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Selengleichrichter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Seletgleichrichter mit wesentlich verbesserten elektrischen Eigenschaften und auf ein Verfahren zur Herstellung von solchen Gleichrichtern.
Es ist bekannt, dass Selengleichrichter im allgemeinen au ? einer metallischen Grundplatte, einer auf diese aufgebrachten Selenschicht und einer auf der Selenschicht befindlichen Deckelektrode bestehe. In der an die Deckelektrode angrenzenden Schicht des Selens bildet sich die sogenannte Sperrschicht aus, die wesentlich die elektrischen Eigenschaften des Gleichrichters bestimmt. Zur Verbesserung der Gleich- richtereigenschaftenwurden auch schon zwischenselen und Grundplatte Zwischenschichten eingeschaltet, die eine Verringerung des Übergangswiderstandes von der Grundplatte zum Selen bewirken.
Zur Frhöhung der Sperrfähigkeit können auf das Selen künstliche Sperrschichten aus nichtleitenden Stoffen aufgebracht oder die Selenoberfläche vor dem Aufbringen. der Deckelelektrode mit Salzen, Lösungen oder Flüssigkeiten zur Verbesserung der Sperreigenschaften behandelt werden.
Es ist weiterhin bekannt, dem Selen Stoffe zuzusetzen, die eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Selens bewirken. Durch'Zusätze dem Deckelektrodenmetall kann die Ausbildung der Sperrschicht günstig beeinflusst werden. Als Zusatz zum Selen haben sich insbesondere Halogene und Halogenverbindungen bewährt, während zur Erhöhung der Sperrfähigkeit dem Deckelektrodenmetall geringe Mengen von Thallium zugesetzt werden. Es sind auch Selengleichrichter bekannt, bei denen sich zwischen dem Selen und der Deckelektrode eine dünne Schicht aus einem der Metalle Thallium, Indium oder Gallium oder einer Legierung davon befindet. Derartige Zwischenschichten erhöhen ebenfalls die Sperrfähigkeit der Gleichrichterplatte.
Die bekannten Selengleiclirichter weisen jedoch noch den Nachteil auf, dass der Widerstand der Selenschicht verhältnismässig hoch ist. Durch die zuvor genannten Zusätze z11m Seien konnte zwar der Widerstand vermindert werden, jedoch gelang es nicht, den Durchlasswiderstand der Gleichrichterplatte kleiner als etwa 2, 5 - 3, 5 Ohm cm 2 zu machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Durchlasswiderstand des Gleichrichters zu vermindern, ohne die andern Gleicrrichtereigenschaften zu verschlechtern.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass dem Selen zusätzlich zu den bekannten Halogenzusätzen Gallium zugesetzt wird.
Durch diese Zusätze wird überraschenderweise eine wesentliche Verminderung des Selenwiderstandes und damit eine ausserordentliche Qualitätssteigerung der Glfichrichterplatten erzielt, ohne die Sperreigenschaften zu verschlechtern, wie das bei den bekannten, leitfähigkeitserhöhenden Zusätzen der Fall ist. Der Durchlasswiderstand des Selens kann durch diese Massnahme bis auf 1 Ohm cm ! gesenkt werden. Wenn man bedenkt, dass zum Gleichrichten höherer Spannungen zahlreiche Gleichrichterplatten hintereinandergeschaltet werden müssen, so kann man ermessen, dass sich durch diese Massnahme eine wesentliche Verminderung des Widerstandes einer Gleichrichtersäule ergibt.
Es hat sich gezeigt, dass zur Erzielung eines niedrigen Widerstandes der Selenschicht die zugesetzte Galliummenge bis zu 10 mg% betragen kann, d. h. 10 mg Gallium auf 100 g Selen. Besonders vorteilhaft ist die Kombination von Chlor und Gallium im Selen, wobei der Chlorgehalt zweckmässigerweise um 15 mg% gewählt wird.
Ein weiterer Fortschritt wird erzielt, wenn nur ein Teil der Selenschicht mit Gallium versetzt wird.
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Zweckmässigerweise wird die Selenschicht aus mehreren Schichten aufgebaut, von denen die an der Grundplatte liegende Selenschicht, bzw. eine Schicht, die nahe der Grundplatte liegt, mit Gallium versetzt wird. Die Selenschicht kann z. B. aus zwei Teilschichten bestehen, von denen die an der Grundplatte liegende Schicht Gallium enthält, während die an der Deckelektrode liegende Schicht galliumfrei ist. Es muss noch betont werden, dass neben dem Gallium auch ein Halogen, zweckmässigerweise Chlor, im Selen vorhanden sein muss, um die erstrebte Wirkung zu erzielen. Die galliumfreien Selenschichten enthalten nur den Halogenzusatz.
In einer theoretischen Arbeit über die Widerstände von Selen wurde zwar bereits Selen mit Gallium zusatz untersucht. Es wurde dort jedoch festgestellt, dass lediglich der Widerstand des reinen Selens er- reicht wurde. Auch soll Indium dieselbe Wirkung haben. Selenschichten mit gleichzeitigem Zusatz von Halogen und Gallium wurden jedoch noch nicht untersucht und das gemäss der Erfindung erzielte Ergebnis ist trotz der bekannten Untersuchungen völlig überraschend und wird nur mit Gallium erzielt.
In vielen Fällen erweist sich ein Selengleichrichter von besonderem Vorteil, dessen Selenschicht aus drei Teilschichten besteht, deren mittlere Gallium enthält. Zweckmässig wird jedoch die an der Grundplatte liegende galliumfreie Selenschicht dünner bemessen als die an der Deckelektrode liegende galliumfreie Selenschicht. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn sich auf der Grundplatte eine 15-20 u dicke Selenschicht befindet, darauf eine etwa 10 J. L starke mit Gallium versetzte Selenschicht, auf der sich wieder eine galliumfreie 30 - 40 P starke Selenschicht befindet.
Die beschriebenen Schichtenfolgen von galliumfreien und galliumhalligen. Seien können auch mehrmals wiederholt werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Konzentration des Galliums in der Selenschicht von der Grundplatte zur Deckelektrode hin abnimmt. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass die Konzentration des Galliums stetig abnimmt, oder dass die Gallium-Konzentration der einzelnen gaJ1iumhaltigen Schichten zur Deckelektrode hin abnimmt. In jedem Fall ist es jedoch wichtig, dass die an der Deckelektrode an liegende Selenschicht möglichst wenig oder kein Gallium enthält.
Das Einbringen des Galliums in die Selenschicht geschieht am besten durch gleichzeitiges Aufdampfen von Gallium und Selen. Es hat sich gezeigt, dass diese beiden Stoffe aus getrennten Verdampfern verdampft werden müssen, um zu dem gewünschten Ergebnis zu kommen. An Stelle von metallischem Gallium können auch Galliumverbindungen in das Selen eingebracht werden. Zweckmässigerweise veiwendet man. hiezu Halogenverbindungen des Galliums wie z. B. Galliumchlorid. Durch zeitweises Einschalten der Heizung des Galliumverdampfers kann die gewünschte Verteilung des Galliums in der Selenschicht erzielt werden.
Wenn der erfindungsgemässe Aufbau noch mit weiteren Massnahmen kombiniert wird, die den Übergangswiderstand zwischen dem Selen und der Grundplatte herabsetzen, so erzielt man besonders niederohmige Gleichrichterplatten. Besonders vorteilhaft ist die an sich bekannte Einschaltung von Zwischenschichten zwischen der Grundplatte und dem Selen. Dies kann beispielsweise eine auf die Grundplatte aufgedampfte Wismutschicht sein oder eine Selenschicht, die z. B. auf einer vernickelten Eisengrundplatte durch Aufbringen einer geringen Selenmenge und Erhitzen auf Temperaturen von etwa 3000 C hergestellt wird.
Zur Erhöhung der Sperrfähigkeit kann es sich zweckmässig erweisen, diesen Aufbau noch durch eine an sich bekannte künstliche Sperrschicht, beispielsweise aus einem geeigneten Lack, zu vervollständigen.
Eine solche Sperrschicht wird in bekannter Weise durch Aufbringen eines Lackes auf die oberste Selenschicht vor dem Aufbringen der Deckelektrode erzeugt.
An Hand der Figuren soll der Aufbau von Gleichrichterplatten gemäss der Erfindung noch einmal kurz erläutert werden.
Im einfachsten Fall, wie er in Fig. l schematisch dargestellt ist, besteht die Gleichrichterplatte aus einer metallischen Grundplatte 1, einer Selenschicht 2, die Gallium und Halogen enthält und einer metallischen Deckelektrode 3. Es soll gleich betont werden, dass die Schichtdicken der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt sind und keinen Massstab für die tatsächlichen Dickenveihalinisse darstellen. Zur Hervorhebung der galliumhaltigen Selenschicht ist diese schraffiert.'
Nach Fig. 2 besteht die Selengleichrichterplatte aus der Grundplatte 1, der gallium- und halogenhaltigen Selenschicht 2a, der halogenhaltigen Selenschicht 2b und der Deckelektrode 3.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Selenschicht aus drei Teilschichten, von denen die Schicht 2a galliumhaltig und halogenhaltig und die Schichten 2b nur halogenhaltig sind. Die Ausführungsform nach Fig. 4 gleicht im Prinzip dem Aufbau nach Fig. 3, jedoch ist zwischen der Grundplatte 1 und der untersten Selenschicht eine Zwischenschicht, beispielsweise aus Wismut, eingeschaltet.
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Die Gleichrichterplatte nach Fig. 5 besteht schliesslich aus einer metallischen Grundplatte 1, beispielsweise aus Eisen, einei auf dieser befindlichen metallischen Zwischenschìcht 1b, z. B. aus Nickel, einer Selenschicht 10, beispielsweise aus Nickelselenid, der halogenhaltigen Selenschicht 2b, der halogen-und galliumhaltigen Selenschicht 2a, auf der sich eine halogenhaltige Se1epschicht 2b befindet.
Zwischen der Deckelektrode 3 und der obersten Selenschicht ist eine künstliche Sperrschicht 4, beispielsweise aus einem geeigneten Lack, angebracht.
Es soll noch betont werden, dass weitere bekannte Massnahmen zur Verbesserung der Gleichrichtereigenschaften angewendet werden können. Die elektrische Formierung der Gleichrichterpl ? tten gemäss der Erfindung wird in zweckmässiger Weise bei höherer Temperatur, etwa zwischen 600 und 800C vorge-
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was an sich oekannt ist.
Die Erfindung ist nicht allein auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selengleichrichter, bei dem durch leitfähigkeitserhöhende Zusätze zur Selenschicht der Widerstand in Durchlassrichtung stark herabgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmenge der Selenschicht, mit Ausnahme einer dünnen, an die Deckelektrode angrenzenden Schicht, neben Halogen Gallium enthält.
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Selenium rectifier
The present invention relates to selector rectifiers with significantly improved electrical properties and to a method for manufacturing such rectifiers.
It is known that selenium rectifiers are generally used. a metallic base plate, a selenium layer applied to it and a cover electrode located on the selenium layer. The so-called barrier layer is formed in the selenium layer adjoining the cover electrode, which essentially determines the electrical properties of the rectifier. To improve the rectifier properties, intermediate layers have already been inserted between selenium and the base plate, which reduce the contact resistance between the base plate and selenium.
Artificial barrier layers made of non-conductive materials can be applied to the selenium to increase its blocking capacity, or the selenium surface before application. the cover electrode can be treated with salts, solutions or liquids to improve the barrier properties.
It is also known to add substances to the selenium which increase the electrical conductivity of the selenium. The formation of the barrier layer can be favorably influenced by adding the top electrode metal. Halogens and halogen compounds in particular have proven useful as additives to selenium, while small amounts of thallium are added to the top electrode metal to increase the blocking capacity. Selenium rectifiers are also known in which there is a thin layer of one of the metals thallium, indium or gallium or an alloy thereof between the selenium and the cover electrode. Such intermediate layers also increase the blocking capability of the rectifier plate.
However, the known selenium straighteners still have the disadvantage that the resistance of the selenium layer is relatively high. Although the aforementioned additions z11m Be could reduce the resistance, it was not possible to make the forward resistance of the rectifier plate less than about 2.5-3.5 ohm cm 2.
The invention is based on the object of reducing the forward resistance of the rectifier without impairing the other rectifier properties.
This is achieved according to the invention in that gallium is added to the selenium in addition to the known halogen additives.
These additives surprisingly result in a substantial reduction in the selenium resistance and thus an extraordinary increase in the quality of the rectifier plates without impairing the barrier properties, as is the case with the known, conductivity-increasing additives. The forward resistance of selenium can be down to 1 ohm cm! be lowered. If one considers that numerous rectifier plates have to be connected in series to rectify higher voltages, one can judge that this measure results in a significant reduction in the resistance of a rectifier column.
It has been shown that in order to achieve a low resistance of the selenium layer, the amount of gallium added can be up to 10 mg%; H. 10 mg gallium for 100 g selenium. The combination of chlorine and gallium in selenium is particularly advantageous, the chlorine content expediently being selected around 15 mg%.
A further advance is achieved if only part of the selenium layer is mixed with gallium.
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The selenium layer is expediently built up from several layers, of which the selenium layer lying on the base plate, or a layer which is close to the base plate, is mixed with gallium. The selenium layer can e.g. B. consist of two sub-layers, of which the layer lying on the base plate contains gallium, while the layer lying on the top electrode is gallium-free. It must be emphasized that, in addition to gallium, a halogen, expediently chlorine, must also be present in selenium in order to achieve the desired effect. The gallium-free selenium layers only contain the addition of halogen.
In a theoretical work on the resistance of selenium, selenium with gallium was already examined. It was found there, however, that only the resistance of pure selenium was achieved. Indium is also said to have the same effect. Selenium layers with the simultaneous addition of halogen and gallium have not yet been investigated and the result achieved according to the invention is, despite the known investigations, completely surprising and is only achieved with gallium.
In many cases, a selenium rectifier whose selenium layer consists of three sublayers, the middle of which contains gallium, has proven to be particularly advantageous. However, the gallium-free selenium layer lying on the base plate is expediently made thinner than the gallium-free selenium layer lying on the cover electrode. Particularly good results were achieved when there is a 15-20 μm thick selenium layer on the base plate, on top of which there is a selenium layer about 10 J.L. thick with gallium, on which there is again a gallium-free 30-40 P thick selenium layer.
The described sequence of layers of gallium-free and gallium-hally. It can also be repeated several times.
It is also advantageous if the concentration of gallium in the selenium layer decreases from the base plate to the cover electrode. This can be done, for example, in such a way that the concentration of the gallium decreases steadily, or that the gallium concentration of the individual layers containing gaJ1ium decreases towards the top electrode. In any case, however, it is important that the selenium layer lying on the cover electrode contains as little or no gallium as possible.
The introduction of the gallium into the selenium layer is best done by simultaneous vapor deposition of gallium and selenium. It has been shown that these two substances have to be evaporated from separate evaporators in order to achieve the desired result. Instead of metallic gallium, gallium compounds can also be introduced into the selenium. Appropriately, one uses. including halogen compounds of gallium such. B. gallium chloride. The desired distribution of the gallium in the selenium layer can be achieved by temporarily switching on the heating of the gallium evaporator.
If the structure according to the invention is also combined with further measures which reduce the contact resistance between the selenium and the base plate, then particularly low-resistance rectifier plates are achieved. The inclusion of intermediate layers between the base plate and the selenium, which is known per se, is particularly advantageous. This can, for example, be a bismuth layer vapor-deposited on the base plate or a selenium layer which, for. B. is made on a nickel-plated iron base plate by applying a small amount of selenium and heating to temperatures of about 3000 C.
In order to increase the blocking capacity, it can prove expedient to complete this structure with an artificial blocking layer known per se, for example made of a suitable lacquer.
Such a barrier layer is produced in a known manner by applying a lacquer to the top layer of selenium before the top electrode is applied.
The structure of rectifier plates according to the invention will be briefly explained again using the figures.
In the simplest case, as shown schematically in FIG. 1, the rectifier plate consists of a metallic base plate 1, a selenium layer 2 containing gallium and halogen and a metallic cover electrode 3. It should be emphasized that the layer thicknesses are for the sake of clarity are exaggerated and are not a measure of the actual thicknesses. To emphasize the selenium layer containing gallium, it is hatched. '
According to FIG. 2, the selenium rectifier plate consists of the base plate 1, the selenium layer 2a containing gallium and halogen, the selenium layer 2b containing halogen and the cover electrode 3.
In the embodiment according to FIG. 3, the selenium layer consists of three partial layers, of which the layer 2a contains gallium and halogen and the layers 2b only contain halogen. The embodiment according to FIG. 4 is basically the same as the structure according to FIG. 3, but an intermediate layer, for example made of bismuth, is inserted between the base plate 1 and the lowermost selenium layer.
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The rectifier plate according to FIG. 5 finally consists of a metallic base plate 1, for example made of iron, a metallic intermediate layer 1b located on this, e.g. B. made of nickel, a selenium layer 10, for example made of nickel selenide, the halogen-containing selenium layer 2b, the halogen- and gallium-containing selenium layer 2a, on which a halogen-containing selenium layer 2b is located.
An artificial barrier layer 4, for example made of a suitable lacquer, is applied between the top electrode 3 and the top layer of selenium.
It should also be emphasized that further known measures can be used to improve the rectifier properties. The electrical formation of the rectifier pl? According to the invention, it is expediently prepared at a higher temperature, for example between 600 and 800C
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what is known in itself.
The invention is not limited solely to the exemplary embodiments described and illustrated.
PATENT CLAIMS:
1. Selenium rectifier, in which the conductivity-increasing additives to the selenium layer greatly reduce the resistance in the forward direction, characterized in that the majority of the selenium layer, with the exception of a thin layer adjacent to the cover electrode, contains gallium in addition to halogen.