DE1228002B - Dry rectifier - Google Patents
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Description
UEUTSCHESUEUTSCHES
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOIlHOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02German class: 21g-11/02
Nummer: 1228 002Number: 1228 002
Aktenzeichen: G 31774 VIII c/21 gFile number: G 31774 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 7. März 1961Filing date: March 7, 1961
Auslegetag: 3. November 1966Open date: November 3, 1966
Die Erfindung bezieht sich auf einen Trockengleichrichter, also eine Halbleiteranordnung mit stromrichtungsabhängigem Widerstand, welche zum Gleichrichten elektrischer Wechselströme dient.The invention relates to a dry rectifier, that is to say a semiconductor device with Resistance dependent on the direction of current, which is used to rectify alternating electrical currents.
Derartige Halbleiteranordnungen bestehen bekanntermaßen aus einer metallischen Trägerplatte, die gleichzeitig der Wärmeabfuhr dient, einer auf diese aufgebrachten Halbleiterschicht, einem Metallüberzug auf der Halbleiterschicht und einer am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode. Als Halbleiter finden vorzugsweise Selen, Kupferoxydul, Silizium und Germanium Verwendung. Da eine derartige Anordnung im allgemeinen nur eine begrenzte Spannung sperren kann, bei einer Halbleiterschicht aus Selen z. B. 25 bis 30 V, bestehen für höhere Spannungen geeignete Gleichrichter aus einer Säule von aufeinandergeschichteten Platten, die einen gewissen Abstand voneinander haben und von denen so viele hintereinandergeschaltet sind, wie die zu sperrende Spannung erforderlich macht. aoSuch semiconductor arrangements are known to consist of a metallic carrier plate which at the same time serves to dissipate heat, a semiconductor layer applied to this, a metal coating on the semiconductor layer and a lead electrode adjacent to the metal coating. As a semiconductor Selenium, copper oxide, silicon and germanium are preferably used. Since such a The arrangement can generally only block a limited voltage in the case of a semiconductor layer from selenium z. B. 25 to 30 V, for higher voltages, suitable rectifiers consist of a column of stacked plates that have a certain distance from each other and from which as many are connected in series as the voltage to be blocked requires. ao
Bei den bisher bekanntgewordenen Platten für Trockengleichrichter ist die gesamte metallische Trägerplatte mit einer Halbleiterschicht überzogen und diese anschließend mit einem als Elektrode dienenden Metallüberzug bedeckt. An diesen Metall- as überzug ist die Zuleitungselektrode in der Weise angelegt, daß ein elektrischer Kontakt entsteht, dessen Fläche bei den normalen Ausführungsformen etwa ringförmig ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die bekannte Erkenntnis zugruide, daß für den Stromdurchgang durch die Gleichrichterplatte praktisch allein die Kontakt- oder Berührungsfläche der auf- bzw. angelegten Zuleitungselektrode maßgebend ist und daß die übrigen Teile der Halbleiterschicht für die Stromleitung in Flußrichtung des Stromes keinerlei Wirkung haben. In Flußrichtung ergibt sich nämlich auf Grund der Tatsache, daß auch die an der Halbleiterschicht anliegenden Elektrodenplatten einen endlichen Widerstand haben, eine Stromlinienverteilung, bei welcher die Stromliniendichte nahe der Zuleitungselektrode groß, mit zunehmender Entfernung von dieser jedoch weit geringer ist.In the previously known plates for dry rectifiers, the entire metal Carrier plate covered with a semiconductor layer and this then with a serving as an electrode Metal coating covered. The lead electrode is attached to this metal coating in such a way that that an electrical contact is created, the area of which is approximately in the normal embodiments is annular. The present invention is based on the known knowledge that for the passage of current due to the rectifier plate practically alone the contact or contact surface of the or applied lead electrode is decisive and that the remaining parts of the semiconductor layer for the power line in the direction of flow of the current have no effect. That is, in the direction of flow due to the fact that the electrode plates adjacent to the semiconductor layer also have a have finite resistance, a streamline distribution in which the streamline density is close to Lead electrode is large, but is much smaller with increasing distance from it.
In Sperrichtung dagegen liegt die Sperrspannung an der gesamten Halbleiterfläche an, wodurch sowohl die Durchschlagsgefahr des Gleichrichters als auch seine Kapazität in Sperrichtung wesentlich erhöht werden.In the reverse direction, on the other hand, the reverse voltage is applied to the entire semiconductor surface, which means that both the risk of breakdown of the rectifier as well as its capacity in the reverse direction is significantly increased will.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Trockengleichrichterplatte zu schaffen, mit welcher diese Nachteile vermieden werden. Hierbei geht die Erfindung von einem Trockengleichrichter aus, bei dem die Halbleiterschicht nur einen TrockengleichrichterThe present invention is now based on the object of creating a dry rectifier plate, with which these disadvantages are avoided. The invention is based on a dry rectifier in which the semiconductor layer is only a dry rectifier
Anmelder:Applicant:
Dr.-Ing. Gerhard Gille,Dr.-Ing. Gerhard Gille,
Angermund, Graf-Engelbert-Str. 8Angermund, Graf-Engelbert-Str. 8th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Gerhard Gille, AngermundDr.-Ing. Gerhard Gille, Angermund
Teil der Trägerplatte bedeckt. Gelöst wird die Aufgabe mittels eines Trockengleichrichters, bei welchem gemäß vorliegender Erfindung die Halbleiterschicht in ihrer Fläche und ihren geometrischen Abmessungen im wesentlichen der Fläche der am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode entspricht. Aus dem eingangs erläuterten Grund ändert sich für den Stromdurchgang im wesentlichen nichts, da auch bei einer die gesamte Fläche des Metallüberzugs bedekkenden Halbleiterschicht 90 bis 95% des gesamten Stromes den Bereich der Halbleiterschicht durchfließt, auf welchem nunmehr das Halbleitermaterial gemäß vorliegender Erfindung beschränkt ist. In der Sperrphase ist die der Dnrchschlagsgef ahr ausgesetzte Fläche außerordentlich verringert. Ferner ist die Kapazität der Gleichrichterplatte wesentlich herabgesetzt und ihr Sperrwiderstand vergrößert.Part of the support plate covered. The problem is solved by means of a dry rectifier, in which according to the present invention, the semiconductor layer in its area and its geometric dimensions corresponds essentially to the area of the lead electrode resting on the metal coating. the end The reason explained at the beginning essentially does not change anything for the passage of current, since also with a semiconductor layer covering the entire area of the metal coating, 90 to 95% of the total Current flows through the area of the semiconductor layer on which the semiconductor material now flows is limited according to the present invention. The blocking phase is the one exposed to the risk of strike Area extremely reduced. Furthermore, the capacity of the rectifier plate is significantly reduced and their blocking resistance is increased.
Ein weiterer Vorteil ist, daß gegenüber einer voll mit der Halbleiterschicht bedeckten Gleichrichterplatte die erfindungsgemäße Maßnahme den Aufwand an Halbleitermaterial vermindert. Die außerordentliche Verringerung des Halbleiterbedarfs ist besonders dort von Bedeutung, wo das verwendete Halbleitermaterial, z. B. Selen, teuer ist.Another advantage is that compared to a rectifier plate fully covered with the semiconductor layer the measure according to the invention reduces the cost of semiconductor material. The extraordinary Reducing the demand for semiconductors is particularly important where the semiconductor material used, z. B. selenium, is expensive.
Der Gegenstand der Erfindung ist an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den F i g. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt ist, nachstehend näher erläutert; es zeigtThe object of the invention is based on a preferred embodiment, which in the F i g. 1 and 2 of the drawing, explained in more detail below; it shows
F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Trockengleichrichterelement undF i g. 1 shows a vertical section through a dry rectifier element and
F i g. 2 den oberen Teil des Gleichrichterelements gemäß F i g. 1 in vergrößerter Darstellung.F i g. 2 shows the upper part of the rectifier element according to FIG. 1 in an enlarged view.
Wie die Zeichnung zeigt, besteht das Trockengleichrichterelement aus der metallischen Trägerplatte 1, welche gleichzeitig als Kühlfläche dient, und der auf diese aufgebrachten Halbleiterschicht 2, die mit einem Metallüberzug 3 versehen ist. An diesem Metallüberzug liegt die Zuleitungselektrode 6 an, wobei zwischen dem mittleren Teil der Zuleitungs-As the drawing shows, the dry rectifier element consists of the metallic carrier plate 1, which simultaneously serves as a cooling surface, and the semiconductor layer 2 applied to it, the is provided with a metal coating 3. The lead electrode 6 rests against this metal coating, whereby between the middle part of the supply line
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elektrode und der Trägerplatte eine Distanzscheibe 7 angeordnet ist. Der Trägerplatte 1 wird über die metallische Scheibe 5 elektrischer Strom zugeführt. In der Regel sind mehrere Gleichrichterplatten dieser Art auf einer gemeinsamen isolierten Säule 4 angeordnet und elektrisch hintereinandergeschaltet. Auf der Halbleiterseite erfolgt die Stromzufuhr über die federnd ausgebildete Elektrode 6, die als radial geschlitzte Kreisscheibe ausgebildet sein kann und etwa denselben Durchmesser besitzt wie die gegenüberliegende metallische Scheibe 5.electrode and the support plate a spacer 7 is arranged. The carrier plate 1 is supplied with electricity via the metallic disk 5. As a rule, several rectifier plates of this type are arranged on a common insulated column 4 and connected electrically in series. On the semiconductor side, the power is supplied via the resilient electrode 6, which can be designed as a radially slotted circular disk and has approximately the same diameter as the opposite metallic disk 5.
Während bei den bisher bekannten Trockengleichrichtern die gesamte mit 2 bezeichnete Schicht aus Halbleitermaterial besteht, ist dieses bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Fläche beschränkt, die der kreisringförmigen Auflagefläche der am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode entspricht. In Durchflußrichtung ergibt sich, unabhängig davon, ob die gesamte Fläche 2 oder nur derjenige Teil, der mit der Elektrode 6 in Berührung steht, beschichtet ist, ein Strömungsfeld, -wie es mit den Stromlinien in Fig. 2 angedeutet ist; Diese Stromlinien zeigen, daß die halbleiterseitige Elektrode 6 im günstigsten Fall nur auf einem schmaleren Kreisring »elektrischen Kontakt« mit dem Halbleitermaterial hat. Somit kann mit Vorteil das Halbleitermaterial auf die Berührungsfläche mit der Zuleitungselektrode beschränkt werden. Außerhalb dieser Fläche würde die Halbleiterschicht so gut wie nicht zur Stromleitung beitragen. Selbstverständlich erstreckt sich die!" Trägerplatte 1 dagegen über den Bereich der ElektrddenS und 6 nach außen hinaus, da sie gleichzeitig als Kühlfläche dient.While with the previously known dry rectifiers, the entire layer labeled 2 is off If there is semiconductor material, this is limited in the arrangement according to the invention to the area which corresponds to the circular support surface of the lead electrode resting on the metal coating. In the direction of flow, regardless of whether the entire area 2 or just that Part that is in contact with the electrode 6 is coated, a flow field, -as it with the Streamlines are indicated in Figure 2; These streamlines show that the semiconductor-side electrode 6 in the best case only on a narrower annulus Has "electrical contact" with the semiconductor material. The semiconductor material can thus advantageously be limited to the contact area with the lead electrode. Outside of this Surface, the semiconductor layer would hardly contribute to the conduction of electricity. Of course if the carrier plate 1 extends beyond the area of the electrodes and 6 to the outside, because it also serves as a cooling surface.
An Hand eines Zahlenbeispiels soll der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahme noch näher erläutert werden. Eine technisch übliche Gleichrichterplatte der Größe 100 · 100 mm hat eine zentrische Bohrung mit einem Durchmesser von 10 mm und Elektroden mit einem Durchmesser von 32 mm. Die halbleiterseitige Elektrode ist so geformt, daß im günstigsten Fäll· ein Kreisring won 32 mm äußerem und 27 mm innerem Durchmesser elektrischen Kontakt mit der Halbleiterfläche hat. Das entspricht einer Kontaktfläche von etwa 240 mm2. Es kommen also nur etwa 2,5% der halbleiterseitigen Plattenfläche für den Stromdurchgang in Betracht. Tatsächlich ist die wirksame Kontaktfläche noch wesentlich kleiner, da infolge der mikroskopischen Rauhigkeit auf der ebensten, mit technischen Mitteln erzeugten Fläche wiederum, nur wenige Punkte, der scheinbaren Berührungsfläche zum Tragen, kommen. Da die Verteilung dieser Stellen durch die Zuf älligkeitefi in der Oberflächengestaltung bestimmt ist, wird im vorliegenden Fall als Kontaktfläche diejenige Fläche bezeichnet, innerhalb derer ein elektrischer Kontakt xo möglich ist. Gegenüber einer voll oder zu mehr als 90% mit Halbleiter bedeckten Gleichrichterplatte vermindert die erfindungsgemäße Maßnahme den Aufwand an Halbleitermaterial, die Durchschlagsgefahr und die Kapazität auf wenige Prozente.The advantage of the measure according to the invention will be explained in more detail using a numerical example. A technically common rectifier plate measuring 100 x 100 mm has a central bore with a diameter of 10 mm and electrodes with a diameter of 32 mm. The semiconductor-side electrode is shaped in such a way that in the most favorable case a circular ring with an outer diameter of 32 mm and an inner diameter of 27 mm has electrical contact with the semiconductor surface. This corresponds to a contact area of around 240 mm 2 . So only about 2.5% of the plate area on the semiconductor side is considered for the passage of current. In fact, the effective contact surface is much smaller, since, due to the microscopic roughness on the most even surface, produced by technical means, only a few points, the apparent contact surface, come into play. Since the distribution of these points is determined by the randomness in the surface design, in the present case the contact area is the area within which an electrical contact xo is possible. Compared to a rectifier plate that is completely or more than 90% covered with semiconductor, the measure according to the invention reduces the cost of semiconductor material, the risk of breakdown and the capacity to a few percent.
Claims (3)
Deutsche Patentschriften Nr. 877 806, 971373; deutsche Auslegeschriften-Nr. 1018557, 1054450, V 1060 054;Considered ^ publications:
German Patent Nos. 877 806, 971373; German publication no. 1018557, 1054450, V 1060 054;
384;Swiss patents No. 213 494,
384;
USA.-Patentschriften Nr. 2 345 122, 2 863 105;
AEG-Mitteüungen, 1937, H; 5, S. 185.Belgian Patent Nos. 506 110, 514 930;
U.S. Patent Nos. 2,345,122, 2,863,105;
AEG reports, 1937, H ; 5, p. 185.
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