CH634442A5 - Lichtzuendbarer thyristor. - Google Patents

Description

634442 2

PATENTANSPRÜCHE zone um den an die Oberfläche grenzenden PN-Übergang (10)

1. Lichtzündbarer Thyristor, der aus einem Haupt- und bestehen bleibt.

einem zur Zündverstärkung integriertem Hilfsthyristor besteht, 2. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch und bei dem die anodenseitige Basiszone in einem schmalen gekennzeichnet, dass das Verhältnis R/D > 1 ist, wobei D die Kanal bis an die kathodenseitige Oberfläche reicht, so dass der s Breite und R der mittlere Abstand der Oberflächenbereiche (8, durch diese Basiszone und der kathodenseitigen Basiszone 9), die durch die anodenseitige Basiszone (3) gebildet werden, gebildete PN-Übergang ebenfalls direkt an die kathodenseitige von dem Zentrum der ringförmigen Gatezone (7) bedeuten Oberfläche grenzt, und bei dem die Kathodenzone des Hilfsthy- (vgl. Fig. 1 ).

ristors von einer Gatezone des Hauptthyristors umgeben und 3. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1 oder 2,

mit dieser kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der "> dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (D) der Oberflächenoder die kathodenseitigen Oberflächenbereiche (8,9), die durch bereiche (8,9), die durch die anodenseitige Basiszone (3) gebil-die anodenseitige Basiszone (3) gebildet werden, sich zwischen det werden, ^ 200 |im ist.

der Gatezone (7) und der Kathodenzone (1) des Hauptthyri- 4. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1

stors befinden, und dass die Breite (D) dieser Oberflächenbe- bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodenseitige Oberreiche (8,9) so gewählt ist, dass während des gesamten Zünd- i s fläche mindestens zwei Bereiche (8,9) aufweist, die durch die Vorganges mindestens teilweise eine schmale Raumladungs- anodenseitige Basiszone (3) gebildet werden.

Die Erfindung betrifft einen lichtzündbaren Thyristor, der ringförmig ausgebildeten Kathodenzone des Hilfsthyristors aus einem Haupt- und einem zur Zündverstärkung integriertem angeordnet. An diese schliesst sich nach aussen hin die mit ihr

Hilfsthyristor (amplifying gate) besteht, und bei dem die kontaktierte Gatezone des Hauptthyristors an und beide anodenseitige Basiszone in einem schmalen Kanal bis an die 25 Zonen zusammen werden von der Kathodenzone des Haupt-

kathodenseitige Oberfläche reicht, so dass der durch diese thyristors eingeschlossen. Bei Bestrahlung der kathodenseiti-

Basiszone und der kathodenseitigen Basiszone gebildete PN- gen Oberfläche mit Licht zündet zunächst der Hilfsthyristor,

Übergang ebenfalls direkt an die kathodenseitige Oberfläche der dann anschliessend über die Gatezone eine Zündung des grenzt, und bei dem die Kathodenzone des Hilfsthyristors von Hauptthyristors bewirkt.

einer Gatezone des Hauptthyristors umgeben und mit dieser 30 Bei diesen bekannten lichtzündbaren Thyristoren wird die kontaktiert ist. Zündempfindlichkeit des Hilfsthyristors, bei vorgegebener

Derartige Iichtzündbare Thyristoren sind beispielsweise dU/dt-Festigkeit, möglichst hoch ausgelegt, was zu einer relativ aus der DE-OS 24 08 079 bekannt. Bei diesen bekannten Thyri- kleinen Kathodenzone führt. Ohne besondere Massnahmen stören ist der an die kathodenseitige Oberfläche grenzende stellt sich dabei ein hohes Zündverhältnis Z ein. Dabei wird als schmale Kanal der anodenseitigen Basiszone innerhalb einer 35 Zündverhältnis das Verhältnis:

_ Zur Zündung des Hauptthyristors erforderlicher Mindeststrom Zur Zündung des Hilfsthyristors erforderlicher Mindeststrom

40

bezeichnet. Dieses Verhältnis liegt bei lichtzündbaren Thyristo- fliesst, wo sich kein sperrender Übergang zwischen Gatezone ren mit hoher Lichtempfindlichkeit etwa zwischen 30 und 100. und Kathodenzone des Hauptthyristors befindet. Die Länge Zum Zünden des Hauptthyristors muss daher ein relativ gros- des für die Zündung des Hauptthyristors wirksamen, gateseiti-ser Strom vom Hilfsthyristor geliefert werden, was bei hohem gen Kathodenzonenrandes wird also reduziert. Die Gatestrom-di/dt zur Zerstörung des Hilfsthyristors führen kann. 45 dichte, die an diesen Kathodenzonenrand gelangt, ist hingegen

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen grösser geworden, so dass die Zündempfindlichkeit des Haupt-lichtzündbaren Thyristor mit hoher Lichtempfindlichkeit der thyristors zunimmt.

eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, dass keine Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben Zerstörung des Hilfsthyristors bei harter Beanspruchung, d. h. sich aus dem folgenden, anhand von Figuren beschriebenen bei hohem di/dt eintritt. 50 Ausführungsbeispiel.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale Es zeigt:

des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil der kathodenseitigen vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Merkmale enthalten die Oberfläche eines Thyristors gemäss der Erfindung; und abhängigen Patentansprüche. Fig. 2 einen schematischen Querschnitt dieses Thyristors

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, dass der Hilfs-55 entlang der Schnittlinie II-II.

thyristor durch ein genügend kleines Zündverhältnis entlastet In den Figuren 1 und 2 bedeuten 1 die Kathodenzone, 2 die werden kann. Da die Zündempfindlichkeit des Hilfsthyristors kathodenseitige Basiszone, 3 die anodenseitige Basiszone und 4 erhalten bleiben soll, um die zur Zündung erforderliche Licht- die Anodenzone. Die Kathodenmetallisierung 5 und die Metal-stärke möglichst gering halten zu können, muss die Zündemp- lisierung 6 der Gatezone 7 wurde aufgrund einer übersichtli-findlichkeit des Hauptthyristors ebenfalls heraufgesetzt wer- 60 cheren Darstellung in Fig. 1 weggelassen.

den. Dieses erfolgt durch die besondere Anordnung der Wie Fig. 2 zeigt, wird die Basiszone 3 über schmale Kanäle anodenseitigen Basiszone auf der kathodenseitigen Oberfläche. 8,9 bis an die kathodenseitige Oberfläche hochgeführt, so dass Denn der hochgezogene PN-Übergang erzeugt dank der . der sich zwischen den Basiszonen bildende PN-Übergang 10 Raumladungszone, die sich schon bei kleinen Blockierspannun- ebenfalls an die Oberfläche grenzt. Bereits bei relativ niedrigen gen bis an die kathodenseitige Oberfläche erstreckt, eine wirk- es Vorwärtsspannungen bildet sich um den PN-Übergang 10 eine same Isolationszone. Diese verhindert dann an diesen Stellen Raumladungszone aus. Wird diese Raumladungszone mit Licht einen Stromfluss zwischen Hilfs- und Hauptthyristor, so dass bestrahlt, so werden Ladungsträger erzeugt, die in dem in der der von dem Hilfsthyristor gelieferte Gatestrom lediglich dort Raumladungszone bestehenden elektrischen Feld sofort

getrennt werden (zur grundsätzlichen Wirkungsweise des lichtzündbaren Thyristors vgl. die eingangs zitierte DE-OS 24 08 079).

Es bildet sich ein Zündstrom aus, der die Kathodenzone 11 des Hilfsthyristors zur Injektion anregt und diesen Teilthyristor, bestehend aus den Zonen 11,2,3 und 4 zündet. Der Hilfsthyristor liefert dann den Gatestrom für den Hauptthyristor, und zwar gelangt dieser Gatestrom von der Kathodenzone 11 über die Metallisierung 6 zur Gatezone 7 und von dort an die Kathodenzonenränder 12 und 13 (Fig. 1).

Die Breite D der hochgezogenen Kanäle 8 und 9 muss so gross sein, dass während des ganzen Zündvorganges minde-

3 634442

stens eine schmale Raumladungszone um die Übergänge 10 bestehen bleibt (üblicherweise gilt: 0<D^200 p,m). Da die Krümmung der PN-Übergänge die erreichbare Blockierspannung verringert [vgl. auch: G.M. Sze, G. Gibbons, «Effect of s junction curvature on breackdown voltages in semiconduc-tors», Solid State Electronics 9, p. 831 (1966)], sollte die Kanalbreite D auch nicht zu gross gemacht werden. Ferner muss für den Krümmungsradius R (Fig. 1) gelten R>D.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, kann die Basiszone 3 auch io über mehr als zwei Kanälen mit der kathodenseitigen Oberfläche verbunden sein. Auch die Verwendung von nur einem Kanal ist möglich.

1 Blatt Zeichnungen