DE1514136A1 - Steuerbares Halbleiterelement - Google Patents

Steuerbares Halbleiterelement

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DE1514136A1 DE19651514136 DE1514136A DE1514136A1 DE 1514136 A1 DE1514136 A1 DE 1514136A1 DE 19651514136 DE19651514136 DE 19651514136 DE 1514136 A DE1514136 A DE 1514136A DE 1514136 A1 DE1514136 A1 DE 1514136A1
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Description

LICEKTXA PATEKT-VERWALTÖNSS-QMBM · Prankfurt/Main, Theodor«Stern-Kai 1
Linser/Ss Lr 82/009
22*4.65
Zusatasanmoldung au Pat.Anm. L 49 4o4 VXXIc/älg-
Di© Erfindung betrifft «in steuerbares Halbleiterelement mit ho« her Binsehaltbelaeibarkeit gomäss Anspruch 2 der Hauptanmeldung L 49 4o4 VXXIe/21g·' , "":.
Dar steuerbare Halbleitersleichrichtar besteht beispielsweise aus .einer SilisiumsGheibe,* die irier Schichten mit alternierend wech«= selndeai Leitfähiglsoitscharakter enthält. Er ist &n den beiden ä^iSBiren Schichten mit z\fQ± Elektroden vorsehen» nämlich der Anode und Kathode· Sins dritte Elektrod®, die ein® der inneren beiden Schichten kontaktiert, dient ssur Einleitung der Zündung und wird, als Steuerelektrode boseichnet.« Die Steuerelektrode "be» find-at sich üblicherweise auf der gleichen Seit» der Halbleiterscheibe wie die Kathode.
Steuerbar© .*HalbleiteroleoentGf beispielswaiee steuerbare Halb« l®itei-«(aieichricht©r werden oftmale in Schaltungsanordnungen ein» gesetKt, die ein® hohe Einsciialtbolaatbarkeit erforderlich machen* wie beispielsweise bei Hochleistui^s^tfechaelrichtern*
Durch 'jsei&tm.. ta chno'lpgisehen Aufbau ist jeder steuerbare HaIb-
'in Böinör thermisshen Belastbarkeit begrenzt
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15U136
»2-
Lr Ö2/oo9
Seine Steuerelektrode ist üblicherweise nahe au punktförmig ausge=> bildet und ist an der Peripherie oder im Zentrum der Kathodenoder Anodenfläche in der benachbarten Basiszone angeordnet» Hit dem Anlogen eines Steuerimpulses an die Steuerelektrode wird je« doch nicht sofort di®-gesamte Kathoden» bssw» Anodenfläche ge-Bündet und damit am Stromtransport beteiligt« sondern nur ein eng begrenzter Bereich der Kathoden» basw. der AnodenflSche, nämlich derjeniga Bereich» der der Steuerelektrode aia nächsten liegt· In diesem durchgasäündstem, eng begrenzten Bereich tritt bei sehr steil ansteigendem Anodenstrom eine sehr gross« Esaergiedichte auf, die nach Überschreiten eines kritischen Werte» sum lokalen Auf schmslssan des Haibl«iisr©lQm©nis und damit eu seiner Zar as to= rung führen kansae Solche Zerstörungen lassen sich prinsipiell dadurch verhindern, dass di© Steuerelektrode eine Vialaahl einzelner Steuerkontakt© oder ©in© bestimmt® Ausbildungsform aufweist t eodasss eine grössar® Fläche bereits im ersten Moment ge« zündet werden kann* Ein© Verbesserung d®T Binachaltbslastbarkeit läset sich jedoch durch saahr©ra Steuerelelstroden od©r eine bei·= spielsweise ringförmig die Kathode^ oder Anode umschiiessende Steuerelektrode nur dann ©rsaielen, wenn die BinschaXtvoruugs·» aeit für all© Steuerelektrodexikontakte di© gleiche ist. Dies ist aber nur dann der Fall« wenn sowohl die Zoiiendicksn als auch die Lebensdauer der Ladungsträger für alle Stollen gleich sind, was besonders bei grossflächlgen steuerbarera Halbleiter^ gleichrichter!! praktisch nicht asu realisieren ±tst3
BAD 909823/072 2
Lr
Der Erfindung liegt daher das Problem augrunde« zur Vermeidung der Elamentüberlastung den zwischen der Anode und der Katkode fliessenden Haupt stron' während des Einschaltvorgangeß auf eine möglichst grosso Fluch® d©r pnpn«=Anordnung aussudehneno
Zur Lösung dieses Probleme wurde bereits in der Hauptanmeldung L 49 kokVXIXc/21g vorgeschlagen, die kathoden« oder/und die anodenseitig© äusaere Zone.eines Vier·=· oder Mehrechichten<=Halfo-Xeitersystenis miß einem Hauptbereich, der mit einem metall*!» sehen Kontakt für den Kathoden- bswB den Anodenanschluss vorsehen ist, und mindestens* einem Hebenbereich bestehen zu lassestt der mit dsm Hauptbeia&ch susamtneahängt, Jedoch keinen metalli« »ehera Kontakt besitzt. Dabei sind die Hebenbereiche einer oder jeweils einer Steuerelektrode räumlich näher angeordnet als der Hauptbereich, ustei ^©der Ksbenbersicli bildet für den swiscken der· ihm zugsordnetei?.v Stouerelektrode und dem Hauptbereich fixe β sen«» den Steuerströis einen Widerstand«,
In Weiterbildung dieses Erfindung.sgedankene wird . eine aur Anode oamr Kathode zentral angeordnete Steuerelektrode au verwenden, die von einsia nichtkon.t.aktierten ^©benbareich kreisförsaig usaschiosseji istf an den sich der kontaktiert© Haupt«=
teereieh anschliesst. / '.-..."
Ein© weiter© Lösung dös auf ge as® ig t*j 21 Problems besteht darin, dass gemäsK der Brfindu^g ©ine Steuerelektrode in der Raadzone der Anode euor Eathode sugeordKat ist, die von einem nichtkorv= taktierten Ksberibereich tsiltveise UEisehlossen iats an den sich
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hr 82/009
der kontaktierte Hauptbereich smschlisst. Es ist auch nach der Erfindung möglich, sowohl anodenseitig als auch kathoden«» saitig eine ader, mehrere Steuerelektroden anzuordnen, Besonders vorteilhaft ist es« den elektrischen Widerstand der jeweiligen Nebenbereiche in der Grössenordnung des Widerstandes im Last*= Stromkreis auszubilden.
Anhand der Figuren soll der Erfindung^gegenstand näher erl&u» tert werden· Hierbei »eigen Fig.l eine Draufsicht und Figur la exnen Querschnitt durch einen steuerbaren Halbleitergleichrich·» ter mit einer Kontra! angeordneten Steuerelektrode, während die Fig.2 eine Draufsicht und 2a einen Querschnitt eines steuerbaren Halblei t ergieß, ehr ich ter s mit «wei Steuerelektroden« ange» ordnet an der Rand&one der Kathodenfläche, wiedergibt« Gleiche Halbleiterechichten und Metallelektroden sind hierbei mit gleichen Ziffern versehen«
DIo Fig.l und la zeigt ein Vierschichten-Halbleiterelement mit' den Schichten 1, 2, 3 und k ale pnpn-Systanje An der p«=leitendon. Schicht 1 ist ©in© Metallschicht 13 mit dom Anodenanschluss l4 angebracht, während die n«leitende Schicht 4 mit dem metallic sehen Kathodenkontakt 5 verschon ist· Die «,»leitende Schicht k besteht hierbei aus dem nichtkontaktierten Hebenbereich 11 und dem kontaktierten Hauptbereich 12» Die Steuerelektrode Io ist aiur Kathode 5 zentral angeordnet und von dem nichtkemtaktierton Nebenbereich 11 kreisförmig umschlossen· Die Steuerelektrode ist mit einem Steuerelektrodenanachluss I5 vorsehen» Deagloichan. besitzt die Kathode 5 einen Kathodenanschluss 16.
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■ -.■- ■ ■■ -£-
Lr 8a/oo9
Wird ah die Steuerelektrode β,ΐη Zündimpuls angelegt, so wird der Teil des steuerbaren Halbleitergleichrichter«, der aus den Schichten 1, 2, 3 und der a teuere! eic t rodennahen Hand zone des niehtkontaktierten Nebenbereiches 11 besteht» gesundet» Der infolge de 3 sen von der Anode über die Schichten 1,J2, 3 und 11 eur Kathode fliessende Strom ruft an dem durch den nichtkontaktier«» t«n Nebenbereich 11 gebildeten Widerstand einen Spannungsabfall hervor ο Dieser Spannungsabfall erzeugt in der Schicht 3 ein elektrisches. Feld, das ©inen parallel au dem durch die Sohlen» ten 2 und 3 gebildeten pca-übergang flies«endon, nach aus sen gerichteten Löcherstrom bewirkt. Dadurch wird der aus den Schichten 3 und 4 gebildete pn-übergang im Bereich 11 und in der angrenasenden Rändzone des Bereiches 12 zur verstärkten Injektion veranlasst, und die Vierschichtenstruktur wird in diesem Gebiet gezündet· Durch die Maßnahme nach der Erfindung w^rd de^Üurch den Hebenbereich 11 fliessende Anodenatrom zu Beginn des Einschalt Vorgang es begrenzt und während des Einachaltvorganges wird eine Flächenvergrösserung des stromführenden Teils der Kathode erzielt. Auf diese Weise wird die Stromdichte im Element wäh<* rend des Binschaltvorganges reduziert, sodass die für das EIement auläaaigö Strotnanstiegsgeschwindlgkeit beträchtlich gestein gert vrerden kann. Die Pig.2 und 2a seigt eine andere Ausführungsform eines Vierschlchten^IIalbleiterelemente. Das Element besteht ebenfalls aus einem pnpn-System mit den Schichten I1 2, 3, dem kontaktierten Hauptbereich 12 und den nichtkontaktierten. Nebenböröichan 19 und 2o. Die p-leitende Schicht ist durch di#
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.*: ' 15U1.36 .
hv 82/009
Metallschicht 13 vollständig kontaktiert und besitzt den Anodenanschluss 14» Xn der Randzone der Kathode sind scwei Steuerelektroden mit den SteuerelelstrodonanSchlüssen 17 und IG angeordnet, die von einem nichtkontaktierten Nebenbereich 19 baw« 2o j halbkreisförmig umschlossen sind. An den nichtkontaktierten Neτ benbereich 19 bsw. 2o schließet sich der Hauptbereich 12 mit dem Kathodenkontakt 5 an»
Die zentrale Anordnung der Steuez&ektrode, bezogen auf die Ka« . thode gemäss Pig.l und la, bewirkt die Verringerung der Sinachaltaseit, doh. derjenigen Zeit, bis asu der die gesamte Katho«· denflache gesundet hat, da die Zündung vom Zentrum der Kathode kreiswellenförmig zum Kathodenrand hin erfolgt· Soll etwa die , gleiche Einschaltsceit bei einer Anordnung der Steuerelektroden an der Peripherie der Kathode erreicht werden, so sind hierfür swei Zündelektroden gemuss Fig·2 und 2a notwendigo
Durch die Erfindung wird ein steuerbarer Halbleitergleichrichter geschaffen, der eine gegenüber den bisher bekannten Anordnungen
wesentlich gro'ssere Einschaltbelaatbarkoit und damit eine entsprechend grössere Stromanstiessgeschwindigkeit^dl zulässte
6 Blatt Beschreib-»
4 Ansprüche
g Blatt Zeichng.
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Zusatz asu Patentanmeldg.
h k$ kvk yillc/21g
Zusa^enste 11Up^111 ,dor^ia. den -
Figuren verwendeten Bosaichmingen
1 = .p-leitende Schicht
2 -β »»leitende Schicht
3 si p-leitende Schicht
4 β n«leitendo Schicht 3 β Kathodepkontakt
(6 = weiter® n-leitendc Schicht})
7 - Kontakt ^ Bw in Hauptaniaeldung üc^ < -,;(J
8 β Widerstand )
9 * Lastwidorstand )
10 = Steuorelelitrodenkontalct
11 ss nichtkontalctierter il©bonb©sre.tch
12 s kontsktierter Eauptbcroich
13 s Anode (vollständig kontaktiert)
14 s AnodesiansehluöS
15 β Steuorolektrodenanach.lv^3s
16 - Kathodenanschluss
17 = Steuerelektrodenanscliiluss
18 ss Stouerolekirodeiianschluss
19 ss riichtkoataktiertsr SJobexifoareieh
20 s; nichtkoiitaktiertor Hsboaberoicli
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Claims (1)

  1. Frankfurt/*! e t The odor ~Stem-Eai I r f -
    PA Linser/Ss Nr, &2/o»$
    Zusatz ans Pat.Anra* L 49 4o4. VIIIc/21g
    Pa t ea. tanspr iioh
    Steuerfoar©3 Halbleiterelement mit hoher Einschalt belastbarkeit g©E?äss Aarapruch 2 der EauptsKtBaldtÄaÄ ^* 49 4o4 TXIXc/Slg t dadurch gekenHiseichnet, dass eiise sur Aaiode cdsr Kathode aentral a.ng&asran&te Steuerelektrode von ®±nem sxichtlcontakties-ten Ne&enbexOich (11) isreisförmig ixnischlossea 1st, an den sich der kontaktiert© Hauptb®reich ansehliesst«
    2ο Steuerbares Halbleiterelement u±t holier Eisischaltbelastbar=' keit gewäss Äsaapnich 2 der EauptaKiseldwHg 3L 4? 4o4 ¥'IIIc/2igs dadurch gekeB.siJ5sichK©te dass raindesteEts eisie Steuerelektrodo in der Randscm© dor Atsods oder J£at$?.ccl© azigeor&et Ii?te die von einem niehiteontalctierteu Kabessfeereich (19) foswc teilweise uinscälosfsen ist, an desi »Ich der ko;i
    Steuerbares H&l?>2.eiter3.1®ta«at nach Anc;pri?.cä 1 oder Anspruch dadurch ge&esmsieisimat, dass sowolil anodoaaeitig als arich kathodensoitig ®3.τ® odor esalirerre Stouoralektrodsri ar-s^crdnet sind«
    Steuerbares fSalbloitoreleEsont aaeh Anspruch lt Aaapruch ^ oder Anspruch 3 t dadurcii sekcRsta^jlcb^ei;« dass 4=?r o-VrAkts%:L'2oi Widerstand der jeT\rsiligssi. Nebemi©:rei.i>f.i.<i5 isz des* GrS^aG^ordn-.sr des Widerstandes ira Last Stromkreis i.s t-
    909823/0722 BAD
    L e e r s e i t e
DE19651514136 1965-04-27 1965-04-27 Steuerbarer Halbleitergleichrichter Expired DE1514136C3 (de)

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DEL0049404 1964-11-28
DEL0050587 1965-04-27
DEL0050587 1965-04-27

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1514136A1 true DE1514136A1 (de) 1969-06-04
DE1514136B2 DE1514136B2 (de) 1975-10-16
DE1514136C3 DE1514136C3 (de) 1976-06-10

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2080794A1 (de) * 1970-02-27 1971-11-19 Philips Nv

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2080794A1 (de) * 1970-02-27 1971-11-19 Philips Nv

Also Published As

Publication number Publication date
NL150268B (nl) 1976-07-15
SE359965B (de) 1973-09-10
CH495631A (de) 1970-08-31
DE1514136B2 (de) 1975-10-16
DE1489092B2 (de) 1972-10-12
FR1456274A (fr) 1966-10-21
CH472119A (de) 1969-04-30
GB1122814A (en) 1968-08-07
US3409811A (en) 1968-11-05
NL6515310A (de) 1966-05-31
DE1489092A1 (de) 1969-05-08
SE340487B (de) 1971-11-22

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C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)