CH495631A - Steuerbarer Halbleitergleichrichter - Google Patents

Description

  
 



  Steuerbarer Halbleitergleichrichter
Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit mindestens vier   aufeinanderfolgenden    Zonen   abwechselnd      entgegengesetzten    Leitungstyps.



  Steuerbare   EIalblleitergleicllrichter    werden in immer stärkerem Masse in der Technik in Schaltungsanordnungen   emgesetzt,    die bei kurzer Einschaltzeit eine hohe Einschaltbelastbarkeit erforderlich machen, beispielsweise bei   Hochleistungswechselrichtern.   



   Der steuerbare Halbleitergleichrichter besteht beispielsweise aus einer   Siliziumscheibe,    die vier aufeinan   derfolgende    Schichten mit abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp   enthält.    Er ist an den beiden äusseren Schichten mit zwei Elektroden versehen, nämlich der Anode und Kathode. Eine dritte Elektrode, die eine der inneren beiden Schichten kontaktiert, dient zur   Binlei-    tung der   Zündung    und wird   als    Steuerelektrode bezeichnet. Die Steuerelektrode   befindet    sich üblicherweise auf der gleichen   Seite      der      Halbleitenscheile    wie die Kathode.



   Durch seinen technologischen Aufbau ist jeder steuerbare   Haibleitergleichrichter    in seiner thermischen Belastbarkeit begrenzt. Seine Steuerelektrode ist übli   cherweise    nahezu punktförmig ausgebildet und ist an der Peripherie oder im Zentrum der Kathoden- oder Anodenfläche in der benachbarten Basiszone eines oder der beiden Teiltransistoren, in die   Ider    steuerbare Halbleitergleichrichter ge!danklich zerlegt wenden kann, und durch deren Kopplung sich seine Wirkungsweise lerklänen lässt,   angeordnet    Mit dem   Anlegen    eines Steuerimpulses an die Steuerelektrode wird jedoch nicht sofort die gesamte Kathoden- bzw.

  Anodenfläche gezündet und damit am Stromtransport beteiligt, sondern nur ein leng begrenzter Bereich der Kathoden- bzw.   Anodenfläche,    nämlich derjenige Bereich,   der    der Steuerelektrode am nächsten liegt. In diesem durchgezündeten, eng begrenzten Bereich tritt bei sehr steil   ansteigendem    Anodenstrom eine sehr grosse Energiedichte auf,   die    nach Überschreiten eines kritischen Wertes zum lokalen   Aufschrnelzen    des Halbleiterelements und damit zu seiner Zerstörung füh   ren    kann.

  Es wurden bereits Anordnungen bekannt, die solche Zerstörungen dadurch verhindern sollten, dass die Steuerelektrode   eine    Vielzahl einzelner Steuerkontakte und/oder bestimmte Ausbildungsformen aufweist und dadurch eine   grössere    Fläche bereits im ersten Momeint gezündet werden sollte. Eine Verbesserung der Einschaltbelastbarkeit lässt sich jedoch durch mehrere Steuerelektroden oder eine beispielsweise   ringförmig    die Kathode oder Anode   umschiiessende    Steuerelektrode nur dann erzielen, wenn die Einschaltverzugszeit für alle   Steuereiektrodenkontakte    die gleiche ist.

  Dies ist aber nur   daun    der Fall, wenn sowohl die Zonendicken als auch die   Lebensdauer    der Ladungsträger für alle Stellen gleich sind, was besonders bei grossflächigen   Isteuerba-    ren   Halbleitergleichrichteru    praktisch nicht zu realisienen ist.



   Der   Erfindung    liegt die Aufgabe zugrunde, die oben aufgeführten Nachteile zu beseitigen. Dies kann dadurch geschehen,   indem    dafür gesorgt wird, dass bei der Zündung eine Strombegrenzung des   Zündstromes    erfolgt und indem gleichzeitig eine relativ   grosse    Kathodenfläche   während      des    Einschaltvorganges zur Verfügung gestellt wird.



   Die Lösung dieser   gestellten    Aufgabe besteht   darin,    dass bei einem   steuerbaren    Halbleitengleichrichter die kathoden- oder/und die anodenseitige äussere Zone aus einem Hauptbereich, ,gebildet aus einer halbleitenden Schicht mit einem Kontakt und einem oder mehreren davon getrennten Nebenbereichen, gebildet aus einer oder je einer weiteren halbleitenden Schicht mit einem weiteren Kontakt besteht, dass der oder die   Nebenbereiche      einer    oder jeweils einer Steuerelektrode räumlich näher angeordnet sind als der Hauptbereich, und dass der oder die Nebenbereiche über einen oder jeweils einen Widerstand mit dem Hauptbereich verbunden sind.



   Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Die Fig. 1 zeigt   einen    Querschnitt durch einen Halbleitergleichrichter mit 4 Leitungszonen, während die Fig. ja die entsprechende Draufsicht dieses   Halbleitergleichrichters    wiedergibt.  



   Fig. 1 und   1a    zeigen einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit den Schichten 1, 2, 3 und 4 als pnpn System. An der   p-leitienden    Schicht 1 ist eine Metallschicht 13 mit dem   Anodenanschiuss    14 angebracht, während die   n-leitende    Schicht 4 mit   dem    metallischen   Kathodnkontakt    5 versehen ist. In der   p-leitenden    Ba   sisschicht    3 befindet   sich aussler der    n-leitenden, mit dem Kathodenkontakt 5 versehenen Schicht 4   eine    weitere   n-leitende    Schicht 6 mit einem metallischen Kontakt 7.



  Sie enthält in der Nachbarschaft   dieser    n-leitenden Schicht 6 den   Slteuelnelektrodenlkontakt    10 und den   Steu-      erelektrodenansohluss    15. Der Kontakt 7 der n-leitenden Schicht 6 ist über einen Widerstand 8 mit dem Kathodenkontakt 5 verbunden. Der Lastwiderstand 9 liegt im Hauptstromkreis und bestimmt die Höhle des Stromes.



  Der Widerstand 8 soll mindestens von gleicher Grössenordnung wie der Lastwiderstand 9 sein.



   Mit dem Anlegen des Zündimpulses wird der Teil des steuerbaren Halbleitergleichrichters, der aus den Schichten 1, 2, 3 und 6 besteht, gezündet. Der infolgedessen von der Anode über die Schichten 1, 2, 3 und 6 sowie über den Widerstand 8 zur Kathode und dem Lastwiderstand 9 fliessende Strom ruft an dem Widerstand 8 einen Spannungsabfall hervor, der in der Schicht 3 zwischen den n-leitenden Schichten 6 und 4 ein elektrisches Feld erzeugt, das die von der p-leitenden Anodenschicht 1 in die p-leitende Schicht 3 injizierten Ladungsträger zur n-leitenden Schicht 4 treibt.



  Damit wird die mit dieser n-leitenden Schicht 4 gebil   dete    Vierschichtenstruktur aus den Schichten 1, 2, 3 und 4 in dem der n-leitenden bereits gezündeten Schicht 6 benachbarten Bereich gezündet. Der von der Schicht 6 zur Schicht 4 durch das elektrische Feld bedingte Strom bewirkt durch seine parallel zu den pn-Ubergangsflächen erfolgende Auffächerung die Zündung eines grösseren Bereichs der n-leitenden Schicht 4. Hierdurch wird die Stromdichte im Gleichrichter während des Einschaltvorganges reduziert, so dass der für den Gleich di richter zulässige   dt-Wert,    die sogenannte Stromanstiegsgeschwindigkeit, beträchtlich gesteigert werden kann.  i  ist hierbei der Strom, der zwischen Anode und Kathode fliesst.

 

   Mit der   vorlizagenden    Erfindung wird ein steuerbarer Halbleitergleichrichter   geschaffen, der    eine gegen über den bisher bekannten Anordnungen wesentlich   grössene      Einschaltbelastbark,eit      und damit    eine entspnechend grössere Stromanstiegsgeschwindigkeit di nach dt zulässt, wobei die   Nachteile    vermieden   werden,    die bei den bekannten Anordnungen, beispielsweise in der starken   Vergrösserung    des   notwendigen    Zündsteuerstromes, gegeben sind. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Steuerbarer Halbieiterglieichrichter mit mindestens vier aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegen gesetzten Leitungstyps, Idadurch gekennzeichnet, dass die kathoden- oder/und die anodenseitige äussere Zone aus einem Hauptbereich, gebildet aus einer halbleitenden Schicht (4) mit einem Kontakt (5) und einem oder mehreren davon getrennten Nebenbereichen, gebildet aus einer oder je einer weiteren halbleitenden Schicht (6) mit einem weiteren Kontakt (7) besteht,

   dass der oder die Nebenbereiche einer oder jeweils einer Steuerelektrode (10) räumlich näher angeordnet sind Qals der Hauptbereich, und dass der oder die Nebenbereiche über einen oder jeweils einen Widerstand (8) mit dem Hauptbereich verbunden sind.

   UNTERANSPRUCH Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl anodenseitig als auch kathodenseitig eine oder mehrene Steu- ereiektroden angeordnet sind.