DE1465470A1 - Festkoerperschaltvorrichtung aus Tellurid zur Steuerung elektrischer Stroeme - Google Patents

Festkoerperschaltvorrichtung aus Tellurid zur Steuerung elektrischer Stroeme

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DE1465470A1
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Description

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Energy Conversion Devices Incorporated
14121 W-. McMehols Road, Detroit, Michigan.../ USA
Jestkörperschaltvorrichtung aus !Eellurid zur Steuerung elektric eher Ströme.
Die Erfindung bezieht sioh auf eine Schaltvorrichtung zur Steuerung elektrischer Ströme und insbesondere auf eine liestkörperschaltvorriehtung, die zur Steuerung des Stromflußes in Wechselstromkreisen von verhältnismäßig hoher Spannung^ wie "beispielsweise in üblichen 110 Volt oder 220 Volt-Hochstromkreisen ala 3?estkörpermaterial einen Halbleiter wie beispielsweise Cellurid verwenden.
Während die Schaltvorrichtung oder der Schalter nach dieser Erfindung mit großem Vorzug als erstes Festkörperhalbleiterelement überhaupt für Schalt- und Steuerzwecke in Wechselstromkreisen eingesetzt werden kann, besitzt es auch in Gleichstromkreisen viele Anwendungsgebiete.
Der Ausdruok "Schalter% wie er bisher gebraucht worden ist, und auch weiterhin gebraucht werden soll, soll in einem sehr allgemeinen"'Sinne gebraucht werden. Der Ausdruok "Schalter" soll alle Geräte einschließen, die einen StromfluB in Stromkreisen modulieren oder solche Stromkreise öffnen und schließen können. Solche Geräte beinhalten sowohl Stromunterbrecher als auch Schalter und ltölais, die Stromkreise öfinen und schließen können, und »war von dem Schaltkreis zur Erregung oder Steuerung des Beiais getrennt.
Allgemeines Ziel der Erfindung 1st eine schalterähnliohe Festkörpersteuertorrichtung, die keinerlei beweglichen Seile enthält und daher keinem Verschleiß durch mechanische
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Abnutzung_ linterv/orfen ist, die außerden außerordentlich leicht und klein ist und daher in solchen Einrichtungen, in denen es auf kleinste Abmessungen und leichtes iev/icht ankommt, die üblichen schweren und anfälligen Steuerbezw. Schaltvorrichtungen ersetzen kann. Weiterhin soll die Pestkörpersteuervorrichtung im wesentlichen narrensieher sein. Sie soll sich durch einen kleinen Steuerkreie so steuern lassen, daß sie ihrerseits Schaltkreise mit starken Belastungen, schalten kann. Außerden soll die Übergangszeit vom leitenden oder "iün"-Zustand in den nichtleitenden oder "Aus"-Zu3tand außerordentlich kurz sein.
Bin weiteres und spezielleres Ziel der Erfindung ist eine Schutzvorrichtung für elektrische Stromkreise, die auf Änderungen in der Spannung des Stromkreises anspricht, das heißt, eine Vorrichtung, die bei einer erwünschten Spannung das Fließen des Stromes ungehindert zuläßt und die den Stromfluß an vorbestimmten Spannungsschwellen plötzlich unterbricht.
Gemäß der Erfindung weist eine Schaltvorrichtung für einen elektrischen Stromkreis zwei Elektroden auf, die in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, zwischen denen ein Festkörper-Halbleitermaterial angeordnet ist, das mit den Elektroden elektrisch verbunden IsIi9 und das als Widerstand wirken kann, um den elektrischen Strom zu unterbrechen, wenn der Strom außerhalb oder jenseits eines vorgegebenen Schwellwertes ist.
Sie Erfindung beinhaltet auoh ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitern auf Tellurgrundlage, nachdem etwa gleiche !Heile von gepulverten Substanzen, wit beispielsweise reines Aluminium und Tellur in einen Tiegel gegebtn werden, anschließend erhitzt werden, Un das 41 «mini, um und das Tellur ■ •schnell und glatt sju vereinigen, und nach dem anschließend' -
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das dabei entstandene Endprodukt abgekühlt wird.
Im folgenden soll die Erfindung anliand bevorzugter Ausführung :/b ei spie Ie in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben v/erden.
1'1IgUr 1 i.t eine schema tische Darstellung einer Au sführune; οίο rn einer; Steucrnerätes nach der Erfindung.
j?igur 2 ist eine Darstellung einer anderen, nüiilicli einer eingekapselten Ausführung-form der Erfindung.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die als "gedruckte Schaltung" ausgeführt ist.
Figur 4 ist ein Querschnitt durch die Ausführungsform nach Figur 3 längs der Linie 4-4 in Pigur 3.
Figuren 5 und 6 sind scheine.tische Darstellungen und zeigen, wie das Steuergerät in belasteten elektrischen Stromkreisen verwendet verden kann.
Jedes Steuergerät nach der Erfindung enthält eine Halbleitersubstanz - (wie später noch beschrieben wird, eine Tellurverbfndung oder ein Tellurid) - die zwischen einem Elektrodenpaar angeordnet und elektrisch mit ihm verbunden ist, sodaß das Gerät in einen elektrischen Laststromkreis eingesetzt werden kann, um seine Funktion durchzuführen. Dieses zusammengesetzte Gerät;, das die Festkörper-Substanz und die Elektroden enthält, kann in verschiedenen Formen, Gestalten und Größen vorgesehen werden.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsfοrm der Erfindung. Das Steuergerät weist eine Halbleitersubstanz 10 auf, die als
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Platte ausgebildet iet. Diese Platte ist zwischen einem Elektrodenpaar 12 und 14 angeordnet oder eingeschichtet Und elektrisch mit ihm verbunden, Mit den Elektroden 12 und 14 sind zwei leitungen-16 und 18 verbunden, die dazu dienen, das Steuergerät in einen elektrischen Stromkreis einschalten su können. -
Bs wird angenommen, daß für die meisten praktischen Anwendungszwecke das Gerät wesentlich kleiner sein kann, als es in der Figur 1 gezeigt ist. Das bedeutet, daß die Pestkörpersubstanz 10 für viele Anwendungen als außerordentlich dünne Platte oder sogar als monomolekulare Schicht vorgesehen werden kann. Oder aber man kann die Dicke zwischen einigen 10 ^ mm bis zu einigen zehntel L-illimetern oder noch darüber hinaus verändern. Ebenso können auch die Elektroden 12 und 14 außerordentlich dünn sein, das heißt, ihre Dicke kann größenordnungsmäßig einige hunderstel Millimeter betragen. Ihre Dicke kann aber auch beträchtlich größer beispielsweise von der G-räßenordnung von einigen zehntel Millimetern sein. Es soll klargestellt werdenf daß das elektrische Verhalten des G-erätes nicht von der Große seiner Elemente abhängt, und daß daher die Pestkörpersubstanz in jeder beliebigen, gewünschten Größe hergestellt werden kann. Die Elektroden 12 und 14 können dann in einer solchen Größe vorgesehen werden, die der Menge an Substanz und der gewünschten Gesamtgröße des Gerätes Rechnung trägt.
Die elektrischen Eigenschaften des Steuergerätes brauchen nicht von der Umgebung abzuhängen, in der das Gerät verwendet wird. !Trotz allem aber können diese Eigenschaften von den ITmgebungsbedingungen beeinflußt werden. Wenn auch die Umgebungsbedingungen als Vorteil ausgenutzt werden können, besonders dann, wenn das Gerät in einer Kraftüber-
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tragung singeaetsst ist, so ist ea doch günstiger, den Einfluß der Umgebung zu vermeiden. So können die elektrischen Eigenschaften des Gerätes beispielsweise durch die feuchtigkeit d#ar Umgebung "Bis au einem "bestimmten Grade beeinflußt werde». Daher kann es "bei solchen Anwendungen, bei denen der Feuohtigkeitseihfluß vermieden werden soll, günstig sein,, eine eingekapselte Ausführungsform des derates zu verwenden, wie sie in der Figur 2 gezeigt ist· Das gekapselte Gerät kann das gleiche wie das in Figur 1 gezeigte sein und aua einer Platte 10 aus einer Pestkör- · persubstanz bestehen, die zwischen den Elektroden 12 und 14 angeordnet ist. Die Elektroden können wieder mit den ausgedehnten Leitungen 16 und 18 verbunden sein. Um das Gerät vor !Feuchtigkeit zu schützen, kann es von einer abgedichteten und evakuierten Röhre 20 umgeben sein, die an ' ihren Enden mit Dichtungsdeckeln 22 verschlossen ist. Der Umgebungseinflut; auf das·Gerät kann aueh weiterhin dadurch vermieden werden^ daß man die Röhre 20 mit einer inerten Atmosphäre füllt» für diesen Zweck ist Argon geeignet.
Eine weitere auBsatordentliok günstige Ausführungsfona · eines Steuergerätes nach der Erfindung ist in den Figuren 3 und 4 gezeigt, die darstellen·* wie sich das Gerät besoÄ— ders .an gedruckte^.Schaltungen anpassen läßt. In dieser Ausführungsform der Erfindung weist das Gerät eine Isolierunterlage 24 auf, auf der zwei Elektroden 26 und 28 durch Siebdruck oder dtsreh ein anderes Verfahren aufgebracht worden sind, die fcuE Herstellung gedruckter Schaltungen verwendet werden* Die Elektroden 26 und 28 werden bevorzugt so ausgeführt, diß sie wie ein Kamm mit einer Reihe von Zähnen 30» 30 beliehungsweise 32, 32 aussehen, die in einem gewissen Abstand voneinander auf der Isolierunterlage 24 ineinandergreifeii. Bei dieser Ifanstruktionaform wird die '-" Festkörpereubstanz mit Torzug als Film 34 aufgebracht, der
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die Isolierunterlage und die darauf befindlichen Elektroden 26 und 28 bedeckt. Die 3?estkörpersubstanz kann zu Beginn auf jede gewünschte Weise aufgebracht werden. Man kann sie also beispielsweise aufdampfen oder aufstäuben oder auch als Plasma niederschlagen· Man kann die Substanz aber auch in Puderform aufbringen und erhitzen,, sodaß eioh eine dünne Schicht bildet und anschließend wieder abkühlen*
In den anderen Ausführungsformen des Gerätes, die bisher beschrieben worden sind, ist die jeatkörpersubstaiiz in dem film 34 zwischen den. Elektroden angeordnet und wirkt, wie es noch beschrieben wird, derart, daß sie einmal einen elektrischen Strom zwischen den Elektroden zuläßt und ihn zum anderen sperrt. In der Ausführungeform des Gerätes nach den Figuren 3 und 4 ist jeäe der Elektroden 26 und 28 mit einem Ansatz versehen, der die Verbindung dieser Elektroden mit leitungen erlaubt, wie beispielsweise mit den ursprünglich erwähnten Leitungen 16 und 18.
Wie bereits bemerkt worden ist, ist die verwendete Pestkörpersubstanz ein Halbleiter· Die heute bevorzugte Substanz i£t eine Tellurverbindung oder ein Tellurid. Die Telluride werden ihrer unüblichen elektrischen Eigenschaften wegen bevorzugt, die im Einklang mit dieser Erfindung auftreten«
Als man beispielsweise den Widerstand eines solchen Gerätes aus Tellur nach der Erfindung mit einem Röhrenwiderstandsmeßinstrument oder mit einer Viderstandsbrücke gemessen Bat, stellte sich heraus, daß dieses Gerät einen sehr hohen Widerstand - bis zu einem Megohm - besaß, der anzeigte, daß das Serät bei ziemlich hohen Spannungen einen Stromfluß nicht zuließ. Wenn man das Gerät jedoch in einen Wechselstromkreis einsetzte, ließ es völlig uner-
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warteter Weise bei Spannungen von einigen wenigen Volt bis mehr als110 Volt den elektrischen Strom hinduroh, oline daß an dem Gerät ein nennenswerter Spannunsabfall auftrat. Wenn die Stromstärke erhöht wurde, wurde eine Schwelle erreicht, von der ab der Stromfluß unterbrochen vmrde, selbst bei Spannungen über 110 Volt. Auf diese Weise arbeitete das Gerät als Schutzvorrichtung für elektrische Stromkreise. Darüber hinaus wurde noch folgende Beobachtung gemachtί Wenn man bei einer Stromstärke, die über der Stromschwelle lag, die Spannung bis zu einer bestimmbaren Schwelle erhöhte, setzte der Stromfluß wieder ein, ohne daß an dem Gerät ein nennenswerter Spannungsabfall auftrat. Wurde dann die Spannung bis unter diese Spannunsschwelle erniedrigt, wurde der gesamte Stromfluß unterbrochen. Der Übergang zwischen dem offenen und dem gesperrten Zustand, also der Übergang zwiselisn dem "ein"— und dein "aus"-Zustand verläuft außerordentlich rasch. Diese Tatsache, verbunden mit den beobachteten elektrischen Eigenschaften des Gerätes, sind ein Anzeichen dafür, daß das Gerät in einer Verwendung als Wechselstromrelais große Vorteile bietet.
Eine weitere Eigenschaft, die in Verbindung mit einem solchen Gerät aus Tellurid beobachtet wurde, dessen gemessener Widerstand sehr niedrig war - in der Größenordnung von einem Halben Ohm - war die folgendes Man sollte erwarten, daß dieses Gerät den Strom ungehindert hindurch lassen würde, aber völlig unerwarteter Weise stellte sich heraus, daß dieses Gerät in einem Gleichspannungskreis den Stromfluß in jeder Richtung solange unterbrach - was ein Anzeichen dafür ist, daß das Gerät nicht als Diode arbeitet - bis die angelegte Spannung Über eine Schwelle erhöht wurde, die etwas pberhalb 40 Volt lag» War diese
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Schwelle erreicht oder überschritten, so wurde der Gleichstrom wieder ungehindert und in beiden Richtungen durchgelassen, ohne daß an dem Gerät ein nennenswerter Spannungsabfall festzustellen war. Wurde eine Spannung angelegt, die wieder niedriger als diese Schwellenspannung war, so wurde der Stromfluß wieder unterbrochen· Diese Eigenschaft des Gerätes deutet darauf hin, daß das Gerät mit Vorteil als Gleichstromrelais eingesetzt v/erden kann.
Eine weitere elektrische Eigenschaft, die festgestellt wurde, war die Pähi^keit eines Gerätes au3 Tellurid von niedrigem Widerstand, den Stromfluß in einem Wechseletromkreis mit einer verhältnismäßig hohen Eelastung zu unterbrecheno Das heißt, es stellte sich heraus, daß ein Gerät, das einen Widerstand zwischen 1/4 und 3 Ohm zeigte, in der Lage war, den Strom in einem Wechselstromkreis zu unterbrechen, sobald seine Schwelle erreicht war, selbst wenn dit Belastung hohe Werte erreichte.
zusätzliche vorteilhafte Eigenschaft eines Gerätes aus Tellurid nach der Erfindung liegt darin, daß sich die Schwellen, an denen das Gerät den Stromfluß unterbricht oder zuläßt, steuern läßt. In diesem Zusammenhang hat man beobachtet, daß sich der Widerstand eines Telluridgerates, der ursprünglich 1/2 Ohn betrug, bis zu einem Megohm hinauf erhöhen ließ, wenn man auer über das Telluridgerät eine Gleichspannung anlegte. Der Widerstand wurde - innerhalb gewisser Grenzen - mit der Höhe der angelegten 8-leichspannung größer. Setzte man r.un das Gerät mit äem derart erhöhten Widerstand in einen Wechselstromkreis ein imä erhöhte die Wechselspannung dieses Stromkreise» üJ|tr äie Spannuagßsehwelle hinaus, so konnte sein Widerstand wieder auf aen ursprünglichen Wert von beispielsweise einem halbe* Ohm zurück gebracht werden· Nun stellte sich heraue,
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daß der Y/iderstand nicht völlig bis auf diesen niedrigen Wert zurückgebracht zu werden brauchte. Das Maß der Widerstands abnähme kann vielmehr durch die Größe der Wechselstromleistung, die an den Kreis angelegt wird» gesteuert werden und hängt von ihr ab. Auf diese Weise kann ein neuer Widerstandswert eingestellt und gesteuert werden.
Diese zuletzt erwähnten Eigenschaften legen die Verwendung des Telluridgerätes in Speicher- und Rechenanlagen nahe. Das heißt, in Speicheranlagen kann das Selluridgerät als Speicherelement eingesetzt werden, da es in der lage iat, in Übereinstimmung mit einer bestimmten, angelegten Spannung einen bestimmten Widerstandswert anzunehmen und beizubehalten. In Rechenanl-agen v/ird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß durch, das erneute Anlegen einer Gleichspannung zu einem beliebigen Zeitpunkt das Gerät seinen hohen Widerstandswert wieder annimmt. Insbesondere läßt es sich einrichten, daß der Yfiderstand des Gerätes von seinem hohen Wert erst naoh !Durchlaufen einer bestimmbaren Anzahl von Sperr- und Durehlaßspielen im Wechselstromkreis auf seinen niedrigen Wert zurückgeht· So läßt es sich beispielsweise einrichten, daß 4er niedrige Widerstandswert nach fünf aoloher Schaltspiele erreicht wird. Wenn man nun jedoch die Gleichspannung naoh 3 Sehaltspielen anlegt, so wird der niedrige Widerstandswert erst nach erneuten fünf Sohaltspielen erreicht. Diese Eraoheinunf erscheint die Terw^ndung del Telluridgerätee in Reohenanlagen möglich zu maohen.
Die Anwentung des Gerätes als Schutzvorrichtung für elek-? trische Stromkreise scheint leicht veretändlioh su sein» wenn man weiß, daß das Gerät in der Lage ist, in den Stromkreisen, in denen es eingesetzt wird, den Strom an und oberhalb von Schwellenwerten zu unterbreachen. In einem G-eaiolita-, punkt ist das Gerät jedem bisher bekannten Stromunterbrecher
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oder jeder Schutzvorrichtung überlegen, nämlich darin, daß es den Strom in dem Stromkreis unterbricht, wenn der Strom einen Schwellenwert erreicht, und daß es automatisch wieder auf Durchlaß schaltet, wenn der Strom in dem Kreiß wieder unter den Schwellenwert abnimmt, ohne daß ein'Rückstellen erforderlich ist. Wenn dieses automatische Rückstellen nicht auftritt, so kann das Rückstellen dadurch, hervorgerufen werden, daß man die Spannung so lange erhöht, bie die Spannungeschwelle des Gerätes überschritten wird und sich das Gerät wieder in seinem Zustand mit niedrigem Widerstand, also in seinem Durchlalsustand befindet.
Eine wichtige Entwicklung der Erfindung betrifft Vorkehrungen, die zur Steuerung der iohwellenwert· dienen, an denen das Gerät den Stromfluß unterbricht. In diesem Zusammenhang hat ea eich herausgestellt, daß sieh durch Anlegen einer Gleich- oder einer Wechselspannung quer Über das Tellurik der Widerstand des Gerätes ändern läßt· Wenn für diese Steuerung ein Gleichstromsianal verwendet werden soll, so läßt eich dafür eine Anordnung benutzen» die in der Figur 5 gezeigt 1st.
In der Pigur 5 ißt ei* Stromkreis 43 gezeigt, in dem ein Tellurideteuergerät 43( ein Verbraucher 45 und eine Weoheelstromfuelle 47 hintereinander geschaltet sind. SIt Stromquelle 4t kann ein übliches t1O-Volt-Uetz «ein. Die SeIIuridhalbleitersubstenz 10 ist in einen Steuerkreie 49 eingeschaltet, der au» einer Hintereinanderschaltung ii&en Gleiohstrombatterle 53» einem einfaches »eehaniBOhen Schalter 53 und der Ealbleltersubstana 10 selbst besteht. Zu diesem Zweck ist die H&lbleitersubstaxui 10 mit zusätzlichen Elektroden versehen· Wenn in dem Steuerkreis, der nur eire niedrige Gleichspajaaupf führt, der Sehalter 53 geschlossen ·
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vird, so liegt £uer über cUr Telluridsubstanz ein G-leichapi-..ntuigssignal an, das den Widerstand dieser Selluridsub-r 3taiia erhöht, Anschließend kann der Schalter 55 in dem 3teuerkreis 49 wieder ^eöi'rnet werdenf der erhöhte Widerstiaidav/ert bleibt dami erli^lten. So läßt sich beispielsweise der Viderstandsvert des bereits erwähnt en Telluridfj-erätes, das einen ursiranglichen Widerstandswert von 1/2 ■Ohm besitzt, auf 15 OOü Olin, auf 30 000 Ohm oder gar auf IOC iiegoha' anheben. 3)as hängt von dem angelegten G-leiclispannungssignal ab. Das bedeutet» daß das Gerät so gesteuert werden kann9 daß e.s einen Strom einer höheren als der üblichen Schwelle unterbricht und das Gerät ähnlich wie ein Relais wirkt. Bin SteuerkreiSj der nur eine niedrige Spannung führt und nur einen einfachen mechanischen Schalter enthält, kann also dazu verwendet werden, einen hohen Strom BU ateuerHj der in einem Stromkreis fließt, der eine hohe Spannung führt·
In manchen Anlagen kann es erwünscht sein, die Schaltung aus inigur 5 abzuwandeln. Das heißt, es kann günstig sein, in den „echselstromverbraucherkreis 43 einen Schalter einzusetzen, der mit dem Schalter 53 in dem G-leichdpannungB-steuerkreis derart gemeinschaftlich zu schalten ist, daß der Steuerkreis immer dann geschlossen wird, wenn der Verbraucherkreis geöffnet wird und umgekehrt. Auf fliese Weise läßt sich die Schwelle des Schaltgerätes kontinuierlich und automatisch steuern. In anderen Fällen kann es günstiger sein, eine Steuerung mit der Schaltung durchzuführen, die in der ligur 5 gezeigt ist. So, wie es gezeigt ist, kann die Steuerspannung dem geschlossenen Wechselstromkreis aufgeprägt werden, um während des Weohselstrombetriebes die Sahwelle zu verändern. In federn 5alle jedooh iit es klar, daß die St«tt«rung von einem entfernten Platz aue durchge-* führt wfrd#Ä
bad ortrK^>mo
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Ein anderes Ergebnis, das in Verbindung mit dieser Erfindung entdeckt würde, -ist-das Verhalten des Telluridgerätes in verschiedenen-- Stromkreisen. "Das-bedeutet: Ein Steuergerät, das in einen Wechselstromkreis den Stromfluß bis au einer bestimmbaren Spannung hin unterbindet, braucht in einen Gleichstromkreis nicht notwendigerweise den gleichen Schwellenwert zu zeigen» Ilan nimmt an, daß diese Gertlte in den meisten Fällen ' in Gleichstromkreisen höhere Sytuiiivaive blockieren als in tfecliselstrorakreisen. Trotzdem iiini.-,t min an, daß die Gerste iiü,ch der Erfindung mit großem Vorzug auch in V/echselstromkreisen eingesetzt werden können.
Ein Beispiel dafür ist in der Figur 6 gezeigt. In dieser Figur weist ein Schaltkreis 40 ein Steuergerät 42 nach der Erfindung auf, das mit einen Verbraucher 44 und einer elek trischen Stromquelle 46 in Serie geschaltet ist. Mit Vorzug wird als Stromquelle eine Wechselstromquelle wie beispielsweise das normale 110- oder 220- Volt Wechselstromnetz verwendet, jedoch kann in dem gezeigten Lastkreis auch eine übliche Gleichstromversorgung verwendet werden. Zwischen das Steuergerät 42 und den Verbraucher 44 ist die Primärwindung 48 eines Transduktors eingeschaltet, dessen Sekundärwindung 50 in einem Steuerkreis liegt, der allgemein mit der Bezugsziffer 52 bezeichnet ist. Die entsprechenden Enden der Sekundärwindung 52 sind an entsprechende Kontakte 54, 56 und 58, 60 eines Mehrfachschalters angeschlossen. Die Leitungen 62 und 64, die von entgegengesetzten Seiten des Stromkreises 40 herkommen, sind mit einem Doppelumschalter 66 verbunden. Der Schalter 66 ist so eingerichtet, daß er die Leitungen 62 und 64 wahlweise mit den Schalterkontakten 56 und 60 oder mit den Schalterkontakten 58 und 54 verbinden kann. Auf diese Weise kann die Phase des OJransduktors, der die beiden Windungen 48 und 50 aufweist, umgedreht werden, sodaß der Transduk-
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tor die Verbraucherspannung entweder erhöht oder erniedrigt, sodaß der iEr&naduktor also entweder in dichtung der Verbraucherspannung oder gegensinnig wirkt.
Als Beispiel sei angenommen, daß die Stromquelle 4-6 110— Volt-Wechselstrom abgibt, sodaß über den Verbraucher ebenfalls etwa 110 Volt Wechselstrom, anliegen. Wenn jetzt der Schalter 66 aus seiner offenen oder neiitralen Stellung in eine solche Stellung ^schaltet wird, in der die leitung 62 nit dein Kontaktende 60 der Sekundärwicklung 50 und die Leitung 64 mit dem Kontaktende 54 der Wicklung verbunden sind, in der die beiden wicklungen des Transduktors gleichphasig geschaltet sind| so kann die Spannung an den Verbraucher 44 bis auf 115 Volt ansteigen. Dadurch kann das Steuergerät seine Schwelle erreichen und überschreiten, wodurch sich seine elektrischen Eigenschaften lawinenartig und plötzlich derart ändern, daß es Öffnet und ein Strosifluß durch den Schaltkreis hinduroh möglich ist. Das Steuergerät nimmt auf diese Weise seinen "ein"-Zustand ein» Als Folge davon wird ein sinusförmiges Ausgangssignal übertragen» Wenn dann der Schalter 66 in seine offene oder neutrale Stellung wieder zurückgesclialtet wird, sodaß über dem Verbraucher wieder 110 Volt Wechselstrom anliegen, dauert .der Stromfluß an.
Wenn das Telluridgerät wieder in seinen gesperrten Zuatand umgeschaltet werden soll, um den Stromfluß durch daa Gerät hindurch zu unterbrechen, so wird der Schalter 66 ao geschaltet, daß er die leitung 62 mit dem Kontakt 56 und •den leiter 64 mit dem Kontakt 58 verbindet. Dadurch werden die Transduktorwicklungen gegenphasig geschaltet, sodaß der Iransdurktor der Spannung am Verbraucher entgegenwirkt, die daraufhin einen hypothetischen Wert von 90 Volt er-
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reichen kann. Durch diese Än^erun^ v/ird die Schwelle cleo Steuergerätes 42 unterschritten. Dadurch erfolgt ein halbwegs plötzlicher Übergang in den gesperrten ^ust&r.c.. Veni der Schalter 66 wieder in seine neutrale Stelltuxv zurückgeschaltet v/ird, so bleibt das Steuergerät gesperrt, oiv.'ohl an den iastkreis v/iederun 110 Volt anliege.ii.
Anstelle dor Stei'.ervorricLtuii^·, die in uer l>'igur t 0&^ei0"t ist, lc£.:iii man auch eine Inpulasteu ru^.:; v^r-renden, u:_ ;ie Spannung zu erhöhten. Ura die opar_nung wieder zu eriiiedri.;e::, kann man aen Stromkreis öffnen, V'sr.r. darn der 3trrr..l:^eis väederum geschlossen rird, so sind seir.e no mal en l^ctriebebedingungeii wieder hergestellt.
Die heute bevorzugte Halbleitersubstanz, die gemäß der Erfindung verwendet wird, ist Aluniniumtellurid. Jedoch lassen sich auch zahlreiche hindere Substanzen verv/cnd^n. Das bevorzugte Aluniiniuntellurid 7/ird dadurch hergest&llt, daß etwa gleiche Teile von gepulvertem Reinaluminiur: -jid gepulvertem Tellurik in einen 2ierel redeten werden. Dieser l'iegel v/ird dann, erhitzt. Es ist günstig, dieses Erhitzen in einer inerten Atmosphäre wie beispielsv/eise in einer Argonatmosphäre durchzuführen. Die Temperatur v/ird bis zu einem solchen Punkt angehoben, an dem sich die Konstituenten schnell und glatt vereinigen. Das Reaktior-sprodukt, nämlich das Sellurid, wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt· Wenn aus dem Tellurid eine Platte oder eine Pille hergestellt werden soll, wird das Tellurid in die gewünschte Porm gepreßt, um einer solchen BOrm die strukturelle !Festigkeit zu verleihen.
Ss ist günstig, die Substanz anschließend wieder zu erhitzen und sie zwischen einer halben Stunde una zwei Stunden auf einer Tenperatur von etwa „5C G zu halten,
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tu:; jeclic .on Jbcracliuß an einen der beiden Konstituenten auszutreiben und die ..asoBe au erhärten. Dieses Erhi/tzen üüv.ie s ,i_;e Zeitdauer beeinflußen außerdem den elektrischen Schwellenwert des Tellurids, sodaß die anfängliche oder die r-riraäre Schwelle durch diese Operationen beeinflußt v/erdsn kaiui. Yfeiter'iir. kann diese ursprüngliche oder prinäre Scliv/elle dadurch noch beeinflußt werden, daß man während dieses neuen Erliitzens bei der Herstellung dieses Geräteo eiue ορ.α.,ηιη^ uilegt, die sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechselspannung sein kann.
Der ursprüngliche oder der Schnellenwiderstand des oben erv.-t.linten Telluride ■ kanii weiterhin dadurch eingestellt werden, da3 nan der Vei-biiidun^· noch weitere Konstituenten hinzufügt. Zusätze von Indium, Gallium oder Arsen, deren Mengen Spuren übersteigen, also V/o und mehr betragen, neigen dazu, den Schvelleiiwert des entstehenden Tellurids zu ändern. Es ist günstig, diese Zusätze von vorne herin den gepulverten Konstizuenten beizugeben.
Eine andere Telluridverbindung, die sich für eine Verwendung als Steuergerät nach der Erfindung recht gut eignet, ist 'ielluroxyd. Es i3t ein solches 2elluroxyd brauchbar, das nach bekannten Verfahren hergestellt worden ist. Wenn die Steuergeräte auch in den meisten Anwendungen nicht von der Temperatur gesteuert werden, so können sie trotzdem von der Temperatur gesteuert werden. Das heißt, die Schwellenwerte des Gerätes können temperaturempfindlich sein und auf die Umgebungstemperatur ansprechen. Demzufolge kann beispielsweise in einer J'eue.naeldeanlage das Gerät dazu gebracht werden, plötzlich oder stufenweise auf folien Stromdurchgang zu schalten, wenn die'. "Umgebungstemperatur einen bestimmten Punkt, nämlich einen "Feueralarm"-Punkt überschreitet.
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Wenn aucli Aluminium und bestimmte andere Iiatalle als Heaktionspartner für d.;-,s tellur besonders erwähnt warden sind, so soll doch klargestellt werden, daßsich mit dem Tellur zusammen auch andere Tellurverbindungen verv/enden lassen, die sich| wie beispielsweise Germanium, in einer großen Varietät von Halbleitermaterialien verwenden lassen.
Wenn, wie es hier beschrieben ist, die Materialien in Gegenwart von Sauerstoff hergestellt werden, so bilden sich Oxyde, die für das Arbeiten mancher solcher Geräte günstig sind. Wenn die Materialien hergestellt und gepulvert v/erden, so können diese Oxyde auch in gepulverter Form zugesetzt werden.
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Claims (1)

  1. H65470
    3463
    Patentansprüche
    1. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Stromkreis, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen zwei, sich in einem gewissen Abstand gegenüberstehenden Elektroden eine Halbleiterfestkörpersubstanz angeorndet und nit diesen beiden Elektroden elektrisch verbunden ist, und daß diese Halbleitersubstanz als Widerstand den.elektrischeii Strom durch den Stromkreis unterbricht, wenn die Größe des elektrischen Stroms jenseits oder außerhalb eines vorbestimmten Stroinwertes liegt.
    2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeic h η e t , daß eine Stromquelle vorhanden und das Schaltgerät nit Anschlüssen versehen ist, sodaß durch das Anlegen eines elektrischen Stromes quer über die Halbleitersubstanz der Widerstand der Substanz veränderbar ist.
    5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzliche Elektroden für das Anlegen von Gleichstrom vorgesehen*sind·
    4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Stromquelle einen Gleichstrom abgibt, um den Y/iderstandawert der Halbleiter schaltvorrichtung zu erhöhen.
    5· Schaltvorrichtung nach Anapruoh 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Stromquelle einen Wechselstrom afc die Halbleitervorrichtung abgibt, um deren -Widerstandswert zu erniedrigen.
    Q Λ Q O $ Ο / Π 5| t"ß
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    6. Schaltvorrichtung nach einen oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet daß die Earbleiterschaltvorrichtung eine l'elli;rveroiruung
    enthält.
    7. Schaltvorrichtung nach einen oce-r mehreren der Ansprüche 1-6 ,dadurch gekennzeichnet, da^
    die Halbleiterschaltvorrichtung Aluminiunitellurid enthält.
    8. Verfahren 3ur Herstellung eines Halbleiters auf i'ellurgrundlage zur Verwendung in der Schaltvorrichtung nach
    einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch
    gekennzeichnet » daß als erstes ir. einen Tiegel gel etwa gleiche "eile feil, gepulverter Substc-nzen v/ie Reinalumini um und Tellur eingegeben v/erden, daß der Tiegel anschließend erhitzt-wird, um das Tellur und das Aluminium schnell und glatt zu vereinigen, und daß daraufhin das
    Reaktionsprodukt abgekühlt v/ird.
    9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Erhitzen in einer inerten Atmosphäre durchgeführt v/ird.
    10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Substanz erneut für eine Zeitdauer von 1/2 bis zwei Stunden auf eine Temperatur von vorzugsweise 55O0G gebracht wird, um den Anfangswiderstand der Halbleitersubstanz zu beeinflussen.
    11· Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch
    gekennzeichnet , daß das Aluminiumtellurid
    verdichtet v/ird, um ihm strukturelle Festigkeit zu verleihen.
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    12. Verfahren nx-ch Aiisjirucli β, 9-, 10 oder 11, dadur cn o· -j 1: e ii η ζ e i c Ii ii e 1; , daß den Aluminiuu imd den Tellur in -'.en l'ie^el Spurenelemente wie Indirjn,. G-tr^ianium, Arsen odo" J-plliioa heige^ebeii v/erden»
    Leerseite
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