DE1639244C3

DE1639244C3 - Thyristor

Info

Publication number: DE1639244C3
Application number: DE1639244A
Authority: DE
Inventors: Dante Edmond Philadelphia Piccone; Istvan Lansdowne Somos
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-02-02
Filing date: 1968-01-31
Publication date: 1973-12-13
Also published as: SE349427B; US3440501A; GB1182852A; DE1639244B2; FR1553356A; DE1639244A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eir-.n Thyristor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit mehrere PN-Chergange bildenden Schichten abwechselnd entgegengesetzten I.eitungstyps, die zwischen einer ersten und einer /weiten Hauptelektrode angeordnet sind, von denen die erste in einem relativ großflächigen Kontakt mit einem Hauptgebiet der ersten Endschicht und die zweite in einem relativ großflächigen Kontakt mit der zweiten Endschicht ist, und von denen die erste ferner ein seitlich neben dem Hauptgebiet liegendes erstes Nebengebiet aufweist, wobei dieses Nebengebiet näher bei dem Stromweg des anfänglicher Hauptstroms als irgendein anderer Teil der ersten Endschicht liegt, wenn der Thyristor vom nicht leitenden Zustand zu dem leitenden Zustand umgeschaltet wird, und wobei dieses erste Nebengebiet an seiner Oberfläche einen Metallkontakt aufweist, der von dem ihm nächstliegenden Rand des Hauptgebietes der ersten Endschicht einen Abstand aufweist. Derartige Thyristoren sind aus der französischen Patentschrift 1452 718 bekannt.

Eine der erkennbaren Leistungsgrenzen von großflächigen Hochspannungsthyristoren besteht in deren Unfähigkeit, sehr große Änderungen des ansteigenden Hauptstroms während des Einschaltvorgangs sicher zu verarbeiten. Der Anstieg des Hauptstroms wird durch die Größe di/dt gekennzeichnet und auch als Einschaltstromstoß bezeichnet. Wenn ein Thyristor bekannter Bauweise durch das Einschaltsignal angesteuert wird, beginnt der Hauptstrom in nicht abschätzbarer Weise in einem punktförmigen Bereich in der Nähe der Steuerelektrode zu fließen. Dieser punktförmigc Bereich ist die Stelle, an welcher Be-

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Schädigungen auftreten, wenn der Thyristor infolge eines zu hohen Einschaitstromstoßes ausfallt. Um die Ausbreitung des anfänglichen Hauptsiroms von diesem punktförmigen Bereich über den gesamten Bereich der I lalbleitersrheibe zu einem Zeiptunki zu beschleunigen, bevor die Stromdichte und die ortliche Erwärmung einen zerstörerisch hohen Wert angenommen haben, ist es bereits nach der französischen Patentschrift 1452 718 bekannt, ein eiektrodenloses Nebengebiet in der ersten Endschicht der Halbleiterscheibe anzubringen. Dieses Nebengebiet liegt physikalisch zwischen der mit dieser ersten Endschicht verbundenen ersten Hauptelektrode und der Steuerelektrode und weist einen Querwiderstand auf. der genügend hoch ist, um einen Teil des Hauptstroms, der anfänglich dieses Nehengehiet quer durchsetzt, augenblicklich auf einen da/u parallelen Stromweg in .!ic an die erste Endschicht angrenzende Zwischer,- -^ nicht /u verlegen, wo er als Steuersignal \erhaltnismaßig hoher Energie für den unter der ersten Hauptelektrode liegenden großflächigen Bereich des HaIhleiterkörpers wirkt. Durch die Verwendung eines Thyristeraufbaus für eine derartige zweistufige Einschaltung kann der durch die Größe di dt gekennzeichnete Einschaltstromstoß außerordentlich erhöht werden, wobei gleichzeitig auch das Ausschaltverhalten verbessert wird. Eine Weiterbildung des in der französischen Patentschrift 1452 71K beschriebenen Thyristoraufhaus wurde bereits in der deutschen Pa tentanmeldung P 15 64 040.1-33 vorgeschlagen. Bei dieser Weiterbildung ist ein außen liegender Teil des Nebengebiets von einem Metallkontakt belegt, der von der auf dem Hauptgebiet aufliegenden ersten Hauptelektrode getrennt ist.

Fs ist andererseits aus der französischen Patentschrift 1 456 274 ein Thyristor des eingangs erwähnten Aufbaus bekannt, bei dem das Einschalten des Hauptstroms über das Nebengebiet eingeleitet wird, so daß der von der Anode, der zweiten Hauptelektrode, zu der Kathode der ersten Hauptelektrode, des Thyristors fließende Hauptstrom allmählich über die ganze Halbleiterscheibe des Thyristors ausgebreitet wird. Ein Nachteil dieses Thyristors liegt jedoch immer noch darin, daß er unfähig ist. einen steilen Anstieg des Hauptstroms während des Einschaltvorgangs sicher zu verarbeiten. Wenn ein solcher Thyristor durch ein Einschaltsignal angesteuert wird, dann beginnt nämlich immer noch der Anodenstrom in schwer abschätzbarer Weise in einem kleinen Bereich in d;r Nähe der Steuerelektrode zu fließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schalteigenschaften eines Thyristors zu verbessern, derart, daß ein möglichst großer Einschaltstromstoß di/dt sicher verarbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erste Endschicht außerdem ersten Nebengebiet mindestens ein weiteres Nebengebiet aufweist, das sich von dem Hauptgebiet aus nach einer von dem ersten Nebengebiet entfernt gelegenen Stelle erstreckt und an dessen Oberfläche ein Metallkontakt angebracht ist, daß der Querwiderstand des ersten Nebengebiets, der zwischen dem Metallkontakt an dem ersten Nebengebiet und der ersten Hauptelektrode gemessen wird, größer ist als der Querwiderstand jedes der weiteren Nebengebiete, der zwisciien dem Metallkontakt an dem weiteren Nebengebiet und der ersten Hauptelektrode gemessen wird, und daß der Metallkontakt an jedem der weiteren Nebcngebietc mit dem Metallkontakt an dem ersten Nebengebiet elektrisch leitend verhunden ist

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Thyristor beginnt der eingeschaltete Hauptstrom nacheinander in durch den Aulhau bestimmter Reihenfolge in verschiedenen Bereichen zwischen der Kathode und der Anode des Thyristors zu fließen. Es können damit hohe Strome in sicherer Weise rasch eingeschaltet werden, ohne daß es /u einer örtlichen Überhitzung

ίο des Thyristors kommt. Der Thyristor nach der Erfindung ermöglicht daher einen weiteren Anwendungsbereich von Thyristoren als die bisher bekannten Thyristoren.

Insbesondere ergibt sich heim Einschalten des Thyristors nach der Erfindung folgender Stromweg: Der anfängliche HaupMrnm geht aus von dem punkliormigen Bereich nahe der Steuerelektrode, fließt dann üherden Metallkontakt de:, .rsten Nebengebiets, über die !eilende Verbindung zu d.rn Metallkontakt des weiteren Nehengehiets und dann durch das weitere Nehengebiei hindurch. Infolgedessen durchsetzt der Haupistrom antanglich das weitere Nehengebiet in Ouerrichtung und nicht das erste Nebengebiet. Damit wird ein genügend hoher Haupts'iom augenblicklich in einen in einer zur ersten Endschicht angrenzenden Zwischenschicht des Halbleiterkörpers parallelen Stromweg verlegt. Dieser Strom wirkt nun als Steuci signal relativ hoher Energie für den unterhalb des Hauptgebiets liegenden Teil des Halbleiterkörpers.

der an das weitere Nebengebiet angrenzt. Da dieser Teil jedoch von dem anfänglich leitenden Stromweg, der von dem punktförmigen Bereich nahe der Steuerelektrode ausgeht, entfernt liegt, ist er verhältnismäßig kühl und verbessert damit das Wärmeabsorbierungs- und Wärmeableitungsvermigen. Dadurch werden die Schaltverluste des Thyristors verringert, so daß. wie bereits erwähnt, ein höherer Einschaltstromstoß di dt sieher angelegt werden .kann. Das weitere Nebengebiet ist vorzugsweise derart angeordnet, daß es eine schnelle Ausbreitung des Hauptstroms über den gesamten Bereich tier Halbleiterscheibe begünstigt.

Ausführungsbeispiele des Thyristors nach der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, nicht maßstäbliche Seitenansicht eines Thyristors nach der Erfindung, F: g. 2 eine Ansicht auf den Thyristor nach F i g. I von oben und

Fig. 3,4,5 und 6 Ansichten verschiedener weiterer Ausführungsformen des Thyristors nach der Erfindung von oben.

In den Fig. 1 und 2 ist ein kreisscheibenförmiger Halbleiterkörper 11 dargestellt, der aus vier kreisförmigen Schichten 12, 13, 14 und 15 eines vorzugsweise aus Silicium bestehenden Halbleitermaterials aufgebaut ist, wobei die Flalbleiterschichten aufeinanderfolgend und zwischen zwei Hauptelektrodcn 16 und 17 angeordnet sind. Die aneinander angrenzenden Halbleiterichichtcn des Halbleiterkörpers 11 besitzen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, so daß an den Grenzflächen PN-Übergänge entstehen. Insbesondere besitzt, wie in Fig. 1 dargestellt, die unterste Halbleiterschicht, das ist die zweite Endschicht 12 des Halbleiterkörpers 11, P-Lcitfähigkeit, die daran angrenzende Zwischenschicht 13 N-Leitfähigkeit, die darauffolgende Zwischenschicht 14 P-Lcitfähigkeit und die oberste Halbleiterschicht, das ist die erste

Endschicht 15, N-Leitfähigkcit. Die zweite Haupt elektrode 16 ist auf der P-Ieitenden /weiten Endschicht 12 derart angebracht, daß sie zu dieser einen nicdcrohmigcn Kontakt bildet. Diese zweite Elektrode 16 wird in der dargestellten Ausführungsform eines Thyristors als Anode bezeichnet. Die erste Hauptelektrode 17 besteht aus einer dünnen Goldscheibe, die in gleicher Weise an der ersten N-leitenden Endschicht 15 des Halbleiterkörper 11 befestigt ist und als Kathode bezeichnet wird. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist eine Zuleitung 18 mit einem zugänglichen Oberflächenteil der P-leitenden Zwischenschicht 14 des Halbleiterkörpers 11 über eine Steuerelektrode 19 verbunden, wobei die Steuerelektrode 19 nahe bei der ersten N-Icitenden Endschicht 15 angeordnet ist.

Der Thyristor kann nach verschiedenen in dem Gebiet der Halblcitcrtechnik bekannten Verfahren aufgebaut sein. Die verschiedenen PN-Übergänge des PNPN-Halbleiterkörpers 11 sind durch ausgezogene Linien dargestellt, obwohl bekannt ist, daß diese PN-Übergänge nicht durch ebene Flächen gekennzeichnet sind. Auch wurden die Abmessungen des dargestellten Halbleiterkörpers Π im Interesse einer klaren Darstellung nicht maßstäblich vergrößert. Eine tatsächliche Ausführungsform des Halbleiterkörpers 11 besteht aus einer sehr dünnen Scheibe mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser von z.B. 2,5 cm oder mehr.

Um den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Thyristoraufbau fertigzustellen, kann sie in einem dicht verschlossenen Gehäuse beliebiger Form montiert werden, wobei die Elektroden 16. 17 und 19 mit verschiedenen Anschlußteilen des Gehäuses verbunden sind, die deren Anschluß an eine Schaltung möglich machen.

Eine der beiden Endschichten, im vorliegenden Beispiel die erste Endschicht 15. ist in zwei aneinander angrenzende Gebiete A und B unterteilt, die in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die erste Endschicht 15 ist in ein Hauptgebiet A, das einen verhältnismäßig großflächigen ohmischen Kontakt mit der ausgedehnten Kathode 17 aufweist, und in ein schmales Nebengebiet B unterteilt, das keine Kathodenzuleitungen trägt. Sowohl das Hauptgebiet A als auch das Nebengebiet fl grenzen an die P-leitende Zwischenschicht 14 an.

Das Nebengebiet δ ist zwischen dem Hauptgebiet A der ersten Endschicht 15 und der Steuerelektrode 19 auf der Zwischenschicht 14 angebracht. Wie am besten aus Fig. 1 zu entnehmen ist, ist ein Randbereich des Nebengebiets B von einem Metallkontakt 20 überzogen, der mit der Oberfläche des Randbereichs des Nebengebiets B einen niederohmigen Kontakt bildet. Dieser Metallkontakt 20 ist von dem nächstliegenden Rand des Hauptgebiets A und damit von der Kathode 17 durch einen Spalt getrennt, so daß zwischen dem Metallkontakt 20 und dem nächstliegenden Rand des Hauptgebiets ein Abstand D besteht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß im Interesse einer bequemen Herstellung der Metallkontakt 20 aus demselben Material, z.B. aus Gold, wie die Kathode 17 hergestellt ist und daß er durch einen Ätzprozeß von dieser abgetrennt wird. Das Nebengebiet ß ist derart aufgebaut und angeordnet, daß der Querwiderstand zwischen dem Metallkontakt 20 und der Kathode 17 größer als der irgendeines Teils des Hauptgebiets A ist, wobei die seitliche Abmessung dem kleinsten Abstand zwischen dem Metallkontakt 20 und dem Rand des Hauptgebiets A entspricht. Der Querwiderstand zwischen dem Metallkontakt 20 und der Kathode 17 läßt sich durch eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Nebengebiets B gegenüber dem Hauptgebiet A vergrößern. Es wird jedoch der Einfluß der geometrischen Verhältnisse zur Erzielung dieses Ergebnisses bevorzugt.

Wie in F i g. 1 dargestellt, erstreckt sich das Nebengebiet ö in seitlicher Richtung von einem Rand des angrenzenden Hauptgebiets A aus, wobei zur Vergrößerung des Querwiderstandes die Dicke des Nebengebiets B verringert ist. Somit sind das Hauptgebiet A und das Nebengebiet fl verschieden dick, wobei die Dicke des Nebengebiets B geringer ist. (Die Bezeichnung Dicke der Gebiete bezieht sich auf die Abmessung in Richtung des Hauptstromflusses von der Anode 16 zur Kathode 17, die Bezeichnung in seitlicher Richtung oder Querrichtung auf eine quer »0 dazu verlaufende Richtung.) Vorzugsweise wird das dünnere Nebengebiet B durch Ätzen oder Abschleifen eines Teiles der ursprünglichen Oberfläche der ersten Endschicht 15 hergestellt, wodurch die Dicke des verbleibenden an das Hauptgebiet A angrenzenden Teiles verringert wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der dünnere Bereich des Nebengebiets ß von der Steuerelektrode 19 durch einen Umfangsbereich unverminderter Dicke des-Nebengebiets ß getrennt, auf dem sich der Metallkontakt 20 befindet. Es sei angenommen, daß die Hauptelektroden des Thyristors mit einer äußeren Schaltung verbunden sind, die einen Verbraucher und eine Energiequelle aufweist, von der aus eine Vorspannung derart angelegt wird, daß die Anode gegenüber der Kathode positiv ist. Sobald der Steuerelektrode 19 ein Einschaltsignal zugeführt wird, beginnt der zuvor nicht leitende PNPN-Halbleiterkörper 11 einen Hauptstrom zu führen, der auch durch den Verbraucher fließt und der in Form eines Mikroplasmas in einem punktförmigen Bereich zwischen den Hauptelektroden 16 und 17 zu fließen beginnt. Der anfänglich fließende Mauptstrom fließt in einem punktförmigen Bereich in der Nähe der Steuerelektrode 19, so daß der Stromweg zu der Kathode 17 das Nebengebiet B o'er ersten Endschicht 15 anfänglich quer durchsetzt. Damit fließt der Hauptstrom in Querrichtung durch das Nebengebiet B mit relativ hohem Querwiderstand, so daß zwischen dem Metallkontakt 20 und der Kathode 17 ein wesentlicher Spannungsabfall auftritt und ein bedeu· tender Anteil dieses Hauptstroms unmittelbar in einer parallel verlaufenden Stromweg durch die angren zende Zwischenschicht 14 und den PN-Übergang zwi sehen der Zwischenschicht 14 und dem Hauptge biet A der ersten Endschicht 15 verlegt wird. Diese Anteil des Hauptstroms fließt an dem Nebengebiet 1 vorbei und dient als verhältnismäßig stromintensive Steuersignal für den unter der Kathode 17 liegende! Bereich des Halbleiterkörpers 11. Durch dieses Steu ersignal schaltet der Thyristor augenblicklich auf dei niederohmigen Durchlaßzustand um, wobei er einer wesentlich höheren Einschaltstromstoß di/dt stand hält.

Es wurde festgestellt, daß eine weitere Verbesse rung des Einschaltverhaltens eines solchen Thyristoi mit einem Aufbau der aus der französischen Paten schrift 1 45 2 718 bekannten Art durch eine Unterstü zung des zweiten Schrittes des Einschaltvorgangi realisiert werden kann, wenn dieser in einem odi

mehreren llercichen dos Walbleiterkorprrs 11 si.ill findet, die von dem Wog des anfänglich fließenden I l.iuplsirnnm cnlfcrnt liegen. Line solche Ijtnerstui-/υημ wird bei dem Thyristor nach der Ert'iiidun» durch die , Anordnung zumindest eines weiteren Ncbengebicts H' in der ersten Lndsohicht !5 bewirkt

Wie ims Fig. I z.u entnehmen ist. ragt das weitere Nebengebiet R' an einer von dem ersten Nehengebiet Il entfernt gelegenen Stelle in seitlicher Richtung aus dem Hauptgebiet A heraus. Der Aufbau des weiteren Nebengebiets /{'ist grundsätzlich gleich wie der des ersten Nebcngcbicts B. Sowohl das erste Nebengebiet R als auch das weitere Nebengebiet H' weisen keine Zuleitungen auf. F^;.s ist jedoch getrennt von der Kathode 17 an dem weiteren Nebengcbict II' cm Metallkontakt 21 (/. H. aus Gold) vorgesehen, tier mit tier Oberfläche eines Randbereichs des Nebengebiets R' einen niederohmigen Kontakt bildet. Das weitere Nebengebiet It' und der Metallkontakt 21 sind derart aufgebaut und angeordnet, daß der /wischen dem Metallkontakt 21 und der Kathode 17 meßbare Oucrwiderstand kleiner als der entsprechend gemessene Oucrwidcrstand des ersten Nebengebiets R ist. Dies wird bei der in Fi g. 1 beschriebenen Ausführungsform dadurch erreicht, daß der Mctallkontakt 21 von dem Flauptgebict A einen kleineren Abstand d als der Metallkontakt 20 des ersten Nchcngebiets //vom Hauptgebict A besitzt. Dieser Abstand (I zwischen dem Metallkontakt 21 und der Kathode 17 ist in Fig. 1 dargestellt, aus der auch entnommen werden kann, daß der Abstand d kleiner als der Abstand D zwischen dem Metallkontakt 20 und der Kathode 17 ist. Der Metallkontakt 21 des weiteren Nebcngcbicts B' und der Metallkontakt 20 des ersten Nebengebiets R sind dutch eine niederohrnige Leitung 24 elektrisch leitend miteinander verbunden.

Auf Grund dieser abgeänderten Ausbildung des Thyristors verläuft der Einschaltvorgang in folgender weise. Zunächst beginnt der Hauptstrom in einem punktförmigen Bereich über einen Weg zu fließen, der sich wiederum nahe bei der Steuerelektrode 19 befindet. Da jedoch die elektrische Leitfähigkeit der vorzugsweise aus Gold aufgebauten Metallkontaktc 20 und 21 und die nicdcrohmigc Leitung 24 derselben sehr viel größer ist als die elektrische Leitfähigkeit des Silicium und da der Querwiderstand des weiteren Nebengebiets B' kleiner als der des ersten Nebengebiets B ist, fließt ein wesentlicher Anteil des anfänglichen Hauptstroms zu der Kathode 17 an dem ersten Nebengebiet ß vorbei und folgt statt dessen einem bevorzugten Stromweg, der durch die niederohmige Leitung 24 zwischen dem Metallkontakt 20 und dem Metallkontakt 21 und das weitere Nebengebiet B' hindurchgeht. Als Folge davon wird der Hauptstrom anfänglich durch das weitere Nebengebiet B' fließen, woraufhin der oben beschriebene weitere Einschaltprozeß stattfindet. Der Teil des Halbleiterkörpers 11 in der Umgebungdes weiteren Nebengebiets ß'bleibt verhältnismäßig kühl, da er von dem anfänglich leitenden Hauptstromweg entfernt liegt, und der Thyristor kann deshalb einen höheren Einschaltstromstoß di/dt als bisher sicher aushalten.

Bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen des Thyristors nach der Erfindung (Fig. 1 bis 3) geht das weitere Nebengebiet B' in das erste Nebengebiet B über, so daß diese beiden Gebiete tatsächlich verschiedene Teile eines einzigen ringförmigen Umi.iiiiisgebieti der ersten Endschicht 15 bilden, das um das Ilauptgehict A herum verlauft. Die beiden Mctallkontakte 20 und 21 sind Teil eines einheitlichen zusammenhangenden Metallbandes, das mit der

5 Oberflache des kreisförmigen Umfangsgebiets verbunden ist. Das zusammenhängende Metallband, welches vorzugsweise aus einem ringförmigen Goldstreifen besteht, dient gleichzeitig als elektrische Verhindungsleitung 24 der Metallkontakte 20 und 21. Es

ίο ist in einem ungleichen Abstand von dem Hauptgebiet A und daher vom Umfangsrand der darauf angeordneten Kathode 17 angebracht.

Wie am besten aus Fig. 2 entnommen werden kann, erhalt man den ungleichen Abstand zwischen dem ringförmigen Metallstreifen, der die Metallkontakte 20 und 21 bildet, und der Kathode 17 dadurch, daß die Grenzlinie des Hauptgebiets A exzentrisch zur kreisscheibenförmigen ersten Endschicht 15 des Flalbleiterkörpers 11 verläuft, wohingegen der die

ao Mctallkontakte 20. 21 bildende Metallstreifen dazu konzentrisch verlauft. Die Breite des ringförmigen Spaltes, der den ringförmigen Metallstreifen von dem Fiauptgebiet A trennt, hat ein Maximum (der Abstand /wischen dem Metallstreifen und dem Hauptgebiet A ist D) in der Nähe des Punktes, an welchem das Nebengebiet R der Steuerelektrode 19 am nächsten liegt und ein Minimum (der Abstand zwischen dem Metallstreifen und dem Hauptgebiet A ist d) in der Umgebung des Punktes, der der Steuerelektrode 19 diametral gegenüberliegt. Wie gezeichnet ändert sich die Breite des Spaltes zwischen dem ringförmigen Metallstreifen und dem Hauptgebiet A kontinuierlich zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert, doch können auch Anordnungen vorgesehen sein, bei denen sich die Breite des Spaltes nicht kontinuierlich ändert.

Wie -aus Fig. 3 zu entnehmen ist, kann der ungleichmäßige Abstand zwischen dem ringförmigen Metallstreifen und der Kathode 17 auch dadurch erhalten werden, daß der Rand des Hauptgebiets A konzentrisch zu dem Halbleiterkörper 11a verläuft und daß der ringförmige Metallstreifen 22 in veränderlicher Breite ausgeführt wird. Der ringförmige Metallstreifen 22 ist dort schmäler, wo er zwischen dem Hauptgebiet A und der Steuerelektrode 19 liegt, und ist breiter in dem diesem Punkt gegenüberliegenden Teil.

Ein drittes Ausführungsbeispiel des Thyristors ist in Fig. 4 dargestellt, bei der die erste Endschicht 15 des Halbleiterkörpers life mit zwei weiteren Nebengebieten ß'und B" versehen ist. Diese weiteren Nebengebiete ß'und S"bestehen aus nicht von der Kathode 17 kontaktierten durch Sehnen abgetrennter Abschnitten, die voneinander getrennt sind. Die beiden weiteren Nebengebiete fl'und B"erstrecken sich seitlich von dem Hauptgebiet A in einer Richtung, die etwa 90° gegenüber dem ersten Nebengebiet B ver setzt ist. Jedes der Nebengebiete B, ß'und B" besitz einen entlang der Sehne angeordneten Streifen, dei an das Hauptgebiet A angrenzt, und einen außerhalt desselben liegenden Bereich, der mit einem Gold überzug versehen ist und keine metallische Verbin dung mit der Kathode 17 aufweist. Der mit einen Bereich des Nebengebiets B verbundene, aus einen Goldüberzug gebildete Metallkontakt ist in F i g. 4 mi dem Bezugszeichen 20 versehen, wogegen die de: weiteren Nebengebieten B' und B" zugehörigen, au dem Goldüberzug gebildeten Metallkontakte mit den

He/ugszeiehcn 23 verschen sind. Die voneinander getrennten Metallkontakte 20 und 23 sind bei der vorliegenden Ai.'sführungsform mit Drahtleitungen 24 elektrisch leitend untereinander verbunden. Um dem ersten Nebengebiet Ii einen größeren Qiierwidcrstand zu geben, ist der sehnenartig verlaufende Streifen breiter ausgebildet als die sehnenartig verlaufenden Streifen der weiteren Nebengebiete B' und B". Der Einschaltvorgang dieser Thyristorausführung verläuft im wesentlichen wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform. In Fig. 5 ist eine weitere Abänderung der im vorausgehenden beschriebenen Ausführungsform des Thyristors dargestellt. Die Zuleitung 18 ist in diesem Fall über eine Steuerelektrode 25 mit dem Halbleiterkörper lic an der freiliegenden Oberfläche eines Randteils des Nebengebiets B in der ersten Endschicht 15 verbunden. Wie bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel ist der aus Gold bestehende Metallkontakt 20zwischen dem Hauptgebiet A der Endschicht 15 und der Steuerelektrode 25 angeordnet und hat von dem nächstliegenden Rand des Hauptgebiets A einen Minimalabstand, der größer als die Breite des Sehnenstreifens eines jeden der weiteren Nebengebiete B' und B" ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Thyristors nach der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Die dargestellte Halbleiterscheibe llti ist grundsätzlich wie die der Ausführungsform nach Fig. 4 aufgebaut und arbeitet in derselben Weise. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, daß ein relativ schmales erstes Nebengebiet B der ersten Endschicht nicht an das seitlich danebenliegende Hauptgebiet A angrenzt. Die freiliegende Oberfläche dieses Nebengebiets B ist vollständig mit einem Goldüberzug 26 versehen, der von der Kathode 17 um einen größeren Abstand entfernt ist, als die sehnenförmigen Streifen der beiden weiteren Nebengebiete B' und B" breit sind.

Es ist offensichtlich, daß auch noch weitere abgeänderte Ausführungsformen des Thyristors möglich sind. So kann z. B. eine Drahtleitung 24 direkt an die freiliegende Oberfläche eines weiteren Nebengebiets angebracht sein und braucht nicht mit dem aus einen' Goldüberzug bestehenden Mctallkontakt 23 verbunden zu sein. Es können auch sowohl das erste als aucl· die weiteren Nebengebietc innerhalb der Kathode 1" angeordnet sein, so daß in diesem Fall das erste Nebengebiet von den beiden anderen sowie dem seitlieh danebenliegenden Hauptgebiet A und der dadurch gebildeten Kathode 17 umgeben wird. Wenn das erste Nebengebiet B im Innern liegt, dann können diese«

ίο und sein durch einen Goldiiberzug gebildeter Metallkontakt 20 eine zentrische Öffnung besitzen, in welcher die Oberfläche der Zwischenschicht 14 der Halbleiterscheibe zum Anbringen der Steuerelektrode mit ihrer Zuleitung 18 freiliegt.

Die Verbesserung des Einschalt-Stromstoßverhaltens kann auch bei einem Thyristor erzielt werden, der mit einem Lawinendurchbruch in Durchlaßrichtung eingeschaltet wird. Wenn an einen derartigen Thyristor eine Anoden-Kathodenspannung in Durch-

ao laßrichtung angelegt wird, welche den vorgegebenen Durchschlagswert V_R() überschreitet, schaltet der Thyristor vom nicht leitenden Zustand in den leitenden Zustand um. Die Leitung des Hauptstroms beginnt in einem punktförmigen Bereich, wo das erste

»5 Mikroplasma auftritt, und breitet sich dann zunehmend über den gesamten Bereich der Halbleiterscheibe aus. Der punktförmige Bereich der anfänglichen Leitung kann in die Mitte gelegt werden oder er kann in die Nähe des Randes der Halbleiterscheibe gelegt werden, indem ringförmig angeordnete Nebengebiete entsprechend den Fig. 2 und 3 verwendet werden, wobei das erste Nebengebiet B in einer zentralen Lage in der ersten Endschicht 15 angeordnet wird. Das Ziel ist in jedem Fall darauf gerichtet, das erste Nebengebiet B näher an dem anfänglichen Hauptstromweg anzuordnen als irgendeinen anderen Teil der ersten Endschicht 15. Auf Cirund des Vorhandenseins weiterer Nebengebiete wird der zweite Teil des Einschaltvorganges dahingehend beeinflußt,

«ο daß er in kühleren Bereichen der Halbleiterscheibe stattfindet, die von dem anfänglich leitenden Hauptstromweg entfernt liegen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit mehrere I'N-Übergänge bildenden Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, die zwischen einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode angeordnet sind, von denen die erste in einem relativ großflächigen Kontakt mit einem Hauptgehiet der ersten Endschicht und die /weite in einem relativ großflächigen Kontakt mit derzweiten Endschicht ist. und von denen die erste ferner ein seitlich neben dem Hauptgebiei liegendes erstes Nehengebiet aufweist, wobei dieses Nebengebiet näher bei dem Stromweg des anfänglichen Hauptstroms als irgendein linderer Teil der ersten '-ndschicht liegt, wenn der Thyristor \om nicht Itiienden Zustand /u dem leitenden Zustand umgeschaltet wird, und wobei dieses erste Nehengebiet an seiner Oberfläche einen Metallkontakt aufweist, der von dem ihm nächstliegenden Rand des Hauptgebiets der ersten Endschicht einen Abstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lndschieht (15) außer dem ersten Nebengebiel ( B) mindestens ein weiteres Nebengebiet ( B) aufweist, das sich von dem Hauptgebiet (A) aus nach einer von dem ersten Nebengebiet (/>) entfernt gelegenen Stelle erstreckt und an dessen Oberfläche ein Metallkontakt (21) angebracht ist, daß der Querwiderstand des ersten Nebengebiets (B), de zwischen dem Metallkontakt (20) an dem ersten Nebengebiet ( B) und der ersten Hauptelektrode (17) gemessen wird, größer ist als der Querwiderstand jedes der weiteren Nebengebiete (B'), der zwischen dem Metallkontakt (21) an dem weiteren Nebengebiet ( B') und derersten Hauptelektrode (17) gemessen wird, und daß der Metallkontaki (21) an jedem der weiteren Nebengebiete ( B^r) mit dem Metallkontakt (20) andern ersten Nebengehiet ( B) elektrisch leitend verbunden ist.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Querwiderstandsverhältnis für die Nebengebiete (B, B', B") daraus ergibt, daß der Abstand (D) des Metallkontaktes (20) an dem ersten Nebengebiet (B) von dem ihm nächstliegenden Rand des Hauptgeb.?ts (A) größer ist, als der Abstand (d) des Metallkontaktes (21) an jedem der weiteren Nebengebiete ( B', B^lr) von dem ihm nächstliegenden Rand des Hauptgebietes (A).

3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebengebiete (B, B', B") der ersten Endschicht (15) ein einziges Gebiet bilden, das das Hauptgebiet (A) ringförmig umgibt, und daß die Metallkontakte an den Nebengebieten (B, B', B") und ihre elektrisch leitenden Verbindungen einen einzigen ringförmigen Metallkontakt (21) bilden, der längs seines Umfanges einen unterschiedlichen Abstand von dem Hauptgebiet (A) aufweist.

4. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkontakt (21 bzw. 23) an dem weiteren Nebengebiet (B' bzw. B") nur über einem von der ersten Hauptelektrode (17) entfernt liegenden Teil des weiteren Nebengebiets (S' bzw. B") angebracht ist.

5. Thyristor nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

zeichnet, daß d.e Nebengeb.ete (B B B ) Je kreisscheibenförmigen ersten Endschicht (Is) Kreisabschnitte bilden, von denen jeder einen |:i„,.s der Sehne verlaufenden, einerseits an das Hauptziel ( A ) und andererseits an einen weiteren TeIl des Nebengebie.es (B B B ) angrenzenden Streifen aufweist, und daß der weite:-; Teil jedes Nebengebiets ( B, B\ B") mit einem Metallkontakt (20. 23) überzogen ist.

b Thyristor η .ich einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ^kennzeichnet. d;i« die erste Endschicht drei Nebengebiete (B, B. ,i ) aufweist die sich seitlich von dem Hauptgebiet M aus in einer solchen Anordnung erstrecken, daß die Achse der größten Ausdehnung des /weiten und des dritten Nehcngchiets ( B'. B"\ rechtwinklig /u der Achse der größten Ausdehnung des ersten Nebengehiets I Λ) steht.

7 Thvristor nach einem der voihergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ouerwidersiand der Nehengebiete ( h B. B ). der /wischen ihrem Metnilkontakt (20. 23) und der ersten Haupielektrodc (17) gemessen wird, durch eine örtlich- Verminderung cLt Dicke der er-t.-n F^:ndschicht ( 15) /wischen, dem von den Metallkontakk-n (20. 23) überdeckten Teil der Nebengebiete ( B. B\ IV) und dem Hauptgebiet ( A ) erhöht ist wobei der Querwiderstand /wischen den weiteren Nebengebieten (/?'. IV) und dem Hauptgebiet ( A ) geringer ist als /wischen dem ersten Nebetmebiel ( B) und dem Hauptgebiet (/1).