DE1639069A1

DE1639069A1 - Halbleiterelement

Info

Publication number: DE1639069A1
Application number: DE19681639069
Authority: DE
Inventors: Gerald Whitting
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1967-01-26
Filing date: 1968-01-24
Publication date: 1970-06-25
Also published as: NL6801128A; US3538398A; GB1140822A; FR1550640A

Description

MTINTANWKLTI,

DR. E. WIEGAND DIPUNG. W. NIEMANN '^ * " ^ü " "

DR. M. KOHLER DIPUNG. C GERNHARDT

MÖNCHEN HAMÖURG

telefon: 395314 2000 HAMBURG 50, 22. Januar 1968

TElEGRAMMEi KARPATENT KONIGSTRASSE 28

W.23042/67 12/Ne

Westinghouse Brake and Signal Company Limited,

London (England) . ^

Halbleiterelement. .

Die Erfindung bezieht sich auf Halb!eiterelemente. -Durch die Erfindung ist ein Halbleiterelement geschaffen mit einem ersten Bereich eines Leitfähigkeitstyps und einem zweiten Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, wobei die Bereiche zwischen sich einen ersten pn übergang schaffen, der auf dem Umfang in einer Fläche des Eleroen- I tes endigt. Ein solches Halbleiterelement ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Bereich des einen Leitfähigkeitstyps,'der mit dem zweiten Bereich einen Sehutzübergang schafft undvon dem ersten Übergang in einem solchen Abstand liegt, daß„im Betrieb die Sperrschicht oder Verarmungsschicht in dem zweiten Bereich, der den ersten Übergang erreicht, in die Sperrschicht in

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dem zweiten Bereich übergeht, der den Schutzübergang erreicht, wobei der zusätzliche Bereich sich, nur teilweise rund um den ersten Übergang erstreckt und relativ zu dem ersten-Übergang nahe einem Teil von diesem angeordnet ist, an welchem bei Nichtvorhandensein des Schutzüberganges das Element im Betrieb dem Flächendurchsenlag bzw. Flächendurchbruch am meisten ausgesetzt ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl solcher zusätzlicher Bereiche vorgesehen ist, die sich zusammen nicht vollständig um den ersten Übergang erstrecken und relativ zu dem ersten Übergang denjenigen Teilen von diesem benachbart angeordnet sind, die dem Plächendurchbruch am

meisten ausgesetzt sind. ','-.-■'-■

Dort, wo der erste Übergang Teile aufweist, die im Vergleich zu dem übrigen Teil des ersten Überganges einen kleinen Krümmungsradius aufweisen, kann ein solcher zusätzlicher Bereich jedem ersten Übergang benachbart angeordnet werden. Der oder jeder zusätzliche Bereich kann durch eine Mehrzahl von diskreten Zonen des einen Leitfähigkeitstyps dargestellt sein.

Der Anschlußumfang des ersten Überganges kann ein Rechteck an der genannten Fläche bilden und in diesem FaIi kann an jeder Ecke der Fläche ein solcher zusätzlicher Bereich vorgesehen sein. In diesem Fall kann jeder zusätzliche Bereich zwei Arme haben, von denen sich einer ledig-

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lieh "teilweise. entlang" jeder der beiden Seiten des die betreffende Ecke bildenden Rechtecks erstreckt,

. Der Anschlußumfang des ersten Überganges kann an der genannten Fläche Kreuzgestalt bilden. Bei einer solchen Ausführung können vier zusätzliche Bereiche vorgesehen sein, von denen einer innerhalb jedes Paares der Arme des Kreuzes angeordnet ist. In diesem Fall können die vier, zusätzlichen Bereiche jeweils mit dem zweiten Be reich, einen Schutzübergang schaffen, der auf dem Umfang _Λ in einem Rechteck an der genannten Fläche endigt. ■ ^: Stattdessen kann der Anschlußumfang des ersten Überganges an der genannten Fläche eine Gestalt eines Rechtecks bilden* dessen Ecken abgeschrägt sind. Auch in diesem Fall" können vier zusätzliche Bereiche vorgesehen sein, von denen je einer an jeder abgeschrägten Ecke des Rechtecks angeordnet ist und jeder der vier zusätzlichen Bereiche kann am Umfang an der genannten Fläche in einem Dreieck endigen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann i der erste Übergang am Umfang an der genannten Fläche in einem Kreis endigen und die zusätzlichen Bereiche können dann jeweils bogenförmigausgebildet und um den kreisförmigen' Anschlußumfang des ,ersten Überganges zentriert sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht ener üblichen

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Halbleiterausführung und der Form des Verarmungsbereiches, der dem Halbleiter gewöhn- · lieh zugeordnet ist. ■ Fig. 2 bis 5 sind der Fig. 1 ähnliche Ansichten von

Ausführungsbeispielen gemäß der genannten er-' : sten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der genannten zweiten Ausführungsform der Erfindung. . . Die Ausführung gemäß Fig. 1 umfaßt ein Element 1 in Form einer Scheibe od.dgl. aus halbleitendem Material eines Leitfähigkeitstypsy beispielsweise des η Typs, und es weist einen rechteckigen Bereich 2 mit ρ Leitfähigkeit auf, der -in einer Hauptfläche des Elementes 1 im wesentlichen rechteckig gebildet ist. Das Material des.Elemen- "-tes 1 hat einen höheren spezifischen Widerstand als das Material des Bereiches 2. _:.. ;

• Es kann gezeigt werden, daßder Verarmungsbereich, der gewöhn!ich dem zwischen dem Element 1 und dem Bereich 2 bestimmten Übergang zugeordnet,ist, in der Elementenfläehe eine Gestalt darbietet, wie sie durch die unterbrochene Linie J dargestellt ist. Das-besondere Merkmal dieser Gestalt, die in der Praxis unerwünscht ist, besteht darin, daß sie.'dem; Rechteckübergang nicht gleichmäßig folgt, sondern ihn stattdessen an den Ecken schneidet. Der Verarmungsbereich könnte rundherum vollständig

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geschützt durch Verwendung eines ringförmigen Schützüberganges ausgedehnt bzw. erstreckt werden,'jedoch ist es nachteilig, so zu verfahren, um einfach die Eckenteile solcher Bereiche zu verlängern, wenn die übrigen Teile solcher Bereiche sonst zufriedenstellend sind. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Gesamtlänge des Übergangsumfanges relativ zu dem nützlichen Umfang beträchtlich vergrößert wird, was von der gleichfalls beträchtlichen Gefahr begleitet ist, daß ein Übergang durch einen Sprung * oder Riß in der Materialstruktur des Elementes hindurchgeht, und daß sich wahrscheinlich eine Verschmutzung des Ubergängsumfanges außerhalb des Elementes ergibt.

In Fig.' 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der ersten Ausfuhrungsform dargestellt, dureh-welche die oben genannte Schwierigkeit, die' bei der Ausführung gemäß Fig. 1 vorhanden ist, verringert ist. Dies wird bewirkt durch Verwendung zusätzlicher Bereiche- \ rechteckiger Form mit h Leitfähigkeit, von denen jeweils einer jeder Ecke des Bereiches 2 benachbart angeordnet ist, ' und die dazu dienen, Schutzübergänge zu schaffen, welche den normalen Verarmungsbereich wahlweise verlängern.

Diese Ausfuhrungsform der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das Beispiel gemäß Fig. 2 beschränkt und die zusätzlichen Bereiche können verschiedene Gestalten annehmen, nicht? nur in Zuordnung zu entsprechenden Änderungen der Form des betreffenden ersten Überganges,

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sondern auch relativ zu einer gegebenen Form für den letzteren. Die Form bzw. Gestalt des ersten Überganges kann gegenüber der Gestalt, die sonst verwendet werden würde, geändert werden, und zwar zur Anpassung bzw. Aufnahme vorteilhafter zusätzlicher Bereiche.

In Fig. 3- ist ein anderes Beispiel dargestellt, bei welchem der ursprüngliche rechteckige Bereich 2 zu Kreuzform 5 abgewandelt ist, um zusätzliche rechteckige Bereiehe β aufzunehmen. Gemäß Fig. 4 hat der erste Bereich 7 ' allgemein Rechteckform, weist jedoch abgeschrägte Ecken auf, um zusätzliche dreieckförmige Bereiche 8 aufzunehmen.

In Fig. 5 ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem eine Mehrzahl kreisförmiger zusätzlicher Bereiche9 verwendet wird, die in einer Folge rund um jede Ecke <Xes rechteckigen Bereiches 2 angeordnet sind.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das Konzept der Bereiche 9 gemäß Fig. 5 insofern erweitert, daß eine Folge zusätzlicher Bereiche 10 dort verwendet wird, wo ein einzelner solcher Bereich, der zu einemlängeren Übergangsumfang beiträgt, verwendet werden könnte. Das Konzept eines segmentartigen Schutzüberganges kann dort angewendet werden, wo es erwünscht ist, einen normalen Verarmungsbereich gleichmäßig um seinen Umfang zu ver-_- j längern, wie es beispielsweise bei einem kreisförmigen ersten Übergang der Fall sein kann. In Fig. 6 ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem ein segmentartiger ring-

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förmiger Schutzübergang auf diese Weise durch Schaffung zusätzlicher Bereiche 10 verwendet wird.

Es ist zu verstehen, daß bei der Erfindung geeignete Herstellungstechniken und andere geeignete Merkmale verwendet werden können, die zuvor in Verbindung mit ringförmigen Schutzübergängen vorgeschlagen worden sind. Weiterhin kann die Erfindung in Zuordnung zu ringförmigen Schutz-Übergängen verwendet werden, wo es erwünscht ist, einen Verarmungsbereich vollständig rundherum, jedoch auf ungleichmäßige Weise, zu verlängern bzw. zu.erstrecken. Hinsichtlich ringförmiger Schutzüljergänge wird auf die schwebende britische,Patentanmeldung Nr. 3> 791/66 verwiesen.

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Claims

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Pat entansprüche . ■-·,"-.

1.1 Halbleiterelement mit einem ersten Bereich eines

Leitfähigkeitstyps und einem zweiterT Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeit styps > wo_:bei die Bereiche zwischen sich einen ersten pn Übergang schaffen, der auf dem Umfang in einer Fläche des Elementes endigt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher·Bereich des einen Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist, der mit dem zweiten Bereich einen Schutzübergang schiafft und von dem ersten übergang in einem solchen Abstand liegt; daß im Betrieb die Verarmungsschicht, in dem zweiten Bereich, der den ersten Übergang erreicht, in die Verarmungssehicht in dem zweiten Bereich übergeht, der den Schutzübergang erreicht, und der zusätzliche Bereich sich teilweise rund um den ersten übergang erstreckt und relativ zu dem ersten Übergang nahe-einem Teil von diesem angeordnet ist, an dem bei Nichtvorhandensein des Schutzübergänges das Element im Betrieb dem Plächendurchbrmch am meisten"ausgesetzt ist.

2. Halbleiterelement nach Anspruch1, dadurch gekennzeichne t> daß eine Mehrzahl soldier zusätzlicher Bereiche vorgesehen ist, die sich zusammen nicht vollstäriäig um den ersten übergang erstrecken und relativ zu dem ersten Übergang denjenigen Teilen von ihm benachbart angeordnet sind, die dem •Plächendurchbruch; am meisten ausgesetzt sind, 5· Element nach· Anspruch 2, dadurch gekennezeichnetj

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daß der erste Übergang Teile aufweist, die gegenüber dem übrigen Teil des ersten Überganges kleinen Krümmungsradius haben und ein zusätzlicher Bereich nahe Jedem Teil des ersten Überganges angeordnet ist.

4. Element nach Anspruch J5* dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder zusätzliche Bereich durch eine Mehrzahl von diskreten Zonen des einen Leitfähigkeitstyps gebildet ist.

5· Element nach Anspruch 5 oder 4, dadurch gekennzeich- ^ net, daß der Anschlußumfang des ersten Überganges an der " Fläche des Elementes ein Rechteck bildet und an jeder Ecke des Rechtecks ein zusätzlicher Bereich (4) vorgesehen ist (Fig. 2).

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zusätzliche Bereich zwei Arme aufweist, deren jeder sich teilweise entlang der beiden Seiten des die betreffende Ecke bildenden Rechtecks erstreckt,

7. Element nach Anspruch >, dadurch gekennzeichnet,

daß der Anschlußumfang des ersten Überganges an der Fläche % des Elementes Kreuzform (5) aufweist. -

8. Element nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß vier zusätzliche Bereiche (6) vorgesehen sind, von · denen einer in jedem.· Paar der Arme des Kreuzes (5) ange- " ordnet ist. .-".-.·

9· Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zusätzlichen vier Bereiche mit dem zweiten

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Bereich einen Sehutzübergäng bildet, der auf dem Umfang in einem Rechteck auf der Fläche des Elementes endigt.

10. Element nach Anspruch» 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußumfang des ersten Überganges an der Fläche des Elementes ein Rechteck (7) mit abgeschrägten Ecken bildet.

11. Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vier zusätzliche Bereiche (8) vorgesehen sind, von . denen einer an jeder abgeschrägten Ecke des Rechtecks angeordnet ist.

12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vier zusätzlichen Bereiche jeweils mit dem zweiten Bereich einen Schutzübergang schaffen, der auf dem Umfang in einem Dreieck auf der Fläche des Elementes endig-t.

IjJ. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Übergang auf der Fläche des Elementes in. einem Kreis endigt und die zusätzlichen Bereiche (IQ) jeweils bogenförmig gebildet und um den kreisförmigen Anschlußumfang des ersten Überganges zentriert sind.

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