DE1164575B

DE1164575B - Switching semiconductor component with at least four zones of alternating conductivity type

Info

Publication number: DE1164575B
Application number: DEW27967A
Authority: DE
Inventors: Ian Munro Ross
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1959-06-17
Filing date: 1960-06-03
Publication date: 1964-03-05

Description

Schaltendes Halbleiterbauelement mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps Die Erfindung betrifft ein schaltendes Halbleiterbauelement mit einem Haibleiterkörper, der mindestens vier Zonen mit abwechselndem Leitfähigkeitstyp enthält und an dem je eine ohmsche Elektrode mindestens an den beiden äußeren Zonen angebracht ist; insbesondere ein Halbleiterbauelement, das schnell von einem Zustand hohen Widerstands in einen Zustand geringen Widerstands durch Anlegen eines Schaltimpulses umgeschaltet werden kann.Switching semiconductor component with at least four alternating zones Conductivity type The invention relates to a switching semiconductor component a semiconductor body which has at least four zones with alternating conductivity types contains and on each of which one ohmic electrode at least on the two outer zones is appropriate; in particular a semiconductor device that changes rapidly from one state high resistance to a low resistance state by applying a switching pulse can be switched.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zupunde, die Schalteigenschaften von z. B. Vierschicht-Siliziumpnpn-Dioden oder Vierschicht-Oermaniumdioden zu verbessern. Die bekannten Siliziumdioden sind so konstruiert, daß sie entsprechend einer an die mittlere Grenzschicht angelegten Sperrspannung eine hohe Impedanz zwischen an die beiden Endschichten angeschlossene Elektroden bis zu Spannungen unter einem kritischen Durchschlagswert aufweist, der normalerweise der Durchbruchspannung der mittleren Sperrschicht der Diode entspricht. Ferner sind die bekannten Dioden so konstruiert, daß sie eine niedrige Impedanz zwischen diesen Elektroden aufweisen, wenn die angelegte Spannung den kritischen Wert überschritten hat und diese niedrige Impedanz aufrechtzuerhalten, auch wenn die angelegte Spannung unter den kritischen Wert fällt, sofern eine relativ kleine Haltespannung zwischen den beiden Elektroden stehenbleibt. The object of the invention is to improve the switching properties from Z. B. four-layer silicon pnpn diodes or four-layer Oermanium diodes. The known silicon diodes are designed in such a way that they correspond to one the middle boundary layer applied reverse voltage has a high impedance between an Electrodes connected to the two end layers up to voltages below one has a critical breakdown value, which is normally the breakdown voltage of the middle junction of the diode. Furthermore, the known diodes are like this designed to have a low impedance between these electrodes, when the applied voltage has exceeded the critical value and this is low Maintain impedance even when the applied voltage is below the critical Value falls if there is a relatively small holding voltage between the two electrodes stop.

Dieses Phänomen tritt bei einer Diode auf, deren effektiver a-Wert kleiner als 1 in einem bestimmten Strombereich ist und mindestens 1 für einen Strom oberhalb dieses Bereiches ist. Bei einer Siliziumdiode ergibt sich die gewünschte Variation des a mit dem Strom aus der Sättigung der Rekombinationszentren in Silizium. This phenomenon occurs with a diode whose effective a-value is less than 1 in a certain current range and at least 1 for a current is above this range. In the case of a silicon diode, the desired one results Variation of the a with the current from the saturation of the recombination centers in silicon.

Bei den bekannten Vierschicht-Germanium-pnpn-Dioden, z. B. bei den sogenannten »Shokley-Dioden«, wird die Variation des a in der oben beschriebenen Art dadurch erreicht, daß eine relativ breite Zwischenzone vorgesehen wird, in der elektrische Feld effekte ein wachsendes a mit wachsendem Strom bewirken. In the known four-layer germanium pnpn diodes, e.g. B. at the so-called "Shokley diodes", is the variation of the a in the one described above Kind achieved by providing a relatively wide intermediate zone in which electric field effects cause a growing a with an increasing current.

Eine Schwierigkeit beim Betrieb der bekannten Dioden, die auf der Variation des a mit dem Strom zum Schalten beruht, ist ein Phänomen, das allgemein als dynamischer Durchbruch bezeichnet wird. Durch dieses Phänomen erfolgt ein Durchbruch des Zustandes hohen Widerstandes bei einem angelegten Spannungsimpuls, dessen Amplitude kleiner als die Durchbruchspannung ist, wenn die Impulsfront des angelegten Spannungsimpulses steil genug ist. A difficulty in operating the known diodes based on the Variation of the a based on the current for switching is a general phenomenon called a dynamic breakthrough. A breakthrough occurs through this phenomenon the state of high resistance with an applied voltage pulse, its amplitude is less than the breakdown voltage when the pulse front of the applied voltage pulse is steep enough.

Eine Analyse dieser Erscheinung zeigt, daß sie auf den großen dielektrischen Verschiebungsstrom zurückzuführen ist, der bei Spannungsimpulsen mit steiler Front auftreten kann. Diese Erscheinung tritt deshalb besonders auf, weil eine Diode der in Rede stehenden Art hauptsächlich durch den Strom betätigt wird, d. h. der Durchbruch erfolgt, wenn der Strom einen genügend hohen Wert erreicht, so daß das effektive a der Diode den Wert 1 ülberschreibetX In einer solchen Diode werden beim Aufladen der Kapazität der mittleren Sperrschicht entsprechend der angelegten Spannung Majoritätsträger zeitweilig zu den beiden Zwiscl'saschichten geführt, wodurch sich ein Stromfluß einstellt. Wenn die angelegte Spannung eine ausreichend steile Front hat und die Sperrschichtkapazität ausreichend groß ist, kann genügend Verschiebungsstrom fließen, um einen Durchbruch zu verursachen. An analysis of this phenomenon shows that it is due to the large dielectric Displacement current is due to the voltage pulses with a steep front can occur. This phenomenon occurs particularly because a diode of the in question is operated mainly by the current, d. H. the breakthrough occurs when the current reaches a sufficiently high value so that the effective a of the diode overwrites the value 1X In such a diode, when charging the capacitance of the middle junction corresponding to the applied voltage majority carriers Temporarily led to the two intermediate layers, creating a flow of current adjusts. If the applied voltage has a sufficiently steep front and the Junction capacitance is sufficiently large, sufficient displacement current can flow to cause a breakthrough.

Der Erfindung liegt daher insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein schaltendes Halbleiterbauelement der eingangs beschriebonen Art zu schaffen, das die gewünschten Schalteigenschaften aufweist, jedoch gegen dynamischen Durchbruch relativ unempfindlich ist. Darüber hinaus sollte ein solches Halbleiterbauelement trotzdem eine niedrige Schaltspannung aufweisen, einen Eleinen Einschaltstrom, kleine Haltespannung und geringen Widerstand im DurchsohRags- bereich und trotzdem relativ stabil und leicht zu handhaben sein. The invention is therefore based in particular on the object of a To create a switching semiconductor component of the type described at the beginning, the has the desired switching properties, but against dynamic breakthrough is relatively insensitive. In addition, such a semiconductor component should nevertheless have a low switching voltage, an inrush current, small Holding voltage and low resistance in the through-hole area and still be relatively stable and easy to use.

Diese Aufgaben werden bei einem solchen schaltenden Halbleiterbauelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Zwischenzone aus zwei Schichten gleichen Leitfähigkeitstyps besteht. daß die erste Schicht an eine Endzone angrenzt und einen höheren spezifischen Widerstand als die zweite Schicht und die übrigen Zonen hat, daß die erste Schicht mehrere Male dicker als die zweite Schicht ist und daß die Fläche des Übergangs zwischen der ersten Schicht und der benachbarten Endzone mehrere Male größer als die Fläche des Übergangs zwischen der zweiten Schicht und der angrenzenden Zwischenzone ist. These tasks are performed with such a switching semiconductor component solved according to the invention in that at least one intermediate zone consists of two layers of the same conductivity type. that the first layer is adjacent to an end zone and a higher specific resistance than the second layer and the rest Zones has that the first layer is several times thicker than the second layer and that the area of the transition between the first layer and the adjacent one End zone several times larger than the area of the transition between the second layer and the adjacent intermediate zone.

Die Erfindung kann auch zur Verbesserung anderer Halbleiterbauelemente, z.B. gesteuerter Gleichrichter oder Thyristoren, benutzt werden, bei denen ebenfalls Halbleiterblöcke mit vier Zonen benutzt werden, aber zusätzlich weitere Elektroden, z. B. eine Steuerelektrode an einer der beiden Zwischenzonen, vorgesehen sind. Die Halbleiterbauelemente können dadurch verbessert werden, daß die bisher benutzten Blöcke mit vier Zonen durch Blöcke mit fünf Zonen des erfindungsgemäßen Aufbaus ersetzt werden. The invention can also be used to improve other semiconductor components, e.g. controlled rectifiers or thyristors, where also Semiconductor blocks with four zones are used, but additional electrodes are used, z. B. a control electrode are provided on one of the two intermediate zones. the Semiconductor components can be improved in that those previously used Blocks with four zones by blocks with five zones of the structure according to the invention be replaced.

Die Erfindung soll an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert werden; in der Zeichnung zeigen F i g. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen eines pnpan-Halbleiterblocks und Fig.5 die Spannungs-Strom-Kennlinie der Ausführungsformen. The invention is intended to be based on the exemplary embodiments shown in the drawing are explained in detail; in the drawing show F i g. 1 to 4 different Embodiments of a pnpan semiconductor block and FIG. 5 the voltage-current characteristic of the embodiments.

Die in F 1 g. 1 dargestellte Diode 10 umfaßt einen Halbleiterblock, zweckmäßigerweise aus einkristallinem Silizium, der durch fünf aufeinanderfolgende Bereiche oder Schichten 11, 12, 13, 14 und 15 gekennzeichnet ist, sowie Elektrodenl6 und 17, die niederohmigen Kontakt zu den Endschichten 11 bzw. The in F 1 g. 1 shown diode 10 comprises a semiconductor block, expediently made of single-crystal silicon, which is replaced by five consecutive Areas or layers 11, 12, 13, 14 and 15 is identified, as well as electrodesl6 and 17, the low-resistance contact to the end layers 11 and

15 herstellen. Die Schichten 11 und 13 sind ptleitend mit relativ geringem Widerstand. Die Schichten 12 und 15 sind n-leitend mit verhältnismäßig geringem Widerstand. Die Schicht 14 ist z leitend, d. h. pWleitend mit relativ hohem Widerstand. Insbesondere soll der mittlere spezifische Widerstand der Schicht 14 mindestens mehrere Male größer sein als der der Schicht 13. Die Schichten 11, 12 und 13 sind relativ dünn und die Schichten 14 und 15 relativ dick. Es ist besonders wichtig, daß die Schicht 14 mindestens mehrere Male dicker ist als die Schicht 13. Ferner haben die Grenzschichten zwischen den Schichten 11 und 12, den Schichten 12 und 13 und den Schichten 13 und 14 eine kleinere Fläche als die der Grenzschicht zwischen den Schichten 14 und 15. Vorteilhafterweise hat die npSperrschicht zwischen den Schichten 12 und 13 eine mehrfach kleinere Fläche, als die n-Sperrschicht zwischen den Schichten 14 und 15.15 make. Layers 11 and 13 are conductive with relative low resistance. The layers 12 and 15 are n-type with relative low resistance. Layer 14 is z conductive; H. pLiving with a relatively high Resistance. In particular, the mean specific resistance of the layer 14 should be at least several times larger than that of the layer 13. The layers 11, 12 and 13 are relatively thin and layers 14 and 15 are relatively thick. It is special It is important that the layer 14 is at least several times thicker than the layer 13. Furthermore, the boundary layers between layers 11 and 12 have the layers 12 and 13 and the layers 13 and 14 have a smaller area than that of the boundary layer between layers 14 and 15. Advantageously, the np barrier layer has between layers 12 and 13 have an area several times smaller than the n-barrier layer between layers 14 and 15.

In einer speziellen Ausführung hatten die aufeinanderfolgenden Schichten Dicken von 0,0038, 0,0064, 0,075 und 0,064 mm; die Schichten 11, 12 und 13 waren ungefähr 0,127 mm2 im Quadrat und die Schichten 14 und 15 ungefähr 0,381 mm2 im Quadrat. In a special design, the successive layers had Thicknesses of 0.0038, 0.0064, 0.075 and 0.064 mm; layers 11, 12 and 13 were about 0.127mm2 square and layers 14 and 15 about 0.381mm2 Square.

Die Diode 10 wird so in eine Schaltung eingesetzt, daß die Umschaltung vom Zustand hohen Widerstandes in einen Zustand geringen Widerstandes entsprechend einer mit der gezeigten Polarität angelegten Spannung eintritt. in F i g. 5 ist die Strom-Spannungs-Kennlinie einer derartigen Diode als durchgezogene Kurve dargestellt. The diode 10 is used in a circuit that the switching correspondingly from the state of high resistance to a state of low resistance a voltage applied with the polarity shown occurs. in Fig. 5 is the Current-voltage characteristic of such a diode shown as a solid curve.

Die Durchbruchspannung entspricht VB, die Haltespannung V5 und der Einschaltstrom 1T Die Diode kann durch mehrere aufeinander folgende Dampf-Festkörper-Diffusionen bekannter Art hergestellt werden. Insbesondere kann ein .a-leitender Siliziumblock auf einer Seite drei getrennten Dampf-Festkörper-Diffusionen ausgesetzt werden, so daß die Schichten 11, 12 und 13 gebildet werden und die andere Oberfläche einer getrennten Dampf-Festkörper-Diffusion ausgesetzt werden, so daß die Schicht 15 gebildet wird. Das ursprüngliche a-leitende Material bildet die Schicht 14. Die den drei Behandlungen ausgesetzte Oberfläche kann danach in bekannter Weise abgeätzt werden, so daß eine Insel mit den drei Diffusionsschichten gebildet wird. Die Elektroden 16 und 17 werden in bekannter Weise angebracht.The breakdown voltage corresponds to VB, the holding voltage corresponds to V5 and the Inrush current 1T The diode can be caused by several successive vapor-solid diffusions known type. In particular, an .a-conductive silicon block are exposed to three separate vapor-solid diffusions on one side, so that layers 11, 12 and 13 are formed and the other surface is one separate vapor-solid diffusion are exposed, so that the layer 15 is formed will. The original a-conductive material forms layer 14. The three Surface exposed to treatments can then be etched off in a known manner, so that an island is formed with the three diffusion layers. The electrodes 16 and 17 are attached in a known manner.

Eine solche Diode hat verschiedene Eigenschaften, die dazu beitragen, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird. Such a diode has various properties that help that the object underlying the invention is achieved.

Zunächst reduziert die Herabsetzung der Fläche der mittleren npGrenzschicht, die in Sperrspannung betrieben wird, auf eine erheblich kleinere Fläche als der Querschnitt im Hauptteil des Blockes entsprechend die Kapazität dieser Sperrschicht und damit die Ladung, die bei Anlegen einer Spannung fließen muß, so daß die Wahrscheinlichkeit eines dynamischen Durchbruchs herabgesetzt wird, ohne daß nennenswert die Robustheit und die Behandiungsmöglichkeit des Blockes vennindert wird. First of all, reducing the area of the middle np boundary layer, which is operated in reverse voltage, on a considerably smaller area than the Cross-section in the main part of the block corresponding to the capacity of this barrier layer and thus the charge that must flow when a voltage is applied, so that the probability a dynamic breakthrough is reduced without the robustness being appreciable and the possibility of treatment of the block is reduced.

Ferner ist der in den Zwischenschichten auf Grund der Aufladung der Kapazität der in Sperrspannung betriebenen mittleren np-Sperrschicht fließende dielektrische Strom umgekehrt proportional dem Quadrat der Dicke der Zwischenschichten. Die Einfügung der relativ dicken Schicht erhöht die Dicke der Zwischenschichten wirksam und setzt entsprechend den Dauerzustandsstrom herab, der auf Grund der von der Kapazität der npGrenzschicht entsprechend dem Impuls einer steilen Wellenfront abgegebenen Ladung fließt. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit eines dynamischen Durchbruchs weiter herabgesetzt. Furthermore, that in the intermediate layers is due to the charging of the Capacity of the middle np junction operated in reverse voltage, flowing dielectric Current inversely proportional to the square of the thickness of the intermediate layers. The insertion the relatively thick layer effectively increases the thickness of the intermediate layers and sets according to the steady state current, which is due to the capacity of the np boundary layer corresponding to the impulse of a steep wavefront emitted charge flows. Accordingly, the probability of dynamic breakthrough becomes further reduced.

Da jedoch die zusätzliche Schicht hohen spezifischen Widerstand hat, ist das effektive a der Diode wenig beeinflußt, und zwar wegen der wenigen Rekombinationen in der schwach dotierten Schicht. However, since the additional layer has high resistivity, the effective a of the diode is little affected, because of the few recombinations in the lightly doped layer.

Demnach ist die verringerte Empfindlichkeit gegen dynamischen Durchbruch erreicht worden, ohne daß der Einschaltstrom, der zum Umschalten der Diodenimpedanz erforderlich ist, in unerwünschter Weise anwächst. Das würde dann nicht der Fall sein, wenn die zusätzliche Dicke einfach durch Erhöhen der Dicke der Schicht 13 mit niedrigem Widerstand vorgenommen worden wäre.Accordingly, the sensitivity to dynamic breakthrough is decreased has been achieved without the inrush current required to switch the diode impedance is required, grows in an undesirable manner. That would not be the case then if the additional thickness is simply increased by increasing the thickness of layer 13 would have been made with low resistance.

Dadurch, daß Schichten 14 und 15 mit relativ großer Dicke und Querschnitt vorgesehen sind, ergibt sich eine Diode, die verhältnismäßig robust und leicht zu handhaben ist. Darüber hinaus bewirkt der große Querschnitt dieser Schichten, daß im Durchbruchszustand ein geringer Widerstand vorhanden ist, ohne daß die Kapazität der Diode merkbar erhöht wird. By having layers 14 and 15 with a relatively large thickness and cross-section are provided, the result is a diode that is relatively robust and easy to use handle is. In addition, the large cross-section of these layers causes in the breakdown state there is a low resistance without the capacitance the diode is noticeably increased.

Die Tatsache, daß die Schichten 11, 12 und 13 dünn gewählt wurden, ergibt ebenfalls einen geringen Widerstand der Diode.The fact that layers 11, 12 and 13 were chosen to be thin also results in a low resistance of the diode.

Da die Schichten 12 und 13 geringen spezifischen Widerstand haben, ist der Durchbruch der Sperrschicht zwischen den beiden bei niedrigen Spannungen möglich, d. h., die Diode hat eine kleine Schaltspannung. Das würde nicht der Fall sein, wenn Schicht 12 oder Schicht 13 hohen spezifischen Widerstand hätten. Since the layers 12 and 13 have low specific resistance, is the breakthrough of the barrier layer between the two at low Tensions possible, d. that is, the diode has a small switching voltage. That wouldn't be the case if layer 12 or layer 13 had high resistivity.

Die Tatsache, daß diese beiden Schichten dünn sind, trägt ebenfalls dazu bei, daß nur ein kleiner Einschaltstrom und eine geringe Haltespannung erforderlich sind. The fact that these two layers are thin also helps contributes to the fact that only a small inrush current and a low holding voltage are required are.

Der niedrige spezifische Widerstand der Schichten 11 und 15 trägt ebenfalls dazu bei, einen geringen Widerstand zu erzielen, sowohl direkt als auch dadurch, daß Elektroden mit kleinem Kontaktwiderstand angebracht werden können. The low specific resistance of the layers 11 and 15 contributes also helps to achieve low resistance, both directly and in that electrodes with small contact resistance can be attached.

Die mit der Erfindung angestrebten Ziele können noch weiter gefördert werden, wenn eine 7Schicht, n-leitende Schicht mit hohem spezifischem Widerstand, zwischen der p-Schicht 11 und der Schicht 12 vorgesehen wird, das ist jedoch normalerweise nicht notwendig. The aims aimed at by the invention can be further promoted if a 7-layer, n-type layer with high resistivity, is provided between the p-layer 11 and the layer 12, but that is normally unnecessary.

Die in Fig. 2 dargestellte Diode 20 weist eine np-Sperrschicht auf, die kleiner als die an-Sperrschicht ist, ohne daß bei der Herstellung der Diode ein Ätzvorgang erforderlich wäre. Der Halbleiterkristall enthält fünf Schichten in der Folge 21, 22, 23, 24 und 25. Die Schicht 21 ist p-leitend und relativ dünn, und sie erstreckt sich über den ganzen Kristall. The diode 20 shown in Fig. 2 has an np junction, which is smaller than the an-junction without affecting the manufacture of the diode an etching process would be required. The semiconductor crystal contains five layers in the sequence 21, 22, 23, 24 and 25. Layer 21 is p-conductive and relatively thin, and it extends all over the crystal.

Die Schicht 22 ist n-leitend, relativ dünn und erstreckt sich ebenfalls über den ganzen Kristall. Die Schicht 23 ist p-leitend, relativ dünn und ist nur in der Mitte des Kristalls vorhanden. Die Schicht 24 ist n-leitend, relativ dick und erstreckt sich über den ganzen Kristall. Die Schicht 25 ist n-leitend, relativ dick und erstreckt sich über den ganzen Kristall. Auch in diesem Kristall ist die Fläche der np-Sperrschicht kleiner als die Flächen der n-Sperrsohichit zwischen den Schichten 24 und 25 und der pn-Sperrschicht zwischen den Schichten 21 und 22.Layer 22 is n-type, relatively thin and also extends all over the crystal. The layer 23 is p-type, relatively thin and is only present in the center of the crystal. The layer 24 is n-type, relatively thick and extends all over the crystal. Layer 25 is n-type, relative thick and extends all over the crystal. This is also in this crystal Area of the np-barrier layer smaller than the areas of the n-barrier layer between layers 24 and 25 and the pn junction between layers 21 and 22.

- Ein solcher Kristall kann in der Weise hergestellt werden, indem bei der obengenannten Dampf-Festkörper Diffusion eine Maskierung angewandt wird, um die erste der drei Diffusionen in eine Oberfläche auf eine begrenzte Fläche zu beschränken. Die gestricheite Linie IgiQbt das Ausmaß einer solchen Diffusion an. - Such a crystal can be made in the manner by masking is used in the above-mentioned vapor-solid diffusion, around the first of the three diffusions in a surface to a limited area restrict. The dashed line IgiQ indicates the extent of such a diffusion.

In dieser Diode wird die Schaltspannung durch die Durchbruchspan,n,ung der npSperrschicht mit begrenzter Fläche vorgegeben und kann dementsprechend leicht auf einen bequemen niedrigen Wert gebracht werden. Die nSperrschicht mit großer Fläche hat eine höhere Durchbruchspannung wegen des schwächeren Störstellengradienten und hat deshalb nur einen kleinen Einfluß auf die Schaltspannung. Die Kapazität der nndperrschicht ist jedoch trotz ihrer großen Fläche aus demselben Grunde klein und trägt deshalb nicht nennenswert zur Kapazität der npdperrschicht bei, wodurch der dielektrische Verschiebungsstrom beim Auftreten eines Impulses mit steiler Wellenfront weiterhin klein bleibt. In this diode, the switching voltage is determined by the breakdown voltage, n, ung The np barrier layer is given with a limited area and can accordingly be easily be brought to a convenient low value. The n barrier layer with large Area has a higher breakdown voltage because of the weaker impurity gradient and therefore has only a small influence on the switching voltage. The capacity however, despite its large area, the barrier layer is small for the same reason and therefore does not contribute significantly to the capacity of the NP barrier layer, whereby the dielectric displacement current when a pulse with a steep wavefront occurs remains small.

Die Gesichtspunkte für die Entwurfsparameter der übrigen Schichten entsprechen denen in Verbindung mit der Diode nach Fig. 1 besprochenen. The considerations for the design parameters of the remaining layers correspond to those discussed in connection with the diode of FIG.

F i g. 3 zeigt eine pnpzn-Diode 30 aus fünf aufeinanderfolgenden Schichten 31, 32, 33, 34 und 35 und Elektroden36, 37 an den Endschichten 31 und 35, bei der die np-Spextschicht begrenzter Fläche zwischen den Schichten 32 und 33 nicht unterhalb der pn-Sperrschicht mit begrenzter Fläche zwischen den Schichten 31 und 32 liegt. F i g. 3 shows a pnpzn diode 30 of five consecutive ones Layers 31, 32, 33, 34 and 35 and electrodes 36, 37 on the end layers 31 and 35, in which the np spext layer of limited area between layers 32 and 33 not below the pn junction with limited area between layers 31 and 32 lies.

In dieser Diode tritt der Durchbruch auch weiterhin an der np-Sperrschicht auf, der sich ergebende lawinenartig anschwellende Strom wird jedoch nicht durch clas a der Schicht 32 beeinflußt. Damit zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie der Diode einen rechteckige ren Verlauf der negativen Widerstandskennlinie, wie durch die gestrichelte Linie in Fig.S angedeutet ist. Dies setzt die Wahrscheinlichkeit eines dynamischen Durchbruchs weiter herab, da mehr Strom zur Umschaltung bei Spannungen unterhalb der Durchbruchspannung erforderlich ist. In this diode, the breakdown continues to occur at the np junction on, the resulting avalanche-like swelling current is not through clas a of the layer 32 is influenced. The current-voltage characteristic shows the Diode a rectangular ren course of the negative resistance characteristic, as by the dashed line in Fig.S is indicated. This sets the probability of a dynamic breakdown further down as there is more current to switch over at voltages below the breakdown voltage is required.

F i g. 4 zeigt eine Diode 40, die einen Kurzsohlußkontakt zur besseren Beherrschung des Einschaltstromwertes aufweist. Sie enthält einen Halbleiberkörper mit papan-Aufbau aus den Schichten 41, 42, 43, 44 bzw. 45 und den Elektroden 46 und 47. Die Elektrode 47 ist niederohmig mit der Schicht 45 verbunden, während die Elektrode 46 niederohmig mit den beiden Schichten 41 und 42 verbunden ist. Um das zu erleichtern, hat die pn-Sperrschicht zwischen den Schichten 41 und 42 nur eine begrenzte Ausdehnung. Die npSperrschicht zwischen den Schichten 42 und 43 liegt unterhalb der pn-Sperrschicht und hat eine kleinere Fläche als diese. F i g. 4 shows a diode 40 which has a Kurzsohlußkontakt for better Has control of the inrush current value. It contains a half-body with a papan structure made up of layers 41, 42, 43, 44 or 45 and electrodes 46 and 47. The electrode 47 is connected to the layer 45 with low resistance, while the Electrode 46 is connected to the two layers 41 and 42 with low resistance. To that To facilitate this, the pn junction between layers 41 and 42 has only one limited expansion. The np barrier layer lies between layers 42 and 43 below the pn junction and has a smaller area than this.

Zum Schalten wird die npSperrschicht durchbrochen, und der lawinenartige Strom fließt seitlich von der Mitte der Schicht 42 zu den Kurzschiußelektroden 46 nach außen. Dementsprechend ist der effektive Wert für den lawinenartig anschwellenden Strom durch die Schicht 42 zur Elektrode 46 länger, als er normalerweise sein würde, wenn die np-Sperrschicht sich über den ganzen Kristall erstrecken würde. Dementsprechend hat der wirkliche Strompfad einen höheren Widerstand, und der Spannungsabfall darüber ist höher. Dieser Spannungsabfall sorgt für eine entsprechendeVorspannun!g in Flußrichtung für die pnperrschicht zwischen den Schichten 41 und 42. Dementsprechend ist der Einschaltstrom wesentlich kleiner. For switching, the np barrier layer is broken, and the avalanche-like one Current flows laterally from the center of the layer 42 to the short-circuit electrodes 46 outward. The effective value for the avalanche-like swelling is accordingly Current through layer 42 to electrode 46 longer than it would normally be, if the np barrier would extend all over the crystal. Accordingly the real current path has a higher resistance, and the voltage drop across it is higher. This voltage drop ensures a corresponding bias in the flow direction for the barrier layer between layers 41 and 42. Accordingly, the Inrush current is much smaller.

Wie bereits erwähnt, sind die Prinzipien der Erfindung zwar vorwiegend für pnpn-SiliXumdioden von Interesse, jedoch auch auf andere Einrichtungen anwendbar. Insbesondere sind die Prinzipien auch auf die pnpn-Germaniumdioden anwendbar, die eine breite Zwi,scihershicht aufweisen und elektrische Feldeffekte darin dazu benutzen, die gewünschte Erhöhung des a mit wachsendem Strom zu erzielen, die für Schaltdioden dieser Art bedeutsam ist. Wenn z. B. eine der Dioden der in F i g. 1 bis 4 veranschaulichten Art aus Germanium statt aus Silizium aufgebaut werden soll, so ist die Dicke der neitenden Zwischenschicht zu erhöhen. As noted, while the principles of the invention are predominant of interest for pnpn silicon diodes, but also applicable to other devices. In particular, the principles are also applicable to the pnpn germanium diodes that have a broad perspective and use electrical field effects to to achieve the desired increase in a with increasing current, which is necessary for switching diodes of this kind is significant. If z. B. one of the diodes in FIG. 1 to 4 illustrated Kind of made of germanium instead of silicon, so the thickness is the increasing intermediate layer.

Darüber hinaus können die Prinzipien der Erfindung auch auf Thyristoren oder gesteuerte Gleichrichter derart anewan,dt werden, die durch Hinzunahme einer zusätzlichen Steuerelektrode, die rein ohmisch an die n-leitende oder die p-leitende Zwischenschicht der in F i g. 1, 2 und 3 dargestellten Art angeschlossen wird. In addition, the principles of the invention can also be applied to thyristors or controlled rectifiers such anewan, dt are that by adding a additional control electrode, which is purely ohmic to the n-conducting or the p-conducting Interlayer of the in F i g. 1, 2 and 3 shown type is connected.

Daraus ergibt sich, daß die beschriebenen speziellen Auslühungsformen lediglich die Grundprinzipien der Erfindung erläutern können. Verschiedene andere Ausführungsformen können entworfen werden, ohne von dem Erfindungsprinzip abzuweichen. Selbstverständlich ist z. B. ein npnx1pHalibleierblock für jede der Dioden verwendbar. Die speziellen Konstruktionen sind darauf abgestellt, daß die Diode mit kleiner Spannung und kleinem Einschaltstrom umgeschaltet werden kann und im Einschaltzustand einen niedrigen Haltestrom und einen kleinen Widerstand aufweist. Solche Eigenschaften können leicht abgeändert werden, falls gewünscht, indem bekannte Prinzipien angewandt werden, die mit der Lehre der Erfindung nicht in Widerspruch stehen. It follows that the special Auslühungsformen described can only explain the basic principles of the invention. Various others Embodiments can be devised without departing from the principle of the invention. Of course, z. B. a npnx1p semifinished block can be used for each of the diodes. The special constructions are geared towards the fact that the diode can be switched with low voltage and low inrush current and in On state has a low holding current and a small resistance. Such properties can easily be modified, if desired, by known means Principles are applied that are not inconsistent with the teaching of the invention stand.

Claims

Claims: 1. Switching semiconductor component with a semiconductor body, which contains at least four zones with alternating conductivity types and on which one ohmic electrode is attached to at least the two outer zones, characterized in that at least one intermediate zone made up of two layers (13, 14) of the same conductivity type that the first layer (14) is at an end zone (15) adjoins and has a significantly higher specific resistance than the second Layer (13) and the remaining zones (11, 12, 15) has that the first layer (14) several times thicker than the second layer (13) and that the area of the transition between the first layer (14) and the adjacent end zone (15) several times larger as the area of the transition between the second layer (13) and the adjacent one Intermediate zone (12) is.

2. Switching semiconductor component according to claim 1, characterized in that that the first layer (24, 34, 44) of the intermediate zone and that of the second layer (23, 33, 43) adjoining intermediate zone (22, 32, 42) completely over the cross section of the semiconductor body and that the second layer (23, 33, 43) between the adjacent intermediate zone (22, 32, 42) and the first layer (24, 34, 44) is and only over a limited part of the cross section of the semiconductor body extends (fig. 2, 3, 4).

3. Switching semiconductor component according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the second layer (33, 43) is closest to the intermediate zone located end zone (31, 41) only over a limited part of the cross-section of the HadS conductor body extends (Fig. 3, 4).

4. Switching semiconductor component according to claim 3, characterized in that that the end zone (31) and the second layer (33) of the intermediate zone are relative to the central axis of the semiconductor body are laterally offset from one another (Fig. 3).

5. Switching semiconductor component according to one of claims 1 to 4, characterized in that a first electrode (46) has a low resistance to both the the end zone (41) closest to the second layer (43) and to the adjacent one Intermediate zone (42) and a second electrode (47) with low resistance only to the other end zone (45) are attached (Fig. 4).

6. Switching semiconductor component according to claim 5, characterized in that that the transition between the second layer (43) of the intermediate zone and the adjacent Intermediate zone (42) occupies a smaller area than the transition between the intermediate zone (42) and the adjoining end zone (41 in FIG. 4).

Publications considered: German Auslegeschriften No. 1021891, 1035779, W11064VIIIa / 21a2 (bekanatgenacht on August 23rd

1956); U.S. Patent No. 2,869,084; Belgian patent specification no. 547906.