das Gate 14 gehören. In analoger Weise wird aus dem rechten Randbereich von 1 zusammen mit den Teilen 8, 11, 13 und 15 eine MIS-Struktur M2 gebildet. Die Struktur M1 ist als solche des Verarmur.gstyps ausbe- bildet, so dass bei spannungslosem Steueranschluss G1 ein n-leitender Kanal 18 an der Grenzfläche 9 unterhalb von 14 vorhanden ist, der die Gebiete 1 und 7 niederohmig miteinander verbindet. Dabei besteht der n-Kanal 18 entweder aus einem Inversionskanal, der durch ein an der Grenzfläche 9 bestehendes, den Teilbereich 10 beeinflussendes elektrisches Feld aufgebaut worden ist, oder aus einem dotierten Kanal, der durch eine flache n-Dotierung unmittelbar an der Grenzfläche 9 erzeugt worden ist. Führt man dem SteueranschluB G1 eine negative Spannung zu, so wird der n-Kanal 18 unterbrochen. Im Gegensatz hierzu ist die Struktur M2 als eine solche des Anreicherungst#n#'s ausgebildet, bei der in dem Teilbereich 11 ohne Zuführung einer Spannung an den Steuer- anschlup3 G2 kein Kanal ausaebildet ist. Erst bei Zufüh- rung einer positiven Spannung an den Steueranschluss G2 entsteht ein mit 19 bezeichneter und in Fig. 1 gestrichelt dargestellter n-leitender Inversionskanal. Die Struktur M1 bildet einen Halbleiterschalter, der in einem ersten Schaltzustand (spannungsloser Steueranschluss G1) den n-Emitter 1 mit dem Kurzschlussgebiet 7 und weiterhin über die leitende Belegung 16 auch mit der p-Basis schicht 2 niederohmig verbindet. In einem zweiten Schaltzustand (Zuführung einer negativen Spannung an al) wird diese niederohmige Verbindung dann unterbrochen bzw. hochohmig geschaltet. Somit stellt die Struktur Ml einschliess- lich der Belegung 16 einen ersten steuerbaren Emitterkurzschluss des Thyristors dar. Andererseits bildet M2 einen Halbleiterschalter, der in einem ersten Schaltzustand (Zu führung einer positiven Spannung an G2) den n-Emitter 1 mit dem Kurzschlussgebiet 8 und weiterhin über die Belegung 17 auch mit der t-Emitterschicht niederohmig verbindet, während er in einem zweiten Schaltzustand (spannungsloser Steueranschluss G2) diese Verbindung unterbricht. M2 bildet damit einschliesslich der Belegung 17 einen zweiten steuerbaren Emitterkurzschluss. Auf der p-Basisschicht ist eine-Zündelektrode 20 vorgesehen, die mit dem Anschluss s eines Zündstromkreises verbunden ist. In Betrieb sind die Steueranschlüsse G1 und G2 nach Fig. 1 im blockierenden Zustand des Thyristors zunächst von Spannungen Qreigeschaltet. Dabei ist der n-Emitter 1 wegen des wirksam geschalteten n-Kanals 18 über die Struktur Ml niederohmig mit der p-Basisschicht 2 verbunden, während über M2 wegen des fehlenden n-Kanals 19 keine niederohmige Verbindung zwischen den Teilen 1 und 2 besteht. Der steuerbare Emitterkurzschluss ist1, 16 ist also wirksam geschaltet und stabilisiert den Thyristor gegen unbeabsich- tigte Zündvorgänge beim Anliegen von grossen oder schnell ansteigenden Blockierspannungen zwischen den Anschlüssen A und K. Daher wird der Kurzschluss Mi, 16 im folgenden als Stabilisi erungskurzschluss bezeichnet. Zur Zündung des Thyristors wird dem Anschluss Z ein Zünd- stromimpuls Iz zugeführt. Gleichzeitig wird Gl für die Dauer des Zündvorgangs mit einem negativen Spannungsimpuls Pl beaufschlagt, der den n-Kanal 18 unterbricht und damit den Stabilisierungskurz schluss Ml, 16 während des gesamten ZL#dvorgangs unwirksam schaltet. Fig. 2a zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung UG1, die dem Steueranschluss Gl im Betrieb zuge führt wird. Wie hieraus hervorgeht, bleibt Gl spannungslos bis auf ein Zeitintervall t7 bis t2, in de# der Zünd- vorgang abläuft. In diesem Zeitintervall liegt ein Spannungsimpuls Pl von z. B. -5V an G1.Nach erfolgter Zün dung fliesst dann ein Laststrom eines bei A und K angeschlossenen Laststromkreises über den niederohmig geschalteten Thyristor. Soll der Thyristor im Zeitpunkt t3 trotz einer in Durchlassrichtung gepolten Spannung an A und K gelöscht werden, so wird der Emitterkurzschluss M2, 17 kurzzeitig von t3 bis t4 wirksam geschaltet. Fig. 2b zeigt die Zeitabhängigkeit einer Spannung UG2, die dem Steueranschluss G2 im Betrieb zugeführt wird. Wie hieraus hervorgeht, liegt nur im Zeitintervall t3 bis t4 ein Spannungsimpuls P2 von z. B. +5V an. Von t3 bis t4 sind dann beide Emitterkurzschlüsse Ml, 16 und M2, 17 wirksam, so dass die im Durchlasszustand des Thyristors die Basisschichten 2 und 3 überschwemmen- den Defektelektronen über Seide Kurzschlüsse zur Kathode 6 abgeleitet werden. Damit gelangt der Thyristor rasch wieder in den blockierenden Zustand. Da der Emitterkurzschluss M2, 17 lediglich zum Zwecke des Löschens des Thyristors wirksam geschaltet ist, wird er im folgenden als Löschen kurzschluss bezeichnet. Die M#S-Struktur Ml ist zweckmässigerweise im einzelnen so ausgebildet, dass der über Ml gesteuerte Emitter-Kurzschlusspfad 16, 7, 18 in seinem niederohmigen Zustand einen Widerstandswert aufweist, der zwar klein genug ist, um im blockierenden Zustand auftretende Störströme zur Kathode abzuleiten, aber immer noch so gross ist, dass er im Durchlasszustand, d. h. im stromführenden Zustand des Thyristors, nicht zum Löschen des Thyristors führt. Andersr- seits ist die MIS-Struktur M2 zweckmässigerweise so ausgebildet, dass der über M2 gesteuerte Emitter-Kurzschlusspfad 17, 8, 19 in seinem niederohmigen Zustand einen sehr kleinen Widerstandswert aufweist, so dass ein sicheres Löschen des Thyristors erreicht wird. Eine zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass die Struktur Ml ebenso wie M2 dem Anreicherungstyp angehört. Um die bereits beschriebene Wirkungsweise des Stabilisierungskurzschlusses Ml, 17 unverändert aufrecht zu erhalten, ist es in diesem Falle notwendig, dem Steueranschluss G1 anstelle des Impulses Pl eine Spannung U, entsprechend Fig. 3a zuzuführen. Diese weist vor dem Zündzeitpunkt t1 einen Pegel von z. 3. +5V auf, durch den die Bildung eines n-leitenden Inversionskanals 18 vezenlaBt wird. Während des Zündvorgangs, der im Zeitintervall tl bis t2 stattfindet, wird der Pegel auf OV abgesenkt, so dass der n-Kanal 18 für diesen Zeitraum aufgehoben wird. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Struktur M2 in Abweichung in Fig. 1 ebenso wie M1 als eine solche des Verarmungstyps ausgebildet. Dabei ist bei spannungslosem Anschluss G2 ein n-Kanal 19 vorhanden, der entweder aus einem durch ein elektrisches Oberflächenfeld erzeugten Inversionskanal oder aus einem dotierten n-Kanal besteht, welcher durch eine flache n-Diffu#ion im HaIblei- tierbereich 11 an der Grenzfläche 9 des Halbleiterkörpers erzeugt ist. Die bereits beschriebene Wirkungsweise des Löschkurzschlusses M2, 17 wird in diesem Fall bei einer Ansteuerung von G2 mit einer Steuerspannung UG2 gemass Fig.3b¯ erreicht. Diese weist ausserhalb des Zeitintervalls t3 bis t4 einen Pegel von z. B. -5V auf, durch den der Kanal 19 aufgehoben bzw. hochohmig geschaltet wird, während innerhalb dieses Zeitintervalls der Pegel auf OV angehoben wird, so dass der Löschkurzschluss M2, 17 von t3 bis t4 wirksam geschaltet ist. Eine Zusatzschaltung 22, die eingangsseitig mit Z und ausgangsseitig mit G1 verbunden ist, wird mit Vorteil dazu verwendet, um von der positiven Zündspannung, die beim Einspeisen von Iz am Anschluss Z entsteht, die am Anschluss Gl benötigte Spannung abzuleiten. wird für Gl ein Impuls Pl (Fig. 2a) benötigt, so besteht die Zusatzschaltung 22 gemäss Fig. 4 aus einer Polaritätsumkehrschaltung, z.- 3. einem invertierenden Verstärker 23. Zur Ableitung einer Spannung UGl1 besteht die Zusatzschaltung 22 aus einer Fo- laritätsumkehrschaltung mit Pegelverschiebung. Hierzu wird mit Vorteil ein Differenzverstärker 23a (Fig. 5) verwendet, dessen positiver Eingang mit einer Spannung +U beschaltet ist, die der Amplitude der an Z auftretenden Zündspannung entspricht, während sein negativer Eingang mit Z und sein Ausgang mit Gl beschaltet sind. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem an der Grenzfläche 9 des Halbleiterkörpers drei n-Emittergebiete la, 1b und 1c vorgesehen sind, die jeweils von Teilen 6a, 6b und 6c der Kathode kontaktiert werden. Die Teile 6a bis 6c sind an einen gemeinsamen Anschluss K geführt. Randseitig zu dem Emittergebiet la sind MIS-Strukturen M1a und M2a vorgesehen, die den Strukturen Ml und M2 von Fig. 1 nach Aufbau und Wirkungsweise entsprechen. Die Bezeichnungen einander entsprechender Schaltungsteile in den Figuren 1 und 6 unterscheiden sich lediglich da durch, dass die Bezeichnungen in Fig. 6 jeweils durch den Buchstaben a ergänzt sind. Randseitig zu dem n-Emittergebiet Ib sind in Fig. 6 zwei weitere MIS-Strukturen Mib und M2b vorgesehen, die den Strukturen M1 und M2 von Fig. 1 ebenfalls nach Aufbau und Wirkungsweise entsprechen. Das gleiche gilt für die Strukturen Mlc und M2c, die randseitig zu dem n-Emittergebiet lc angeordnet sind. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Gates der Strukturen Mla, Mib und Mlc mit einem gemeinsamen Steueranschluss G7 verbunden, so dass M1a, Mib und Mlc mit einem gemeinsamen Steueranschluss Gl verbunden, so dass Mla, Mib und Mlc jeweils Teile von Stabilisierungskurzschlüssen darstellen. In gleicher Weise sind die Gates von M2a, M2b und M2c mit einem gemeinsamen Steueranschluss G2 verbunden, so dass M2a, M2b und M2c Jeweils Teile von LöschkurzschlUs- sen bilden. Vervollständigt werden die Stabilisierungskurzschlüsse durch die jeweils links von den n-Emittergebieten vorgesehenen, leitenden Belegungen, z. B. 16a, und die Löschkurzschlüsse durch die Jeweils rechts von den n-Emittergebieten angeordneten leitenden Belegungen z. B. 17a. Wie Fig. 6 weiterhin zeigt, kann der p-Emitter 4 des Thyristors in eine Mehrzahl von p-Emittergebieten 4a, 4b und 4c aufgeteilt sein, die jeweils mit untereinander verbundenen Teilen Sai 5b und 5c der Anode versehen sind. Randseitig zu dem p-Emittergebiet 4a sind p-leitende Kurzschlussgebiete 24 und 25 in die n-Basisschicht 5 eingefügt, die sich bis zur Grenzfläche 9a des Halbleiterkörpers erstrecken. An den von dem Gebiet 4a abgewandten Rändern der Kurzschlussgebiete 24 und 25 sind jeweils leitende Belegungen 26 und 27 vorgesehen, die die pn-Übergänge zwischen den Gebieten 24 bzw. 25 und der n-Basisschicht 3 überbrücken. p-leitende Halbleiterbereiche 28 und 29, die mit ihrer Breite die Abstände der Kurzschlussgebiete 24 und 25 vom p-Emittergebiet 4a bestimmen, sind von dünnen, elektrisch isolierenden Schichten 30 und 31 überdeckt, auf denen Gates 32 und 33 angeordnet sind. Diese bestehen aus elektrisch leitendem Material, z. 3. Aluminium, und sind an einen gemeinsamen Anschluss G2' geführt. Es ergeben sich auf diese Weise zwei MIS-Strukturen M2d und M2e randseitig zu dem p-Emittergebiet 4a, zwei MIS-Strukturen M2f und M2g randseitig zu 4b und zwei MIS-Strukturen M2h und M2i randseitig zu 4c. Die Strukturen M2d bis M2i entsprechen jeweils der Struktur M2 von Fig. 1 nach AuSbau und Wirkungsweise, wobei ihren an einen gemeinsamen Steueranschluss G2' geschalteten Gates die gleichen Spannungen wie dem Steueranschluss G2, jedoch mit entgegengesetzter Polarität zugeführt werden. Die leitenden Belegungen, z. 3. 27, sind dabei Jeweils so grossflächig ausgeführt, dass sie die pn-Ubergänge von zwei nebeneinanderliegenden Kurzschlussgebieten, z. B. 25 und 34, gegenüber der n-Basisschicht 3 gemeinsam überbrücken. Die übrigen Schaltungsteile von Fig. 6 entsprechen den mit gleichen Bezugszeichen versehenen von Fig. 1. M2d bis M2i stellen jeweils Teile von Löschkurzschlüssen dar und werden durch die leitenden Belegungen, z. 3. 26 und 27, zu solchen ergänzt. Ein nach Fig. 6 ausgebildeter Thyristor wird durch Zuführung eines Spannungsimpulses P1 oder einer Spannung Ug1' an den Steueranschluss G1 sehr zünd#.empfindlich gemacht, was bei Zuführung eines Zündstromimpulses Iz an Z zu einem schnellen Zündvorgang führt. Andererseits wird der im stromführenden Zustand befindliche Thyristor durch Zuführung von P2 bzw. UG2' an den Steueranschluss G2 sowie von einer der beiden letztgenannten Spannungen mit umgekehrter Polung an G2' sehr schnell wieder gelöscht. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Thyristor können die MIS-Strukturen M2d bis M2i auch entfallen, wobei dann der p-Emitter entsprechend Fig. 1 als ungeteilte Schicht ausgebildet ist, die mit einer ungeteilten Anode 5 belegt ist. In den Figuren 1 und 6 kann die strichpunktierte Linie 40 Jeweils als die linke Begrenzung der Halbleiterkörper aufgefasst werden. Dabei können die in die Schichten 2 und 3 eingefügten Haibleitergebiete Jeweils eine langgestreckte Streifenform aufweisen und sich quer über die Grenzflächen 9 und 9a des Halbleiterkörpers oder über Teile davon erstrecken. Die längeren Abmessungen dieser Gebiete sind dann senkrecht zu den Zeichenebenen der Figuren 1 und 6 orientiert. In diesem Fall sind auch die Gates z. B. 14 und 15, die leitenden Belegungen, z. B. 16 und 17, die isolierenden Schichten, z. B. 12 und 13, und die Zündelektrode 20 mit Vorteil streifenförmig ausgebildet, wobei ihre längeren Abmessungen senkrecht zu den genannten Bildebenen liegen. Andererseits kann der Halbleiterkörper nach den Figuren 1 und 6 auch einen rotationssymmetrischen Aufbau mit der Linie 40 als Symmetrieachse aufweisen, wobei die einzelnen Schaltungsteile jeweils kreisringförmig ausgebildet sind. Im Rahmen der Erfindung kann auch der p-Emitter 4 des Thyristors mit steuerbaren Stabilisierungs- und Löschkurzschlüssen versehen sein. Zur Erläuterung dieser Schaltungsvariante können die Figuren 1 und 6 herangezogen werden, wenn man die Bezeichnungen der Anschlüsse A und K miteinander vertauscht, die Jeweils dargestellten Halbleitergebiete durch solche entgegengesetzter Leitfähigkeiten er setzt und den Anschlüssen die genannten Spannungen und Ströme mit Jeweils entgegengesetzten Polaritäten zuführt. Die Zündelektrode 20 und die leitenden Belegungen 16 bzw. 16a können auch zu einer gemeinsamen Belegung zusammengefasst sein, die mit dem Anschluss Z verbunden ist. Weiterhin kann auch die Belegung 16 bzw. 16a mit Z beschaltet sein, wobei dann die Zündelektrode 20 entfällt. Die Eindringtiefe der n-Emittergebiete 1, 1a, Ib und 1c sowie der Kurzschlussgebiete, z. B. 7 und 8, in die p-Basisschicht 2 kann beispielsweise 3juni betragen. Hierbei kommen dann für die Abstände der Kurzschlussgebiete, z. B. 7 und 8, von den zugeordneten n-Emittergebieten, z. B. 1, beispielsweise jeweils 5 ssxm in Betracht. Die lateralen Abmessungen der Kurzschlussgebiete 7, 8 in der Bildebene von Fig. 1 können z. B. jeweils zum betragen. Die Dicke des Halbleiterkörpers des Thyristors nach den Figuren 1 oder 6 liegt z. B. in einem Bereich von 200 um bis 1 mm. 7 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: PatentansDrüche 1. Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der einen von einer Kathode kontaktierten n-Emitter mit einer angrenzenden p-Basisschicht und einen von einer Anode kontaktierten p-Emitter mit einer angrenzenden n-Basisschicht aufweist, und mit an einer Grenzfläche des Halbleiterkörpers angeordneten, als MIS-Strukturen ausgebildeten, steuerbaren Emitterkurzschlüssen, Jeweils bestehend aus einem mit der Kathode (Anode) verbundenen, ersten Halbleitergebiet eines ersten Leitungstyps, einem mit einer Basisschicht verbundenen zweiten Halbleitergebiet des ersten' Leitungstyps und einem zwischen diesen Halbleitergebieten liegenden Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, der von einem gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isolierten Gate überdeckt ist, wobei wenigstens eine MIS Struktur dem Verarmungstyp und wenigstens eine MIS-Struktur dem Anreicherungstyp angehören und wobei' ein erster gemeinsamer Steueranschluss für die Gates der MIS-Strukturen des einen Typs und ein zweiter gemeinsamer Steueranschluss für die Gates der MIS-Strukturen des anderen Typs vorgesehen sind, nach DBP........... DBP (F29 45 324.5) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Halbleitergebiet einer MiS-Struktur (M1) aus einem Randbereich eines n(p)-Emitters (1) besteht, dass das zweite Halbleitergebiet aus einem in die p(n)-Basisschicht (2) eingefügten n(p)-leitenden Kurzschlussgebiet (7) gebildet ist, das über eine leitende Belegung (16) mit der p(n)-Ba- sisschicht (2) verbunden ist, und dass der von einem Gate (14) überdeckte Halbleiterbereich aus einem Teilbereich (10) der p(n)-Basisschicht (23 besteht. 2. Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der einen von einer Kathode kontaktierten n-Dnitter mit einer angrenzenden p-Basisschicht und einen von einer Anode kontaktierten p-Emitter mit einer angrenzenden n-Basisschicht aufweist, und mit an einer Grenzfläche des Halbleiterkörpers angeord neten, als MIS-Strukturen ausgebildeten, steuerbaren Emitterkurzschlüssen, jeweils bestehend aus einem mit der Kathode (Anode) verbundenen ersten Halbleitergebiet eines ersten Leitungstyps, einem mit einer Basisschicht verbundenen zweiten Halbleitergebiet des ersten Leitungstyps und einem zwischen diesen Halbleitergebieten liegenden Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, der von einem gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isolierten Gate überdeckt ist, wobei wenigstens zwei MIS-Strukturen vorgesehen sind, die einheitlich dem Verarmungstyp oder dem Anreicherungstyp angehören, wobei das Gate wenigstens einer der MIS-Strukturen mit einer Vorspannung beschaltet ist, die einen in dem überdeckten Halbleiterbereich bei spannungslosem Gate vorhandenen Halbleiterkanal beseitigt oder einen Halbleiterkanal aufbaut, und wobei das (die) mit der Vorspannung beschaltete (n) Gate(s) mit einem dritten gemeinsamen Steueranschluss und das (die) Gate(s) der übrigen MIS-Strukturen mit einem vierten gemeinsamen Steueranschluss verbunden sind, nach DBP (P 29 45 324.5) d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t dass das erste Halbleitergebiet einer MIS-Struktur (M1) aus einem Randbereich eines n(p)-Emitters (1) besteht, dass das zweite Halbleitergebiet aus einem in die p(n)-Basisschicht t2) eingefügten n(p)-leitenden Kurzschlussgebiet (7) gebildet ist, das über eine leitende Belegung (16) mit der p(n)-Basisschicht (2) verbunden ist, und dass der von einem Gate (14) überdeckte Halbleiterbereich aus einem Teilbereich (10) der p(n)-Basisschicht (2) besteht. 3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens eine MIS Struktur (M1) dem Verarmungstyp angehört und ein in ihren überdeckten Halbleiterbereich (10) eingefügtes Kanalgebiet (18) des ersten Leitungstyps aufweist. 4. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die p(n)-Basisschicht (2) mit einer Zündelektrode (20) versehen ist,die einen Anschluss (Z) für einen Zündstromkreis aufweist, und dass der Anschluss (Z) für den Zündstromkreis über eine Polaritätsumkehrschaltung (22), gegebenenfalls mit pegelverschiebender Funktion, mit dem ersten, zweiten, dritten oder vierten gemeinsamen Steuerspannungsanschluss (G1, G2) der MIS-Strukturen (Mi, M2) verbunden ist. 5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Kathode (6) und Anode (5) auf einander gegenüberliegenden Grenzflächen des Halbleiterkörpers angeordnet sind. 6. Verfahren zum Betrieb eines Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem ersten (vierten) gemeinsamen Steueranschluss (ai) ein die zugehörigen Emitterkurzschlüsse während des Zündvorgangs (t1 bis t2) aufhebender erster Spannungsimpuls (pol) einer ersten Polarität und dem zweiten (vierten) gemeinsamen Steueranschluss (G2) ein die zugehörigen Emitterkurzscblüsse während des Löschvorgangs (t3 bis t4) wirksamschaltender, zweiter Spannungsimpuls (P2) der entgegengesetzten Polarität zugeführt werden. 7. Verfahren zum Betrieb eines Thyristors nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine bei Zuführung eines Zündstromimpulses (Iz) am Anschluss Z für den Zündstromkreis abfallende Zündspannung umgepolt wird und, gegebenenfalls nach einer Pegelverschiebung, dem ersten, dritten oder vierten gemeinsamen Steueranschluss (G13 der MIS-Strukturen als eine die Emitterkurzschlüsse aufhebende Steuerspannung (Ug1, Um1') zugeführt wird.

Inventors: STOISIEK, MICHAEL, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1982
Main classification: H01L29
IPC codes: H01L29