DE1539694B2

DE1539694B2 - Thyristor mit vier zonen abwechselnden leitfaehigkeitstyps

Info

Publication number: DE1539694B2
Application number: DE19661539694
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl Ing 6508 Alzev Weimann Klaus Dipl Ing 6804 Lampert heim Mu'ler
Original assignee: Brown, Boven & Cie AG, 6800 Mann heim
Priority date: 1966-07-02
Filing date: 1966-07-02
Publication date: 1971-04-29
Also published as: FR1530036A; NL6709120A; CH477093A; GB1166154A; SE332232B; US3531697A; DE1539694A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps und mindestens einer Steuerelektrode, wobei die unter der Emitterzone liegende Zone die Emitterzone bis zu deren Oberfläche punktförmig durchdringt und diese Oberfläche unter Aussparung eines Bereiches um die Steuerelektrode mit einer ersten Metallschicht versehen ist.

Es ist bereits ein Thyristor bekanntgeworden, bei dem die Metallschicht auf der einen äußeren Zone sich nicht bis in den Nachbarbereich der Steuerelektrode erstreckt. Durch diese Maßnahme — auch Querfeldemitter-Ausbildung genannt — erzeugt der Hauptstrom in dem nicht kontaktierten Teil der äußeren Zone einen Spannungsabfall, der eine größere Zündausbreitungsgeschwindigkeit verursacht. Der Thyristor kann so höheren Stromanstiegsgeschwindigkeiten ohne Zerstörung standhalten. Damit der Spannungsabfall in der nicht kontaktierten äußeren Zone — der Emitterzone — eine genügende Größe erreicht, darf die Breite der nicht kontaktierten Emitterfläche neben der Steuerelektrode einen bestimmten Betrag nicht unterschreiten (»Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 19 [1965], S. 396 bis 400).

Ferner sind Thyristoren bekannt, bei denen die unter der Emitterzone liegende Schicht die Emitterzone bis zu deren mit einer Metallschicht versehenen Oberfläche punktförmig durchdringt. Ein solcher Thyristor zeigt ein stabiles Temperaturverhalten, da die mit steigender Temperatur zunehmenden Sperrströme über die Metallschicht abfließen und nicht zu vorzeitiger Zündung führen können.

Ebenso sind sie für größere Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten geeignet, ohne daß es dabei zu einem unerwünschten Durchzünden kommt (deutsche Auslegeschrift 1154 872).

Wird an einen Thyristor eine in Durchlaßrichtung gepolte, sich sehr schnell ändernde Spannung gelegt, so kann dieses durch Injizieren eines kapazitiven Sperrstromes durchzünden. Diese Art der Zündung will man aber gerade unterdrücken und strebt deshalb eine sehr hohe -:—Festigkeit an.

Zur Erklärung des Zündvorganges können die Emitterzone und die sich an diese anschließende p-Basiszone im Ersatzschaltbild als Flächendiode mit zwei unter sich in Reihe, aber parallel zur Flächendiode liegenden Widerständen R₁ und R₀ aufgefaßt werden. Der Widerstand R₁ bedeutet "dabei den Eigenwiderstand des Kurzschlußweges, der Widerstand R₂ den Bahnwiderstand zwischen Steuerelektrode und Emitterzone. Dieser Widerstand ist also durch Variierung des Abstandes der Steuerelektrode von der η-leitenden Emitterzone in Grenzen veränderbar. Eine Betrachtung dieses Ersatzschaltbildes zeigt sogleich die sich widersprechenden Forderungen. Die Stromverteilung auf die Parallelwege ist durch die Reihenschaltung der beiden Widerstände festgelegt. Beim Zünden nun soll möglichst ein großer Strom über die Flächendiode fließen, die Summe von R₁ und R₂ also möglichst groß sein. Soll dagegen eine große -^-Festigkeit erzielt werden, so muß möglichst viel des injizierten Stromes über den Kurzschluß weg, also über die Reihenschaltung R₁ und R₂ abfließen, damit es nicht zur Zündung kommt. Die Summe von .R₁ und R₂ soll also in diesem Falle klein sein gegenüber dem Sperrschichtwiderstand der Flächendiode. Dabei ist bei Strömen in der Größenordnung des Zündstromes der Sperrschichtwiderstand größer als der ohmsche Widerstand. Der Sperrschichtwiderstand und der Eigenwiderstand des Kurzschlußweges liegen fest. In Grenzen variabel ist also nur der B ahn widerstand durch Veränderung des Abstandes zwischen Steuerelektrode und Emitterzone.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor mit Querfeldemitter und kurzgeschlossenem Emitter-pn-Ubergang so auszubilden, daß er für sehr hohe Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten ohne Durchzünden brauchbar ist.

Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, besteht darin, daß die innerhalb des ausgesparten Bereiches liegenden punktförmigen Durchdringungen ' durch zungenförmige Metallstreifen oder eine in ihrer Schichtdicke verminderte zweite Metallschicht mit der ersten Metallschicht leitend verbunden sind.

Der Vorteil des Thyristors nach der Erfindung liegt darin, daß sehr viel höhere Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten Anwendung finden können als bei einem Thyristor mit bekanntem Querfeldemitter. Dabei sind die die Kurzschlußwege verbindenden, schmalen zungenförmigen Metallstreifen nur ein weniger breiter als der Durchmesser der einzelnen kurzschließenden Durchdringungen selbst, so daß die nichtkontaktierte, ringförmige Fläche um die Steuerelektrode nur um die ' Fläche der schmalen

Stege vermindert wird. Eine schnelle -^--Änderung der Spannung in Durchlaßrichtung bringt den Thyristor nicht zum Zünden, da auch die der Steuerelektrode am nächsten liegenden Kurzschlußwege den Flächenstrom abführen können. Andererseits fällt die Fläche der schmalen, zungenförmigen Metallstreifen, deren Widerstand ja geringer ist als der der nichtkontaktierten Fläche, bei Anlegen eines Zündimpulses zum Aufbau des notwendigen Spannungsabfalles nicht ins Gewicht.

Nach einer der beiden Ausführungsformen der Erfindung sind die der Steuerelektrode am nächsten liegenden Perforierungen der Emitterzone durch eine gegenüber der ersten Metallschicht dünnere zweite Metallschicht mit der ersten Metallschicht auf der Emitterzone verbunden. Durch die Verbindung beider Metallschichten ist also der Kurzschluß der nahe der Steuerelektrode befindlichen Durchdringungen gegeben.

Die Dicke der ersten Metallschicht beträgt nur wenige μ, z.B. bis zu 5 μ, damit der Bahnwiderstand nicht zu klein und der Zündspannungsabfall zu gering wird.

Es wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele des Thyristors nach der Erfindung dargestellt sind. Gleiche Teile wurden mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigt

F i g. 1 einen Thyristor im Schnitt, bei dem die in der Nähe der Steuerelektrode liegenden Perforierungen durch zungenförmige Metallstreifen mit der ersten Metallschicht auf der Emitterzone verbunden sind,

F i g. 1 a eine Draufsicht des Thyristors nach der Fig.l,

F i g. 2 einen Thyristor im Schnitt, bei dem die in der Nähe der Steuerelektrode befindlichen Perforierungen durch eine zweite Metallschicht geringerer

Schichtdicke mit der ersten Metallschicht auf der Emitterzone verbunden sind,

F i g. 2 a eine Draufsicht des Thyristors nach der Fig. 2.

Der Thyristor nach der F i g. 1 hat vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, die eine äußere Zone — die Emitterzone 1 — mit n-Leitfähigkeit, die benachbarte innere Zone — die Basiszone 2 — mit p-Leitfähigkeit, eine weitere Basiszone 3 mit n-Leitf ähigkeit und die andere äußere Zone — die Kollektorzone 4 — mit p-Leitf ähigkeit zur benachbarten Basiszone 3 hin und ρ+-Leitfähigkeit im Außenteil 4 a. Die erste Metallschicht 6 auf der Emitterzone 1 ist gegenüber der Steuerelektrode 5 zurückversetzt. Mit dieser Maßnahme ist der Querfeldemitter verwirklicht. Die sich in der Nähe der Steuerelektrode befindende Perforierung 2 α ist durch einen zungenförmigen Metallstreifen 6 a mit der ersten Metallschicht 6 auf der Emitterzone 1 verbunden. Dies wird insbesondere in der Draufsicht nach der F i g. 1 a deutlich.

"Die F i g. 2 zeigt einen Thyristor, der sich von dem der F i g. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Perforierungen 2 α in der Nähe der Steuerelektrode 5 durch eine zweite Metallschicht 6 & bedeckt und durch diese mit der ersten Metallschicht 6 auf der Emitterzone 1 verbunden sind.

Die Dicke der ersten Metallschicht 6 ist unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes des verwendeten Materials so bemessen, daß einerseits die von ihr bedeckten Durchdringungen 2 α der Basiszone mit den benachbarten Bereichen der Emitterzone 1 kurzgeschlossen sind und andererseits die Abbildung eines für eine hohe Zündausbreitungsgeschwindigkeit ausreichenden Spannungsabfalles in dem von ihr bedeckten Bereich der Emitterzone 1 nicht gestört ist.

In der F i g. 2 a ist die zweite Metallschicht 6 b durch eine andere Schraffur gegenüber der ersten Metallschicht 6 hervorgehoben.

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps und mit mindestens einer Steuerelektrode, wobei die unter der Emitterzone liegende Zone die Emitterzone bis zu deren Oberfläche punktförmig durchdringt und diese Oberfläche unter Aussparung eines Bereiches um die Steuerelektrode mit einer ersten Metallschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des ausgesparten Bereiches liegenden punktförmigen Durchdringungen (2 a) durch zungenförmige Metallstreifen (6 a) oder eine in ihrer Schichtdicke verminderte zweite Metallschicht (6 b) mit der ersten Metalischicht (6) leitend verbunden sind.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Schichtdicke verminderte zweite Metallschicht (6 b) die Steuerelektrode (5) kreisförmig umgibt und den ausgesparten Bereich nicht bis zu der Steuerelektrode (5) hin völlig bedeckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen