DE1074159B - Vorrichtung zur Temperaturüberwachung einer elektrischen Halbleiteranordnung - Google Patents

Vorrichtung zur Temperaturüberwachung einer elektrischen Halbleiteranordnung

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DE1074159B
DE1074159B DENDAT1074159D DE1074159DA DE1074159B DE 1074159 B DE1074159 B DE 1074159B DE NDAT1074159 D DENDAT1074159 D DE NDAT1074159D DE 1074159D A DE1074159D A DE 1074159DA DE 1074159 B DE1074159 B DE 1074159B
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Belecke/Möhne Dr.-In^ Hans-Ludwig Rath und August Stumpe
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LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M
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Description

X5 U Ui U JhtD
DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur einer elektrischen Halbleiteranordnung. Derartige Halbleiteranordnungen sind beispielsweise elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotozellen und Fototransistoren oder Varistoren oder magnetische, elektrische oder magnetisch und elektrisch gesteuerte Halbleiterwiderstände, Hallgeneratoren u. a.
Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen und insbesondere solche derartigen Halbleiteranordnungen, die für große Leistungen bemessen sind, können im Betrieb eine Erhöhung ihrer Temperatur erfahren, welche aber unterhalb einer für die betreffende Halbleiteranordnung charakteristischen Temperatur gehalten werden muß, damit keine unerwünschte Veränderung des elektrischen Verhaltens oder keine Beschädigung der Halbleiteranordnungen eintreten kann.
Zur Temperaturkontrolle wurde schon vorgeschlagen, einen p-n-Gleichrichter oder einen Transistor der Meßtemperatur auszusetzen und den Sperrstrom des p-n-Übergangs bzw. den Sperrstrom des Kollektors als temperaturempfindliche Größe zu messen. Hierbei dienen der p-n-Gleichrichter und der Transistor, wie ein Thermometer, als Temperaturfühler. Für viele Anwendungen haftet daher diesem Verfahren der Nachteil der schwierigen Herstellung eines ausreichenden Wärmekontaktes an. Nun erfordert aber besonders die Überwachung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen eine empfindliche und äußerst trägheitsarme Temperaturmessung, z.B. soll eine Temperaturerhöhung von 1° C oder weniger innerhalb etwa 20 Millisekunden angezeigt werden. Eine Temperaturkontrolle, welche eine besondere wärmemäßige Kontaktierung notwendig macht, ist daher für eine Anwendung bei elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen meist ungeeignet.
Andere Versuche der Temperaturmessung von Trockengleichrichtern mit einer großflächigen p-n-Übergangssperrschicht waren nun darauf gerichtet, den Sperrstrom des Trockengleichrichters selbst als temperaturempfindliche Größe zu messen. Um die Temperatur zu ermitteln, die der Trockengleichrichter bei einer betriebsmäßigen Belastung annimmt, müßte man jedoch besonders leistungsfähige Schaltanordnungen vorsehen, welche den Strom, z. B. einen einphasigen Wechselstrom, in jeder halben Periode, während der eine Beanspruchung des Trockengleichrichters in Flußrichtung erfolgt, von dem Meßzweig fernhalten. Schon durch den dafür erforderlichen Aufwand einer leistungsfähigen und synchron mit der Periode des gleichzurichtenden Wechselstromes arbeitenden Schaltanordnung kommt diese Art Temperaturmessung
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung einer elektrischen Halbleiteranordnung
Anmelder:
LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor - Stern - Kai 1
Dr.-Ing. Hans-Ludwig Rath und August Stumpe,
Belecke/Mohne,
sind als Erfinder genannt worden
für die Überwachung von Trockengleichrichtern im Betrieb nicht in Frage.
Zur Verringerung des Temperatureinflusses auf das elektrische Verhalten eines zweistufigen Transistor-Gleichstromverstärkers ist bekannt, als Lastwiderstand der ersten Stufe einen "temperaturempfindlichen Widerstand zu verwenden. Bei einer geeigneten Charakteristik des temperaturempfindlichen Widerstandes kann nun eine solche Vorspannung dem Transistor der zweiten Stufe zugeführt werden, daß der Kollektorgleichstrom dieses Transistors auch dann konstant bleibt, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. Als temperaturempfindliche Widerstände stehen nichtlineare Elemente, wie Transistoren, Germaniumdioden und Thermistoren, zur Verfügung.
Eine Temperaturkompensation einer Halbleiteranordnung kann jedoch eine Temperaturüberwachung derselben im allgemeinen nicht ersetzen, insbesondere nämlich dann nicht, wenn die Belastung der HaIbleiteranordnung groß ist oder große Änderungen erfährt.
Nach einer anderen bekannten Anordnung soll eine Temperaturkompensation eines Transistors erzielt werden, bei welcher mit dem Transistor ein Heißleiter in Wärmekontakt steht und der Heißleiter in Reihe mit einem verhältnismäßig großen temperaturunabhängigen Vorwiderstand an einer konstanten Gleichspannungsquelle liegt. Mit dieser Schaltmaßnahme soll erreicht werden, daß bei abnehmender Umgebungstemperatur sich die im Heißleiter erzeugte Heizleistung vergrößert. Eine solche Anordnung ermöglicht lediglich eine Temperaturkompensation. Sie ist außerdem mit den Schwierigkeiten eines Wärmekontaktes behaftet.
909 727/411
Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die angeführten Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden und weitere Vorteile erhalten werden, und zwar besteht die Erfindung darin, daß an dem Halbleiterkörper der Halbleiteranordnung unter Bildung s einer Sperrschicht eine zusätzliche Elektrode so angebracht ist, daß keine Beeinflussung der Halbleiteranordnung durch den Sperrstrom der zusätzlichen Elektrode auftritt, und daß der Sperrstrom zwischen dieser zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung zur Messung oder/und Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung dient.
Zur Feststellung der Temperatur kann beispielsweise der Sperrstrom zwischen der zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrfreien Elektrode der Halbleiteranordnung gemessen und daraus die Temperatur mittels einer Eichkurve bestimmt werden. Für eine zweckmäßige Temperaturüberwachung einer Halbleiteranordnung kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, bei welcher der Sperrstrom zwischen der zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung, gegebenenfalls nach Verstärkung, bei einer einen bestimmten Wert übersteigenden Temperatur der Halbleiteranordnung eine oder mehrere Schaltvorrichtungen betätigt, durch welche die Speisespannung abgeschaltet oder die Belastung verringert oder eine Kühlung bzw. stärkere Kühlung eingeschaltet wird. Bei einer besonders geeigneten Vorrichtung zur Temperaturüberwachung wird der Sperrstrom einer Gleichspannungsquelle entnommen.
Eine etwaige Erwärmung des Halbleiterkörpers der Halbleiteranordnung durch den Sperrstrom der zusätzlichen Elektrode kann vernachlässigt werden, da gegebenenfalls die Sperrverluste durch Wahl· einer niedrigen Sperrspannung sowie durch Wahl einer kleinflächigen Sperrschicht klein gehalten werden kann. Um die Empfindlichkeit der vorliegenden Vorrichtung möglichst groß zu machen, ist die zusätzliche Elektrode zweckmäßig in möglichst kleinem Abstand von dem Entstehungsort der Wärme der Halbleiteranordnung angebracht. Vor allem kann hierdurch eirie etwaige kleine Wärmeträgheit infolge der Ausbreitung der Wärme von deren Entstehungsort bis zu der Sperrschicht der zusätzlichen Elektrode klein gehalten werden. Die Entfernung dieser Sperrschicht soll zweckmäßig jedoch so groß gewählt werden, daß keine Beeinflussung des Sperrstromes, etwa durch injizierende Elektroden der Halbleiteranordnung, eintreten kann.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann vorteilhaft zur Temperaturüberwachung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen, vorzugsweise Trockengleichrichtern, z. B. Germaniumgleichrichtern, verwendet werden.
Nach einem zweckmäßigen, an Hand der Figur erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zur Temperaturüberwachung von Trockengleichrichtern die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers einer Halbleiteranordnung neben der Gegenelektrode angebracht sein. In der Figur ist in zum Teil schematischer Darstellung eine Vorrichtung nach der Erfindung gezeichnet. Auf einer Trägerelektrode 1 befindet sich der Halbleiterkörper 2, z. B. ein Germaniumkristall, an welchem die Gegenelektrode 3, z. B. durch Anlegieren einer Indiumlegierung, angebracht ist. Die in einem Abstand von beispielsweise der Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger von der Gegenelektrode 3 entfernt angebrachte zusätzliche Elektrode ist mit 4 bezeichnet. 5 und 6 sind Zuleitungen zu der Elektrode 4 bzw. der Gegenelektrode 3.
Diese Anordnung ist besonders dann von Vorteil, wenn sich die Sperrschicht der Gegenelektrode in geringer Tiefe unter dem der Gegenelektrode zugewandten Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers befindet. Ist durch die Anbringung, z. B. ein tiefes Anlegieren oder/und die geometrische Anordnung der Gegenelektrode, bedingt, daß sich zwischen dem wirksamen Teil der Sperrschicht der Gegenelektrode und der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben der Gegenelektrode ein größerer Wärmeweg -befindet, so erweist sich als günstig, die zusätzliche Elektrode neben oder innerhalb einer Aussparung der Trägerelektrode des Trockengleichrichters anzubringen. Eine ungünstige Beeinflussung der Sperrschicht der zusätzlichen Elektrode wird bei einer Anbringung der zusätzlichen Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers in einem Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger von der Gegenelektrode vermieden.
Ein weiteres günstiges Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Anwendung der Vorrichtung für die Temperaturüberwachung eines Transistors dar.
Bei einer aus einem Transistor bestehenden, elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnung wird die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben einer der Elektroden oder innerhalb einer Aussparung einer der Elektroden des Transistors angebracht. Die zusätzliche Elektrode wird zweckmäßig auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers in einem solchen Abstand von injizierenden Elekroden angebracht, daß keine störende Einwirkung auf den Sperrstrom der zusätzlichen Elektrode durch diese Elektroden erfolgen kann.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur einer elektrischen Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Halbleiterkörper der Halbleiteranordnung unter Bildung einer Sperrschicht eine zusätzliche Elektrode so angebracht ist, daß keine Beeinflussung der Halbleiteranordnung durch den Sperrstrom der zusätzlichen Elektrode auftritt, und daß der Sperrstrom zwischen dieser zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung zur Messung oder/ und Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in möglichst kleinem Abstand von dem Entstehungsort der Wärme der Halbleiteranordnung angebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Trockengleichrichter ist und die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben der Gegenelektrode angebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in einem Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger neben der Gegenelektrode angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Trockengleichrichter ist und die zusätzliche Elek-
trode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben oder innerhalb einer Aussparung der Trägerelektrode angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Transistor ist und die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben oder innerhalb einer Aussparung einer der Elektroden des Transistors angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in einem Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger von injizierenden Elektroden angebracht ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrstrom der zusätzlichen Elektrode einer Gleichspannungsquelle entnommen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch I1 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrstrom, gegebenenfalls nach Verstärkung, bei einer einen vorbestimmten Wert übersteigenden Temperatur der Halbleiteranordnung eine oder mehrere Schaltvorrichtungen betätigt, durch welche die Speisespannung abgeschaltet oder die Belastung verringert oder eine Kühlung bzw. stärkere Kühlung eingeschaltet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Fr. 1 005 644;
Journal of Scient. Instr., Vol. 32, 1955, S. 451, 452;
R. Rost, »Kristalloden-Technik«, 1954, S. 110,114, 115;
R. F. Shea, »Transistor Circuits«, 1953, S. 177 bis 179, 474.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 727/411 1.60
DENDAT1074159D 1957-09-13 Vorrichtung zur Temperaturüberwachung einer elektrischen Halbleiteranordnung Pending DE1074159B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1284521B (de) * 1963-06-18 1968-12-05 The Plessey Company U.K. Ltd., IIford, Essex (Großbritannien) Schaltungsanordnung mit einem mehremitter-transistor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1005644B (de) * 1955-10-14 1957-04-04 Iapatelholdia Patentverwertung Transistor mit Temperaturkompensation

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