-
Gesteuertes Halbleiterstromtor mit mehreren Zonen Die Erfindung bezieht
sich auf Verbesserungen an und in Verbindung mit einem gesteuerten Halbleiterstromtor
mit mehreren aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegengesetzten elektrischen
Leitungstyps im Halbleiterkörper.
-
Es sind Halbleiterbauelemente mit einem vierschichtigen Systemaufbau
vom pnpn- oder npnp-Schichtenaufbau an einem Halbleiterkörper bekannt, so daß also
zwei Außenbereiche und zwei Zwischenbereiche vorhanden sind. Beim betriebsmäßigen
Einsatz wird eine solche Anordnung im Fall ihrer Verwendung nach Art eines Halbleiterstromtores
mit den Außenbereichen an zwei Hauptleitungen für einen Stromdurchgang angeschlossen,
und an einen der beiden Zwischenbereiche wird eine Steuerelektrode angeschlossen.
Wird an die Steuerelektrode eine entsprechende Spannung angelegt, so fließt auf
diese Weise über diese Steuerelektrode und den Zwischenbereich, an den sie angeschlossen
ist, sowie den ihr als Außenelektrode benachbarten Außenbereich ein entsprechender
Strom, wodurch der zwischen den beiden Zwischenbereichen vorhandene, bis daher in
Sperrichtung beanspruchte pn-Übergang durchlässig gemacht wird und somit ein Stromdurchgang
über die beiden Außenbereiche durch den Halbleiterkörper hindurch freigegeben wird.
-
Eine solche Anordnung kann also nach Art eines Stromtores gesteuert
werden, wie es an sich mit einer Gas- bzw. Dampfentladungsstrecke bekanntgeworden
ist, bei welchem z. B. eine glühende Kathode und ein entsprechendes Steuergitter
sowie eine Anode vorhanden sind, so daß beim Anlegen der Steuerelektrode an eine
entsprechende Zündspannung die Gasentladungsstrecke derart durchlässig wird, daß
über die Anoden-Kathoden-Strecke ein Strom zur Entstehung gelangen kann. Hat nun
ein solches Halbleiterstromtor, wie angeführt, einen Systemaufbau nach Art eines
npnp- oder pnpn-Schichtensystems, so besitzt es nur einen für den Stromdurchgang
in einer Richtung steuerbaren pn-Übergang, nämlich denjenigen zwischen den beiden
Zwischenbereichen entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps, obwohl es an sich
auch zur reinen Sperrung des Stromdurchgangs in der anderen Richtung benutzt werden
kann wegen des pn-übergangs zwischen dem einen Außenbereich und demjenigen Zwischenbereich,
an welchem keine Steuerelektrode liegt. Es braucht daher dann für die Sperrung in
der nicht steuerbaren Stromrichtung kein besonderes Hilfsventil in Reihe mit dem
Halbleiterstromtor benutzt zu werden.
-
In vielen Fällen besteht aber auch ein Bedarf, einen Strom bzw. eine
Spannung nach Wahl in jeder der beiden entgegengesetzten Richtungen steuern zu können,
der auch ein Wechselstrom sein kann. In einem solchen Fall würde dann die Notwendigkeit
bestehen, zwei solche Halbleiterbauelemente vom pnpn- oder npnp-Schichtenaufbau
in Antiparallelschaltung zu benutzen, damit eine wahlweise Steuerung für den Durchlaß
der einen Stromrichtung und der anderen Stromrichtung bzw. der jeweiligen entsprechenden
Halbwelle des Wechselstromes möglich ist.
-
Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß lösen, indem an einem gesteuerten
Halbleiterstromtor mit mehreren aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegengesetzten
Leitungstyps im Halbleiterkörper erfindungsgemäß für eine Steuerbarkeit in beiden
Stromrichtungen der Halbleiterkörper fünf Zonen enthält, daß die mittlere Zone schwach
dotiert ist und die angrenzenden inneren Zonen durch Diffusion ebenso schwach dotiert
sind, daß die Außenzonen stärker dotiert sind, so daß die beiden inneren pn-übergänge
wesentlich höher sperrend als die beiden äußeren pn-übergänge sind, und daß an jeden
äußeren pn-übergang je eine Steuerspannungsquelle angeschlossen ist, so daß der
durch die an den Außenzonen liegende Betriebsspannung in Sperrrichtung beanspruchte
hochsperrende innere pnübergang auf Durchlaß gesteuert wird und dabei auch der benachbarte
äußere, niedrig sperrende pn-übergang in Sperrichtung im Zenerbereich durchlässig
wird.
-
Ein solches Halbleiterbauelement hat also dann beispielsweise den
Aufbau mit einer Zonenfolge npnpn oder pnpnp. Es ist zu erkennen, daß ein solcher
Halbleiterkörper mit fünf solchen aufeinanderfolgenden Zonen nunmehr ein solches
symmetrisches System ist, welches dadurch, daß ent-
-@ eder der
entgegengesetzt dotierte Zwischenbereich, der dem einen Außenbereich benachbart
liegt, an eine Steuerspannung gelegt wird, oder derjenige Zwischenbereich, der dem
Außenbereich an dem -.=ii:'eren Ende des Schichtensystems benachbart liegt, an ic
eine entsprechende Steuerspannung gelegt wird, für jede beliebige entsprechende
einzelne der beiden entgegengesetzten Stromrichtungen oder für beide Stromrichtungen
zwischen seinen Außenelektroden auf Stromdurchlaß gesteuert werden kann.
-
Was die beiden entgegengesetzt dotierten Zonen an dem einen Ende des
Halbleiterkörpers anbetrifft, die jeweils nicht benutzt werden, um den Halbleiterkörper
auf Durchlaß zu steuern, so wird in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung von
der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß sich diese, abgesehen von ihrer Funktion, in
einem Steuerkreis zu wirken, auch derart bemessen lassen, daß sie beide gewissermaßen
in Sperrichtung nach Art einer Zenerdiode benutzt werden können, d. h. also eines
Diodensystems, welches mit Überschreiten der Durchbruchsspannung in der Sperrichtung
bzw. der Zenerspannung dann bis zu relativ hohen Stromwerten tragfähig ist, wobei
der an dieser Diodenstrecke entstehende Spannungsabfall praktisch konstant bleibt.
Dieses Diodensystem läßt sich in den meisten Fällen ohne weiteres so bemessen, daß
der in der Sperrichtung an ihm zu überwindende Schwellwert, um das System auf den
flachen Teil der Zenerkennlinie zu führen, nur einen solchen Wert hat, daß dadurch
das für die Schaltung des Stromkreises benutzte Halbleiterstromtor den Betriebsbedingungen
-genügt, welche in dem betreffenden Verbraucherstromkreis zu beherrschen sind.
-
Es war ein Flächentransistor mit fünf Elektroden für Verstärkerzwecke
bekannt, dessen zweite und vierte Schicht als Basisschichten dienen und wobei die
eine als Hauptbasisschicht dienende Schicht so dünn bemessen ist, daß sie für das
elektrische Feld zwischen den angrenzenden Schichten eine hohe Durchlässigkeit besitzt,
alle np-Verbindungen in Sperrichtung betrieben sind und der Arbeitspunkt in der
Emitterschaltung so gewählt ist, daß die Steuerung nur im Sperrbereich der Hauptbasis-Emitter-Strecke
erfolgt sowie sich ein hoher Eingangswiderstand ergibt.
-
Hierbei hat es sich nicht um eine Halbleiterstromtoranordnung gehandelt.
-
Bekannt war in einer Verstärkerschaltung für elektrische Signalschwingungen,
die dem Eingangskreis eines Grenzschichttransistors zugeführt werden, der mit einem
zweiten Transistor gleichen Leitfähigkeitstyps derart gekoppelt ist, daß in dessen
Ausgangskreis verstärkte Signalschwingungen auftreten, die unmittelbare schaltungsmäßige
Verbindung der Kollektorelektrode des vorzugsweise in Emitterschaltung arbeitenden
ersten Transistors mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors und daß die
Basiselektrode des zweiten Transistors wenigstens in bezug auf die in seinem Ausgangskreis
fließenden Wechselstromfrequenzen auf konstantem Potential liegt, so daß die Anordnung
auch die Grenzfrequenz des ersten Transistors übersteigende Frequenzen verstärkt
und gegebenenfalls diese beiden Transistoren zu einem einzigen Transistor mit wenigstens
fünf Zonen von wechselweise entgegengesetztem elektrischem Leitungstyp unter Wegfall
der Kollektorelektrode des ersten und der Emitterelektrode des zweiten Transistors
zu vereinigen sowie für den Endteil eines solchen Transistors einen stromverstärkenden
Vierzonenteil wie bei einem Hakenkollektor zu verwenden.
-
Hierbei handelte es sich eindeutig ebenfalls nur um Verstärkerschaltungen.
-
Bei Schaltungen zur gegenseitigen Modulation zweier von zwei Spannungsquellen
erzeugter Signale mit Hilfe eines Transistors und Einschleusung der zwei Signale
in einen zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode eingeschalteten Stromkreis
war zur Vermeidung der Entstehung einer Rückkopplung zwischen den beiden Signalspannungsquellen
die Verwendung eines mindestens drei Eingangselektroden und eine Ausgangselektrode
aufweisenden Transistors bekannt, wobei die eine Signalspannungsquelle wenigstens
in den Stromkreis einer der Eingangselektroden eingeschaltet war, wohingegen die
andere Signalspannungsquelle mit entgegengesetzter Phasenlage an zwei Eingangselektroden
angeschlossen war mit einer derartigen Bezugsamplitude, daß das von der zuletzt
erwähnten Signalspannungsquelle herrührende und in der zuerst erwähnten Signalspannungsquelle
zirkulierende Signal praktisch Null wurde.
-
Bei einer dieser Lösungen war die Benutzung eines Halbleiterkörpers
mit fünf aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps
bekannt, in welchem dessen p-leitende Masse durch zwei dünne Schichten vom n-Leitungstyp
unterbrochen war und das Ganze derart aufgebaut war, daß die Dicke der n-Schichten
wieder kleiner als die kennzeichnende Diffusionslänge der in diesen n-Schichten
befindlichen Minoritätsladungsträger war. Eines der Signale, welches z. B. von einer
Empfangsantenne übernommen worden war, wurde an die Emitterelektrode angelegt, die
mit einer p-Zone des Halbleiterkörpers verbunden war, wohingegen das andere Signal,
z. B. eine lokal erzeugte Schwingung, mit entgegengesetzter Phasenlage an diese
Emitterelektrode und entsprechend an die zweite n-Zone bzw. die auf die Emitterelektrode
folgende dritte Zone, und zwar mit einer derart abweichenden Amplitude angelegt
wurde, daß kein Strom der zweiten Signalspannungsquelle den Stromkreis der ersten
Spannungsquelle durchlief und somit jede Rückkopplung der zweiten Signalspannungsquelle
auf die erste Spannungsquelle vermieden wurde.
-
Hierbei handelt es sich also um eine Anordnung mit einer Überlagerungsschaltung
zur Lieferung einer Frequenz an den Ausgangsklemmen gleich der Differenz der Signalfrequenzen
der beiden Spannungsquellen.
-
Bei Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung elektrischer Signale,
wie zur Verstärkung, Schwingungserzeugung, Modulation und Mischung oder Frequenztransposition,
waren bereits halbleitende Körper mit fünf aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd
entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps benutzt worden, wobei die beiden je
eine der zu mischenden Schwingungen erzeugenden Schaltungen, welche in Reihe einen
Wechselstromgenerator, ein C-Glied, ein L-Glied und eine Gleichspannungsquelle enthalten,
als Stromschleife mit zwei Zweigen z. B. einerseits zwischen ihrer Wechselspannungsquelle
und der Gleichspannungsquelle an den die eine n-leitende Außenzone bildenden Emitterbereich
und
an die von diesem Bereich ausgehende eine der beiden Ausgangsleitungen
sowie andererseits zwischen dem C-Glied und dem L-Glied an eine dieser Emitterzone
nachfolgende p-leitende Zone angeschlossen sind. Die die zweite Schwingung erzeugende
Schaltung war dabei gleichartig der ersten einerseits an die erwähnte Ausgangsleitung
und andererseits an eine dem Emitterbereich nachfolgende dritte, und zwar p-leitende
Zone angeschlossen. Zwischen den beiden Ausgangsleitungen, die also, wie erwähnt,
einerseits mit dem Emitter und andererseits mit dem Kollektor des Halbleitersystems
verbunden waren, enthielt die Schaltung noch eine Reihenschaltung aus einem L-Glied
und einer Gleichspannungsquelle. Die Gleichspannungsquelle war dabei derart gepolt,
daß sie mit ihrem negativen Pol der Emitterelektrode und mit ihrem positiven Pol
der Kollektorelektrode des Halbleitersystems zugewandt eingeschaltet war.
-
Es handelt sich also eindeutig bei dieser Lösung um eine Mischungs-
bzw. Überlagerungsschaltung. Es waren asymmetrische und auch symmetrische negative
Widerstandsschalter mit Halbleiterkörpern aus Silizium und vier oder fünf zwischen
den beiden Anschlußklemmen vorhandenen Bereichen abwechselnd entgegengesetzten elektrischen
Leitungstyps bekannt. An diesen Schaltern war jeweils die Emitterelektrode durch
die Anschlußelektrode kurzgeschlossen, indem an der entsprechenden Endfläche des
Halbleiteraufbaues einerseits die Endfläche des einen Schenkels des L-förmig gestalteten
einen Bereichs sowie gleichzeitig die Endfläche des zwischen die Innenseiten der
L-Form eingelagerten Bereichs entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps heraustraten
und auf die Flächen dieser beiden Bereiche die gemeinsame Anschlußelektrode aufgebracht
war. Bei einer Ausführung eines solchen Schalters mit fünf Zonen abwechselnd entgegengesetzten
elektrischen Leitungstyps wies der Halbleiterkörper also vier pn-Übergänge auf,
und an jeder der Endflächen des Halbleiterkörpers wurde durch die aufgebrachte Anschlußelektrode
der Emitter-pn-Übergang kurzgeschlossen, der in der angegebenen Weise mit einer
Randzone zusammen mit den ihn bildenden Bereichen an die jeweilige Endfläche des
Halbleiterkörpers heraustrat.
-
Bei diesen Systemen kann der eine pn-Übergang, der in Sperrichtung
vorgespannt ist, jedoch durch den metallischen Kontakt kurzgeschlossen ist, die
Arbeitsweise der Halbleiteranordnung nicht beeinflussen, so daß bei einer Steigerung
der an der Halbleiteranordnung anliegenden Spannung nur ein kleiner Sättigungsstrom
fließt. Wenn jedoch an dem pn-Übergang zwischen der Außenseite des zweiten Schenkels
des L-förmigen Bereichs und dem diesem nachfolgenden Bereich entgegengesetzten elektrischen
Leitungtyps die Spannung sich der Lawinendurchbruchsspannung dieses pn-Übergangs
nähert, so wird der an dem L-Bereich ankommende Löcherstrom an diesem Übergang vervielfacht,
und der Basisstrom, welcher parallel zum Emitterübergang fließt, steigt rasch an.
Der resultierende Spannungsabfall entlang diesem Bereich spannt den pn-Übergang
zwischen den unter der Anschlußelektrode heraustretenden Bereichen in der Weise
vor, daß die größte Vorspannung zwischen dem Ende des innerhalb des Halbleiterkörpers
liegenden L-Schenkels und dem darüberliegenden bzw. gegenüber der Anschlußelektrode
vorgelagerten Bereich entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps auftritt, das
also am weitesten von dem kurzgeschlossenen pn-Übergang entfernt ist. Bei einem
Gesamtstrom entsprechend dem Sättigungsstrom beginnt dann der genannte pn-Übergang
stark zu emittieren, und die tatsächliche Emitterwirksamkeit steigt rasch an, und
wenn das bei einem solchen Stromniveau stattfindet, daß die o.,-Summe niedriger
Spannung größer als 1 ist, so schaltet die Vorrichtung direkt auf den Zustand niedriger
Spannung. Dieser Übergang geht sehr abrupt vor sich, weil, wenn die Spannung an
dem Übergang zwischen der eingelagerten L-Schenkelform und dem nachfolgenden Bereich
entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps absinkt, der Strom, welcher ursprünglich
über die gesamte Fläche verteilt war, sich nach dem Emitterrand zu verschiebt und
die Stromdichte sehr hoch wird.
-
Hierbei handelt es sich also nicht um eine Anordnung im Sinne eines
Halbleiterstromtores, dessen Steuerung dadurch erfolgt, daß an einen Außenbereich
eine Signal- bzw. Steuerspannungsquelle angeschlossen wird, um mittels dieser den
Halbleiterkörper zwischen seinen Hauptelektroden auf Durchlässigkeit zu steuern,
sondern nur um ein Schaltersystem mit zwei Anschlußklemmen.
-
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
wird zunächst auf die F i g. 1 der Zeichnung Bezug genommen. In dieser ist in schematischer
Darstellung ein Halbleiterkörper A, z. B. aus Silizium, gezeigt, in welchem fünf
Zonen 1 bis 5 aufeinanderfolgen und jeweils zwei Zonen von zueinander entgegengesetztem
elektrischem Leitungstyp einander benachbart liegen: Bei der Herstellung dieses
Halbleiterkörpers kann z. B. vom Silizium-Halbleiterkörper schwacher n-Dotierung
ausgegangen werden, an welchem eine Mantelzone schwacher p-Dotierung durch Eindiffusion
eines Störstellenmaterials erzeugt wird. In dieser Zone werden dann die Zonen starker
Dotierung für die Hauptelektroden mit entgegengesetztem elektrischem Leitungstyp
zur Bildung von pn-Übergängen und die Zone für die Steuerelektroden mit gleichem
elektrischem Leitungstyp zur Bildung eines ohmschen Übergangs einlegiert. Der Übersichtlichkeit
halber ist unmittelbar in jeder dieser Zonen 1 bis 5 auch der elektrische Leitungstyp
eingetragen, der durch den Buchstaben n (Überschußleitung) bzw. den Buchstaben p
(Mangelleitung) gekennzeichnet ist. An den linken Außenbereich 1 ist eine Elektrode
6 mit einem Anschlußleiter 7 vorgesehen. An dem anderen Außenbereich 5 ist eine
Elektrode mit einem Anschlußleiter 9 vorgesehen. Der Zwischenbereich
2
ist mit einer Steuerelektrode 10, der Zwischenbereich 4 mit einer Steuerelektrode
11 versehen. An die Außenelektrode 6 und die Steuerelektrode 10 ist
eine Gleichspannungsquelle 18 angeschlossen. An den Außenbereich 8 und die
Steuerelektrode 11 ist eine Gleichspannungsquelle 19 angeschlossen. Die Anordnung
soll benutzt werden, um mittels des Halbleiterstromtores A die Speisung eines Verbrauchers
15 von einer Spannungsquelle 14 zu steuern. In dem Stromlauf von der linken Elektrode
6 über die Leitung 7, die Spannungsquelle 14 und die Last
15 zur Elektrode 8 des Halbleiterelementes A sind außerdem noch, zueinander
parallel geschaltet, ein Schalter 16 und ein Regelwiderstand 17 vorgesehen.
-
Wird unterstellt, daß der Stromlauf von der Spannungsquelle 14 durch
das im Sperrzustand befindliehe
Halbleiterstromtor A unterbrochen
ist, und an der linken Klemme der Spannungsquelle 14 herrscht positive Polarität,
wie es durch das eingetragene (+)-Zeichen gekennzeichnet ist, so ist der in Sperrrichtung
beanspruchte pn-Übergang, welcher die Unterbrechung des Stromkreises aufrechterhält,
derjenige, der zwischen den beiden Zwischenbereichen 3 und 4 gebildet ist. Wird
nun die Spannungsquelle 19 so erregt, daß sie einen entsprechenden Steuerstrom liefert,
der über den pn-übergang zwischen dem Zwischenbereich 4 und dem Außenbereich 5 fließt,
so hat dieser Steuerstrom zur Folge, daß der genannte pn-übergang zwischen den beiden
Zwischenbereichen 3 und 4 auf Durchlaß gesteuert wird. Damit der Stromfluß von 6
nach 8 über den Halbleiterkörper zur Entstehung gelangt, ist es jedoch noch erforderlich,
daß der ebenfalls in Sperrichtung beanspruchte pn-Übergang zwischen dem Außenbereich
1 und dem Zwischenbereich 2 durchlässig wird, was selbsttätig dadurch erfolgt, daß
die Durchbruchsspannung des pn-übergangs 1, 2 in Sperrichtung so bemessen
ist, daß sie von der zwischen 7 und 8 liegenden Spannung leicht in gleicher Weise
überwunden werden kann, als wenn die beiden Bereiche 1 und 2 zusammen eine Halbleiteranordnung
nach Art einer Zenerdiode bilden würden.
-
Bei einer Untersuchung wurde z. B. ein Silizium-Halbleiterkörper benutzt,
an welchem die Durchbruchsspannung der pn-Übergänge zwischen dem jeweiligen n-leitenden
Außenbereich und dem nachfolgenden p-Bereich einen Wert von etwa 10 Volt aufwies,
wobei die p-Dotierung durch Eindiffusium von Aluminium und die beiden anschließenden
n-Dotierungen mittels einer Legierung aus Gold-Antimon vorgenommen wurden, wie an
Hand der F i g. 2 und 3 noch näher erläutert werden wird.
-
Ist gemäß dieser Schilderung das Halbleiterstromtor zwischen seinen
Außenelektroden 6 und 8 nunmehr stromdurchlässig geworden, so daß die Last 15 in
entsprechender Weise entweder über den geschlossenen Schalter 16 oder über den Reihenwiderstand
17 gespeist wird, so entsteht als nächste Aufgabe, zu einem geeigneten Zeitpunkt
den Stromlauf über 15
wieder mittels des Stromtores unterbrechen zu können.
Wird zunächst unterstellt, daß die Spannungsquelle 14 eine Gleichspannungsquelle
wäre, so ist die Überführung des Halbleiterstrommotores A in seinen Sperrzustand
dadurch möglich, daß der Arbeitsstrom zwischen den Elektroden 6 und 8 bis unter
den Wert des sogenannten Abreißstromes des Halbleiterkörpers herabgesetzt wird,
wonach dann selbsttätig das Halbleiterstromtor A in den Sperrzustand übergeht. Es
ist zu übersehen, daß dieser Betriebszustand dadurch herbeigeführt werden kann,
daß entweder der Schalter 16 geöffnet wird oder daß -der Widerstand 17 durch Verstellen
seines Abgriffs bis auf einen derart hohen Wert gebracht wird, daß dadurch der Strom
von 6 nach 8 auf den entsprechenden Wert, also bis unter den Wert des sogenannten
Abreißstromes, herabgesetzt wird.
-
Würde die Spannungsquelle 14 einen pulsierenden Gleichstrom liefern,
so ist zu übersehen, daß das Halbleiterstromtor A jeweils selbsttätig in den Sperrzustand
übergehen würde, sobald der von 14 gelieferte Strom zufolge des Absinkens der von
14 gelieferten Spannung auf einen derart geringen Wert absinkt, daß der genannte
Abreißstromwert unterschritten wird. Es bedarf also dann jeweils einer neuen Steuerung
mittels der Spannungsquelle 19, damit das Stromtor wieder zwischen seinen Elektroden
6 und 8 durchlässig wird.
-
Ist 14 eine Wechselspannungsquelle, so wird bei einer Steuerung des
Halbleiterstromtores A mittels der Spannungsquelle 19 dieses jeweils nur in der
Weise zwischen 6 und 8 stromdurchlässig, daß diejenige Halbwelle des Wechselstromes
passieren kann, bei welcher an der Spannungsquelle 14 am linken Pol gemäß der eingetragenen
Polarität positives Potential besteht. Die negative Halbwelle des Wechselstromes
ist jeweils dadurch gesperrt, daß der zwischen den beiden Zwischenbereichen 2 und
3 bestehende pn-übergang als Sperre im Stromweg für die andere, nämlich negative
Halbwelle des Wechselstromes wirksam ist.
-
In gleicher Weise wie das Stromtor mittels der Gleichspannungsquelle
19 auf Durchlaß gesteuert werden kann für eine Stromrichtung von 6 nach 8, so kann
es auch in der Stromrichtung von 8 nach 6 auf Durchlaß mittels der Steuerspannungsquelle
18 gesteuert werden, was nach der vorausgegangenen Erläuterung ohne weiteres verständlich
sein wird. Je nachdem, welche der Steuerspannungsquellen 18 bzw. 19 benutzt wird,
um das Halbleiterstromtor A auf Durchlaß zu steuern, wird also der Weg über das
Stromtor entweder von 6 nach 8 oder von 8 nach 6 freigegeben, so daß also in beliebiger
Weise entweder die eine oder die andere Halbwelle des von 14 gelieferten Wechselstromes
oder auch beide Halbwellen das Stromtor A passieren können und demgemäß eine entsprechende
Speisung der Last 15 stattfindet.
-
Die F i g. 2 zeigt im Schnitt in einem zur Veranschaulichung gewählten
Maßstab den beispielsweisen Aufbau des Halbleiterkörpers eines erfindungsgemäßen
Halbleiterstromtores und die F i g. 3 eine entsprechende perspektivische Darstellung
als Draufsieht auf einen solchen Halbleiterkörper.
-
Hierbei wurde ausgegangen von einem n-leitenden Grundkörper 20, z.
B. aus einkristallinem Silizium. In diesem wurde durch Eindiffusion eines Störstellenmaterials
eine Mantelzone 21 vom elektrischen p-Leitungstyp bis zu einer solchen Tiefe erzeugt,
daß ein Kernkörper 22 vom elektrischen n-Leitungstyp verblieben ist. Nunmehr wurde
durch Einlegieren eines Elektroden- bzw. Störstellenmaterials 23 von der unteren
Oberfläche des Halbleiterkörpers 20 aus im Halbleiterkörper ein stark n-dotierter
Bereich 24 erzeugt, der mit der Mantelzone 21 also einen pn-Übergang bildet, dessen
Anschlußelektrode der Elektrodenkörper 23 ist. Von -der oberen Oberfläche des Hälbleiterkörpers=-20--
aus wurden durch Einlegieren des kreisflächenförmigen Elektrodenmaterialkörpers
25 und des kreisringförmigen Elektrodenmaterialkörpers 26, die exzentrisch zum Umfang
der Kreisflächenform von 20 aufgelegt wurden, bei entsprechender Wahl ihrer Werkstoffe
in dem Halbleiterkörper je ein weiterer dotierter Bereich 27 bzw.
28
erzeugt, von denen 27 einen ohmschen Übergang und 28 einen pn-Übergang
mit der p-leitenden Mantelzone 21 bildet. Weiterhin ist noch ein Elektrodenmaterialkörper
29 von sichelförmiger Gestalt aus einem Werkstoff einlegiert worden, der mit der
p-leitenden Mantelzone 21 einen ohmschen Übergang bildet. Durch die für 29 gewählte
Sichelform ergibt sich bei der in bezug auf die Achse von 20
exzentrischen
Anordnung der Elektrodenkörper 25
bzw. 26 und den mit diesen verbundenen
dotierten Bereichen im Halbleiterkörper eine gute Raumausnutzung bei der Unterbringung
der Elektrode 29 und des mit ihr verbundenen, im Halbleiterkörper gebildeten Bereichs
30.
-
Nach dieser Fertigstellung des Halbleiterkörpers durch Eindiffusion
und Legierung wurde schließlich ein Graben 31 von der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers
20 aus durch die Mantelzone 21 hindurch bis in die n-leitende Kernzone 22 des ursprünglichen
Ausgangskörpers 20 hinein auf mechanischem oder/und chemischem Wege, wie
z. B. durch Einarbeiten mittels eines Stahles, durch Sandstrahlen bzw. Ätzen, eingearbeitet,
wodurch die bisher an der Oberfläche in sich geschlossene, den Kernkörper 22 allseitig
umschließende Mantelzone 21 in die beiden p-leitenden Teilbereiche 21a und 21b aufgetrennt
worden ist.
-
Um die aufbaumäßige Übereinstimmung eines solchen Halbleiterkörpers
mit dem Grundschema von A nach der F i g. 1 leichter erkennen zu lassen, sind in
den F i g. 2 und 3 außer den bereits angeführten Bezugszeichen noch die zahlenmäßigen
Bezugszeichen 1 bis 5, 6, 8, 10 und 11, die bereits in F i g.1 benutzt worden sind,
nochmals, jeweils in eine Klammer eingeschlossen, eingetragen worden.
-
Das Elektrodenmaterial26 erzeugte hiernach den n-leitenden Außenbereich
mit der Hauptelektrode 6
und das Elektrodenmateria123 den n-leitenden Außenbereich
5 mit der Hauptelektrode B. Die Mantelzone 21 liefert mit ihren beiden getrennten
Teilbereichen 21a bzw. 21b und den in diese einlegierten Elektrodenmaterialkörpern
25 bzw. 29 die beiden p-leitenden Zwischenbereiche 2 bzw. 4 mit den Steuerelektroden
10 bzw. 11 sowie der verbliebene n-leitende Kernkörper 22 des Ausgangskörpers
20 den n-leitenden, in der Mitte zwischen den Bereichen 2 und
4 liegenden Bereich 3.