DE1906816A1 - Semiconductor-controlled rectifier device with improved switching properties - Google Patents

Semiconductor-controlled rectifier device with improved switching properties

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Description

PATENTINGENIEURE F.W. HEMMERICH . GERD MÖLLER. D. GROSSE 21PATENT ENGINEERS F.W. HEMMERICH. GERD MÖLLER. D. SIZE 21

4DOSSEIDORFIO-HOMBERGERSTRASSEs ic bh4DOSSEIDORFIO-HOMBERGERSTRASSEs ic bh

Ib /Ib /

8/2. 1969 8/2. 1969

-El--El-

Tpkyo Shibaura Electric Co, Ltd.. Kawasaki-shi/JapanTpkyo Shibaura Electric Co, Ltd .. Kawasaki-shi / Japan

Titel: Halbleitergesteuerte Gleichrichtervorrichtung mit verbesserten Schalteigenschaften Title: Semiconductor-controlled rectifier device with improved switching properties

Die hier vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Halbleiterschaltvorrichtung, welche als Mehrschichten-Halbleiterelement mit drei Elektroden ausgeführt ist. Die hier vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere aber mit einer halbleitergesteuerten Gleichrichtervorrichtungen mit verbesserten Schalteigenschaften.The present invention relates to a semiconductor switching device which can be used as a multilayer semiconductor element is designed with three electrodes. The present invention is particularly concerned but with a semiconductor-controlled rectifier devices with improved switching properties.

Zu einem typischen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) gehört ein Schichtkörper aus Halbleitermaterial oder aus Silizium, welcher aus vier unterschiedlichen und bestimmten Schichten besteht, wobei die einander benachbarten Schichten jeweils eine verschiedenartige Leitfähigkeit oder eine verschiedenartige Durchlaßrichtung aufweisen und somit drei hintereinanderliegende PN-Verbindungen oder PN-Schichten aufweisen. Zum siliziumgesteuerten Gleichrichter gehören weiterhin zwei Elektroden, (die sogenannte Anodenelektrode und die sogenannte Kathodenelektrode), welche den geschalteten Strom zu leiten haben und jeweils mit den Endschichten des bereits erwähnten Schichtkörpers leitend verbunden sind. Zum siliziumgesteuerten Gleichrichter gehört aber auch eine Steuerelektrode, (eine sogenannte Gitterelektrode), welche einer Schicht verbunden ist, die der Kathodenschicht benachbart ist.A typical silicon-controlled rectifier (SCR) includes a layer of semiconductor material or of silicon, which consists of four different and specific layers, with each other adjacent layers each have a different conductivity or a different transmission direction and thus have three consecutive PN connections or PN layers. To the silicon-controlled Rectifiers still include two electrodes (the so-called anode electrode and the so-called Cathode electrode), which have to conduct the switched current and each with the end layers of the aforementioned laminate are conductively connected. But the silicon-controlled rectifier belongs to it also a control electrode, (a so-called grid electrode), which is connected to a layer, that of the cathode layer is adjacent.

Zu den heute vorgeschlagenen Gleichrichtervorrichtungen gehören sogenannte Mehrfachgitter-Gleichrichter, welche derart ausgeführt sind, daß auf einer Gitterschicht eine Reihe von Gitterelektroden derart in einem bestimmtenThe rectifier devices proposed today include so-called multi-grid rectifiers, which are designed in such a way that a row of grid electrodes in a certain manner on a grid layer

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Abstand zueinander angeordnet ist, so daß wahrend des Einschaltvorganges es an mehreren Stellen zu einem Zündvorgang kommt. Zu den heute vorgeschlagenen Gleichrichtervorrichtungen gehört aber auch die Feldzündungsausführung oder (FI-Ausführung), bei welcher neben der Kathodeneleletrode auf der Kathodenschicht .noch eine andere Elektrode vorgesehen ist, welche der Gitterelektrode benachbart ist.Distance from one another is arranged so that during the Switch-on process, an ignition process occurs in several places. To the rectifier devices proposed today but also includes the field ignition version or (FI version), in which in addition to the Cathode electrode on the cathode layer .noch another electrode is provided, which is the grid electrode is adjacent.

Bei der zuerst genannten Ausführung eines Gleichrichters waren eine Reihe von Gitcerelektroden derart parallelgeschaltet, daß der Gitterstxom, durch welchen die Git-In the first mentioned version of a rectifier a series of grid electrodes were connected in parallel in such a way that the grid through which the grid

^ tersignale oder Schaltsignale aufgeschaltet wurden, gegenüber dem Güterstrom einer Ausführung mit nur einer Elektrode einen beträchtlich höheren Wert aufwies, wobei dieser vorerwähnte höhere Wert dann gleich ungefähr dem Gitterstrom multipliziert mit der Anzahl der Gitterelektroden war. Die verschiedenen Teile der mit mehreren Gitterelektroden versehenen Gitterschicht zeigten zudem auch unterschiedliche Empfindlichkeiten und verschiedenartige Gitterwiderstände, so daß der Gittexstrom einen sehr hohen Scheitelwert haben und diesen Scheitelwert auch in sehr kurzer Zeit erreicnen mußte, damit alle Gitterelektroden und die jeweiligen Gittexteile in der gleichen Zeit geschaltet und gezündet werden konnten. Dazu war aber eine^ tersignale or switching signals were switched on, compared to the flow of goods of a version with only one electrode had a considerably higher value, this above-mentioned higher value then being approximately equal to the grid current multiplied by the number of grid electrodes. The different parts of the grid layer provided with several grid electrodes also showed different sensitivities and different grid resistances, so that the Gittex current had a very high peak value and had to reach this peak value in a very short time so that all grid electrodes and the respective Gittex parts switched at the same time and could be ignited. But there was also one

P spezielle Stromquelle erforderlich, welche einen den vorerwähnten Bedingungen entsprechenden Gitterstrom liefern konnte. Eine solche Stromquelle war jedoch nur sehr schwer zu konstruierten. Besonders dann, wenn ein Transformator als Stromquelle für den Gitterstrom Verwendung finden sollte, war es schwierig, den Transformator derart auszulegen ,P special power source required, which one of the aforementioned Conditions corresponding grid current could deliver. However, such a power source was very heavy to constructed. Especially if a transformer should be used as a power source for the grid current, it was difficult to design the transformer in such a way that

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daß dieser Transformator einen Gitterstrom lieferte, welcher den vorerwähnten Bedingungen entsprach. Selbst dann, wenn es möglich ware, einen derartigen Transformator zu konstruieren oder herstellen zu können, wäre ein derartiger Transformator sehr undhandlich, was dann wiederum die Abmessungen der Gleichrichtervorrichtung und konsequenterweise auch höhere Kosten verursacht oder herbeigeführt hätte.that this transformer delivered a grid current which met the aforementioned conditions. Self then, if it were possible to design or manufacture such a transformer, would be such a transformer very andhandy, what then in turn the dimensions of the rectifier device and consequently also causes or higher costs would have brought about.

Wäre eine größere Anzahl von separaten Elektroden der Kathodenschicht der zuletzt genannten Gleichrichtervorrichtung in einer verbesserten Anordnung zugeordnet worden, hätte sie eine ringförmige Elektrode, welche ringsum die Kathodenelektrode angeordnet ware, dann könnte sie möglicherweise den größeren Anstieg des Aufschaltstromes oder des Verhältnisses di/dt aushalten. Dadurch würde aber die Zone der Gitterelektrode verkleinert, was dann wiederum eine Verkleinerung der wirksamen Kathodenschicht, damit aber auch eine Verringerung der Stromleistung des Halbleiterelementes j zur Folge hätte.Would have a larger number of separate electrodes Cathode layer has been assigned to the last-mentioned rectifier device in an improved arrangement, if it had a ring-shaped electrode arranged around the cathode electrode, then it could possibly withstand the greater increase in the inrush current or the di / dt ratio. But that would the area of the grid electrode is reduced, which in turn reduces the effective cathode layer, with it but also a reduction in the current output of the semiconductor element j would result.

Bei dem in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden halbleitergesteuerten Gleichrichter ist auf der Kathodenschicht eine zusätzliche Kathodenelektrode angeordnet, und zwar an einer Stelle der Kathodenschicht, welche der Gitter-Hauptelektrode benachbart ist. Für diese zusätzliche Kathodenelektrode ist nur eine relativ kleine Zone erforderlicn. Bei dem halbleitergesteuerten Gleichrichter der hier vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine zusätzliche Gitterelektrode mit der bereits genannten zusätzlichen Kathodenelektrode elektr© sch verbunden, wobei diese Gitterelektrode in einer ähnlichen Weise aufIn the case of the semiconductor-controlled rectifier falling within the scope of the present invention, the Cathode layer an additional cathode electrode arranged, at a point on the cathode layer, which is adjacent to the main grid electrode. There is only a relatively small one for this additional cathode electrode Zone required. With the semiconductor-controlled rectifier The present invention is furthermore an additional grid electrode with the one already mentioned additional cathode electrode electrically connected, this grid electrode in a similar manner

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der bereits erwähnten Gitterschicht angeordnet ist und dadurch zur gleichen Zeit an mehreren Punkten eine Zündung herbeizuführen, daß das der Gitter-Hauptelektrode aufgeschaltete Gittersignal durch die zusätzliche Kathodenelektrode und durch die zusätzliche Gitterelektrode weiterhin geleitet wird und auf diese Weise dem Steigen des Aufschaltstromes oder dem Verhältnis di/dt einen Widerstand entgegensetzt, ohne daß dabei die Stromleistung der Halbleitervorrichtung verringert wird.the already mentioned grid layer is arranged and thereby bringing about an ignition at several points at the same time, that of the main grid electrode activated grid signal through the additional cathode electrode and through the additional grid electrode is still conducted and in this way the increase in the injection current or the ratio di / dt one Opposes resistance without reducing the power output of the semiconductor device.

Bei einer Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist eine halbleitergesteuerte Gleichrichtervorrichtung vorgesehen, welche sich wie folgt zusammensetzt: aus einem aus mindestens vier hintereinanderliegenden Schichten bestehenden Halbleiter-Schichtkörper, wobei die benachbarten Schichten dieses Schichtkörpers unterschiedliche Leitfähigkeiten oder unterschiedliche Durchlaßrichtungen aufweisen; aus einer ersten Elektrode und aus einer zweiten Elektrode, wobei je eine Elektrode jeweils auf eine der Außenschichten des Halbleiter-Schichtkörpers aufgesetzt ist; sowie aus einer Steuerelektrode, welche auf einer Schicht angeordnet ist, die jener Schicht, welche die erste Elektrode enthält, benachbart ist. Der Erfindungsgegenstand und seine Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodengruppe aus einer ersten Hauptelektrode und aus einer ersten zusätzlichen Elektrode gebildet wird, daß diese beiden Elektroden auf der Außenschicht in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, daß die Steuerelektrodengruppe aus einer Steu er-Hauptelektrode, diese in der Nähe der zusätzlichen ersten Elektrode angeordnet, und aus einer zusätzlichen Stueerelektrode besteht,In one embodiment of the subject matter of the invention, a semiconductor-controlled rectifier device is provided, which is composed as follows: one consisting of at least four consecutive layers Semiconductor layer body, the adjacent layers of this layer body having different conductivities or have different transmission directions; a first electrode and a second electrode, one electrode in each case being placed on one of the outer layers of the laminated semiconductor body; and a control electrode which is arranged on a layer, that of the layer which is the first electrode contains, is adjacent. The subject of the invention and its implementation characterized in that the first electrode group is formed from a first main electrode and from a first additional electrode, that these two electrodes are arranged on the outer layer at a certain distance from one another, that the Control electrode group from a control main electrode, this is arranged in the vicinity of the additional first electrode, and consists of an additional control electrode,

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welche zu der vorerwähnten Hauptelektrode in einem bestimmten Abstand angeordnet und der ersten Hauptelektrode benachbart ist; schließlich die zusätzliche erste Elektrode und die zusatzliche Steuerelektrode elektrisch minteinander verbunden sind.which are arranged at a certain distance from the aforementioned main electrode and the first main electrode is adjacent; finally the additional first electrode and the additional control electrode electrical are connected to each other.

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Die Ziele und Eigenschaften der hier vorliegenden Erfindung lassen sich am besten verstehen, wenn da-. daau die nachstehend gegebene Beschreibung und die dieser Patentanmeldung beiliegenden Zeichnungen zu Hilfe genommen werden. Im einzelnen ist:-The objects and characteristics of the present invention can be best understood when there-. and the description given below and the drawings accompanying this patent application Help can be taken. In detail is: -

Fig. 1 die teilweise durchbrochen wiedergegebene Seitenansicht einer in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Ausführung einer halbleitergesteuerten Gleichrichtervorrichtung, aus der die für diese Gleichrichtervorrichtung verwendete elektrische Schaltung zu erkennen ist.Fig. 1 shows the partially broken side shown in the frame of here present invention covered embodiment of a semiconductor-controlled rectifier device, from which the electrical circuit used for this rectifier device can be seen.

™ rig. 2 ein Teil des mit rig. I wiedergegebenen™ rig. 2 part of the mit rig. I reproduced

Gleichrichters in perspektivischer Darstellung. Rectifier in a perspective view.

Fig. 3 ein in perspektivischer Darstellung wiedergegebener Schnitt durch eine andere Ausführung des Erfindungsgegenstandes, auf der eine Reihe von aufmontierten zusätzlichen Gitterelektroden zu erkennen ist.3 shows a section through another embodiment, shown in perspective of the subject matter of the invention, on which a number of mounted additional grid electrodes can be seen.

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine wiederum andere Ausführung des Erfindungsgegenstandes. Auf dieser Figur ist eine ringförmige Elektrode zu erken-" nen, welche als zusätzliche Kathodenelektrode4 shows a plan view of yet another embodiment of the subject matter of the invention. On this Figure shows a ring-shaped electrode, which acts as an additional cathode electrode

und aucn als zusätzliche Gitterelektrode arbeitet. and also works as an additional grid electrode.

Fig. 5 eine teilweise durchbrochen wiedergegebene Seitenansicht einer weiteren in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Ausführung des Erfindungsgegenstandes, welche eine ringförmige5 shows a partially broken side view of another in the frame of the here present invention covered embodiment of the subject invention, which is an annular

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- G 2 Kathoden-Hauptelektrode besitzt.- Has G 2 cathode main electrode.

Fig. 6 eine wiederum andere Ausführung von einem Teil eines Halbleiterelementes in perspektivischer Darstellung. Zu erkennen sind zwei in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnete Gitter-Hauptelektroden.6 shows yet another embodiment of part of a semiconductor element in perspective Depiction. Two can be seen which are arranged at a certain distance from one another Main grid electrodes.

Eine in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallende Ausführung einer Gleichrichtervorrichtung soll nun unter Verweisung auf Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben werden. Mit der Hinweiszahl IO ist immer der aus vier PNPN-Schichten bestehende säulenartige Schichtkörper gekennzeichnet. Zu diesem Halbleiter-Schichtkörper gehören die P-leitenden Diffusionsschichten 12 und 13, welche dadurch entstanden sind, daß ein N-leitendes Halbleiterplättchen 11 auf beiden Seiten einem gewöhnlichen Eindiffundierungsverfahren unterworfen wurde. Zur Eindiffundierung werden dabei Galliumstoffe als Fremdstoffe verwendet. Zu diesem Halbleiter-Schichtkörper gehören weiterhin eine N-leitende Schicht oder Kathodenschicht 14, welche in eine der P-leitenden Schichten oder in die Gitterzone 13 , mit Ausnahme von deren peripheren Teil, unter Anwendung des Gold-Antimon-Legierungsverfahrens eingearbeitet worden sind. Es sei darauf hingewiesen, daß der Halbleiter-Schichtkörper IO auch untc. r Verwendung anderer als der hier beschriebenen Methoden hergestellt werden kann, beispielsweise dadurch, daß die Kathodenschicht 14 unter Anwendung der Diffusionsmethode oder epitaxiale 1Vlethode Verwendung findet. Der Halbleiter-Schichtkörper 10 kann bei Verwendung eines P-leitenden Halbleiterplättchens in der Anoxdnunq NPNP hergestellt werden. Auf der P-lei Lenden Anodenschicht 12 is L eoine zweite Elektrodenkonstruktion oder eine Anodenelektrode 15 montiert, aufAn embodiment of a rectifier device falling within the scope of the present invention will now be described with reference to FIGS. 1 and 2. The column-like layer body consisting of four PNPN layers is always identified with the reference number IO. This laminated semiconductor body includes the P-type diffusion layers 12 and 13, which are formed by subjecting an N-type semiconductor wafer 11 to an ordinary diffusion process on both sides. Gallium substances are used as foreign substances for diffusion. This laminated semiconductor body also includes an N-conductive layer or cathode layer 14, which has been incorporated into one of the P-conductive layers or into the grid zone 13, with the exception of its peripheral part, using the gold-antimony alloy process. It should be noted that the semiconductor laminated body IO also untc. It can be produced using methods other than those described here, for example in that the cathode layer 14 is used using the diffusion method or epitaxial 1VI method. The semiconductor laminated body 10 can be produced using a P-conductive semiconductor chip in the anodized NPNP. A second electrode structure or anode electrode 15 is mounted on the P-line loin anode layer 12

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die Kathodenschicht 14 ist eine erste Kathoden-Hauptelektrode 16 montiert, desgleichen auch eine zusätzliche Kathodenelektrode 17, welche beide eine erste Kathodenelektroden-Vorrichtung bilden, und auf die Git- ., terschicht 13 sind eine der Gittersteuerung dienende Hauptsteuerelektrode 18 und eine zusätzliche Steuerelektrode 19, die eine Steuerelektroden-Vorrichtung bilden, montiert. Alle diese Elektroden sind derartig montiert, daß eine elektrische Leitung besteht.the cathode layer 14 is a first main cathode electrode 16, as well as an additional cathode electrode 17, both of which constitute a first cathode electrode device form, and on the grating., terschicht 13 are a grating control serving Main control electrode 18 and an additional control electrode 19, which form a control electrode device, assembled. All of these electrodes are mounted so that there is an electrical line.

Bei der Herstellung der Elektroden findet das nachstehend angegebene Verfahren Anwendung, die Elektrodenherstellung braucht jedoch nicht notwendigerweise auf dieses Verfahren beschränkt zu bleiben. Die Anodenelektrode 15 wird unter Anwendung des Aufdampfverfahrens oder des Legierungsverfahrens hergestellt. Die Kathoden-Hauptelektrode 16 sowie die zusätzliche Kathodenelektrode 17 werden derart gefertigt, daß nach Herstellung der Kathodenschicht 14 unter Anwendung des Gold-Antimon-Legierungsverfahrens, eine auf der vorerwähnten Kathodenschicht 14 zurückbleibende kreisförmige Metallschicht durch einen geraden Schlitz in einen größeren und einen kleinen Teil unterteilt wird, wobei diese Teile dann in entsprechender Weise als Kathoden-Hauptelektrode 16 und als zusätzliche Kathodenelektrode 17 benutzt werdeb. Die Gitter-Hauptelektrode 18 wird unter Anwendung des Ultraschallverfah.-rens oder unter Anwendung von Hitze und Druck auf der Gitterschicht 13 an einer Stelle montiert, welche sich nahe der zusätzlichen Kathodenelektrode 17 befindet.Auch die zusätzliche Gitterelektrode 19 wird unter Anwendung der im Zusmannenhang mit der Hauptelektrode beschriebenenIn the manufacture of the electrodes, the following process is used, the electrode manufacture however, it need not necessarily be limited to this method. The anode electrode 15 is manufactured using the vapor deposition process or the alloy process. The main cathode electrode 16 and the additional cathode electrode 17 are manufactured in such a way that after the cathode layer has been manufactured 14 using the gold-antimony alloy method, one remaining on the cathode layer 14 mentioned above circular metal layer divided into a larger and a small part by a straight slot is, these parts then in a corresponding manner as the main cathode electrode 16 and as an additional Cathode electrode 17 can be used. The grid main electrode 18 is made using the ultrasonic method or, with the application of heat and pressure, mounted on the grid layer 13 at a location which located near the additional cathode electrode 17. Also the additional grid electrode 19 is used that described in connection with the main electrode

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Q ι - - - - ν 8ΐ 2> 1969 Q ι - - - - ν 8ΐ 2> 1969

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Verfahren auf der Gitcerschicht 13 montiert, und zwar an einer Stelle, welche von der Gitter-Hauptelektrode 18 sehr weit entfernt ist, nämlich an einer Stelle jenseits der Kathodenelektroden-Vorrichtung.Method mounted on the grating layer 13, namely at a point which is very far away from the main grid electrode 18, namely at a point beyond the cathode electrode device.

Die zusätzliche Kathodenelektrode 17 und die zusätzliche Stueerelektrode 19 werden unter Anwendung einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer Leitung 20, elektrisch miteinander verbunden. Zwischen die vorerwähnten beiden Elektroden kann eine Vorrichtung, beispielsweise ein Widerstand 21, welche einen bestimmten Widerstand hat geschaltet werden. Dieser Widerstand kann aucn durch eine andere Vorrichtung, beispielsweise einem Kondensator, herbeigeführt werden.The additional cathode electrode 17 and the additional control electrode 19 are using a suitable Device, for example a line 20, electrically connected to one another. Between the aforementioned a device, for example a resistor 21, which has a certain resistance has to be switched. This resistor can also be replaced by another device, for example a capacitor, be brought about.

Nachstehend soll nun der in den Rahmen der hier vorliegende halbleitergesteuerte Gleichrichter, welcher in der vorerwähnten Weise konstruiert ist, in seiner Arbeitsweise beschrieben werden. Wird zwischen die Kathoden-Hauptelektrode und die Anodenelektrode eine vorbestimmte Spannung aufgeschaltet, wird zudem auch noch der Git^er-Hauptelektrode ein für das Einschalten oder das Zünden bestimmter Auslöseimpuls aufgeschaltet, dann beginnt der Einschaltvorgang oder der Zündvorgang zuerst in der mit der Hinweiszahl 22 gekennzeichneten Zone des der Gitter-Hauptelektrode benachbarten Kathodenbereiches. Dieser Einschaltvorgang oder Zündvorgang dehnt sich nach rechts hin bis unter die zusätzliche Kathodeneiektrode aus und verläuft dann weiter nach unten bis in die Kathodenschicht rechts unter der Kathoden-Hauptelektrode, und zwar solgnge, bis daß die ganze Halbleitervorrichtung gezündet und in den Leitzustand gebracht worden ist. Wenn sich der Einschaltvorgang oder Zündvorgang etwas nach rechts bisIn the following, the semiconductor-controlled rectifier within the scope of the present here, which in the is constructed in the aforementioned manner, will be described in its mode of operation. Used between the main cathode electrode and a predetermined voltage is applied to the anode electrode, the grid also becomes the main electrode a trigger pulse intended for switching on or ignition is applied, then the Switch-on process or the ignition process first in the zone marked with the reference number 22 of the main grid electrode adjacent cathode area. This switch-on process or ignition process extends to the right down to under the additional cathode electrode and then continues down to the cathode layer on the right under the main cathode electrode, as long as until the entire semiconductor device has been ignited and brought into the conduction state. If the Switch-on process or ignition process a little to the right

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- G 5 -- G 5 -

unter die zusätzliche Kathodenelektrode ausgedehnt hat, dann steigt das Potential dieser bereits erwähnten zusätzlichen Kathodenelektrode gegenüber dem der Kathoden-Hauptelektrode betrachtlich an, beisielsweise um einige Volt, an und verursacht, daß auch die mit ihr verbundene zusätzliche Gitterelektrode gegenüber der Kathoden-Haupcelektrode ein höheres Potential hat, was dann dazu führt, daß es zu einer Zündung auch von der Kathode aus kommt, welche der bereits genannten zusätzlichen Gitterelektrode benachbart ist.has expanded below the additional cathode electrode, then the potential of this additional one already mentioned increases Cathode electrode compared to that of the cathode main electrode considerably, for example by a few Volt, and causes the additional grid electrode connected to it to be opposite the main cathode electrode has a higher potential, which then leads to an ignition also from the cathode comes which is adjacent to the additional grid electrode already mentioned.

^ Bei dem in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Gleichrichter ist die Zündung oder der Einschaltvorgang deshalb nichc auf einen einzigen Konzentrationspunkt konzentriert, so daß wahrend dieses beginnenden Leitzustandes das kritische Verhältnis di/dt wesentlich erhöht wird. Darüber hinaus braucht bei diesem Gleichrichter eine gesonderte Stromquelle zur Bedienung der Gitterelektrode nicht mehr vorgesehen zu werden, desgleichen auch keine Stromquelle mehr, mittels der Steuerimpulse auf die Gitter-Hauptelektrode' geschaltet werden. Weiterhin braucht die Kathoden-Hauptelektrode auch nicht in der Abmessung verkleinert zu werden.^ In the context of the present invention falling rectifier, the ignition or the switch-on process is therefore not at a single concentration point concentrated, so that during this beginning leading state the critical ratio di / dt is increased significantly. In addition, this rectifier requires a separate power source for operation the grid electrode no longer to be provided, likewise no more power source, by means of the control pulses are switched to the grid main electrode. Furthermore, the cathode main electrode needs also not to be reduced in size.

ψ Wenn auch die Einzelgitterelektrode für den in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Gleichrichter der zuvor erwähnten Konstruktion genügt, so können zur Erhöhung des kritischen Verhältnisses di/dt doch auch' mehrere der vorerwähnten Gitcerelektroden vorgesehen werden. ψ Even if the single grid electrode is sufficient for the falling within the scope of the present invention herein rectifier of the aforementioned construction, so can be used to increase the critical ratio di / dt but also several of the aforementioned Gitcerelektroden be provided '.

Nachstehend soll nun eine Ausführung des Erfindungsgegenstandes unter Verweisung auf Fig. 3 beschrieben werden.The following is an embodiment of the subject matter of the invention will be described with reference to FIG.

909838/0928 BAD originai.909838/0928 BAD originai.

21 52321 523

8o 2. 1969 - G 6 -8o 2. 1969 - G 6 -

In Fig, 3 erscheinende Hinweiszahlen, welche auch Teilen anderer Ausführungen des Erfindungsgegenstand entsprechein, sind mit den gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet und werden nicht mehr beschrieben,, Die scheibenförmige Kathodenschicht 30 des NPNP-Schichtkörpers 10 ist mit zehn Vorsprüngen versehen, welche sich in einem zur Peripherie des Schichtkörpers bestimmten Abstand radial erstrexcken. Auf der Gitterschicht 13 und in der Nähe von einem der vorerwähnten Vorsprünge der Kathodenschicht ist die Gitter-Hauptelektrode 18 unter Anwendung eines bekannten Verfahrens eingesetzt. Auf dem vorgenannten einem Vorsprung, welcher der Gitter-Hauptelektrode 13 gegenüberliegt, ist eine zusätzliche Kathodenelektrode 32 montiert. Dies gilt auch für jene Teile der Gitterschicht, welche den anderen Vorsprüngen näher liegen als dem vorerwähnten Vorsprung j diese Teile der Gitterschicht sind mit der zusätzlichen Gitterelektrode 33 versehen. Die zusätzliche Gitterelektrode 32 und die zusätzliche Kathodenelektrode 33 sind mittels der Leitung 34 elektrisch miteinander verbunden. Wenn auch diese Elektroden 32 und 33 aus aufgedampften Aluminium bestehen, so kann doch auch ein Draht an den erwähnten Punfcten 32 und 33 mit dem Halbleiterkörper verbunden werden, indem eine geeignete Befestigungsmethode Anwendung findet und der Draht derart in Windungen verlegt wird, daß Teile dieses Drahtes als die vorgenannten Elektroden 32 und 33 Verwendung finden.Reference numbers appearing in FIG. 3, which also parts corresponding to other versions of the subject matter of the invention, are marked with the same reference numbers and are no longer described, The disc-shaped cathode layer 30 of the NPNP laminated body 10 is provided with ten projections which extend in one to the periphery of the laminated body radially extend certain distance. On the grid layer 13 and in the vicinity of one of the For the aforesaid protrusions of the cathode layer, the grid main electrode 18 is made using a known one Procedure used. On the aforementioned one projection, which is opposite to the main grid electrode 13, an additional cathode electrode 32 is mounted. This also applies to those parts of the grid layer which the other projections are closer than the aforementioned projection j these parts of the lattice layer are with the additional grid electrode 33 is provided. The additional grid electrode 32 and the additional cathode electrode 33 are electrically connected to one another by means of line 34. Even if these electrodes 32 and 33 are made of vapor-deposited aluminum, a wire can also be attached to the mentioned points 32 and 33 are connected to the semiconductor body by a suitable fastening method Is used and the wire is laid in turns so that parts of this wire as the aforementioned electrodes 32 and 33 are used.

Die nachstehend gegebene Beschreibung befaüt sich unter Verweisung auf Fig. 4 mit einer weiteren Ausführung des Erfindungsgegenstandes. Der NPNP-Schichtkörper 10 besitzt eine als kreisförmige Scheibe ausgeführte KathodenschichtThe description given below is located at Reference to FIG. 4 with a further embodiment of the subject matter of the invention. The NPNP laminate 10 has a cathode layer designed as a circular disk

909838/0928909838/0928

21 52321 523

43 a. 2. 196943 a. 2nd 1969

- G 7 -- G 7 -

Auf diese Scheibe ist in koaxialer Weise eine Kathoden-Hauptelektrode 41 montiert. Diese Kathodenelektrode ist in Form einer kreisförmigen Scheibe ausgeführt, bei der ein Teil geradlinig abgeschnitten ist. Auf der Kathodenschicht und auf der Gitterschicht 13 ist eine gemeinsame ringförmige Elektrode aufgesetzt, welche sowohl als zusätzliche Kathodenelektrode als auch als zusätzliche Gitterelektrode dient. Die gemeinsame Elektrode 42 hat die Form eines Ringes, welcher sich teilweise linear erstreckt und geformt oust wie die kreisfSrmige Scheibe der zuvor erwähnten Kathodenelektrode 41, von der ein Teil, wie bereits zuvor erwähnt, geradlinig abgeschnitten ist. Der geradlinig abgeschnittene Teil der gemeinsamen Elektrode 42 liegt in einem vorgegebenen bestimmten Abstand dem geradlinig abgeschnittenen Teil der Kathodenelektrode 41 parallel gegenüber. Auf diese Weise ist der kleinere Teil der vorerwähnten ringförmigen Elektrode, in einem vorgeschriebenen bestimmten Abstand von der ersten Haupteleltrode 41 auf der Kathodensehicht angeordnet, während der größere Teil derart auf der Gitterschicht angeordnet ist, daß er die KathodenelektrodG 41 umgeben wird. An einer dich bei dem geradlinig abgeschnittenen Teil der ringförmigen Elektrode 42 ist eine Gitterelektrode 18 in die Gitterschicht 13 eingearbeitet. Bei der nach Fig, 4 ausgeführten Gleichrichtervorrichtung verursacht das der Gitter-Hauptelektrode 18 zugeführte Gittersignal, daß der geradlinig abgeschnittene Teil der Ringelektrode 42 auf der Kathodensehicht 40 sowie der kreisfSrmig ausgeführte Teil auf der Gitterschicht 13 zur gleichen Zeit eingeschaltet und gezündet werden, dag aber bedeutet, daß die Zündung plötzlich von der Peripherie der Kathoden-Hauptelektrode 41 vor sich geht.A cathode main electrode is coaxial on this disk 41 mounted. This cathode electrode is designed in the form of a circular disk in which a part is cut in a straight line. On the cathode layer and on the grid layer 13 there is a common one placed ring-shaped electrode, which both as an additional cathode electrode and as an additional Grid electrode is used. The common electrode 42 has the shape of a ring which is partially linear extends and shaped oust like the circular disc the aforementioned cathode electrode 41, a part of which, as already mentioned, is cut off in a straight line is. The rectilinearly cut part of the common electrode 42 lies in a predetermined certain Distance to the rectilinearly cut part of the cathode electrode 41 parallel opposite. In this way is the smaller part of the aforementioned annular electrode, at a prescribed certain distance of the first Haupteltrode 41 arranged on the cathode layer, while the greater part is so on the grid layer is arranged to surround the cathode electrode G 41. At one of you at the straight cut A grid electrode 18 is incorporated into the grid layer 13 as part of the ring-shaped electrode 42. In the rectifier device shown in FIG Grid signal that the rectilinearly cut part of the ring electrode 42 on the cathode layer 40 as well as the circular part on the grid layer 13 can be switched on and ignited at the same time, but this means that the ignition is suddenly stopped by the Periphery of the cathode main electrode 41 is going on.

0 9 8 3 8/09280 9 8 3 8/0928

21 52321 523

-G3--G3-

Die «lit Fig, 5 wiedergegebene Gleichrichtervorrichtung ist eine wiederum andere Ausführung des Erfindungsgegenstandes«, Sie besitzt eine ringförmige oder walnußförmige KatiioJenschicht 14. Auf die Gitterschicht 13 ist im Zentrum der vorerwähnten Kathodenschicht 14 eine zusatzliche Gitterelektrode 19 angebracht. Ansonsten hat die Ausführung ridcn Fig. 5 die gleiche Konstruktion wie die nach tu-]. 1, so daü deren Beschreibung weggelassen werden kann. Die Gleichrichtervorrichtung nach Fig. 5 ist eine modifizierte oder geänderte Konstruktion der bekannten Gleichricnterausführung mit Zentralgitter,, Vienn auch diese bekannte Ausführung für deren Leitzustand einen hohen Strom benötigt, so släß-t die Ausführung nach Fig. 5 doch zu, daß die in der Kathodenelektrode erzeugte Spannung auf die Gitterhilfselektrode 19 geschaltet wird, wodurch dann eine besondere Stromquelle nicht mehr vorgesehen zu werden braucht.The rectifier device shown in FIG. 5 is yet another embodiment of the subject matter of the invention, it has an annular or walnut-shaped cathode layer 14. An additional grid electrode 19 is attached to the grid layer 13 in the center of the above-mentioned cathode layer 14. Otherwise, the embodiment shown in FIG. 5 has the same construction as that according to FIG. 1, so the description thereof can be omitted. The rectifier device according to FIG. 5 is a modified or changed construction of the known rectifier design with central grid , if this known design also requires a high current for its conduction state, so the design according to FIG The voltage generated is switched to the auxiliary grid electrode 19, so that a special power source no longer needs to be provided.

Eine weitere Ausführung des Erfindungsgegenstandes wird mit Fig. ό wiedergeben. Hier sind mehrere zusätzliche Kathodenelektroden (zwei sind wiedergegeben) 17 und 17* vorgesehen, welche jeweils mit mehreren zusätzlichen Gitterelektroden (zwei sind wiedergegeben) 19 und 19* verbunden sind0 Die Gitter-Hauptelektroden 18 und 18* sind auf die Gitterzone montiert und elektrisch miteinander verbunden. Die zusätzlichen Gitterelektroden 19 und 19* sind auf einer Linie angeordnet, welche im rechten Winkel zu der liegt, welche die Gitter-Hauptelektroden 18 und 18* miteinander verbindet. Eine auf der Kathodenschicht 14 befindliche Metallschicht ist mittelsAnother embodiment of the subject matter of the invention is shown in FIG. Several additional cathode electrodes (two are shown) 17 and 17 * are provided here, which are each connected to several additional grid electrodes (two are shown) 19 and 19 * 0 The main grid electrodes 18 and 18 * are mounted on the grid zone and are electrically connected to one another tied together. The additional grid electrodes 19 and 19 * are arranged on a line which is at right angles to that which connects the main grid electrodes 18 and 18 * to one another. A metal layer located on the cathode layer 14 is by means of

cd dreier gerader Schlitze in drei Teile unterteilt, welchecd of three straight slots divided into three parts, which

to eine Haupt-Kathodenelektrode 16 und .jeweils die bereits ^ erwähnten zusätzlichen Kathodenelektroden 17 und 17* bilden. Die zusätzlichen Kathodenelektroden 17 und 17' ο sind jeweils mit den zusätzlichen Gitterelektroden 19to a main cathode electrode 16 and each ^ mentioned additional cathode electrodes 17 and 17 * form. The additional cathode electrodes 17 and 17 'ο are each with the additional grid electrodes 19

^o und 19' elektrisch verbunden. Diese anordnung der Vor-^ o and 19 'electrically connected. This arrangement of the pre

rlChtUn9· er"'8flUcht *· Stl krltl.chen rlChtUn9 · er "' 8flUcht * · S tl krl tl.c hen

ill j23ill j23

- ΰ 9 -- ΰ 9 -

Verhältnisses di/dt, DLe Anzahl der zusätzlLcnen Kathoa©nelektioden und die der zus-JtzlLehen GLtteieiektroden ist nicht auf zwei Paare beschränkt; je gröSer Ihre ^ähi, desto größer auch der Widerstand gegen di/dt.Ratio di / dt, DLe number of additional cathode electiodes and that of the additional electrodes not limited to two pairs; the bigger your ^ uhi, the the resistance to di / dt is also greater.

909838/0928909838/0928

Claims (6)

21 523 -Al-Tokyo Shibauxa Electric Co4, Ltd«,, Kawasaki-shi/Japan21 523 -Al-Tokyo Shibauxa Electric Co4, Ltd «,, Kawasaki-shi / Japan 1. Eine halbleitexgesteuerte Gleichrichtervorrichtung bestehend aus einem Halbleiterschichtkörper mit mindestens vier aufeinanderfolgenden Schichten, wobei benachbarten Schichten jeweils eine andere Leitfähigkeit oder Durchlaßrichtung haben, mit jeweils einer ersten und zweiten Elektrodenvorrichtung auf den beiden äußeren Schichten sowie mit einer Steuerelektrodenvoirichtung , welche auf der Schicht angeordnet ist, die der mit der ersten Elekttodenvorrichtung versehenen Schicht benachbart ist. Die halbleite rg es teuerte Gleichrichte!vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß1. A semi-conductor controlled rectifier device consisting of a laminated semiconductor body with at least four consecutive layers, with adjacent layers each having a different conductivity or forward direction, with first and second electrode devices on each of them outer layers as well as with a control electrode device, which is arranged on the layer which is adjacent to the layer provided with the first electrode device. The semiconducting rg it expensive rectifier! device characterized in that die erste Elektxodenvoxrichtung aus einex eisten Hauptelektrode und aus einex ersten Hilfselektrode besteht, welche in einem bestimmten Abstand zueinander auf der Außenschicht angeordnet sind; die Steuexelektrodenvoxxichtung aus einer Steuer-Hauptelektrode und aus einer Steuex-Hilfselektrode besteht, wobei die Steuer-Hauptelektrode in der Nähe der ersten Hilfselektrode angeordnet ist, wahrend sich die Steuexhilfselektxode, die zur vorerwähnten Hauptelektrode einen bestimmten Abstand hat, in der Nähe der ersten Hilfselektrode befindet; schließlich die erste Hilfselektrode und die Steuer-Hilfselektrode elektrisch miteinander verbunden sind.the first electrode vox direction consists of a first main electrode and a first auxiliary electrode consists, which are arranged at a certain distance from one another on the outer layer; the control electrode voxx seal consists of a main control electrode and a Steuex auxiliary electrode, wherein the main control electrode is arranged in the vicinity of the first auxiliary electrode, while the auxiliary control electrode, which has a certain distance to the aforementioned main electrode, near the first Auxiliary electrode is located; finally, the first auxiliary electrode and the control auxiliary electrode are electrical are connected to each other. 909838/0928 bad OR1GlNAL909838/0928 bad OR 1 GlNAL 21 52321 523 "" 8. 2. 1969 "" February 8, 1969 - A 2 -- A 2 - 2. Eine Gleichrichtervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß2. A rectifying device according to claim 1, characterized in that die erste Hilfselektrode und die Steuer-Hilfselektrode über eine Vorrichtung elektrisch miteinander verbunden sind, welche irgendeinen vorgeschriebenen Widerstand entwickelt.the first auxiliary electrode and the control auxiliary electrode are electrically connected to one another via a device which develops some prescribed resistance. 3. Eine Gleichrichtervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß3. A rectifying device according to claim 1, characterized in that die Steuerelektrodenvorrichtung aus einer Gruppe von mehreren Hilfselektroden besteht, welche in einem bestimmten Abstand zueinander derart angeordnet sind, ™ daß sie die erste Elektrodenvorrichtung umgeben undthe control electrode device consists of a group of several auxiliary electrodes, which in one a certain distance from one another are arranged in such a way that they surround the first electrode device and miteinander elektrisch verbunden sind; schließlich eine Steuer-Hauptelektrode nahe der ersten" Hilfselektrode angeordnet iste are electrically connected to each other; Finally, a main control electrode is arranged close to the first "auxiliary electrode" e 4. Eine Gleichrichtervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß4. A rectifying device according to claim 1, characterized in that die erste Hilfselektrode und die Steuer-Hilfselektrode gemeinsam aus einer einzelnen Ringelektrode bestehen, deren kleinerer Teil sich auf der mit der ersten Hauptelektrode befindlichen Schicht - und zwar in einem vorgeschriebenen bestimmten Abstand von dieser fe ersten Hauptelektrode - befindet, während der größethe first auxiliary electrode and the auxiliary control electrode together consist of a single ring electrode, the smaller part of which is on the layer with the first main electrode - namely in a prescribed certain distance from this fe first main electrode - while the size re Teil dieser Ringelektrode auf einer der vorerwähnten Schicht benanchbarten Schicht angeordnet ist, und zwar in einer Weise, daß er dine erste Hauptelektrode umringt.re part of this ring electrode is disposed on one of said layer benanchbarten layer, namely that it surrounds dine first main electrode in a way. 5. Eine Gleichrichtervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß5. A rectifying device according to claim 1, characterized in that die bereits erwähnte erste Hauptelektrode und diethe already mentioned first main electrode and the 9098387062890983870628 /f/ f 21 52321 523 1908816 bh·1908816 bh · ' VVVV 8,2. 1969' VVVV 8.2. 1969 -A3--A3- sich unter dieser Elektrode befindliche Schicht ringförmig ausgeführt sind; schließlich die bereits erwä hnte Steuerelektrode im Zentrum der ersten Außenschicht auf eine der ersten Schicht benachbarten Schicht montiert ist.The layer located under this electrode is ring-shaped are executed; finally the control electrode already mentioned in the center of the first outer layer is mounted on a layer adjacent to the first layer. 6. Eine Gleichrichtervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß6. A rectifying device according to claim 1, characterized in that die bereits genannte Steuerelektrodenvorrichtung aus einer Gruppe von mehreren Steuer-Hilfselektroden besteht, welche elektrisch miteinander verbunden sind; schließlich die bereits erwähnte erste Elektrodenvorrichtung sich zusammensetzt aus einer ersten Hauptelektrode und aus einer Reihe von ersten Hilfselektroden, welche jeweils, zu der ersten Hauptelektrode und zu den anderen Hilfselektroden einen bestimmten Abstand haben und mit den bereits erwähnten Stejer Hilfselektroden elektrisch verbunden sind.the control electrode device already mentioned consists of a group of several auxiliary control electrodes, which are electrically connected to each other; finally, the first electrode device already mentioned is composed of a first main electrode and a number of first auxiliary electrodes, which each, to the first main electrode and to the other auxiliary electrodes a certain Have a distance and use the Stejer auxiliary electrodes already mentioned are electrically connected. Endeend 909833/0928909833/0928
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