DE1464850A1 - Verwendung von Bor in Halbleiterbauelementen - Google Patents
Verwendung von Bor in HalbleiterbauelementenInfo
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Description
CONSORTIUM FÜR ELEKTROCHEMISCHE INDUSTRIE QmbH
München, den 27« Juli IX/Pat.Abt./Dr.R/Z
Co 6*08
Zuiata «u Patentanmeldung C 32 914 VIIIo/21g
Verwendung von Bor in Halbleiterbauelementen
wird die Verwendung von Bor in Halbleiterbauelementen, ^
die als Sehalter oder Sehaltungeelemente für die Steuerung
und Regelung von Qleioh- und WecheelBtrom elngeaetit
werden» betehrleben. Dabei wird in einer besonderen Ausführungaform
das Einiehalten de· Halbleiterbauelementes dureh kursseitlge Erhöhung des Stromes, der duroh das Bor
f Heat, ausgelöst· Das Aussehalten des Halbleiterbauelement es
erfolgt dureh Absenken des Stromes unter einen Mindestwert.
Bei weiteren Versuchen wurde nunmehr gefunden, dass das Einschalten des Halbleiterbauelemente» auoh dureh Erhöhen λ
der Umgebungstemperatur und/oder dureh sustttxliehe Erwärmung
des 1» Halbleiterbauelement enthaltenen Bors ausgelöst
werden kann, während das Aussehalten des Halbleiterbauelementes dureh Erniedrigen der Umgebungetemperatur
und/oder sueätsliehe Kühlung des in Halbleiterbauelement enthaltenen Bors erreicht werden kann· Ib übrigen gelten
die Maßnahmen und die in der Besehreibung gebrachten Aus· führungen der Hauptanaeldung C 32 914 VIIIo/21gtDBP( ,
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Insbesondere hinsichtlich der Herstellung des Halbleiterbauelementes
und des dazu verwendeten Bors.
bau-/
Haltleitenfelementes erforderliche Umgebungstemperatur kann dadurch erhalten werden, dass das Halbleiterbauelement in guten thermischen Kontakt mit einem solchen Bauteil oder üerttt gebracht wird« das sich beim Betrieb erwärmt, vorzugsweise ε·Β« durch elektrischen Strom· bei Erreichen der maximal zulässigen Temperatur des Bauteiles oder Gerätes werden Einrichtungen betätigt, die ein weiteres Ansteigen der Temperatur des Bauteiles verhindern. Dabei ist es aber auch möglich, das Erreichen der maximal zulässigen Temperatur in bekannter Welse, z.B. optisch oder akustisch, zu signalisieren»
Haltleitenfelementes erforderliche Umgebungstemperatur kann dadurch erhalten werden, dass das Halbleiterbauelement in guten thermischen Kontakt mit einem solchen Bauteil oder üerttt gebracht wird« das sich beim Betrieb erwärmt, vorzugsweise ε·Β« durch elektrischen Strom· bei Erreichen der maximal zulässigen Temperatur des Bauteiles oder Gerätes werden Einrichtungen betätigt, die ein weiteres Ansteigen der Temperatur des Bauteiles verhindern. Dabei ist es aber auch möglich, das Erreichen der maximal zulässigen Temperatur in bekannter Welse, z.B. optisch oder akustisch, zu signalisieren»
Eine Möglichkeit, sowohl die Umgebungstemperatur als auch die Temperatur des Bors selbst zu erhöhen, besteht darin, dass
das verwendete Bor auf einen Metalldraht, z.B. aus Molybdän, Wolfram, Tantal oder VA-Stahl in einer dünnen Schicht in
bekannter Weise aufgebracht und der Metalldraht mittels Stromdurohgang erwärmt wird.
Eine zusätzliche Kühlung des Halbleiterbauelementes kann
beispielsweise durch Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit
bewirkt werden.
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BAD ORIGINAL
BelBpiel 1
In der Abb. 1 ist schematise!) ein« Anordnung dargestellt,
bei der das Halbleiterbauelement Geräte und Bauteile gegen unzulässige Erwärmung schfitzt, insbesondere solche, die dureh
elektrischen Strom erwärmt werden·
Das Halbleiterbauelement 1 befindet sieh in gutem thermischen
Kontakt mit dem Bauteil 2, dessen Temperatur überwacht werden soll» Das Bauteil I kann z.B. der Boden eines
elektrischen Wasserkochers, die Wandung eines Warmwasser- ™
speichere oder der Mantel eines Tauchsieders, aber auch die Anode einer Triode oder die Antikathode einer Röntgenröhre
sein, üb der Überwachung»Stromkreis vollkommen
elektrisch isoliert von dem Bauteil sein muss oder ob eine Elektrode des Halbleiterbauelements auch elektrisch mit dem
su schätzenden Bauteil verbunden werden kann» hängt von den
jeweils einsuhaltenden Sicherheitsvorschriften ab« Eine
direkte Verbindung einer Elektrode 1st ι·Β· mit der Anode einer irlocte möglieh; in diesem Fall kann die Borsohicht y
gegebenenfalls direkt auf die Anode aufgebracht werden t
beispielsweise dureh Abscheiden oder Aufdampfen.
Steigt die Temperatur an den Elektroden des Halbleiterbauelements oder am Bauelement selbst über einen bestimmten
Wert an, so wird das Halbleiterbauelement 1 eingeschaltet» Das Relais 3 sieht an und unterbricht beispielsweise den
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Dae Ansprachen des Relais 3 kann auch sum Signalisieren
der erhöhten Temperatur oder sum Schließen besw· Offnen von Ventilen und dergleichen in bekannter Weise eingesetzt
«erden· Eine Peineinstellung der Abschalttemperatur
ist durch den einstellbaren Widerstand 4 möglich,
In Abb· 2 ist der Einsäte eines Halbleiterbauelementes
als Leitungssohutssicherung und/oder als thermisch rereögerter
Uberstromauslöser schematise)! dargestellt. Dabei
ist die Borschioht 2 direkt auf einen Metalldraht 1 aufgebracht·
Der Metalldraht 1 kann *»B. aus Tantal, Molybdän, Wolfram oder VA-Stahl bestehen und die Borschicht
durch Zersetsen einer borhaltigen Verbindung, beispielsweise eines Borhalogenide, in bekannter Welse erhalten werden*
Durch den Metalldraht 1 fließt der Betriebsstrom I« Glelohseltig ist der Metalldraht eine der Elektroden des Halbleiterbauelementes.
Die swelte Elektrode 3 wird auf die Borsohlcht 2 aufgebracht,
beispielsweise durch Aufdampfen, Auflegieren oder Kathodenzerstäubung·
Im einfachsten Fall kann die «weite Elektrode durch Anpressen eines Metalls an die Borschicht 2 hergestellt
werden« Die Elektrode 3 i»t von einer thermlseh
und elektrisch isolierenden Schient *, β.B. einem Keramikrohr oder einem Qle&hars, umgeben· Das Halbleiterbauelement
1st so dimensioniert, dass beim Nennwert dea Stromes I nur
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6in geringer Reststrom vom Metalldraht 1 Ober die Borschicht 2,
die Elektrode 3, den einstellbaren Widerstand 5 und die Spule
des Relais 6 flieft*. Plieftt dureh den Metalldraht 1 ein
größerer Strom Z9 so wird sowohl die Temperatur an den
Elektroden als auch die Temperatur der Borsehieht erhöht·
Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur, die einem bestimmten Strom dureh den Metalldraht 1 entspricht, schaltet
das Halbleiterbauelement das Relais 6 ein» wodurch boispiels·
weise der Arbeitsstromkreis unterbrochen wird* Zusatzeinrichtungen,
wie Freiauslösung des Xontaktes« der den Stromkreis unterbricht» oder Wiedereinschaltsperre können in
bekannter Weise angebracht werden· Durch den Widerstand wird der Strom eingestellt» der nach einer Vorgeschriebenen
Zelt sur Abschaltung fuhrt (Sohne Hau »lösung oder thermisch ▼ersögerte Oberstromauslösung)·
Wird der Widerstand 5 für thermisch versögerte Oberstrom«
auslösung eingestellt» so kann für eine Kurssohluss*
Schnellauslösung parallel su diesen Widerstand noch ein , weiteres Halbleiterbauelement 7 fett» Bor geschaltet werden·
Dieses wird so dimensioniert» dass es * bei dem die thermisch· Oberstromauslösung bewirkenden Strom noch
ausgeschaltet ist* Steigt der Strom»«·Β· im Falle eines
7/
das Halbleiterbauelement/ein auf Qrund des jetst verringerten
das Halbleiterbauelement/ein auf Qrund des jetst verringerten
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konstanten Wideretand der Spule des Relais 6 und dem Widerstand
der Borschicht 2 gebildet wird. Durch das Einsehalten
des Halbleiterbauelementes 7 wird jedoch auch der Vorwiderstand für das aus dem Metalldraht 1, der Borschicht 2 und
der Elektrode 3 gebildete Halbleiterbauelement kleiner« , Dadureh steigt der Strom durch das Relais 6 rasch an und
bewirkt ein schnelles Absehalten·
betspiel 3
der ein Halbleiterbauelement 1 sur Messung und/oder Regelung von Temperaturen dient· Das erforderlichenfalls gekapselte Halbleiterbauelement
1 befindet sieh in möglichst gutem thermischen
Kontakt s.B· mit einer Flüssigkeit 2, deren Temperatur gemessen werden soll und die in einem Gefäß 3 enthalten 1st· Das
Halbleiterbauelement 1 1st in Reihe mit einem Widerstand 4
an eine Spannungsquelle 5 angeschlossen· Die Spannungsquelle 5 liefert eine Wechselspannung, deren Prequens und
" Amplitude konstant ist« Die Frequen* kann a,B. 50 Ha betragen·
Die Amplitude wird so bemessen, dass bei der niedrigsten Temperatur der Flüssigkeit 2 das Halbleiterbauelement 1
etwas unter dem Spitsenwert der Spannung einschaltet«
Die an dem Halbleiterbauelement 1 auftretende Spannung hat dann den in Abb. k für eine Periode dargestellten zeltliehen
Verlauf, wenn die Spannungsquelle 5 eine sinusförmige
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Wecheelspannung liefert· Wird die Temperatur der Flüssigkeit
2 höher« so schaltet das Halbleiterbauelement 1 bereits bei niedrigeren Augenblickewerten der Wechselspannung ein
(Abb· 5)· Qenessen wird nunmehr in bekannter Weise der Phasenuntersohied »wischen dem Nulldurchgang der Wechselspannung
und dem Zusammenbrechen der Spannung am Halbleiterbauelement 1· Der Phasenuntersohied kann durch ebenfalls bekannte
Methoden in einem Meßgerät 7 digital oder analog angezeigt und/oder sur Regelung einer Heitung oder Kühlung des
Gefäßes 3 mittels eines Reglers 8 verwendet werden. Die Spannung der Quelle 5 kann anstelle eines sinusförmigen Verlaufes
auch eine andere Kurvenform haben (κ·Β· Sagesahnkurve, e-Punktio:
wodurch der Zusammenhang «wischen der gemessenen Phasendifferenz und der «u messenden Temperatur beeinflusst werden kann (b.B.
logarithmische Skala für Temperaturanseige). Es ist auch
möglich, den Phasenunterschied des Spannungsabbruches sweier gleicher Halbleiterbauelemente su messen, von
denen sich das eine in der «u messenden Umgebungstemperatur und das andere in einer Umgebung konstanter Temperatur
(Verglelohstemperatur) befindet· Hierdurch kann eine grössere Genauigkeit der Temperaturmessung ersielt werden·
In Abbildung 6 ist der Prinsipsohaltplan sur Temperaturregelung
eines elektrisch geheisten Gerätes unter Verwendung
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BAD
▼on 2 Halbleiterbauelementen dargestellt* Da· Halbleiterbauelement 1 befindet sieh in gutem thermischem Kontakt mit dem Gerät, dessen Temperatur geregelt
werden soll« Das Halbleiterbauelement 2 hat als Umgebungstemperatur
Raumtemperatur oder es befindet sich in einem Thermostaten, dessen Temperatur unter der niedrigsten am
Gerat su regelnden Temperatur liegt« Das Gerät wird durch
eine beim Betrieb ständig eingeschaltete Heizung 5 erwärmtι
die Temperaturregelung erfolgt durch Zu- oder Absehalten P der Zusatsheisung Ί durch das Halbleiterbauelement 2.
Die Temperatur wird am regelbaren Widerstand 3 eingestellt,
und «war erfolgt das Abschalten der Zusatsheisung bei
höheren Temperaturen, wenn der Widerstand 3 vergrössert wird«
Die Spannung U, die HeIswicklungen 4 und 5 und die Halbleiterbauelemente
l und 2 sind so dimensioniert, dass bei der niedrigsten Temperatur des Gerätes das Halbleiterbauelement
2 leitend, das Halbleiterbauelement 1 nichtleitend ist« Steigt die Temperatur, so schaltet das Bauelement 1
w ein, wenn die am Widerstand 3 einstellbare Temperatur erreicht
1st· Dadurch sinkt der Strom durch das Halbleiterbauelement se weit ab, dass dieses die ZuaatshelEun« abschaltet. Sinkt
die Temperatur, se schaltet das Halbleiterbauelement 1 au· und
die Zusatsheisung H wird durch das Halbleiterbauelement 2 wieder eingeschaltet.
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BAD
-9-Di· Anordnung ist für Gleich- und Wechselstrom geeignet·
In Abb« 7 1st die Verwendung von twei Halbleiterbauelementen
sur Kontrolle und/oder Regelung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälter» sohematlsoh dargestellt« Diese
Vorrichtung ist Insbesondere für Kühlflüssigkeiten geeignet·
Zwei Halbleiterbauelemente 1 und 2 sind in einem Behälter 6, der die Flüssigkeit 7 enthält, in verschiedenen Höhen ^j
eingebaut, die dem maximalen besw. dem minimalen Füllstand
entsprechen· Elektrisch sind diese beiden Halbleiterbauelemente In Reihe geschaltet und liegen in Reihe mit einem
Vorwiderstand 3 und der Wioklung eines Nagnetventils ·. an der
Stromquelle 5· Das Magnetventil * 1st In stromlosem Zustand
geschlossen und öffnet bei Stromdurchgang den Zulauf für den Behälter 6.
sich beide Elemente ausserhalb der Flüssigkeit befinden· Der i
in dl· Flüssigkeit eintauchen·
Liegt der Flüssigkeitsspiegel so hoch, dass beide Elemente in dl· Flüssigkeit eintauchen, so ist das Magnetventil 4
für den Zulauf geschlossen· Sinkt der Flüssigkeitsspiegel,
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-lo-
■o wird das Magnetventil 4 erst dann geöffnet« wenn sich
beide Elemente ausserhalb der Flüssigkeit befinden· Das
Magnetventil H bleibt so lange geöffnet, bis die Flüssigkeit
wieder so weit gestiegen 1st» dass beide Elemente von der Flüssigkeit umgeben werden·
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Claims (3)
1) Verwendung von Bor In Halbleiterbauelementen, die
als Sehaltar oder Schaltungselemente für die Steuerung
und Regelung von Gleich- und Wechselstrom eingesetzt werden
naeh Patentanmeldung C 32 914 VIIIc/21g, DBP ,
dadurch gekennzeichnet » dass da» Ein«ehalten des Halbleiterbauelementes duroh Erhöhen
der Umgebungstemperatur und/oder zusätzliche Erwärmung des Bors, das Aussehalten des Halbleiterbauelements
durch erniedrigen der Umgebungstemperatur und/oder susätzliehe Kühlung des Bors ausgelöst wird.
2) Verwendung von Bor In einem Halbleiterbauelement naeh
Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
dass die Umgebungstemperatur des Halbleiterbauelements durch ein Bauteil oder Gerät erhöht wird, welches vorzugsweise
dureh elektrischen Strom erwärmt wird und mit dem das Halbleiterbauelement guten thermischen
Kontakt besitztv und bei Erreichen der marimal zulässigen
Temperatur des bautelies oder Gerätes Einrichtungen
betätigt werden, die ein weiteres Ansteigen der Temperatur des Bauteiles verhindern·
3) Verwendung von Bor in Halbleiterbauelementen nach Anspruch
1 und 2, dadurch gekennzeichnet« dass das verwendete Bor auf einem Metalldraht in einer
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dünnen Schicht aufgebracht» diese mit einer metallischen
Elektrode versehen und der Metalldraht mittels Stromdurchgang erwärmt wird«
909838/0301
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