DE1265875B - Controllable semiconductor rectifier - Google Patents
Controllable semiconductor rectifierInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
Int. CL:Int. CL:
HOIlHOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02
Nummer: 1 265 875Number: 1 265 875
Aktenzeichen: L 43826 VIII c/21 gFile number: L 43826 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 5. Januar 1963Filing date: January 5, 1963
Auslegetag: 11. April 1968Open date: April 11, 1968
Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und mit Steuerelektroden an den den äußeren Zonen benachbarten inneren Zonen.The invention relates to a controllable semiconductor rectifier with at least four alternating zones of opposite conductivity type and with control electrodes on those adjacent to the outer zones inner zones.
Die bekannten Ausführungsformen von steuerbaren Halbleitergleichrichtern mit z.B. vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und einer Steuerelektrode lassen sich über die Steuerelektrode ein- aber nicht ausschalten. Dieses Verhalten ist dadurch bedingt, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter zur Verringerung der Steuerverluste geometrisch und in seinen elektrischen Eigenschaften unsymmetrisch aufgebaut ist. Einen steuerbaren Halbleitergleichrichter kann man sich in zwei Teiltransistoren zerlegt denken, durch deren Kopplung sich seine Wirkungsweise erklären läßt. Bei den üblichen Ausführungsformen ist nun der Stromverstärkungsfaktor des Teiltransistors, dessen Basis mit der Steuerelektrode versehen ist, wesentlich größer als der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Teiltransistors. Das Verhältnis der beiden Stromverstärkungsfaktoren ist beispielsweise 0,9 zu 0,1. Zur Erzielung eines großen Stromverstärkungsfaktors ist es notwendig, daß die Dicke der mit der Steuerelektrode versehenen Basiszone wesentlich kleiner ist als die Dicke der zweiten Basiszone. Dadurch tritt ein transversaler Spannungsabfall auf, der das Schaltverhalten großflächiger Halbleiterbauelemente stark beeinträchtigt. Die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der beiden Teiltransistoren führen schließlich dazu, daß eine Ausschaltung des Halbleitergleichrichters nicht oder nur mit einem gegenüber dem Einschaltstrom stark überhöhten Steuerstrom möglich ist. Andererseits wird das Ausschalten dadurch erschwert, daß der von der Kathodenzone und der mit der Steuerelektrode versehenen Basiszone gebildete pnübergang nur eine kleine Sperrspannung hat. Zur Verbesserung des Ausschaltverhaltens ist es auch bekanntgeworden, beide Basiszonen des steuerbaren Halbleitergleichrichters mit Steuerelektroden zu versehen. The known embodiments of controllable semiconductor rectifiers with, for example, four zones alternately opposite conductivity type and a control electrode can be via the control electrode on but not off. This behavior is due to the fact that the controllable semiconductor rectifier to reduce the control losses geometrically and in its electrical properties is constructed asymmetrically. A controllable semiconductor rectifier can be divided into two sub-transistors think apart, the coupling of which explains its mode of operation. With the usual Embodiments is now the current gain of the sub-transistor whose base with the Control electrode is provided, much larger than the current gain factor of the second sub-transistor. The ratio of the two current amplification factors is 0.9 to 0.1, for example. To achieve of a large current amplification factor, it is necessary that the thickness of the control electrode provided base zone is significantly smaller than the thickness of the second base zone. This creates a transversal Voltage drop, which strongly affects the switching behavior of large-area semiconductor components. The different electrical properties of the two sub-transistors ultimately lead to that a switching off of the semiconductor rectifier is not or only with one compared to the inrush current greatly increased control current is possible. On the other hand, switching off is made more difficult that the pn junction formed by the cathode zone and the base zone provided with the control electrode only has a small reverse voltage. To improve the switch-off behavior, it has also become known to provide both base zones of the controllable semiconductor rectifier with control electrodes.
Gemäß der Erfindung wird ein günstiges Schaltverhalten des steuerbaren Halbleitergleichrichters dadurch erzielt, daß die beiden mit Steuerelektroden versehenen inneren Zonen gleiche Schichtdicken, gleiche Größe der elektrischen Leitfähigkeit und gleiche Lebensdauer der Ladungsträger aufweisen, und daß die Stromverstärkungsfaktoren der beiden Teiltransistoren, die je eine äußere und zwei benachbarte innere Zonen umfassen, gleich sind.According to the invention, a favorable switching behavior of the controllable semiconductor rectifier is thereby achieved achieved that the two inner zones provided with control electrodes have the same layer thicknesses, have the same level of electrical conductivity and the same service life of the charge carriers, and that the current amplification factors of the two sub-transistors, one outer and two adjacent inner zones include, are the same.
Durch den symmetrischen elektrischen Aufbau ge-Steuerbarer HalbleitergleichrichterControllable semiconductor rectifier due to the symmetrical electrical structure
Anmelder:Applicant:
Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent-Verwaltungs-G. mb H.,
6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Phys. Willi Gerlach,Dipl.-Phys. Willi Gerlach,
6000 Frankfurt-Eschersheim;6000 Frankfurt-Eschersheim;
Dr. rer. nat. Günter Kohl, 6240 Königstein;Dr. rer. nat. Günter Kohl, 6240 Königstein;
Dr. phil. nat. Karl-Heinz Ullmer, 6000 FrankfurtDr. phil. nat. Karl-Heinz Ullmer, 6000 Frankfurt
maß der Erfindung ist eine Ein- und Ausschaltung des steuerbaren Halbleitergleichrichters in gleicher Weise gewährleistet. In den F i g. 1 und 2 sind zwei Ausführugnsbeispiele von Halbleitergleichrichtern gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei ein Aufbau mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und demgemäß mit drei pn-Übergängen 1, 2 und 3 angenommen wurde. An die beiden Basisschichten 4 und 5 sind jeweils die beiden Steuerelektroden 6 und 7 angeschlossen. Die Kathoden- bzw. Anodenanschlüsse sind mit 8 und 9 bezeichnet. Für die Herstellung der Ausführungsform nach der F i g. 1 wird vorteilhaft das Epitaxialverf ahren angewendet. In der F i g. 2 ist der Aufbau eines steuerbaren Halbleitergleichrichters gemäß der Erfindung gezeigt, wie er durch die bekannte Planartechnik erzielt werden kann. Bei dieser Ausführung können die Steuerelektroden beispielsweise ringförmig ausgebildet werden. Bei genügender Beachtung der Verfahrensparameter gelingt es, steuerbare Halbleitergleichrichter herzustellen, deren beide Teiltransistoren die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen; ζ. B. erreichen dann die beiden Stromverstärkungsfaktoren in gleicher Weise Werte größer als 0,5, die zur Einschaltung des steuerbaren Gleichrichters notwendig sind. Der weitere Vorteil der steuerbaren Halbleitergleichrichter nach der Erfindung besteht darin, daß die Sperrspannung der beiden pn-Übergänge 1 und 3 nahezu gleich ist und damit die Steuerkennlinie zwecks Ausschaltung des Elementes zu genügend hohen Sperrspannungen verwendbar ist. Die Schichtdicken der beiden Zonen 4 und 5 können größer gewählt werden als bei den bisher bekannten steuerbaren Halbleitergleichrichtern, wodurch derAccording to the invention, switching the controllable semiconductor rectifier on and off is ensured in the same way. In the F i g. 1 and 2, two exemplary embodiments of semiconductor rectifiers according to the invention are shown schematically, a structure with four zones of alternately opposite conductivity types and accordingly with three pn junctions 1, 2 and 3 being assumed. The two control electrodes 6 and 7 are each connected to the two base layers 4 and 5. The cathode and anode connections are labeled 8 and 9. For the production of the embodiment according to FIG. 1 the epitaxial method is advantageously used. In FIG. 2 shows the structure of a controllable semiconductor rectifier according to the invention, as can be achieved by the known planar technology. In this embodiment, the control electrodes can, for example, be designed in the shape of a ring. If the process parameters are sufficiently observed, it is possible to manufacture controllable semiconductor rectifiers, the two sub-transistors of which have the same electrical properties; ζ. B. then the two current amplification factors reach values greater than 0.5 in the same way, which are necessary for switching on the controllable rectifier. The further advantage of the controllable semiconductor rectifier according to the invention is that the blocking voltage of the two pn junctions 1 and 3 is almost the same and thus the control characteristic can be used to switch off the element at sufficiently high blocking voltages. The layer thicknesses of the two zones 4 and 5 can be selected to be greater than in the case of the previously known controllable semiconductor rectifiers, whereby the
809 538/419809 538/419
transversale Widerstand parallel zu den pn-Übergangsflächen kleiner ist als bei den bekannten Ausführungsformen. transverse resistance parallel to the pn junction areas is smaller than in the known embodiments.
Steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung zeigen gegenüber den bekannten Ausführungen wesentliche schaltungstechnische Vorteile. Beispielsweise ist es möglich, die beiden Steuerelektroden 6 und 7 über eigene vom Potential der Hauptelektroden, d. h. der Kathode und der Anode unabhängige Stromkreise zu versorgen. Der steuerbare Halbleitergleichrichter kann auch über die eine der beiden Steuerelektroden eingeschaltet und über die zweite Steuerelektrode ausgeschaltet werden. Des weiteren können beide Steuerelektroden derartig mit Steuersignalen beaufschlagt werden, daß über beide Steuerelektroden der steuerbare Halbleitergleichrichter ein- oder ausgeschaltet wird. Werden an eine oder beide Steuerelektroden Vorspannungen angelegt, so ist es damit möglich, daß nur bestimmte Signale eine Ein- oder Ausschaltung bewirken. aoControllable semiconductor rectifiers according to the invention show against the known designs significant circuit advantages. For example, it is possible to use the two control electrodes 6 and 7 via their own potential of the main electrodes, d. H. the cathode and the anode independent To supply circuits. The controllable semiconductor rectifier can also use one of the both control electrodes are switched on and switched off via the second control electrode. Of furthermore, control signals can be applied to both control electrodes in such a way that via both Control electrodes of the controllable semiconductor rectifier is switched on or off. Will be sent to an or Both control electrodes applied bias voltages, so it is possible that only certain signals a Cause switching on or off. ao
Weiterhin können steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft in Koinzidenzschaltungen eingesetzt werden. Da die Wirkungen der beiden Steuerelektroden sich sowohl kompensieren als auch überlagern können, können steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung sowohl zum konjunktiven als auch disjunktiven Erfassen zweier Signale verwendet werden.Furthermore, controllable semiconductor rectifiers according to the invention can be particularly advantageous in Coincidence circuits are used. Since the effects of the two control electrodes are both can compensate as well as superimpose controllable semiconductor rectifiers according to the invention can be used for both conjunctive and disjunctive detection of two signals.
Die gleichen Vorteile werden auch bei einem symmetrisch aufgebauten steuerbaren Halbleitergleichrichter mit fünf Zonen abwechselnd entgegengeßefeten Leitfähigkeitstyps erzielt.The same advantages are also achieved with a symmetrically constructed controllable semiconductor rectifier alternating with five zones Conductivity type achieved.
Claims (1)
Deutsche Patentschriften Nr. 958 393, 966 276;
französische Patentschrift Nr. 1267 417;
»Elektronische Rundschau«, Bd. 15 (1961), Nr. 2, S. 68.Considered publications:
German Patent Nos. 958 393, 966 276;
French Patent No. 1267,417;
"Electronic Rundschau", Vol. 15 (1961), No. 2, p. 68.
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