CH629338A5 - THYRISTOR WITHOUT LOCKING DELAY. - Google Patents
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Description
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe geringe Sperrstrom aufgrund der Rekombination in den Basis zugrunde, einen Thyristor zu schaffen, der abgeschaltet werden zonen nicht stört, steht mit dem neuen Thyristor überdies ein kann, ohne dass eine Sperrverzögerungszeit auftritt, d.h. der Bauelement zur Verfügung, das praktisch ohne jede durch das Thyristor soll bereits bei einem positiven Anodenstrom Span- 65 Bauelement selbst verursachte Verzögerung geschaltet wer-nung aufnehmen. den kann. The present invention is based on the task of low reverse current due to the recombination in the base, to create a thyristor that does not interfere with the zones being switched off, the new thyristor can also be used without a reverse delay time, i.e. the component is available, which should absorb almost no delay caused by the thyristor even with a positive anode current. that can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Für einen herkömmlichen Frequenzthyristor muss die die kathodenseitige Emitterzone mit Emitterkurzschlüssen ver- Ladungsträgerlebensdauer in der Basis sehr genau eingestellt This object is achieved according to the invention in that for a conventional frequency thyristor, the charge carrier lifetime in the base, which is the cathode-side emitter zone with emitter short-circuits, must be set very precisely
3 629338 3 629338
werden, damit ein optimaler Kompromiss zwischen kurzer als Funktion der Eindringtiefe), wie es beispielsweise in Fig. 3 Freiwerdezeit und niedrigen Durchlassspannungsabfall erzielt wiedergegeben wurde, zwischen 200 und 600 p.m. Die Breite bs . wird. Diese Einstellung erfordert einen technologisch aufwen- der Shorts 2 hingegen liegt zwischen 20 und 200 (im. Das mit 3 digen Prozess. bezeichnete Gate weist eine Streifenbreite bc auf, die so so that an optimal compromise between a short as a function of the penetration depth), as was achieved, for example, in FIG. 3 release time and a low forward voltage drop, is between 200 and 600 p.m. The width bs. becomes. This setting requires a technologically sophisticated shorts 2, on the other hand, is between 20 and 200 (im. The gate designated with 3 digits process. Has a stripe width bc, that is
Bei einem Bauelement gemäss der Erfindung braucht dage- 5 gewählt wird, dass eine ausreichend leitfähige Metallisierung gen die Ladungsträgerlebensdauer in der Basis nicht mehr so einfach aufgebracht werden kann. In the case of a component according to the invention, it must be chosen that a sufficiently conductive metallization can no longer be applied so easily to the charge carrier life in the base.
genau kontrolliert zu werden, da das Abschaltverhalten weitge- Um die relativ hohen Zündströme zur Verfügung zu stellen, hend durch die Vershortung kontrolliert werden kann. die mit der Erhöhung der Halteströme verbunden sind, kann to be controlled precisely, since the switch-off behavior is very high. which are associated with an increase in the holding currents
Andererseits kann aber bei einer geeigneten mittleren Lebens- der Thyristor mit einem - in Fig. 2 nicht dargestellten - inte-dauer der ausnutzbare dl/dt-Bereich dadurch vergrössert wer- io grierten Hilfsthyristor (Amplifying Gate) versehen werden (zur den, dass die Lebensdauer im Bereich des kathodenseitigen pn- Wirkungsweise und Verwendung von integrierten Hilfsthyri-Übergangs niedriger eingestellt wird. Das kann etwa durch stören vgl.: J. Burtscher: Thyristoren mit innerer Zündverstär-eine Golddiffusion von der Kathodenseite her geschehen. kung; in: Dynamische Probleme der Thyristortechnik; Berlin On the other hand, however, in the case of a suitable mean life, the thyristor can be provided with an integer duration (not shown in FIG. 2) of the utilizable dl / dt range, thereby adding an auxiliary thyristor (amplifying gate) (to the effect that the The service life in the area of the pn mode of action on the cathode side and the use of integrated auxiliary thyri transition is set to a lower value, for example by disturbing cf.: J. Burtscher: Thyristors with internal ignition amplifier - gold diffusion from the cathode side occurs. In: Dynamic problems of thyristor technology; Berlin
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des neuen Thy- 1971, S. 128-146). In the following, exemplary embodiments of the new Thy 1971, pp. 128-146).
ristors anhand von Zeichnungen erläutert, aus denen weitere is Eine andere Möglichkeit, die relativ hohen Zündströme zur Vorteile der Erfindung hervorgehen. Es zeigt: Verfügung zu stellen, besteht in einer Zündung mittels Avalan- ristors explained with reference to drawings, from which is another possibility, the relatively high ignition currents emerge for the advantages of the invention. It shows: To make available consists of an ignition using Avalan-
Fig. 1 schematisch jeweils den Stromverlauf beim Abkom- chestrom (Überkopfzündung). Eine solche Zündung mittels mutieren für einen bestimmten dl/dt-Wert bei einem Thyristor Avalanche- oder Lawinendurchbruchstrom ist bekannt aus der mit geringer Vershortung (Fig. 1 a) und einem Thyristor mit CH-PS 594 984. Sie bietet die Vorteile, dass kein eigener Gate-grosser Vershortung (Fig. lb), 20 kreis benötigt wird und sehr kurze Einschaltzeiten erreicht Fig. 1 schematically shows the current profile in the case of the depletion current (overhead ignition). Such an ignition by means of mutation for a specific dl / dt value in a thyristor avalanche or avalanche breakdown current is known from that with low hoarding (FIG. 1 a) and a thyristor with CH-PS 594 984. It offers the advantages that none Own gate-large short-circuit (Fig. lb), 20 circles is required and very short switch-on times are achieved
Fig. 2 schematisch einen perspektivischen Ausschnitt eines werden. Eine Struktur, die so gezündet werden kann, ist in Fig. 4 Thyristors mit grosser Vershortung, dargestellt. Sie unterscheidet sich von Fig. 2 im wesentlichen Fig. 2 schematically be a perspective section of a. A structure that can be ignited in this way is shown in FIG. 4, with a large number of thyristors. It differs essentially from FIG. 2
Fig. 3 ein Dotierungsprofil eines Leistungsthyristors, wie es dadurch, dass anstelle des Gatebereichs 3 (Fig. 2), gekrümmte bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verwendet wurde, und pn-Übergänge 5 (Fig. 4) vorgesehen sind. Der Avalanchestrom 3 shows a doping profile of a power thyristor, as is provided by the fact that instead of the gate region 3 (FIG. 2), curved ones were used in the exemplary embodiment according to FIG. 2, and pn junctions 5 (FIG. 4). The Avalanche Stream
Fig. 4 eine Schnittzeichnung durch einen Thyristor ohne 25 setzt gerade in diesen Bereichen ein und wirkt wie der Gate-Steuerelektrode (Gate) und mit kathodenseitig gekrümmten ström in einem Thyristor nach Fig. 2. 4 shows a sectional drawing through a thyristor without 25 is used in these areas and acts like the gate control electrode (gate) and with currents curved on the cathode side in a thyristor according to FIG. 2.
pn-Obergängen. Besonders gut bewährt haben sich auch Zündanordnungen, pn transitions. Ignition arrangements have also proven particularly successful,
In Fig. 1 a ist der zeitliche Verlauf des Anodenstroms I, wäh- bei denen die Zündung mittels Licht erfolgt (vgl. J.R. Davis and rend der Umschaltung von der Durchlassrichtung in die nega- J.S. Roberts: Ultra Fast, High Power Laser-Activated Switches, tive Sperrichtung für einen typischen Leistungsthyristor sehe- 30 PESC 76 Record, S. 272-279). Hierzu wird die in Fig. 2 mit 4 matisch dargestellt. Dabei ist mit I0, der Durchlassstrom zu bezeichnete Gatemetallisierung weggelassen und das Licht Beginn des Abkommutierens (z.B. 200 A) und mit IH, der Halte- dann in das zwischen den Kathodenmetallisierungen (6) befind-strom bezeichnet (z.B. 0,1 A). Beim Nulldurchgang des Stromes liehe Gebiet eingestrahlt. Durch die Lichtzündung wird im Thy-I sind immer noch freie Ladungen in den pn-Übergängen vor- ristor in sehr kurzer Zeit eine hohe Konzentration an Ladungs-handen. Es fliesst daher während der Sperrverzögerungszeit tv 35 trägem erzeugt. Damit wird eine grossflächige Zündung mit ein Rückstrom, der erst verschwindet, wenn die überschüssigen sehr geringen Emschaltverlusten möglich. Im Gegensatz zur Minoritätsträger über die pn-Übergänge abgeflossen sind bzw. Lichtzündung bei bekannten Anordnungen können für das hier in den anschliessenden Zonen rekombinieren konnten. vorgeschlagene Bauelement Laser geringer Leistung, also ins- 1 a shows the time profile of the anode current I during which the ignition takes place by means of light (cf. JR Davis and the changeover from the forward direction to the negative JS Roberts: Ultra Fast, High Power Laser-Activated Switches , tive blocking direction for a typical power thyristor see 30 PESC 76 Record, pp. 272-279). For this purpose, the 4 in Fig. 2 is shown matically. I0, the let-through current to the gate metallization designated is omitted and the light begins to commutate (e.g. 200 A) and IH, the holding current in the current between the cathode metallizations (6) is designated (e.g. 0.1 A). When the current passes through zero, the area is irradiated. Due to the light ignition in the Thy-I, free charges in the pn junctions are still in a very short time a high concentration of charges. It therefore flows slowly generated during the blocking delay time tv 35. This makes a large-area ignition with a reverse current that only disappears when the excess very low switching losses are possible. In contrast to the minority carrier through which the pn junctions have flowed or light ignition in known arrangements could be able to recombine here in the adjoining zones. proposed component laser low power, so
Fig. lb zeigt den zeitlichen Verlauf des Anodenstroms I besondere Halbleiterlaser als Lichtquellen verwendet werden, eines entsprechenden Thyristors mit starker Vershortung, wie 40 weil die Intensität in diesem Fall nur ausreichen muss, um die er etwa in Verbindung mit Fig. 2 näher beschrieben werden Ladungsträgerkonzentration am kathodenseitigen pn-Über-wird. Bei gleicher Abkommutierungsgeschwindigkeit beginnt gang so hoch zu machen, dass es hier zur Ausbildung eines der kathodenseitige Übergang bereits mit einem positiven Zündkanals kommt. Fig. Lb shows the time course of the anode current I special semiconductor lasers are used as light sources, a corresponding thyristor with strong shorting, such as 40 because in this case the intensity only has to be sufficient by which it is described in more detail in connection with FIG. 2 charge carrier concentration on the cathode-side pn-over-is. At the same commutation speed, gear starts to make so high that a transition to the cathode side is already formed with a positive ignition channel.
Strom IAbk Spannung aufzunehmen. Die Sperrverzögerungszeit Als besonders vorteilhaft erweist sich zur Lichtzündung die ty ist in diesem Fall praktisch Null. Der Haltestrom Ih' hinge- 45 Verwendung von Strukturen gemäss Fig. 4, denn im Bereich gen ist bei dem neuen Thyristor höher (etwa 5 A) als bei dem der gekrümmten, sich an die Oberfläche erstreckenden pn-Thyristor gemäss Fig. 1 a. Übergänge wird die Quantenausbeute noch zusätzlich vergrös- Current IAbk voltage. The blocking delay time proves to be particularly advantageous for light ignition, the ty is practically zero in this case. The holding current Ih 'depends on the use of structures according to FIG. 4, because in the region gen the new thyristor is higher (about 5 A) than that of the curved pn thyristor extending to the surface according to FIG. 1A. Transitions, the quantum yield is further increased.
Eine Möglichkeit, die Vershortung eines Thyristors zu erhö- sert. One way to increase the shortage of a thyristor.
hen, zeigt Fig. 2. Dabei sind die Emitter 1 sowie die Shorts 2 in Mit der Struktur gemäss Fig. 4 ist auch ein gemischter 2 shows the emitters 1 and the shorts 2 in. The structure according to FIG. 4 is also a mixed one
Form von Streifen ausgebildet. Die Streifenbreite bE eines 50 Betrieb Überkopf-Licht-Zündung denkbar. Durch eine kon-n+-Streifens des Emitters 1 liegt bei Leistungsthyristoren mit stante geringe Lichtleistung kann dabei die Spannung für die einem Dotierungsprofil (Konzentration der Dotierungsatome Überkopfzündung variiert werden. Formed in the form of strips. The stripe width bE of a 50 overhead light ignition conceivable. A con-n + stripe of the emitter 1 provides power thyristors with a constant low light output, the voltage for the one doping profile (concentration of the doping atoms overhead ignition can be varied.
G G
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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