DE1439922A1 - Halbleitergeraet mit vier aufeinanderfolgenden Zonen - Google Patents

Halbleitergeraet mit vier aufeinanderfolgenden Zonen

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Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY, Incorporated Goldey - Ross New York 7 - V.St0A.
Halbleitergerät mit vier aufeinanderfolgenden Zonen.
Die Erfindung betrifft Halbleitergeräte mit vier aufeinanderfolgenden Zonen, wobei benachbarte Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzen, und insbesondere PNPN-Halbleiter-Schalttrioden des Typs, der leicht zwischen zwei extremen Impedanzwerten umgeschaltet werden kann.
PNPN-Halbleiter-Schaltelemente des Rückkopplungstyps, d.h., Elemente die in einem von zwei Impedanzzuständen ohne dauernde Anlegung einer Steuerenergie verbleiben, sind beispielsweise in der USA-Patentschrift 2877-359 angegeben. PNPN-Schaltelemente mit drei Anschlüssen, die in der obenangegebenen Patentschrift beschrieben sind, sind besonders vorteilhaft wegen ihrer funktionellen Ähnlichkeit mit Gas gefüllten Thyratrons, bei denen schwache Impulse verhältnismässig grosse Ströme wirksam steuern. Obwohl jedoch PNPN-Halbleiter-Schalttrioden leicht von einem Zustand hoher Impedanz in einen Zustand niedriger Impedanz unter Zuführung verhältnismässig kleiner Energiebeträge an eine mittlere Zone überführt werden können, ist allgemein anerkannt, dass die umgekehrte Schaltfunktion schwieriger auszuführen ist. Mit anderen Worten, es sind verhältnismässig grössere Energiebeträge notwendig, um die PNPN-Triode abzuschalten als benötigt werden, um sie einzuschalten.
Die Eigenschaften von PNPN-Halbleitergeräten werden im allgemeinen in Form einea Elementes beschrieben, das eine Kennlinie mit negativen Widerstandsverlauf besitzt, der zwischen den Elektroden der Endzonen des Elements beobachtet wird. Diese Eigenschaften sind in der USA-Patentschrift 2855524 beschrieben. In der obengenannten
—2—
8 0 9 8 10/
USA-Patentschrift 2877359 ist das Anlegen von Trigger-Inipulsen an eine der mittleren Zonen beschrieben. Das geschieht, um das Gerät durch im wesentlichen Zuführen von Basisstrom in den leitenden Zustand zu versetzen, und umgekehrt, um das Element durch Abziehen von Strom von dieser mittleren Zone abzuschalten=,
Das Merkmal der Rückkopplung ist in dem Vierzonen-Halbleiterschalter verwirklicht, wenn das wirksame Alpha oder der Stromverstärkungsfaktor des Schalters eins übersteigt. Dieser Faktor ist die Summe der Alpha-Werte der beiden Dreizonen-Transistoren, aus denen das Vierzonen-Element besteht. Zum Zwecke der Beschreibung kann in diesem Zusammenhang der Vierzonen-PNPN-Halbleiter so betrachtet werden, als ob er aus zwei Dreizonen-Teilen besteht, die Transistoren genannt werden sollen. Der Dreizonen-Teil, an dessen mittlere Zone die Steuerverbindung geführt ist, wird Steuer-Transistor genannt und der andere Dreizonen-Teil Fluß-Transistor. Von diesem Standpunkt aus kann man die beiden Dreizonen-Transistoren so betrachten, dass jeder Transistor Basisstrom an den anderen liefert. Damit der Schalter im leitenden Zustand bleibt, muss der Strom, den der eine Transistor an die Basis des anderen Transistors liefert, ausreichen, um die Sättigungsbedingung für diesen Transistor einzuhalten.
Im allgemeinen werden PNPE-Halbleiter-Schalttrioden abgeschaltet, indem die Vorspannung an den Endzonen des Schalters herabgesetzt wird. Eine weitere Möglichkeit zur Abschaltung des Schalters, die aber wegen der auf-•tetenden Schwierigkeit unter den meisten Arbeitsbedingungen nicht allgemein angewendet wird, besteht in der genügenden Verringerung des durch die Steuerelektrode fliessenden Stroms, so dass der Strom durch den Steuer-Transistor unter den zur Aufrechterhaltung des Sättigungsbedingung notwendigen Strom abgesenkt wird«
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Erfindungegemäse wird der wirksame Alpha-Wert einer der Tranaistoren nahezu, aber kleiner als eins gemacht, während der wirksame Alpha-Wert des anderen Transistors nahezu aber grosser als Null, und die Surarne der beiden Alpha-Werte nur etwas grosser als eins ist.
Auf diese Weise besitzt das Gerät, wenn man annimmt, dass der Steuer-Transistor einen Alpha-Wert nahe eins besitzt, eine grosse Einschaltverstärkung, d.h., er kann durch verhältnismässig kleine Basisströme eingeschaltet werden. Weiterhin ist, dass der kombinierte Alpha-Wert nur etwas grosser als eins ist, der Strom, der von dem Fluss-Transistor an die Basis des Steuer-Transistors geliefert wird, nur so gross, wie zur Aufreohterhaltung der Sättigungsbedingungs des Steuer-Tranaiators notwendig, so dass das Gerät durch eine verhältnismäesig kleine Verringerung des Stromes an die Steuer-Baeie abgeschaltet werden kann. Damit soll erreicht werden, dass ein Teil des Stromes durch die Basis dea Steuer-Transistors vom Pluss-Transistor geliefert wird, und dass die Grösse dieses Stromes eine Punktion des Alpha-Wertes dieses Transistors ist.
Torzugsweise sollte der Steuer-Transistor einen Alpha-Wert zwisohen 0,9 und 0,99 haben, und dieser Wert sollte wenigstens neunmal grosser als der Alpha-Wert des anderen Transistors sein. Er kann sogar fünfzigmal grosser als der Alpha-Wert des anderen Transistors sein. Die Summe der beiden Alpha-Werte sollte vorzugsweise 1,1 nicht tibersteigen«
Bei einer bestimmten Ausftihrungsform der Erfindung wird der niedrige Alpha-Wert des Fluss-Transiabor-Teiles einea HJHT-Sohalters durch Herabsetzung des Injektions-Virkungegradeeγ des Pluss-Transistors erreicht. Insbesondere wird der niedrige Injektions-Wirkungsgrad für diesen leil dadurch erreicht, dass der Schichtwider-
stand der Emitterzone wesentlich, grosser als der Schichtwiderstand der Basiszone gemacht wird, während der Steurr-Transistor entsprechend bekannten Herstellungsverfahren als Transistor mit hohem Alpha-Wert hergestellt wird.
Ein "besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ins einzelne gehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigens
Fig. 1 die schematische Darstellung einer
Vierzonen-PNPN-Schalttriode zum Zwecke der Erläuterung und
Mg. 2, 5 und 4 bestimmte Ausführuhgsbeispiele von PNPN-Halbleiter-Schalttrioden gemäss der Erfindung.
Pig. 1 ist eine schematische Darstellung einer PNPN-Halbleiter-Schalttriode, die zur Erläuterung mit verschiedenen Bezeichnungen versehen ist. Wie durch die obere Klammer, die den PNPji-Teil des Halbleiters umfasst, angegeben ist, o. _ die G-leichspannungsverstärkung des PHP- oder Fluss-Transistors, während die untere Klammer α als den entsprechenden Parameter des NPN- oder Steuer-Transistors angibt. An die A&eehluee Endzonen Pp und N- und an die Steuer-Basiszone P- sind Elektroden und Verbindungsleitungen geführt. Die Richtung des Stromflusses für die gewählten Polaritäten sind durch Pfeile angezeigt und die Ströme bezeichnet mit I , I und Iy1.
Wenn der Schalter durch einen Stromimpuls über die Steuerleitung in den Zustand niedriger Impedanz versetzt wird, und der Impuls dann wieder entfernt wird, liefert der Fluss-Transistor Basisstrom an den- Steuer-Transistor und umgekehrt. Der Maximal-Wert des Stromes, den der Fluss-Transistor liefern kann, ist bezeichnet mit I-. pjrp und er ergibt sich zu t
den Schalter im Einzustand zu halten, müssen sowohl der NPN- als auch der PHP-Teil im Einzustand gehalten_ werden. Im Falle des NPN-Elements muss ein Basisstrom so zugeführt werden, dass der Trägerverlust durch Rekombination und andere Effekte ergänzt wird. Dieser Strom IT31n-In beträgt:
1DBIn ■ I. - Ve (2)
Im leitenden Zustand ist ÖL. + Q, ^ 1, und es wird nicht der gesamte Strom I^pjrp benötigt. Der Überschuss wird in die Basiszone Np zurückgeführt«
Um den PNPN-Schalter in den Zustand hoher Impedanz, den nichtleitenden Zustand durch Verringerung des Stromes durch die Leitung zur Basiszone P1 umzuschalten, wird der Strom genügend verringert, so dass der Strom I nicht aufrechterhalten werden kann. Um das Abschalten zu erreichen, ist daher hotwendig,dass:
Vo - 1I3 ^ (
Vo - Ib C (1-V h
Die Abachalt-Veratärkung ist daher definiert zu;
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Ic ~*-z-r (8)
Eine merkliche Abschalt-VerStärkung, d.h., dass der Schaltstrom gross ist im Vergleich zu dem Strmm in der Steuer-Basisleitung, wird daher erreicht in einer PNPU-Schalttriode, die so ausgebildet ist, dass im Zustand niedriger Impedanz, dem leitenden Zustand, die Summe der Alpha-Werte der Dreizonen-Elemente nur etwas grosser als eine ist» Weiterhin nähert sich zur Erreichung einer Einsehalt-Verstärkung der Alpha-Wert des Steuer-Transistors 1 und der Alpha-Wert des Pluss-Transistors Null.
Eine bestimmte Ausführungsform, die eine hohe Abschalt-Verstärkung besitzt, ist in Sig. 2 gezeigt. Das Halbleiter-Plättchen 20 besteht aus vier aufeinanderfolgenden Zonen 21,. 22, 23 und 24 verschiedenen Leitfähigkeitstyps. Kontakte 25 und 26 mit niedrigen Übergangswiderstand führen zu den Endzonen und ein dritter Kontakt 27 mit niedrigem Übergangswiderstand führt zu der mittleren Zone 22, die die Basis des NPN-Elementes des Gerätes darstellt.
In dieser bestimmten Ausführungsform ist der Injektions-Wirkungsgrad Ύ des PpNpP-I - Transistors, der aus den Zonen 24, 23 und 22 besteht, so eingestellt, dass sich der gewünschte niedrige Alpha-Wert ergibt. Es ist bekannt, dass der Injektions-Wirkungsgrad der Minoritäts-Ladungsträger eines Transistors, bei dem die Diffusaionslänge der Ladungsträger in der Emitter- und Basiszone gross ist im Vergleich zu"der Ausdehnung dieser Zonen ausgedrückt werden kann durch : -
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worin R, und R die Sehiohtwiderstände der Basis und Emitterzone Bind. Um einen gesteuerten kleinen Wert des Injektions-Wirkungsgrades zu erhalten, wird R wesentlich grosser als R, gewählt. Daher hat die Basiszone 23 in dem Gerät nach Pigl 2 einen Schichtwideretand von ungefähr 50 Ohm pro Querschnitt und die Emitterzone 24 einen Sohiohtwiderstand von ungefähr 1000 Ohm pro Querschnitt. Mit diesen Widerstandswerten kann der Wert für UL^ (P2N2P1 - Element) 0,05 nicht übersteigen. Der Wert für Λ (H1P1N2 - Element) wird mit Hilfe herkömmlicher Methoden zu etwa 0,99 gewählt, und die Absohalt-Verstärkung beträgt dann etwa 25. · ■
In typischer Weise.kann das Gerät 20 nach Hg. 2 mit Hilfe herkömmlicher dreifacher Diffusions- und Abdeckverfahren hergestellt werden, indem ein Silizium-Ein- kristallplättohen von ungefähr 0,125 qcra und 0,01 cm Dioke aus ein·» Auagangsmaterial mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 0hm ± om verwendet wird. Die Np- Baslszone 25 besteht aus diesem Ausgangsmaterial und besitzt eine Dioke von etwas weniger als 0,01 om, so dass sioh der vorher angegebene Schichtwiderstand von 50 0hm pro Querschnitt ergibt. Die anderen Zonen sind alle wesentlich dünner als diese Zone 23.
Zu Anfang werden die P1- und N1-Zonen 22 und 21 durch aufeinanderfolgende Diffusion von Bor bzw. Phosphor hergestellt. Beide Zonen sind verhältnismässig hoch dopiert und die ^1- Zone 22 besitzt eine Tiefe von OtOOO25 om nach einer Bor-Vordiffusion bei 850° C für 45 Minuten und einer nachfolgenden Diffusion bei 1200° 0 für 45 Minuten. Die N1 -Zone 21 wird dann her gestellt duroh Abdecken des gesamten Plättchens ausser eines feiles von 0,025 q.om in das eindiffuntiert werden soll und duroh Erhitzen in einer Phosphoratmosphäre bei 1050° 0 für 15 Minuten. Ihre Dicke ist kleiner als O(OOO25 om*
-8-
Die Pp-Zorie 24 wird durch eine Bor-Diffusion in einem Kasten entsprechend der deutschen Patentanmeldung W. 25,659 VIII c/21g hergestellt, so dass sich eine Endzone von 0,0000025 cm Dicke mit dem angegebenen Schichtwiderstand von 1000 0hm pro Querschnitt ergibt. In typischer V/eise verlangt dieser Verfahrensschritt eine Bor-Diffusion bei 850° C für ungefähr 2 Minuten.
Dieser Diffusionsvorgang in einem Kasten beeinflusst die P1- und EL -Zonen 22 und 21 wegen ihrer bereits sehr hohen Oberflächen-Konzentrationen nicht wesentlich. Daher ist ein Abdecken normalerweise nicht notwendig. Abschlie'ssend werden die Elektroden 25, 26 und 27 mit niedrigen Übergangswiderstand mit Hilfe herkömmlicher Methoden angebracht.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird der Injektions-Wirkungsgrad γ des- PET-Blementes herabgesetzt, indem der grösste Teil des -Stromes an dem Emitter-Übergang zwischen der Pp-Zone 34 und der Ng-Zone 33 vorbeigeleitet wird. Zu diesem Zweck wird der Kontakt mit niedrigem Übergangswiderstand 36 an beiden Zonen angebracht, insbesondere an eine Kante der P„- Zone. In typischer Weise ist der Schichtwiderstand der l2~£aB:i-szo:rie 53 wesentlich kleiner, ungefähr ein 20stel,als der der Pp-Emitterzone 34. Es ergibt sich eine merkliche Herabsetzung des Injektions-Wirkungsgrades des PNP-Elements, da ungefähr neunzehn 20stel des Stromes vom Kontakt 36 direkt in die Basis fHessen, anstatt durch Injektion durch den Emitter-Übergang. Um bei dieser Ausführungsform maximale Wirksamkeit zu erhalten, wird der Widerstand in der Np-Basiszone 33 wesentlich grosser gemacht, als der Durchlasswiderstand des Emitter-Übergangs. Der P+-Ceil 38 der Emitterzone ist vorgesehen, damit der Strom, der durch den Übergang fliesst, in erster Linie aus in die Ή^- Zone 33 injizierten Löchern besteht.
-9-
η r\ η η α η
In typischer Weise besteht eine Ausführungsform des Gerätes 30 der Fig. 3 aus einem Siliziumplättohen, das eine ähnliche Grosse wie in dem Gerät nach Fig. 2 besitzt. Die Pp-Zone 34 ist 0,00025 cm dick, die N2-Zone 33 0,01 om, die P1-ZoIIe 32 0,0001 om und die N1-ZoJIe 31 0,00015 cm. Die Ng-Zone 33 besteht aus dem Ausgangsmaterial mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 0hm χ om und die anderen Zonen werden mit Hilfe !
herkömmlicher Verfahren ähnlich denen, die im Zusammen- i hang mit der Ausführungsform nach Fig. 2 besprochen worden sind, hergestellt.
'im Gerät 40 nach Fig. 4 wird ein kleiner Alpha-Wert des Fluss-Transiators durch Herabsetzung des Transportfaktors β erreicht. Im einzelnen erzielt man diesen kleineren ^-Wert durch Verkleinerung und zentrale Anordnung der Querschnittsfläche des Übergangs zwischen der Np-Zone 43 und der P1-Zone 42, der als Kollektor-Übergang des Fluss-Transistors, gebildet aus den Zonen 44, 43 und 42, dient, und durch Anlegen von zwei Elektroden mit kleinem Übergangswiderstand 46 und 48 an den Rand der P2-Zone 44, den Emitter dieses Transistors. Als Folge davon versuchen die Minoritäts-ladungsträger sich in der Nachbarschaft der Kontakte 46 und 48 zu konzentrieren und ihre Sammlung an dem P..N2-Übergang wird verringert. Das Verhältnis der Zone des P1N2-Kollektorübergangs 49 zu der des P2N2~Emitterübergangs und der Wert der Schioh.twid.erstände der Np-Basiszone
und der P0-Emitterzone 44 bestimmen, den Wert für *,,. c- N
Betrachtungen bezüglich des Grössenverhältnisses dieser Übergänge und seines Einflusses auf die Bmissions-Konzentration sind in den deutschen Patentanmeldungen W. 19,309 und W. 19,211 enthalten.
In typischer Weise kann bei einem Siliziumplättohen, das in Grosse und Form dem obenbeschriebenen Gerät ähnelt,. die Grosse des Kollektor-Überganges 49 un&gefähr 1/1O der Grosse dee Emitter-Überganges 50 entsprechen.
-10-809810/0813
Es soll betont werden, dass auch andere Anordnungen benutzt werden können, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise können die Leitfähigkeitstypen der verschiedenen Zonen der beschriebenen Ausführung sformen umgetauscht werden. In ähnlicher Weise können auch verschiedene andere Halbleitermaterialien benutzt werden, wie z.B. Germanium oder Zusammensetzungen aus Elementen der III. und Y. Gruppe.
809810/08 13

Claims (5)

  1. U39922
    Patentansprüche
    ilalbleiter-Ubertra^unü'sgerät, bestehend aus einem Halbleiterkörper mit vier aufeinanderfolgenden Zonen, wobei benachbarte Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzen, so dass das Gerät PNPN-üonfiguration besitzt, und mit Verbindungen niedrigen Übergaiigswiderstandes an jede Endzone und eine mittlere " Zone, dadxirch gekennzeichnet, dass der wirksame Alpha-Wert des einen Transietors, der durch eine Gruppe von drei benachbarten Zonen gebildet wird, nahe aber kleiner als Eins ist, dass der wirksame Alpha-Wert der anderen drei benachbarten Zonen nahe aber grosser als Null ist und die Summe der beiden Alpha-Werte nur etwas grosser als Eins ist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor an dessen mittlere Zone die Steuer-Verbindung führt, einen wirksamen Alpha-V/ert besitzt, der v/enigstens neunmal grosser ist als der wirksame Alpha-Wert des anderen Translators, und dass die Summe der Alpha-'v'erte kleiner als 1,1 ist.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand der nicht mit einem Steueranschluss versehenen mittleren Zone klein ist im Vergleich au dem Schichtwiderstand der benachbarten Endzone .
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3» hergestellt aus einem Silizium-Einicristall, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Zone einen Schichtwiderstand von ungefähr 50 Ohm pro Querschnitt und die benachbarte Endζone einen Schichtwiderstand von ungefähr 1000 Ohm pro Querschnitt besitat.
    -2-BAO OFHQINAL
  5. 5. Gerät naoh Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, da«· die Verbindung mit niedrigem Übergangswideret and an die Endeone teilweise auch an die benachbarte mittlere Zone angelegt ist, so dass der wirksame Alpha-Wert des Transietorβ, der diese beiden Zonen enthält, nicht grosser als 0,1 ist.
    6, Gerät nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Zone eine seitliche Querso.hnittsfläche besitzt, die klein ist im Verhältnis zu der der nicht benachbarten Endzone, und dass sie symmetrisch mit Bezug auf diese Endzon· angeordnet ist, und ihre Verbindungen auf oder nahe ihrem Rand angeordnet sind.
    Q η ο η 1 ο insn
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SE (1) SE301010B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2038122A1 (de) * 1969-08-04 1971-02-18 Tokyo Shibaura Electric Co Halbleitergesteuerte Gleichrichtereinrichtung

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3176147A (en) * 1959-11-17 1965-03-30 Ibm Parallel connected two-terminal semiconductor devices of different negative resistance characteristics
NL263771A (de) * 1960-04-26
US3196330A (en) * 1960-06-10 1965-07-20 Gen Electric Semiconductor devices and methods of making same
US3197652A (en) * 1960-06-17 1965-07-27 Transitron Electronic Corp Controllable semiconductor devices
US3196285A (en) * 1961-05-18 1965-07-20 Cievite Corp Photoresponsive semiconductor device
US3197681A (en) * 1961-09-29 1965-07-27 Texas Instruments Inc Semiconductor devices with heavily doped region to prevent surface inversion
BE623187A (de) * 1961-10-06
US3194699A (en) * 1961-11-13 1965-07-13 Transitron Electronic Corp Method of making semiconductive devices
US3230429A (en) * 1962-01-09 1966-01-18 Westinghouse Electric Corp Integrated transistor, diode and resistance semiconductor network
US3248616A (en) * 1962-03-08 1966-04-26 Westinghouse Electric Corp Monolithic bistable flip-flop
US3244949A (en) * 1962-03-16 1966-04-05 Fairchild Camera Instr Co Voltage regulator
NL290680A (de) * 1962-06-19
US3239728A (en) * 1962-07-17 1966-03-08 Gen Electric Semiconductor switch
BE634737A (de) * 1962-07-27 1900-01-01
US3284677A (en) * 1962-08-23 1966-11-08 Amelco Inc Transistor with elongated base and collector current paths
GB1052447A (de) * 1962-09-15
GB1047388A (de) * 1962-10-05
US3243602A (en) * 1962-12-13 1966-03-29 Gen Electric Silicon controlled gate turn off switch circuit with load connected to interior junction
US3476618A (en) * 1963-01-18 1969-11-04 Motorola Inc Semiconductor device
NL302113A (de) * 1963-02-26
GB1051720A (de) * 1963-03-07 1900-01-01
US3358197A (en) * 1963-05-22 1967-12-12 Itt Semiconductor device
US3242551A (en) * 1963-06-04 1966-03-29 Gen Electric Semiconductor switch
NL296392A (de) * 1963-08-07
US3265909A (en) * 1963-09-03 1966-08-09 Gen Electric Semiconductor switch comprising a controlled rectifier supplying base drive to a transistor
DE1464960A1 (de) * 1963-09-03 1969-08-28 Gen Electric Halbleiter-Schalter
US3324359A (en) * 1963-09-30 1967-06-06 Gen Electric Four layer semiconductor switch with the third layer defining a continuous, uninterrupted internal junction
US3331000A (en) * 1963-10-18 1967-07-11 Gen Electric Gate turn off semiconductor switch having a composite gate region with different impurity concentrations
US3328651A (en) * 1963-10-29 1967-06-27 Sylvania Electric Prod Semiconductor switching device and method of manufacture
US3337783A (en) * 1964-01-16 1967-08-22 Westinghouse Electric Corp Shorted emitter controlled rectifier with improved turn-off gain
US3343048A (en) * 1964-02-20 1967-09-19 Westinghouse Electric Corp Four layer semiconductor switching devices having a shorted emitter and method of making the same
US3284681A (en) * 1964-07-01 1966-11-08 Gen Electric Pnpn semiconductor switching devices with stabilized firing characteristics
GB1112301A (en) * 1964-07-27 1968-05-01 Gen Electric Controlled rectifier with improved turn-on and turn-off characteristics
FR1483998A (de) * 1965-05-14 1967-09-13
US3489962A (en) * 1966-12-19 1970-01-13 Gen Electric Semiconductor switching device with emitter gate
US3504241A (en) * 1967-03-06 1970-03-31 Anatoly Nikolaevich Dumanevich Semiconductor bidirectional switch
US3504242A (en) * 1967-08-11 1970-03-31 Westinghouse Electric Corp Switching power transistor with thyristor overload capacity
US3453508A (en) * 1967-10-18 1969-07-01 Int Rectifier Corp Pinch-off shunt for controlled rectifiers
US3486088A (en) * 1968-05-22 1969-12-23 Nat Electronics Inc Regenerative gate thyristor construction
DE2211116A1 (de) * 1972-03-08 1973-09-13 Semikron Gleichrichterbau Steuerbares halbleiterbauelement mit vier schichten abwechselnd entgegengesetzten leitfaehigkeitstyps
JPS5758075B2 (de) * 1974-10-19 1982-12-08 Sony Corp
JPS5341187A (en) * 1976-09-28 1978-04-14 Toshiba Corp Thyristor
CH622127A5 (de) * 1977-12-21 1981-03-13 Bbc Brown Boveri & Cie
JPS54111790A (en) * 1978-02-22 1979-09-01 Hitachi Ltd Semiconductor switchgear
DE3112941A1 (de) * 1981-03-31 1982-10-07 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Thyristor mit innerer stromverstaerkung und verfahren zu seinem betrieb
JPS59213167A (ja) * 1983-05-19 1984-12-03 Nec Corp サイリスタ

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2838617A (en) * 1953-01-13 1958-06-10 Philips Corp Circuit-arrangement comprising a four-zone transistor
NL99632C (de) * 1955-11-22

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2038122A1 (de) * 1969-08-04 1971-02-18 Tokyo Shibaura Electric Co Halbleitergesteuerte Gleichrichtereinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
GB909870A (en) 1962-11-07
SE301010B (de) 1968-05-20
DE1439922B2 (de) 1972-02-24
NL265766A (de)
NL129185C (de)
US2993154A (en) 1961-07-18
BE604729A (fr) 1961-10-02

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