DE1295695B - Steuerbares Halbleiterbauelement mit vier aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfaehigkeitstyps - Google Patents

Description

ersten den mit hoher Impedanz und als zweiten den mit niedriger Impedanz, ohne dabei zur Erhaltung des jeweils eingestellten Schaltzustandes ein kontinuierlich anliegendes Steuersignal zu benötigen.

Steuerbare Siliziumgleichrichter gleichen in ihrer Funktionsweise den Thyratrons, die große Ströme mit Hilfe relativ kleiner Leistungsimpulse zu steuern vermögen. Im allgemeinen ist es ohne weiteres mög-

Man ordnet die Zonen eines derartigen Halbleiter- io Kathode gelegt wird. Es ist weiterhin bekannt, daß bauelements so an, daß es mit Hilfe eines Stromim- sich der steuerbare Siliziumgleichrichter von einem pulses, der wesentlich geringer als der Durchlaßstrom Thyratron dadurch unterscheidet, daß er durch ist, vom Zustand niedriger Impedanz in den Zustand Absenken des Anodenstroms unter einen sogenannten hoher Impedanz schnell übergeführt werden kann. Haltewert I_n « 100 mA in den Sperrzustand, d. h. Steuerbare Siliziumgleichrichter haben die Eigen- 15 den Zustand hoher Impedanz, zurückgeschaltet schaft, zwei Schaltzustände aufzuweisen, nämlich als werden kann. Durch das Absenken des Anodenstroms wird in den beiden mittleren Zonen des steuerbaren Siliziumgleichrichters die Konzentration an überschüssigen Ladungsträgern so weit abgebaut, 20 daß er die Sperrfähigkeit wiedererlangt.

Offensichtlich ist es nicht möglich, einen stromleitenden Thyristor der bisher bekannten übereinander angeordneten Vierzonenfolge pnpn, bei der die Projektion der einen äußeren Zone senkrecht

lieh, durch Anlegen eines verhältnismäßig kleinen 25 zu den pn-Übergangsflächen mit der anderen äußeren Stromzündimpulses an die Steuerelektrode einen Zone zusammenfällt, durch eine andere als die vorsteuerbaren Siliziumgleichrichter vom Zustand hoher stehend angeführten Methoden in den Sperrzustand Impedanz in den Zustand niedriger Impedanz um- zurückzuschalten.

zuschalten. Die Umschaltung vom Zustand niedriger Das Absenken eines Starkstroms unter einen

Impedanz zum Zustand höherer Impedanz, d. h. die 30 Haltewert von etwa 100 mA oder das Absenken der Umschaltung des steuerbaren Siliziumgleichrichters Anodenspannung auf einen Wert nahe Null kann von der Durchlaßrichtung in Sperrichtung, ist jedoch jedoch nur durch eine Widerstandserhöhung oder nicht ohne weiteres durchzuführen. Üblicherweise ein Abschalten im äußeren Anodenstromkreis erzielt wird diese Umschaltung eines steuerbaren Silizium- werden. Das Bereitstellen einer Gegenspannung aus gleichrichters in den Zustand hoher Impedanz da- 35 einem Löschkondensator setzt das Vorhandensein durch vorgenommen, daß an die Anode und an die eines zusätzlichen Löschstromkreises mit einem Kathode eine Sperrspannung gelegt wird. Diese weiteren Thyristor voraus. Diese bekannten Verfah-Sperrspannung ruft einen Sperrumschaltstrom hervor, ren zum Löschen eines Thyristors bekannter Bauart der die Ladungsträger innerhalb kurzer Zeit, d. h. benötigen demnach einen nicht unerheblichen Aufin 1 bis 5 us von den entsprechenden pn-Übergängen 40 wand an Schaltmitteln.

entfernt. Die verbliebenen Ladungsträger, insbeson- Daher ist es die der Erfindung zugrunde liegende

dere die in der Umgebung der mittleren pn-Über- Aufgabe, den Aufbau eines steuerbaren Halbleitergänge, verschwinden durch Rekombination. Wenn bauelements mit vier aufeinanderfolgenden Zonen die Ladungsträgerkonzentrationen an den pn-Über- abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, gangen den Wert des Gleichgewichtszustands er- 45 bei dem sich an den beiden äußeren Zonen je eine reichen, ist der Sperrumschaltstrom beendet. Die Kontaktelektrode befindet und dessen eine mittlere Rekombinationszeit ist verhältnismäßig lang, wo- Zone eine Steuerelektrode aufweist, derart auszudurch auch eine entsprechend lange Abschaltzeit bilden, daß es durch ein einfaches Verfahren vom bedingt wird. Wird die Spannungsbeanspruchung in Zustand niedriger Impedanz in den Zustand hoher Sperrichtung am steuerbaren Siliziumgleichrichter 5° Impedanz geschaltet werden kann, abgeschaltet, bevor die Rekombination im wesent- Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, besteht

liehen abgeschlossen ist, und gleichzeitig eine Durchlaßspannung über Anode und Kathode angelegt, so schaltet der steuerbare Halbleitergleichrichter wieder durch und wird leitend.

Dieser an einer Steuerelektrode steuerbare Siliziumgleichrichter löst wegen der besonderen Vorteile als Halbleiterbauelement das bisher benutzte Thyratron mehr und mehr ab. Er ist in der Fachliteratur unter

darin, daß die zu den pn-Übergangsflächen senkrechte Projektion der einen äußeren Zone auf die
gegenüberliegende Oberfläche die Zone auf dieser
Oberfläche nicht schneidet, daß jede der beiden
mittleren Zonen eine zusätzliche, mit einer Kontaktelektrode versehenen Zone des gleichen Leitfähigkeitstyps aufweist, so daß die beiden zusätzlichen
Zonen zusammen mit den beiden mittleren Zonen

verschiedenen Bezeichnungen, beispielsweise als 60 eine ppnn-Gleichrichterdiode bilden und daß jede

Thyristor, bekanntgeworden. Für die Verwendung in der beiden zusätzlichen Zonen innerhalb der senk-

der Starkstromtechnik sind die Methoden des Schal- rechten Projektion der äußeren Zone auf der gegen-

tens in den Zustand niedriger Impedanz und des überliegenden Oberfläche angebracht ist.

Zurückschaltens in den Zustand hoher Impedanz Die Ausbildung des steuerbaren Halbleiterbau-

von Interesse. Beim Zurückschalten muß man sich 65 elements nach der Erfindung ermöglicht es, durch

bekanntlich bei dem derzeitigen Stand der Thyristor- direkten Anschluß einer Sperrspannung an die

technik der gleichen Methoden wie in der alten ppnn-Gleichrichterdiode dem zu löschenden Durch-

Thyratrontechnik bedienen. laßstrom des steuerbaren Halbleiterbauelements

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einen vergleichsweise geringen sogenannten Aus- die n-Ladungsträgerkonzentration des Gleichgewichtsräumstrom derart zu überlagern, daß beide Ströme zustands durch die waagerechte Linie 26 dargestellt eine gemeinsame Richtungskomponente haben, und ist. Bekanntlich werden steuerbare Siliziumgleichdas steuerbare Halbleiterbauelement mit diesem, die lichter dadurch abgeschaltet, d. h. in den Zustand Minoritätsladungsträger entfernenden Ausräumstrom 5 hoher Impedanz geschaltet, daß eine negative Vorabzuschalten. Durch diesen direkten Eingriff in den spannung angelegt wird oder daß die Polarität der Durchlaßstrom ist es möglich, die Zeitdauer des im Durchlaßzustand anliegenden Spannung an der Ausräumens überschüssiger Ladungsträger aus den Anode 2 und der Kathode 1 umgekehrt wird. Mit beiden mittleren Zonen, die sich bei den bekannten der Umkehr dieser Spannung diffundieren die Löcher steuerbaren Halbleiterbauelementen erst nach einer io und die Elektronen in der Umgebung der beiden langen Rekombinationszeit ausgleichen können, äußeren pn-Übergänge J₁ und /₃ (F i g. 1) in diese erheblich abzukürzen und damit das steuerbare Halb- pn-Übergänge, wobei im äußeren Stromkreis ein leiterbauelement schnell und sicher vom leitenden Umschaltsperrstrom hervorgerufen wird, der durch in den sperrenden Zustand zurückzuschalten. den Pfeil I_r dargestellt ist. Die Bewegungsrichtung Im folgenden wird die Erfindung zunächst mit 15 der injizierten Minoritätsladungsträger in den mitt-Hilfe der schematischen Darstellungen der F i g. 1 leren p- und η-Zonen während der Entfernung der bis 3 erklärt. Anschließend werden Ausführungs- Ladungsträger aus dem Gebiet der äußeren pn-Überbeispiele von steuerbaren Halbleiterbauelementen gänge wird durch die Pfeile in den schraffierten nach der Erfindung an Hand der Fig. 4 bis 6 Bereichen aufgezeigt. Nach Anliegen einer solchen erläutert. so Sperrspannung werden innerhalb einer oder 2 μβ die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des injizierten Minoritätsladungsträger von den äußeren bekannten steuerbaren Siliziumgleichrichters und den pn-Übergängen Z₁ und 7₃ durch den Sperrstrom I_r Verlauf der injizierten Minoritätsträgerkonzentra- weggeführt. Die Ladungsträgerverteilung in der mitttionen innerhalb einer jeden der einzelnen p- und leren η-Zone ist durch die gestrichelte Kurve 27 und n-Zonen; 25 die der Ladungsträgerverteilung in der mittleren F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines p-Zone durch die gestrichelte Kurve 28 dargestellt, steuerbaren pnpn-Halbleiterbauelements nach der Diese Kurven der Ladungsträgerverteilung zeigen, Erfindung; daß die Konzentration der injizierten Ladungsträger F i g. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines an den äußeren pn-Übergängen J₁ und J₃ auf den Teils des steuerbaren Siliziumgleichrichters nach der 30 Gleichgewichtszustand herabgesetzt wird. Dies geErfindung und den Verlauf der injizierten Ladungs- schieht innerhalb einiger Mikrosekunden nach Anträgerkonzentration innerhalb einer jeden der p- und liegen der Sperrspannung, wonach die pn-Ubern-Zonen; gänge in den sperrenden Zustand übergeführt sind. F i g. 4 zeigt in Draufsicht und Seitenansicht einen Die Umschaltung des steuerbaren Siliziumgleichsteuerbaren pnpn-Siliziumgleichrichter nach der Er- 35 richters ist jedoch nicht vollständig, da in der Umfindung, während in gebung des mittleren pn-Ubergangs J₂ eine hohe F i g. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, Konzentration injizierter Minoritätsladungsträger und in existiert.

F i g. 6 ein Querschnitt von weiteren Ausführungs- Alle diese durch den schraffierten Bereich unter formen dargestellt ist. 40 den Kurven 27 und 28 dargestellten Minoritäts-In der F i g. 1 ist eine bekannte übliche steuerbare ladungsträger müssen durch Rekombination ver-Siliziumgleichrichteranordnung mit vier aufeinander- schwinden. Der Umschaltsperrstrom hört erst dann folgenden, aneinandergrenzenden Zonen entgegen- auf, wenn die injizierten Minoritätsladungsträger aus gesetzten Leitfähigkeitstyps gezeichnet. Die Reihen- dem Gebiet der äußeren pn-Übergänge J₁ und J₃ folge der aneinandergrenzenden Zonen ist von rechts 45 weggeführt sind und die Ladungsträgerverteilung an nach links eine pnpn-Folge. Die pn-Übergänge zwi- diesen pn-Übergängen den Gleichgewichtszustand sehen aneinandergrenzenden p- und η-Zonen werden erreicht hat. Ist die Löcher- und Elektronenverteilung von rechts nach links mit J₁, J₂, /₃ gekennzeichnet. am pn-übergang J₂ als Ergebnis des Rekombinations-Die äußere p-Zone 14 dient als Anode 2 und die prozesses auf einen entsprechend niedrigen Wert äußere n-Zone 13 als Kathode 1. An der mittleren 5° gesunken, so nimmt dieser pn-übergang seinen p-Zone 11 ist eine Steuerelektrode 3 angebracht. sperrenden Zustand an, und es kann erneut eine Wenn die Anode 2 an die positive Klemme und die Durchlaßspannung an den steuerbaren Silizium-Kathode 1 an die negative Klemme einer Spannungs- gleichrichter gelegt werden, ohne dadurch allein quelle angeschlossen ist, dann wird der pnpn-Silizium- denselben durchzuschalten. Der Rekombinationsgleichrichter mit dem Anlegen eines Zündstrom- 55 prozeß nimmt jedoch eine verhältnismäßig lange impulses an die Steuerelektrode 3 leitend und damit Zeitspanne in Anspruch, beispielsweise zwischen 10 vom sperrenden in den stromführenden Zustand und 200 us, so daß auch die Abschaltung eine entgeschaltet. Der Durchlaßstrom eines durchgeschal- sprechend lange Zeitdauer aufweist. Solch lange teten steuerbaren Halbleitergleichrichters fließt von Abschaltzeiten sind jedoch für viele Anwendungen, der Anode 2 zur Kathode 1 in der mit J_v gekenn- 60 beispielsweise bei HF-Umformern, unvorteilhaft,
zeichneten Richtung. Die Verteilung der Konzentra- Steuerbare Siliziumgleichrichter nach der Erfintion der injizierten Minoritätsladungsträger im strom- dung zeigen beträchtlich herabgesetzte Abschaltleitenden Zustand ist in den vier Zonen durch die zeiten, beispielsweise von der Größenordnung 1 ausgezogenen Kurven 21, 22, 23 und 24 aufgezeigt. oder 2 μβ.

In der mittleren Zone des n-Leitungstyps wird die 65 Die in F i g. 2 schematisch dargestellte Ausfüh-

p-Ladungsträgerkonzentration des Gleichgewichts- rungsform des steuerbaren Siliziumgleichrichters be-

zustands durch die waagerechte Linie 25 dargestellt, sitzt eine Vierzonenfolge 10 mit einer mittleren

während in der mittleren Zone des p-Leitungstyps p-Zone 11 und einer mittleren n-Zone 12. Diese

Zonen und der dazwischenliegende pn-übergang können nach einem bekannten Verfahren, beispielsweise einem Gas-Diffusionsverfahren, aus einer Siliziumscheibe hergestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Scheibe etwa 250 μΐη und der Durchmesser etwa 1,5 cm. Auf einem Teil der oberen Fläche der mittleren p-Zone 11 wird eine äußere Zone 13 mit η-Leitfähigkeit und auf einem Teil der unteren Fläche der mittleren n-Zone

Schalter 39 eingebaut. Der im äußeren Stromkreis befindliche Gleichrichter 19 ist so geschaltet, daß seine Durchlaßrichtung die Richtung des Sperrstroms durch die ppnn-Gleichrichterdiode 15, 11, 12, 16 ist. Der Sperrstrom der ppnn-Gleichrichterdiode ist durch den Pfeil I_c angezeigt. Die beiden Ströme/_v und l_c durchqueren den pn-übergang J₂ von der Zone 12

und 12 einlegiert wird. Auch durch Gasdiffusion und Maskierverfahren oder nach dem als Epitaxialverfahren bekannten Aufdampfungsverfahren können die Zonen 13 und 16 hergestellt werden.

zu der Zone 11 auf sich kreuzenden Wegen. Die Spannungsquelle 17 weist beispielsweise eine Span-12 wird eine zusätzliche η-leitende Zone 16 gebildet. io nung von 400 V auf, während die Spannung der Die Zonen 13 und 16 können aus geeignetem Mate- Gleichspannungsquelle für die ppnn-Gleichrichterrial in einer der bekannten Weisen hergestellt werden. diode einen wesentlichen niedrigeren Wert aufweist. Beispielsweise können diese Zonen 13 und 16 in der Liegt am steuerbaren pnpn-Siliziumgleichrichter eine Weise hergestellt werden, daß eine Goldfolie mit Gleichspannung in Durchlaßrichtung von der Span-Antimon auf den Oberflächen der mittleren Zonen 11 15 nungsquelle 17 über die Last an der Anode 2 und

Kathode 1 an, dann wird über die Steuerelektrode 3 mittels eines Zündstromimpulses der steuerbare Halbleitersiliziumgleichrichter durchgeschaltet. Dadurch wird der Stromweg durch die pnpn-Zonenfolge von

Auf einem weiteren Teil der oberen Fläche der 20 seinem Zustand hoher Impedanz auf einen Zustand mittleren p-Zone 11 wird eine zusätzliche Zone 15 niedriger Impedanz umgeschaltet, und der steuerbare mit p-Leitfähigkeit erzeugt und auf einem weiteren pnpn-Siliziumgleichrichter wird in Durchlaßrichtung Teil der unteren Fläche der mittleren n-Zone 12 eine leitend. Die während der Stromführungszeit in äußere p-leitende Zone 14 gebildet. Diese Zonen 15 Durchlaßrichtung gegebene Verteilung der injizierten und 14 können beispielsweise durch Einlegieren eines 25 Minoritätsladungsträger in den einzelnen Zonen 14, Aluminiumstreifens in die Oberflächen der mittleren 12, 11 und 13 der steuerbaren pnpn-Gleichrichter-Zonen 11 und 12 oder durch Diffusions- und Mas- diode sind im Konzentrationsdiagramm der F i g. 3 kierungs- oder Epitaxialverfahren hergestellt werden. durch ausgezogene Kurven 30, 31, 32 und 34 dar-Eine Steuerelektrode 3 wird an die mittlere p-Zone gestellt. Wie ein Vergleich mit der Darstellung in 11 angeschlossen. In manchen Fällen kann die zu- 30 Fig. 1 zeigt, ist die Konzentrationsverteilung der sätzliche Zone 15 als Anschluß für die Steuerelek- injizierten Minoritätsladungsträger während der trode verwendet werden. Die Zonen 14,12,11 und 13
stellen eine pnpn-Zonenfolge dar und bilden mit der
Steuerelektrode 3 eine steuerbare pnpn-Gleichrichter-

diode, wobei die äußere p-leitende Zone 14 die 35 richter im wesentlichen gleich. Anode 2 und die äußere η-leitende Zone 13 die Um den steuerbaren pnpn-Siliziumgleichrichter

Kathode 1 darstellt. Zur Durchlaßbeanspruchung
wird der steuerbare Siliziumgleichrichter mit seiner
Anode 2 an die positive Klemme einer Speisespannungsquelle 17 und mit seiner Kathode 1 über eine 40 und damit die Sperrfähigkeit wiederzuerlangen, wird Last 18 an die negative Klemme der Speisespannungs- der Schalter 39 geschlossen, so daß über die ppnnquelle 17 geschaltet. Die Durchschaltung des Steuer- Gleichrichterdiode 15,11,12,16 eine Sperrspannung baren pnpn-Siliziumgleichrichters wird mittels eines anliegt. Dadurch wird ein Strom I_c bewirkt, der an die Steuerelektrode 3 angelegten Zündimpulses diagonal in elektrisch gleicher Richtung wie der eingeleitet. Der Stromfluß erfolgt dabei in diagonaler 45 Durchlaßstrom/_v> der steuerbaren pnpn-Gleichrichter-Richtung durch das steuerbare Halbleiterbauelement, diode durch den mittleren pn-übergang /₂ fließt. Der und zwar von der Anode 2 an der äußeren Zone 14 Strom I_c ist jedoch ein Sperrstrom im Stromweg der in der unteren rechten Ecke der Darstellung nach ppnn-Gleichrichterdiode, und seine Wirkung liegt F i g. 2 durch die mittlere n-Zone 12 und die mittlere darin, die injizierten Minoritätsladungsträger aus dem p-Zone 11 zur Kathode 1 an der äußeren n-Zone 13 50 mittleren pn-übergang J₂ zu entfernen. Dabei ist die in der linken oberen Ecke. Bewegungsrichtung der Minoritätsladungsträger aus

Die Richtung des Durchlaßstroms wird durch den dem Gebiet des mittleren pn-Übergangs J₂ durch die Pfeil I_v angedeutet. Die zusätzliche η-leitende Zone Pfeile in den schraffierten Bereichen der mittleren 16, die mittlere n-Zone 12, die mittlere p-Zone 11 p- und n-Zone der F i g. 3 dargestellt. Wie die Dar- und die zusätzliche p-leitende Zone 15 stellen eine 55 stellung zeigt, liegen die Pfeilrichtungen umgekehrt, ppnn-Zonenfolge und daher eine ppnn-Gleichrichter- wie die Pfeilrichtungen, die in F i g. 1 angegeben und diode dar. Diese ppnn-Gleichrichterdiode hat einen nach dem bisher üblichen bekannten Abschaltpn-Übergang Z₂, der auch als mittlerer pn-übergang verfahren erhalten worden sind. Innerhalb einer Zeit der pnpn-GIeichrichterdiode angehört. Der Stromfluß von etwa einer Mikrosekunde nach Beginn der Abin dieser ppnn-Gleichrichterdiode verläuft ebenfalls 60 schaltung werden die Minoritätsladungsträger aus diagonal und schneidet den diagonalen Stromweg der dem mittleren pn-übergang J₂ geführt; die Konzensteuerbaren pnpn-GIeichrichterdiode. In dieser Diode tration der mittleren p- und n-Zone 11 und 12 wird wirkt die zusätzliche η-leitende Zone 16 und die zu- durch die gestrichelten Kurven 35 und 36 angezeigt, sätzliche p-leitende Zone 15 jeweils als Anschlußpol. Die aus der Darstellung zu entnehmende Konzen-Die Diode ist über einen äußeren Gleichrichter 19 65 tration der Minoritätsladungsträger am mittleren

Stromführung in Durchlaßrichtung bei dem bisher üblichen steuerbaren Halbleitergleichrichter und bei dem erfindungsgemäßen steuerbaren Halbleitergleich-

abzuschalten, d. h. den Stromweg durch die Zonen 14, 12, 11 und 13 von seinem Zustand niedriger Impedanz in den Zustand hoher Impedanz zu bringen

und über die Stromleitung 20 an eine Gleichspannungsquelle mit den Klemmen 38 geschaltet. In
diesem äußeren Stromkreis ist vorteilhafterweise ein

pn-Übergang J₂ wird auf den Gleichgewichtszustand beiderseits dieses pn-Übergangs herabgesetzt, wodurch der steuerbare Siliziumgleichrichter vorbereitet

wird, seine Sperrfähigkeit erneut zu erreichen. In diesem Augenblick ist jedoch die Umschaltung des steuerbaren Siliziumgleichrichters noch nicht vollständig vollzogen, da die Minoritätsladungsträgerkonzentration an den äußeren pn-Übergängen Z₁ ' und J₂, die jeweils durch die gestrichelten Kurven 35 und 36 dargestellt ist, noch einen Hilfssperrstrom I_c bewirken, der als Umschaltstrom so lange fließt, bis alle Minoritätsladungsträger entfernt sind und erst dann endet. Mit Beendigung dieses Hilfssperrstroms erreicht der pn-übergang J₂ wieder seinen sperrenden Zustand. Die Umschaltung des steuerbaren Siliziumgleichrichters mit den Zonen 14, 12, 11 und 13 ist nun vollständig vollzogen, und an ihn kann nun eine Durchlaßspannung angelegt werden, ohne daß er dadurch wieder durchgeschaltet wird. Die erforderliche Zeit vom Beginn des Hilfssperrstroms in der ppnn-Gleichrichterdiode bis zur vollständigen Abschaltung des steuerbaren Siliziumgleichrichters ist von der Größenordnung einiger Mikrosekunden. Der so zur Herabsetzung der injizierten Minoritätsladungsträger in den mittleren p- und n-Zonen 11 und 12 zur Erreichung des Gleichgewichtszustands erforderliche Hilfsstrom I_c ist beträchtlich kleiner als der Durchlaßstrom/v des steuerbaren Siliziumgleichrichters.

Mit dem steuerbaren Halbleiterbauelement nach der Erfindung kann demnach ein hoher Durchlaßstrom durch einen kleinen Stromimpuls unterbrochen werden. Beispielsweise kann ein Durchlaßstrom von 200 A durch einen Stromimpuls von 20 A abgeschaltet werden.

In dem Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Halbleiterbauelements nach der Fig. 4 sind die äußere η-leitende Zone 13 der steuerbaren pnpn-Gleichrichterdiode und die zusätzliche p-leitende Zone 15 der ppnn-Gleichrichterdiode — beide im Querschnitt rechteckförmig — mit geringem Zwischenraum parallel zueinander gelegt. Die äußere p-leitende Zone 14 und die zusätzliche n-leitende Zone 16 haben die gleiche Anordnung und Ausführungsform. In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die äußere η-leitende Zone 13 der steuerbaren pnpn-Gleichrichterdiode die Form eines Ringes und die zusätzliche p-leitende Zone 15 der ppnn-Gleichrichterdiode die Form einer runden Scheibe innerhalb der ringförmigen Zone 13 hat. In gleicher Weise ist die zusätzliche η-leitende Zone 16 in Form eines Ringes und die äußere p-leitende Zone 14 in Form einer koaxialen Scheibe innerhalb der ringförmigen Zone 16 ausgeführt. In dieser Ausführungsform fließt der Durchlaßstrom durch den mittleren pn-übergang J₂ der steuerbaren pnpn-Gleichrichterdiode in der durch die Pfeile /„ angedeuteten Richtung. Der Sperrstrom der ppnn-Gleichrichterdiode fließt in der elektrisch gleichen Richtung durch den gemeinsamen mittleren pn-übergang J₂, auf einem diagonal verlaufenden Stromweg, wie der Pfeil I_c zeigt. Die Zonen 15 und 14 können an Stelle einer scheibenförmigen Ausbildung auch eine ringförmige Ausbildung aufweisen, wie sie das Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 zeigt.

Die Wirkungsweise der pnpn-Gleichrichterdiode und der ppnn-Gleichrichterdiode nach den Ausführungsformen des steuerbaren Halbleiterbauelements der F i g. 5 und 6 ist die gleiche wie die an Hand der F i g. 2 beschriebene Wirkungsweise. Das steuerbare Halbleiterbauelement nach der Erfindung kann auch in den heute üblichen Wechselrichterstromkreisen verwendet werden, bei denen bei jedem Zyklus ein Abschalten gewünscht wird. Dieses Abschalten kann stets dadurch erzielt werden, daß eine Sperrspannung an Anode und Kathode angelegt wird. Bei einer solchen Verwendung wird an die Kontaktelektroden der Zonen 16 und 15 der ppnn-Gleichrichterdiode eine konstante Gleichvorspannung angelegt. Dadurch geschieht auf Grund der an Anode 2 und Kathode 1 gelegten Sperrvorspannung die Abschaltung nach dem bereits beschriebenen Prozeß. Die Abschaltzeit wird jedoch auf einen Bereich von 5 bis 10 μβ und weniger verringert. In entsprechender Schaltung kann das steuerbare Halbleiterbauelement nach der Erfindung auch als Rechteckimpulsgenerator verwendet werden. Zu diesem Zweck ist (vgl. die Fig. 2) ein einstellbarer Scheinwiderstand 37 in Reihe zu dem Stromkreis der ppnn-Gleichrichterdiode geschaltet. Ein Angleichen dieses Scheinwiderstands bewirkt die Regelung des Stroms I_c auf einen Wert unter den kritischen Wert, der erforderlich ist, eine vollständige Abschaltung zu bewirken. Nur eine vollständige Abschaltung ermöglicht nach der Unterbrechung des Durchlaßstroms eine neuerliche, gezielte Durchschaltung des steuerbaren Halbleiterbauelements. Dieser Prozeß kann fortwährend wiederholt werden, so daß eine kontinuierliche Schwingung entsteht.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Steuerbares Halbleiterbauelement mit vier aufeinanderfolgenden Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, bei dem sich an den beiden äußeren Zonen je eine Kontaktelektrode befindet und dessen eine mittlere Zone eine Steuerelektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den pn-Übergangsflächen (J₁, J₂, J₃) senkrechte Projektion der einen äußeren Zone (13) auf die gegenüberliegende Oberfläche die Zone (14) auf dieser Oberfläche nicht schneidet, daß jede der beiden mittleren Zonen (11, 12) eine zusätzliche, mit einer Kontaktelektrode versehenen Zone (15 bzw. 16) des gleichen Leitfähigkeitstyps aufweist, so daß die beiden zusätzlichen Zonen (15,16) zusammen mit den beiden mittleren Zonen (11,12) eine ppnn-Gleichrichterdiode (15, 11, 12, 16) bilden, und daß jede der beiden zusätzlichen Zonen (15,16) innerhalb der senkrechten Projektion der äußeren Zone (14 bzw. 13) auf der gegenüberliegenden Oberfläche angebracht ist.

2. Steuerbares Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere pn-übergang (J₂) aus einer scheibenförmigen p-leitenden (11) und einer scheibenförmigen η-leitenden Zone (12) gebildet wird und daß jeweils ein Teil der äußeren Scheibenoberfläche der p- (11) und der η-leitenden Zone (12) mit einer Zone (13 bzw. 14) aus Material entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und ein zweiter Teil der Oberfläche der p- (11) und der n-leitenden Zone (12) mit einer Zone (15 bzw. 16) aus Material gleichen Leitfähigkeitstyps versehen ist, so daß die Zonen (13,11,12,14) eine steuerbare pnpn-Gleichrichterdiode und die Zonen (15, 11, 12, 16) eine ppnn-Gleichrichterdiode bilden.

3. Steuerbares Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß die auf die beiden mittleren Zonen (11,12) aufgebrachten zusätzlichen Zonen (15,16) in der Weise angeordnet sind, daß sich die Durchlaßstromrichtungen der steuerbaren pnpn-Gleichrichterdiode und der ppnn-Gleichrichterdiode im Halbleiterkörper kreuzen.

4. Steuerbares Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußeren Hauptflächen der beiden mittleren Zonen (11, 12) eine kreisringförmige η-leitende Zone (13,16) und innerhalb derselben eine kreisförmige p-leitende Zone (15 bzw. 14) aufgebracht ist.

5. Steuerbares Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußeren Hauptflächen der beiden mittleren Zonen (11, 12) eine kreisringförmige p-leitende Zone und innerhalb derselben eine kreisförmige η-leitende Zone aufgebracht ist.

6. Steuerbares Halbleiterbauelement nach den ao Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußeren Hauptflächen der beiden mittleren Zonen (11, 12) eine kreisringförmige p-leitende und innerhalb derselben eine kreisringförmige η-leitende Zone aufgebracht ist.

7. Steuerbares Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußeren Hauptflächen der beiden mittleren Zonen (11, 12) eine kreisringförmige n-leitende* (13,16) und innerhalb derselben eine kreisringförmige p-leitende Zone (15 bzw. 14) aufgebracht ist.

8. Steuerbares Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden mittleren Zonen (11,12) aufgebrachten zusätzlichen Zonen (15, 16) jeweils in der Weise aufgebracht werden, daß die zu den pn-Übergangsflächen (/,, J₂, J₃) senkrechten Projektionen der zusätzlichen Zonen (15, 16) auf die gegenüberliegenden äußeren Zonen (14, 13) mit diesen zusammenfallen.

9. Steuerbares Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden mittleren Zonen (11,12) aufgebrachten äußeren (13, 14) und zusätzlichen Zonen (15, 16) streifenförmig ausgebildet sind und daß die zu den pn-Übergangsflächen (J₁J₂J₃) senkrechten Projektionen der p-leitenden Streifen (15, 14) und der n-Ieitenden Streifen (13, 16) jeweils zusammenfallen und daß jeweils die beiden Streifen (13,15 bzw. 14,16) verschiedenen Leitfähigkeitstyps an einer Oberfläche mit geringem Abstand parallel liegen.

10. Verfahren zum Betrieb eines steuerbaren Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es durch eine an die ppnn-Gleichrichterdiode (15, 11, 12, 16) angelegte Sperrspannung abgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen