DE1025527B - Selengleichrichter mit leitfaehigkeitserhoehenden Zusaetzen in der Selenschicht - Google Patents
Selengleichrichter mit leitfaehigkeitserhoehenden Zusaetzen in der SelenschichtInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf Selengleichrichter
mit leitfähigkeitserhöhenden Zusätzen, wie z. B. Halogen, in der Selenschicht und auf ein Verfahren zur
Herstellung von solchen Gleichrichtern.
Es ist bekannt, daß Selengleichrichter im allgemeinen aus einer metallischen Grundplatte, einer auf diese
aufgebrachten Selenschicht und einer auf der Selenschicht befindlichen Deckelektrode bestehen. 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 Gleichrichtereigenschaften
wurden auch schon zwischen Selen und Grundplatte Zwischenschichten eingeschaltet, die
eine Verringerung des Übergangswiderstandes von der Grundplatte zum Selen bewirken. Zur Erhöhung
der Sperrfähigkeit können auf das Selen künstliche Sperrschichten aus nichtleitenden Stoffen aufgebracht
oder die Selenoberfläche vor dem Aufbringen der Deckelektrode mit Salzen, Lösungen oder Flüssig- ao
keiten zur Verbesserung der Sperreigenschaften behandelt werden.
Es ist weiter bekannt, dem Selen Stoffe zuzusetzen, die eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des
Selens bewirken. Durch Zusätze zum 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 Selengleichrichter weisen jedoch noch den Nachteil auf, daß der Widerstand der Selenschicht
verhältnismäßig hoch ist. Durch die zuvor genannten Zusätze zum Selen konnte zwar der Widerstand vermindert
werden, jedoch gelang es nicht, den Durchlaßwiderstand
der Gleichrichterplatte kleiner als etwa 2,5 bis 3,5 Ohmcm2 zu machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchlaßwiderstand des Gleichrichters zu vermindern,
ohne die anderen Gleichrichtereigenschaften 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 Selengleichrichter
mit leitfähigkeitserhöhenden Zusätzen
in der Selenschicht
in der Selenschicht
Anmelder:
Standard Elektrik Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dipl.-Phys. Alois Kleinle, Nürnberg,
und Rudolf Weiss, Roth bei Nürnberg,
sind als Erfinder genannt worden
Gleichrichterplatten 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 Ohmcm2 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°/o 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 15mg°/o
gewählt wird.
Ein weiterer Fortschritt wird erzielt, wenn nur ein Teil der Selenschicht mit Gallium versetzt wird.
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 so 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
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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 Galliumzusatz
untersucht. Es wurde dort jedoch festgestellt, daß lediglich der Widerstand des reinen Selens erreicht
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 Gallim 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 bis 20 μ dicke
Selenschicht befindet, darauf eine etwa 10 μ starke, mit Gallium versetzte Selenschicht, auf der sich wieder
eine galliumfreie, 30 bis 40 μ starke Selenschicht befindet.
Die beschriebenen Schichtenfolgen von galliumfreien und galliumhaltigen Selen 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 Galliumkonzentration der einzelnen galliumhaltigen Schichten zur Deckelektrode
hin abnimmt. In jedem Fall ist es jedoch wichtig, daß die an der Deckelektrode anliegende 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. Zweckmäßiger weise verwendet man hierzu
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 dieser 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 Selenidschicht, die z. B. auf einer vernickelten Eisengrundplatte durch Aufbringen einer geringen
Selenmenge und Erhitzen auf Temperaturen von etwa 300° 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 Zeichnung soll der Aufbau von Gleichrichterplatten gemäß der Erfindung noch einmal
kurz erläutert werden.
Im einfachsten Fall, wie er in Fig. 1 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 Dickenverhältnisse darstellen. Zur Hervorhebung
der galliumhaltigen Selenschicht ist diese schraffiert.
Nach Fig. 2 besteht die Selengleichrichterplatte aus der Grundplatte 1, der gallium- und halogenhaltigen
Selenschicht 2 a, der halogenhaltigen Selenschicht 2 b und der Deckelektrode 3.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Selenschicht aus drei Teilschichten, von denen die
Schicht 2 a galliumhaltig und halogenhaltig und die Schichten 2 6 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.
Die Gleichrichterplatte nach Fig. 5 besteht schließlich aus einer metallischen Grundplatte 1, beispielsweise
aus Eisen, einer auf dieser befindlichen metallischen Zwischenschicht 1 b, z. B. aus Nickel, einer
Selenidschicht Ic, beispielsweise aus Nickelselenid, der halogenhaltigen Selenschicht 2 b, der halogen- und
galliumhaltigen Selenschicht 2 a, auf der sich eine halogenhaltige Selenschicht 2 b 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 Gleichrichterplatten gemäß
der Erfindung wird in zweckmäßiger Weise bei höherer Temperatur, etwa zwischen 60 und 80° C,
vorgenommen. Zur Konstanthaltung der Formiertemperatur werden die Gleichrichterplatten unter öl
formiert, was an sich bekannt ist.
Claims (14)
1. Selengleichrichter mit leitfähigkeitserhöheii
den Zusätzen, wie z. B. Halogen, in der Selenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Selen
neben Halogen Gallium enthält.
2. Selengleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Galliumkonzentration von
der Grundplattenseite zur Deckelektrodenseite der Selenschicht hin abnimmt.
3. Selengleichrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der
Selenschicht Gallium enthält.
4. Selengleichrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine galliumhaltige Selenschicht
an der Grundplattenseite liegt.
5. Selengleichrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Selenschicht aus drei Teilschichten
besteht, deren mittlere Gallium enthält.
6. Selengleichrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Grundplatte
liegende galliumfreie Selenschicht dünner ist als
die an der Deckelektrode liegende galliumfreie Selenschicht.
7. Selengleichrichter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Grundplatte
liegende Selenschicht 15 bis 20 μ dick ist, die an der Deckelektrode liegende Selenschicht 30
bis 40 μ und die dazwischenliegende galliumhaltige Selenschicht 10 μ dick ist.
8. Selengleichrichter nach Anspruch 3, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge
aus galliumfreien und galliumhaltigen Selenschichten mehrfach wiederholt ist.
9. Selengleichrichter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Selenschicht maximal
10 mg Gallium auf 100 g Selen enthält.
10. Selengleichrichter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Selenschicht etwa
15 mg Chlor und maximal 10 mg Gallium auf 100g Selen enthält.
11. Selengleichrichter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Grundplatte
und Selenschicht eine Selenidschicht befindet.
12. Selengleichrichter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Selen
und Deckelektrode eine künstliche Sperrschicht, beispielsweise eine Lacksperrschicht, befindet.
13. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die galliumhaltige Selenschicht durch gleichzeitiges Aufdampfen von Selen und Gallium
aus getrennten Verdampfern hergestellt und durch wahlweises Einschalten des Galliumverdampfers
eine vorbestimmte Verteilung des Galliums in der Selenschicht bewirkt wird.
14. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die galliumhaltige Selenschicht durch gleichzeitiges Aufdampfen einer Galliumverbindung,
z. B. eines Galliumhalogenids und Selen aus getrennten Verdampfern hergestellt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 820 318;
USA-Patentschrift Nr. 2 496 432.
Deutsche Patentschrift Nr. 820 318;
USA-Patentschrift Nr. 2 496 432.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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