AT150558B - Trockengleichrichter. - Google Patents

Description

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    Trockengleiebrichter.   



   Die Erfindung betrifft einen Trockengleichrichter, bei dem jede Zelle zwei Elektroden aus Stoffen mit verschiedener Emissionsfähigkeit besitzt, die durch eine dünne Zwischenlage aus einem festen, nichtleitenden Stoff (Sperrschichte) voneinander getrennt sind. 



   Diese Sperrschicht kann z. B. aus einem Kunstharz bestehen, mit dem eine der Elektroden unmittelbar überzogen ist, während die andere Elektrode auf die Sperrschicht aufgebracht ist. 



   Bei solchen Trockengleichrichtern muss zur Erzielung der angestrebten unsymmetrischen Leit- fähigkeit die eine Elektrode (Anode) eine sehr geringe Emissionsfähigkeit haben, weshalb für sie meist ein Halbleiter gewählt wird. Die Halbleiter haben jedoch, wie schon der Name sagt, einen hohen spezifischen Widerstand, so dass die zulässige Belastung pro Flächeneinheit des Zellenquerschnittes verhältnismässig gering ist. Die zulässige Belastung wird durch den Spannungsabfall pro Zelle und die auftretende Wärmeentwicklung begrenzt, die beide unter anderm von dem Widerstand des Elektroden- materials abhängig sind. 



   Um höhere Belastbarkeit zu erzielen, ist es deshalb schon vorgeschlagen worden, dem Halb- leiter Stoffe zuzusetzen, durch die seine Leitfähigkeit erhöht wird. Hiedurch lässt sich die spezifische
Belastung eines Gleichrichters zwar höher treiben, aber die Nutzwirkung wird anderseits wieder nach- teilig beeinflusst, da infolge der vergrösserten Leitfähigkeit in der negativen Halbperiode der Halb- leiter stärker emittierend wird. Die Gleichrichterzelle lässt somit zwar während einer Halbperiode den Strom sehr gut durch, sperrt aber in der andern Halbperiode den Strom nicht mehr genügend. 



   Um nun den Vorteil vergrösserter Leitfähigkeit des Halbleiters (der im elektro-chemischen Sinne eine elektronegative Elektrode ist und im Gleichrichter die Anode bildet) beizubehalten und trotzdem gleichzeitig den Nachteil erhöhter Emission zu verhüten, wird erfindungsgemäss auf dem Halbleiter dort, wo er an die Sperrschicht grenzt, eine Haut vorgesehen, die einen erheblich höheren spezifischen Widerstand aufweist als die übrige halbleitende Elektrode. 



   Der Vorteil einer solchen Haut besteht also darin, dass infolge der erhöhten Leitfähigkeit der halbleitenden Elektrode die spezifische Belastung gesteigert werden kann und dass gleichzeitig die Gegenemission infolge des Vorhandenseins der Grenzhaut stark verringert ist. Dies lässt sich folgenderweise erklären :
Der Spannungsverlauf bei einem Gleichrichter gemäss der Erfindung ist in der Figur durch einen stark ausgezogenen Strich dargestellt. Der Halbleiter (Anode) ist mit 1 bezeichnet, 2 ist die Grenzhaut mit hohem Widerstand, 3 die Sperrschicht und 4 die Gegenelektrode (Kathode). 



   Die Spannung weist durch die gut leitende Elektrode 4 hindurch überhaupt keinen messbaren Abfall auf. Dies ist dagegen der Fall in der Sperrschicht 3, in der nahezu der Gesamtabfall der an die Elektroden angelegten Spannung auftritt. Hier entsteht somit, wenn die Schicht 3 genügend dünn ist, eine sehr hohe elektrische Feldstärke, durch welche die Elektronen von 4 nach 1 gezogen werden. Der Spannungsverlauf durch die Grenzhaut 2 des Halbleiters ist infolge ihres dem Sperrschichtmaterial gegenüber geringeren spezifischen Widerstandes weniger steil als in 3. In der übrigen Halbleiterschichte 1 herrscht dank der Beifügung leitungsverbessernder Zusätze ein sehr geringer Spannungsabfall, der gegenüber dem in der Sperrschicht 3 praktisch vernachlässigt werden kann. 



   In der Durchlässigkeitsphase (1 positiv gegenüber 4) fliesst ein kräftiger Strom, da das Material mit hoher Emissionsfähigkeit (Kathode   4)   unmittelbar an ein Gebiet mit steilem Feldgradienten (Sperrschicht 3) anschliesst. 

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 Potentialgefälles in der Sperrschicht wesentlich zu vermindern. 



   Obgleich also die Leitfähigkeit der halbleitenden Elektrode verhältnismässig hoch gewählt werden kann, wird dennoch die Gegenemission nicht zu gross, so dass eine günstige Nutzwirkung des Gleichrichters gesichert ist. 



     Zweckmässig   wird für die Grenzhaut ein Stoff verwendet, der wenigstens einen der Bestandteile enthält, die auch in der halbleitenden Elektrode vorhanden sind. 



   Im nachfolgenden sind drei Beispiele der Herstellung einer Grenzhaut für einen Gleichrichter gemäss der Erfindung in der Figur dargestellt. 
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   Hier sei vorausgeschickt, dass   stochiometriseh   reines   Kupferoxydul (Cu2O)   ein sehr schlechter Leiter ist. Wenn aber ein auch nur sehr geringer Überschuss einer der beiden Verbindungskomponenten, also Kupfer oder Sauerstoff, vorhanden ist, so wird der Widerstand des   CuO   erheblich herabgesetzt. 



  Um die Leitfähigkeit der Sperrschicht 1 zu verbessern, sorgt man dafür, dass in ihr ein geringer Sauer-   stoffübersehuss   herrscht. Die Sperrschicht kann also als ein Gemisch von Kupferoxydul   (cru20)   mit etwas Kupferoxyd   (CuO)   aufgefasst werden. Aus diesem Material formt man eine kleine Platte 1 und befreit sie an der Oberfläche ganz oder teilweise von dem überschüssigen Sauerstoff in der Weise, dass z. B. sehr vorsichtig mit Wasserstoff reduziert oder eine Bombardierung durch Elektronen oder Ionen durchgeführt wird. Hiedurch entsteht an der Oberfläche eine dünne Haut 2 in der Stärke von 10-6 bis 10-5 ein mit einem wesentlich grösseren spezifischen Widerstand, als die Platte 1 selbst hat.

   Die Menge des   überschüssigen   Sauerstoffes in der Platte   1 kann   sehr gering sein, z. B. nur   0. 3%   der stöchiometrischen Sauerstoffmenge betragen, genügt aber trotzdem, um die günstigen halbleitenden Eigenschaften der elektronegativen Elektrode hervorzurufen. 



   Auf diese die Grenzschicht bildende Haut 2 wird eine Sperrschicht 3 beispielsweise aus Polystyrol in der Weise aufgebracht, dass die aus der Platte 1 mit der Schicht 2 bestehende elektronegative Elektrode in eine Lösung von Polystyrol in einem schnell verdampfenden Stoff, z. B. Benzol, eingetaucht und dann langsam aus dem Bad herausgezogen wird. Das Lösungsmittel der an der Elektrode klebenden Lösung verdampft, während das Polystyrol in Form einer dichten Schicht mit besonders günstigen dielektrischen und mechanischen Eigenschaften zurückbleibt.

   Die Stärke der Sperrhaut richtet sich nach der an die Elektroden des Gleichrichters anzulegenden Spannung, lässt sieh durch passende Bemessung der Geschwindigkeit, mit der die Elektrode aus dem Bad gezogen wird, und der Konzentration der verwendeten Lösung regulieren und wird im allgemeinen zwischen   O'l   und 10   ! 1.   gewählt. Auf die Sperrschicht 5 wird in diesem Fall als Gegenelektrode eine Metallschicht   4   (Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, die unter anderm Cadmium und Wismut enthält), z. B. Wood's Metall, aufgebracht. 
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   Als elektronegative Elektrode 1 wird eine kleine Platte aus Silbersulfid   (Ag, S) benutzt. Durch   oberflächliche Behandlung der Elektrode mit Schwefeldampf wird die Oberfläche mit einer Haut 2 versehen, die einen höheren spezifischen Widerstand als das Innere des Halbleiters hat. Auf diese so erhaltene Grenzschicht wird dann die Sperrschicht 3 aufgebracht, was durch Niederschlagen einer dünnen Schicht aus einem anorganischen Oxyd, wie Quarz   (Si02),   Magnesiumoxyd   (MgO)   oder Berylliumoxyd (BeO), aus der Dampfphase erfolgen kann. Trotzdem diese Oxyde sehr schwer flüchtig sind, gelingt ihre Verdampfung z. B. in der Weise, dass man einen Wolframdraht mit einer Suspension eines der genannten Oxyde besprüht und den so überzogenen Draht sodann im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre auf Weissglut erhitzt.

   Das verdampfte Oxyd   schlägt   sich auf allen Gegenständen der Umgebung nieder. 
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   Als elektronegative Elektrode wird Selen benutzt, dessen Leitfähigkeit durch Zusatz isolierender Metallverbindungen, wie z. B. Aluminiumoxyd   (along),   erhöht ist, etwa in der Weise, wie dies im österr. Patent Nr. 147110 angegeben ist. Dadurch, dass man von der Oberfläche von   1   ein wenig Selen wegdampft, bildet sich dort eine dünne Haut aus der zugesetzten isolierenden'Metallverbindung, die als 

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Grenzhaut 2 mit hohem spezifischem Widerstand dient. Auf sie wird eine Sperrschicht 3 in bekannter
Weise aufgebracht. 



   Die günstige Wirkung eines solchen Elektrodensystems ist durch die Tatsache bedingt, dass der gesamte Widerstand der verbesserten elektronegativen Elektrode einschliesslich der Grenzhaut tat-   sächlich   kleiner ist als der Widerstand einer elektronegativen Elektrode, für die keine Mittel zur Er- höhung der Leitfähigkeit angewendet sind. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Trockengleichrichter, bei dem jede Zelle eine Elektrode mit geringer Emissionsfähigkeit (Halb- leiter   1)   und eine mit hoher Emissionsfähigkeit   (4)   enthält, die durch eine dünne Zwischenlage (Sperr- schicht   3)   aus einem festen nichtleitenden Stoff voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter   (1)   an der der Sperrschicht (, 3) zugekehrten Seite eine Grenzhaut   (2)   aufweist, die einen höheren spezifischen Widerstand hat als der Halbleiter   (1)   selbst.

Claims (1)

1. 2. Trockengleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzhaut (2) wenigstens einen der Bestandteile enthält, aus denen die halbleitende Elektrode (1) besteht.

   3. Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichters nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitende Elektrode (1) aus Kupferoxydul mit zusätzlichem Sauerstoff hergestellt wird, der an der Oberfläche durch Reduktion oder Bombardierung durch Elektronen oder Ionen entfernt wird, worauf auf die entstandene Grenzhaut (2) mit hohem spezifischen Widerstand eine Sperr- schicht (3) aufgebracht wird.

   4. Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichters nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitende Elektrode (1) aus Silbersulfid hergestellt wird, das an der Oberfläche durch Nieder- schlagen von Schwefeldampf mit einer Haut mit hohem spezifischen Widerstand versehen wird, worauf auf diese Grenzhaut (2) eine Sperrschicht , zweckmässig aus Polystyrol, aufgebracht wird.

   5. Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichters nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitende Elektrode (1) aus Selen hergestellt wird, dem isolierende Metallverbindungen zugesetzt werden, worauf an der Oberfläche durch Verdampfen des Selens eine Grenzhaut (2) mit hohem spezifischen Widerstand gebildet wird und schliesslich auf diese Haut eine Sperrschicht (3), zweckmässig aus Polystyrol, aufgebracht wird. EMI3.1