DE1132245B - Vorrichtung zur Temperaturregelung einer elektrischen Halbleiteranordnung - Google Patents

Vorrichtung zur Temperaturregelung einer elektrischen Halbleiteranordnung

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DE1132245B DEL30479A DEL0030479A DE1132245B DE 1132245 B DE1132245 B DE 1132245B DE L30479 A DEL30479 A DE L30479A DE L0030479 A DEL0030479 A DE L0030479A DE 1132245 B DE1132245 B DE 1132245B
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Description

  • Vorrichtung zur Temperaturregelung einer elektrischen Halbleiteranordnung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer elektrischen Halbleiteranordnung. Derartige Halbleiteranordnungen sind beispielsweise elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotozellen, Fototransistoren, Varistoren oder magnetisch, elektrisch oder magnetisch und elektrisch gesteuerte Halbleiterwiderstände.
  • Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen und insbesondere solche 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.
  • Anstatt auf eine Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung richtet sich die bekannte Temperaturkompensation eines Transistors auf die schaltungsmäßige Ausgleichung der temperaturbedingten Änderung des ohmschen Widerstandes der Emitter-Basis-Strecke bei einer anliegenden Emittervorspannung durch die Änderung des ohmschen Widerstandes einer temperaturempfindlichen Diode mit einer Temperatur-Widerstands-Charakteristik, die annähernd identisch ist mit derjenigen der Emitter-Basis-Strecke des Transistors. Um die Temperatur-Widerstands-Charakteristik der Diode derjenigen der Emitter-Basis-Strecke des Transistors anzupassen und die temperaturempfindliche Diode auf der Temperatur des Transistors zu halten, wird bei der bekannten Anordnung zur Temperaturkompensation die temperaturempfindliche Diode von einer weiteren gleichrichtenden Elektrode an einer äußeren Zone eines Transistors und deren nichtgleichrichtender Elektrode gebildet. Durch diese Temperaturkompensation kann daher nur die Auswirkung einer Temperaturänderung des Transistors auf den ohmschen Widerstand der Emitter-Basis-Strecke, nicht aber die Temperaturwirkung in anderen Teilen des Transistors, z. B. der Kollektor-Emitter-Strecke, ausgeglichen werden.
  • Zur Verringerung des Temperatureinflusses auf das elektrische Verhalten eines zweistufigen Transistor-Gleichstromverstärkers ist bekannt, als Lastwiderstand der ersten Stufe zusammen mit Neben- oder/ und Reihenwiderständen einen temperaturempfindlichen Widerstand zu verwenden. Bei einer geeigneten Charakteristik des temperaturempfindlichen Widerstandes kann dann eine solche Vorspannung dem Transistor der zweiten Stufe zugeführt werden, daß der Kollektorgleichstrom dieses Transistors auch dann konstant bleibt, wenn sich die Temperatur des Transistor-Gleichstromverstärkers ändert. Als temperaturempfindliche Widerstände stehen nichtlineare Elemente, wie Transistoren, Germaniumdioden und Thermistoren, zur Verfügung. Bei einem solchen zweistufigen Transistor-Gleichstromverstärker wird nicht die Temperatur des Transistors geregelt, also eine unzulässige Temperaturänderung des Transistors vermieden, sondern der Temperatureinfluß auf die Ausgangscharakteristik des Verstärkers durch besondere Schaltglieder unterdrückt. Eine Temperaturkompensation einer Halbleiteranordnung kann jedoch eine Temperaturregelung derselben insbesondere dann nicht ersetzen, wenn die Belastung der Halbleiteranordnung groß ist oder große Änderungen erfährt.
  • Ein älterer Vorschlag hat einen Transistor zum Gegenstand, dessen Kollektorstrom dadurch temperaturunabhängig werden soll, daß an einem der Halbleiterbereiche zwei weitere pn-Übergänge in Reihe angeordnet sind, von welchen der von dem Halbleiterbereich des Transistors entfernt gelegenere p-n-Übergang schaltungsmäßig zur Temperaturkompensation des Kollektorstromes ausgenutzt ist.
  • Ein anderer älterer Vorschlag bezieht sich gleichfalls auf die Temperaturkompensation eines Transistors, und zwar soll diese dadurch erreicht werden, daß eine weitere und temperaturkompensierende Halbleiteranordnung mit einem pn-Übergang auf der freien Oberfläche der Basiselektrode des Transistors in thermischem Kontakt angebracht wird und daß der Strom der weiteren und temperaturkompensierenden Halbleiteranordnung dem Basisstrom des Transistors so zugeleitet wird, daß bei Temperaturänderung des Transistors sich keine Spannungsänderung an der Basiselektrode des Transistors ergibt.
  • Zwei weitere ältere Vorschläge betreffen Vorrichtungen zur Temperaturüberwachung einer elektrischen Halbleiteranordnung. Nach dem einen dieser beiden Vorschläge ist an dem Halbleiterkörper der Halbleiteranordnung unter Bildung einer Sperrschicht eine zusätzliche Elektrode so angebracht, daß keine Beeinflussung der Halbleiteranordnung durch den Flußstrom der zusätzlichen Elektrode auftritt, und der Flußstrom bzw. die Flußspannung zwischen dieser zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung dient zur Messung oder/und Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung. Der andere dieser beiden Vorschläge besteht darin, 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.
  • Es ist weiterhin bekannt, die Temperatur eines Halbleiterkörpers durch Messung des an der Berührungsfläche zwischen dem p- und dem n-leitenden Teil eines Halbleiterkörpers auftretenden Wechselstromwiderstandes, d. h. des komplexen Scheinwiderstandes, zu bestimmen. Die Temperaturabhängigkeit des Wechselstromwiderstandes kann auf Grund der folgenden Wirkungsweise erläutert werden. Zur Betrachtung wird der kapazitive Anteil herausgestellt.
  • Ein aus einem p-leitenden Teil und einem n-leitenden Teil bestehender Halbleiterkörper bildet einen sogenannten p-n-Übergang, der kapazitätsbehaftet ist. Im n-leitenden Teil des Halbleiterkörpers sind als Leitungsträger Elektronen in der Überzahl vorhanden, während die Leitung im p-leitenden Teil durch in der Überzahl befindliche sogenannte Löcher erfolgt. Grundsätzlich eignen sich alle p-n-Übergänge zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung der Temperatur von Halbleiteranordnungen. Es ist jedoch als Beispiel für den vorliegenden Fall angenommen, daß die Akzeptorendichte im p-Germanium, die zur Bildung der Löcher führt, um viele Zehnerpotenzen größer ist als die Donatorendichte im n-Germanium. Nutzt man bei einem solchen System den Gleichrichtungseffekt des Überganges aus, so liegt die Sperrschicht praktisch im n-Halbleiter. Die dort vorherrschende hohe Elektronendichte nimmt in der Sperrschicht ab und erreicht im p-Halbleiter ihren kleinsten Wert. Wegen dieses Konzentrationsgefälles sind die Elektronen bestrebt, aus dem n-Gebiet in das p-Gebiet zu diffundieren. Dieser Vorgang wird im stromlosen Zustand durch das elektrische Feld der Sperrschicht verhindert. So stellt sich also eine Elektronendichte ein, bei der die Diffusion inf olge des Konzentrationsgefälles gerade durch das elektrische Feld aufgehoben wird.
  • Legt man eine Spannung in der Art an, daß das elektrische Feld im Sperrschichtgebiet verringert wird - dies entspricht der Durchlaßrichtung bei der Verwendung als Gleichrichter -, so können Elektronen in den p-Halbleiter hineinlaufen, da die nun geringere Feldstärke in der Sperrschicht nicht mehr ausreicht, die Diffusion der Elektronen völlig auszugleichen. So stellt sich also in der Sperrschicht eine neue, größere Elektronenkonzentration ein. Dadurch wird auch die Elektrodendichte im p-Halbleiter unmittelbar am Sperrschichtrand erhöht. Infolgedessen ist auch der bisher herrschende Gleichgewichtszustand zwischen Elektronen und Löchern im p-Halbleiter gestört. Die Elektronen können im p-Halbleiter wegen des Konzentrationsgefälles als Diffusionsstrom weiter ins Innere gelangen. Auf diesem Wege rekombinieren sie mit den im p-Halbleiter vorhandenen Löchern entsprechend ihrer Lebensdauer -r.. Genausoviel Elektronen, wie in den p-Halbleiter abfließen, werden von der Sperrschicht nachgeliefert. Es zeigt sich also, daß die Strom-Spannungs-Charakteristik des Gleichrichters durch die auf beiden Seiten der Sperrschicht in der Minderzahl vorhandenen Ladungsträger bestimmt wird. Die oben angestellten Betrachtungen gelten sinngemäß auch für Defektelektronen.
  • Legt man nun an einen derartigen p-n-Übergang eine Wechselspannung an, die der vorher genannten Gleichspannung überlagert ist, so bildet sich eine Raumladungsschicht aus, deren Dicke nicht wie vorher konstant ist, sondern sich im Rhythmus der angelegten Wechselspannung ändert. Der p-n-Übergang wirkt also als Kapazität. Im allgemeinen werden die Raumladungsschichten an p-n-Übergängen die Dickenänderung an beiden Seiten der Sperrschicht durchführen. Zufolge des großen, beispielsweise bei einem Gerinanium-Indium-Gleichrichter 5 Zehnerpotenzen betragenden Unterschiedes der Löcherdichte im p-Halbleiter und der Elektronendichte im n-Halbleiter, die für den betrachteten Fall vorausgesetzt ist, liegt aber die Sperrschichtgrenze auf der p-Seite praktisch fest und folgt nicht den Spannungsänderungen. Diese wirken sich hier nur an der Sperrschichtgrenze im n-Halbleiter aus.
  • Neben dieser Sperrschichtkapazität Csp existiert noch eine Scheinkapazität Ci. Diese rührt aus einem Stromteil her, der eine Phasenverschiebung gegenüber der angelegten Spannung aufweist. Die Scheinkapazität Q ergibt sich als Imaginärteil aus der von W. Shockley in der Zeitschrift »Bell System Technical Journal«, XXVIII (1949), S. 435 bis 489, angegebenen Gleichung der Strom-Spannungs-Charakteristik eines p-n-Überganges bei Belastung mit geringer Wechselspannung. Durch Addition der Sperrschichtkapazität Qp, die aus der Raumladung in der Sperrschicht herrührt, zu der Scheinkapazität Ci ergibt sich folgende Formel: entsprechend lautet der Realteil des Scheinwiderstandes Dabei ist co die Kreisfrequenz, e die Elementarladung, F die Sperrschichtfläche, k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur, Dp die Diffusionskonstante, -cp die Lebensdauer der Löcher"p" die Löcherdichte im n-Halbleiter, e die Dielektrizitätskonstante, N die Donatorendichte, U die Vorspannung, R der Parallelwiderstand zu der Kapazität C und VD die Diffusionsspannung. Der in der eckigen Klammer stehende Ausdruck stellt die Scheinkapazität dar. Die Gleichung enthält als wesentlich temperaturabhängiges Glied die Löcherdichte p.. Mit der Beziehung n it , p n # ni 1 und der Voraussetzung, daß alle Donatoren dissoziiert sind, läßt sich aus der Eigenleitungsdichte die Temperaturabhängigkeit der Kapazität herleiten. Bei 0 Volt Vorspannung und hinreichend hohen Temperaturen überwiegt der erste Term Ci. Bei genügend tiefen Temperaturen wird ni2 sehr klein, es überwiegt der zweite Term Csp.
  • Diese Scheinkapazität Ci kann folgendermaßen erklärt werden: Wie gezeigt, wird der Strom durch die Diffusion der in der Minderzahl vorhandenen Ladungsträger, beispielsweise der Löcher im n-Halbleiter, bestimmt. Diese Diffusion erfolgt aber zeitlich so träge daß dadurch ein Zeitunterschied zwischen Strom und Spannung bedingt wird. In Fig. 1 ist der Verlauf der Elektronendichte am p-n-Übergang für verschiedene Spannungen gezeichnet. Diese Figur ist nicht maßstabsgerecht. Die Diffusionslänge ist einige hundertmal so groß wie die Dicke der Sperrschicht. Ein Maß für die Diffusion der Stromträger ist ihr Konzentrationsgefälle an der Sperrschichtgrenze. Beim Anlegen einer Gleichspannung U, möge sich die in der ausgezogenen Kurve angedeutete Löcherdichte ergeben. Geht man nun zu einer höheren Spannung U, über, so stellt sich am Sperrschichtrand die zu dieser gehörende Löcherkonzentration praktisch momentan ein. Das Konzentrationsgefälle außerhalb der Sperrschicht jedoch, welches zu dieser Spannung gehört, stellt sich nicht momentan ein, d. h. an der Sperrschichtgrenze existiert ein höherer Konzentrationsgradient, als er dem Gleichgewichtszustand entspricht. Diese Konzentrationsverteilung ist durch den Verlauf der gestrichelten Kurve dargestellt. Das gestrichelte Konzentrationsgefälle entspricht aber dem Konzentrationsgefälle eines Gleichgewichtszustandes, der zu der höheren Spannung U, gehört, wie es durch die punktierte Linie dargestellt ist. Der Strom des Gleichrichters eilt also der angelegten Spannung zeitlich voraus. Der p-n-Übergang zeigt also in diesem Falle das Verhalten einer Kapazität. Diese Kapazität wird im folgenden als »Injektionskapazität« bezeichnet. Sie addiert sich zu der vorher beschriebenen Sperrschichtkapazität.
  • Wie die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen zeigten, kann die Temperaturbestimmung von elektrischen Halbleiteranordnungen auf Grund der Temperaturabhängigkeit des Wechselstromwiderstandes nun nicht in der Weise zur Messung oder/und Regelung der Temperatur von elektrischen Halbleiteranordnungen während der betriebsmäßigen Belastung vorgenommen werden, daß der Wechselstromwiderstand eines betriebsmäßig beanspruchten p-n-Überganges der elektrischen Halbleiteranordnung gemessen wird. Es stellt nämlich einen zu großen schaltungsmäßigen Aufwand dar, für die Messung des Wechselstromwiderstandes des p-n-Überganges wiederholt einen bestimmten vorgegebenen Wert der Vorspannung des p-n-Überganges aus der sich im Betrieb ständig ändernden Spannung zwischen den Elektroden der elektrischen Halbleiteranordnung herauszugreifen und bei diesem Spannungswert den Wechselstromwiderstand des p-n-Überganges zu messen oder/und seine Größe für die Temperaturregelung der Halbleiteranordnung als Regelgröße abzunehmen.
  • Die Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer elektrischen Halbleiteranordnung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß an dem Halbleiterkörper der Halbleiteranordnung unter Bildung eines p-n-Überganges eine zusätzliche Elektrode so angebracht ist, daß durch einen an der zusätzlichen Elektrode zugeführten Strom oder eine an der zusätzlichen Elektrode angelegte Spannung keine Einwirkung auf die Halbleiteranordnung auftritt, und daß der Wechselstromwiderstand zwischen dieser zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung zur Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung dient.
  • Als vorteilhaft erweist sich eine Vorrichtung mit einer zusätzlichen Elektrode mit einem p-n-Übergang, bei welcher zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung eine Gleichvorspannung von etwa 0, 1 Volt Sperrspannung bis etwa 0, 1 Volt Durchlaßspannung, insbesondere eine Vorspannung von 0 Volt, abfällt. Die Gleichspannung ist vorzugsweise einstellbar.
  • Zur Messung oder/und Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung kann zweckmäßig der Imaginärteil des komplexen Wechselstromwiderstandes, die Kapazität, zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung verwendet werden. Besonders günstig ist eine Messung mit einer Wechselstrommeßbrücke.
  • In Fig. 2 ist schematisch eine geeignete Meßbrücke dargestellt. Die elektrische Halbleiteranordnung 1 liegt über die zusätzliche Elektrode und eine mindestens angenähert sperrschichtfreie Elektrode der Halbleiteranordnung in dem einen Zweig der Brücke. Der zweite Zweig wird durch die Abgleichnormalen 2 gebildet, während zwei weitere Brückenwiderstände 3 und 4 die anderen beiden Zweige der Brücke bilden. Die Wechselspannung, die zum Messen der Kapazität verwendet wird, hat beispielsweise eine Frequenz zwischen 10 und 500 kHz und wird aus dem Generator 5 über einen Eingangsübertrager 6 der Brücke zugeführt. Eine Gleichvorspannung kann einer Gleichstromquelle 7 über zwei Drosseln 15 entnommen werden. Die Teile 8, 9 und 10 dienen als Trennkondensatoren. Über einen Ausgangsübertrager 11 und einen Verstärker 12 können beispielsweise ein Anzeigegerät 13 sowie ein Schaltrelais 14 betrieben werden.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann vorgesehen werden, daß der vom Wechselstromwiderstand geprägte Meßstrom bzw. die entsprechende Meßspannung zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung, gegebenenfalls nach Verstärkung, bei einer einen vorbestimmten Wert übersteigenden Temperatur der Halbleiteranordnung eine oder mehrere Schaltungsvorrichtungen betätigt, durch welche die Speisespannung abgeschaltet oder die Belastung verringert oder eine Kühlung bzw. stärkere Kühlung eingeschaltet wird.
  • Die zusätzliche Elektrode soll in einem solchen Ab- stand von einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode sowie den übrigen Elektroden der elektrischen Halbleiteranordnung angeordnet sein, daß durch Veränderung der Sperrschichtausdehnung von einer oder mehreren der Elektroden der elektrischen Halbleiteranordnung eine Einwirkung auf den p-n-Übergang und vorzugsweise auch auf den zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der elektrischen Halbleiteranordnung befindlichen Teil des Halbleiterkörpers ausreichend klein bleibt.
  • Vorzugsweise kann die Vorrichtung nach der Erfindung zur Regelung oder/und Überwachung der Temperatur einer elektrischen Halbleiteranordnung in einem Temperaturbereich zwischen der Temperatur der Eigenleitung des Halbleitermaterials der Halbleiteranordnung und derjenigen Temperatur verwendet werden, bei welcher der Anteil der Sperrschichtkapazität an der Gesamtkapazität zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung etwa 10 0/, beträgt.
  • Zur Ausführung der Vorrichtung nach der Erfindung eignen sich besonders Halbleiteranordnungen mit einem Halbleiterkörper, der ganz oder teilweise aus Germanium, Silizium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung besteht. Vorteilhaft ist die zusätzliche Elektrode an einem Halbleiterkörper aus n-leitendem Germanium durch Eindiffusion oder/und Anlegieren von Indium angebracht. Bei einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus n-leitendem Silizium ist die zusätzliche Elektrode zweckmäßig durch Eindiffusion oder/und Anlegieren von Aluminium angebracht. Enthält die Halbleiteranordnung einen Halbleiterkörper aus p-leitendem Silizium, so ist die Anbringung der zusätzlichen Elektrode durch Eindiffusion oder/und Anlegieren von Phosphor besonders günstig. Des weitereh eignet sich für eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus n-leitendem Germanium eine zusätzliche Elektrode, die durch Aufdampfen von Indium angebracht ist.
  • Um die Empfindlichkeit der Vorrichtung nach der Erfindung 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 eine etwaige kleine Wärmeträgheit infolge der Ausbreitung der Wärme von deren Entstehungsort bis zu dem p-n-Übergang der zusätzlichen Elektrode klein gehalten werden.
  • Die Vorrichtung kann vorteilhaft zur Temperaturüberwachung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen, vorzugsweise Trockengleichrichtern oder Transistoren, verwendet werden, beispielsweise für Trockengleichrichter mit einem Halbleiterkörper aus Silizium. Nach einem zweckmäßigen, an Hand der zum Teil schematisch gezeichneten Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel kann zur Temperaturregelung von Trockengleichrichtern die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben der Gegenelektrode angebracht sein. Auf einer Trägerelektrode 1 befindet sich der Halbleiterkörper 2, z. B. ein n-leitender Siliziumkristall, an welchem die Gegenelektrode 3, z. B. durch Einlegieren von beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, angebracht ist. Die zusätzliche Elektrode 4 kann wie die Gegenelektrode 3 durch Einlegieren an dem Siliziumkristall unter Bildung eines p-n-Überganges angebracht sein. Sie soll zweckmäßig mindestens eine Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, beispielsweise etwa drei Diffusionslängen, von der Gegenelektrode 3 entfernt sein. 5 und 6 sind Zuleitungen zu der zusätzlichen Elektrode 4 bzw. der Gegenelektrode 3.
  • Nach einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben oder innerhalb einer Aussparung der Trägerelektrode angebracht sein. Die Entfernung des p-n-Überganges der zusätzlichen Elektrode von der Sperrschicht der Gegenelektrode soll mindestens eine Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger betragen.
  • Ein anderes günstiges Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Anwendung der Vorrichtung für die Temperaturregelung 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 Elektrode oder innerhalb einer Aussparung einer der Elektroden des Transistors angebracht. Der p-n-Übergang der zusätzlichen Elektrode soll zweckmäßig von den Sperrschichten der übrigen Elektroden des Transistors so weit entfernt sein, daß eine Beeinflussung des Wechselstromwiderstandes zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrfreien Elektrode des Transistors durch Veränderungen der Sperrschichtausdehnung oder Injektion der übrigen Elektroden des Transistors hinreichend klein bleibt.
  • Insbesondere soll die Entfernung der zusätzlichen Elektrode von etwa injizierenden Elektroden des Transistors mindestens eine Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger betragen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer elektrischen Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Halbleiterkörper der Halbleiteranordnung unter Bildung eines p-n-Überganges eine zusätzliche Elektrode so angebracht ist, daß durch einen an der zusätzlichen Elektrode zugeführten Strom oder eine an der zusätzlichen Elektrode angelegte Spannung keine Einwirkung auf die Halbleiteranordnung auftritt, und daß der Wechselstromwiderstand zwischen dieser zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung zur Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnun- dient.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung zur Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung dient. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung eine Gleichvorspannung von etwa 0,1 Volt Sperrspannung bis etwa 0,1 Volt Durchlaßspannung, insbesondere eine Vorspannung von 0 Volt, abfällt. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Gleichspannung einstellbar ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in möglichst kleinem Abstand von dem Entstehungsort der Wärme der Halbleiteranordnung angebracht ist. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Trockengleichrichter ist und daß die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben der gleichrichtenden Gegenelektrode angebracht ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in einem Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger von der gleichrichtenden Gegenelektrode angebracht ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Trockengleichrichter ist und daß die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben der nichtgleichrichtenden Trägerelektrode oder innerhalb einer Aussparung dieser Trägerelektrode angebracht ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in einem Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger von der gleichrichtenden Gegenelektrode angebracht ist. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Transistor ist und daß die zusätzliche Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers neben einer der Elektroden oder innerhalb einer Aussparung einer der Elektroden des Transistors angebracht ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in einem solchen Abstand von den Elektroden des Transistors angeordnet ist, daß durch Veränderung der Sperrschichtausdehnung von einer oder mehreren der Elektroden des Transistors eine Einwirkung auf den zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode des Transistors befindlichen Teil des Halbleiterkörpers klein bleibt. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode in einem Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger von injizierenden Elektroden des Transistors angebracht ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Wechselstromwiderstand zwischen zusätzlicher Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung geprägte Meßstrom bzw. die entsprechende Meßspannung, gegebenenfalls nach Verstärkung, bei einer einen vorbestimmten Wert übersteigenden Temperatur der Halbleiteranordnung eine oder mehrere Schaltvorrichtungen so betätigt, daß die Spannung der Halbleiteranordnung abgeschaltet oder deren Belastungsstrom verringert wird oder daß eine Kühlung bzw. stärkere Kühlung für die Halbleiteranordnung eingeschaltet wird. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ganz oder teilweise aus Germanium, Silizium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung besteht. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus n-leitendem Germanium besteht und daß die zusätzliche Elektrode durch Eindiffusion oder/und Anlegieren von Indium angebracht ist. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus n-leitendem Silizium besteht und daß die zusätzliche Elektrode durch Eindiffusion oder/und Anlegieren von Aluminium angebracht ist. 17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus p-leitendem Silizium besteht und daß die zusätzliche Elektrode durch Eindiffusion oder/und Anlegieren von Phosphor angebracht ist. 18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus n-leitendem Germanium besteht und daß die zusätzliche Elektrode durch Aufdampfen von Indium angebracht ist. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Halbleiteranordnung in einem Bereich zwischen der Temperatur der Eigenleitung des Halbleitermaterials der Halbleiteranordnung und derjenigen Temperatur, bei welcher der Anteil der Sperrschichtkapazität an der Gesamtkapazität zwischen der zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung etwa 100/, beträgt, geregelt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 833 366, 900 253; belgische Patentschrift Nr. 553 095; R. F. Shea, Principles of transistor eireuits, 1953, S. 177 bis 179 und 474 und 476; Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. 58, 1954, S. 313 und 314.
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DE1282193B (de) * 1963-07-18 1968-11-07 Licentia Gmbh Schutzanordnung gegen UEberlastung steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter
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