DE1925765B2 - Thyristor - Google Patents

Description

vl;'.-der

Zv. leimet, daß die äußere Zone ι 19) in eint Mehrzahl \·ineinander getrennter \on Haitpie!·.'!· πο-dcnieil.-.i koiuak;ierter Teilzonen ( 112) uiilI eir-e ■. on einem I laupteiekirodenteii nur teilweise kontaktierte l'eilzone I 102) auigeteilt isi. da!'· alle leiizouen (112i bis auf diese eine (102) in '■■ >U-nungen der Hilfst... k! rode ti 1Oi liegen, dvil.'i d'.e 1 eilzone t 102) außeriialb del Hi Ifselekti ode i 1 10 ■ benachbart dn Steuerelektrode (100) heg! und mii'els einer I eitung ( 108) mi' eier I liif-eleküode !110} \crbundcn i¹-' und daß die Ha'.ip".:lek;rodenteiie alier Teiiz-neu (112. 102) d· γ auoeicn Zone (19) πι it te N Leitungen ( 116) mit
-chhiß ι 106) de Hauptelektrode an del .iui:
Zone ι 19) clek.'nsch \crbundcn -ind.

^ll. l'lnrislor nach den Ansprüche:": 1 bis !"■
dureh gekennzeichnet, daß der \on dem
Steuerelektrode benachbarten nicht kontaktierten Bereich (20. 44: 86. 102) der äußeren Zone ( 19) gebildete, im Stromwec liegende Widerstand (52) großer ist als der entsprechende Widerstand jedes der uhrigen nicht kontaktierten Bereiche (21: 50: 84: 112) der äußeren Zone (19).

10. Thyri.-iioi nach den Ansprüchen 1 bis ¹K dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerelektrode benachbarte von der Steuerelektrode nicht kontaktierte Bereich (20: 44: 86: 102) der äußeren Zone (19) getrennt von dem von der Hauptelektrode kontaktierten Hauptteil der äußeren Zone (19) angeordnet und über einen Widerstand mit diesen verbunden ist.

11. Thyristor nach den Ansprüchen 1 his K). dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerelektrode benachbarte nicht kontaktiene Bereich (44) der äußeren Zone (19) mi! einem Teil der Hilfselektroden (48) elektrisch ve.b'inden ist. und daß die anderen Hilfselektrode:! (48) in einer Kaskadenanordnung mit einem oder mehreren der den Hilfselektrode!¹! benachbarten nicht kontaktierten tiereichen (50) der äußeren Zone (19) elektrisch verbunden sind.

12. Thyristor nach den Ansprüchen 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Zone

(19) unterhalb ihres nicht kontaktierten Bereiches

(20) eine Einsenkung (74) in die benachbarte innere Zone aufweist.

13. Thyristor nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die an die eine üul.Wc Zone (19) angrenzende innere Zone unterhalt der Einsenkung (74) dieser äußeren Zone (19) ihrerseits eine Einsenkung (76) in die an die andere äußere Zone angrenzende innere Zone aufweist.

14. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der inneren Zone (78), die an die innere der äußeren Zone (19) benachbarte Zone grenzt, über die Breite der Halbleiterscheibe derart zunimmt, daß die Dicke der inneren an die äußere Zone (19) angrenzenden Zone an der Seite unterhalb des nicht kontaktierten Bereiches (20) der äußeren Zone (19) benachbart der Steuerelektrode kleiner als an der anderen Seite ist.

uie Erfindung betrifft Thyristoren mit mindestens Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungslyps, einer Hauptelektrode an jedei der beiden äuße-

rc η ζ'"iiciv :m mies! ens einer Steile: eic k; η nie .: :i c met ('ei J-!¹ !■'eiden .-.nüc;. ■·. Zonen 'vnachharlcn π ¹IeH¹P Zone, wobei em dc Steuerelektrode '"να-, Jil'.artt ι Ii-. reich tier aul.ieren /one %>-:ι .Je r Hauptelckirnd. mehl k'<n^!aktiert i^: '

Dei:i;'::.-e I h_v ri-.tor-en sind beka'in; ι /cit-'-hrii': fi.r a.-,g,wandie Ph;. Mk . Bt!. !'·' ι ! »:-- .· Vr 5. Sei!·,·:· .>"/■> bis ;'·■''

Wenn ein ! Ii ν; ist,.;- cii.::escha!vi win!, v. ir J er au fanglich nur in einem kleinen 1- iache;ibeieic!i an tie: i·-· SiciiL relckv "Jc !eilend. Diese- be^ren.'.te Lci:im>_s-/us'aiv.l J.- Tliv ι i'-lors breitet sieh allmählich aus. li-s tier ill'-i isi!-i|- über seine üan/c '-"lache leitend is' Da anlange mn e'ii O'rmgc; [Ί: .eiiiiereich ties Ih.vr;- <-iui s ic !te¹. lsi die Si i ι MH dichte ti ie ι sehr hoch und ei - '■ i ill' ig'ie'it Ic:-.-!'' em ί )uichbienni:ii. D:'s Durchbi cniicn k.iiin ciiiii'¹ .: .liieien. wenn cm llniisior aus Jl rri Sperrzustand in den leitenden Zustand uebracht wird, iihne '.laß tier Stromanstieg '.!es Haupis!t\ mcs begrenzt wird. Die meisten /.Z. erhältlichen Leistung- -° lln ristoren besii/en hohe Sch;ill\er/iige ; ungen. da ti as Ausbreiten ties !eilenden Zustandes iiber die gesamte Flache mit einer relativ langsamen Gesehwindigkeil t-rfolgt.

I Jiabliaimiuobder Thyristor fur niedrige ode ι hohe Strome vorgesehen ist. laß! er im allgemeinen im Hinblick auf die industriellen Erfordernisse nur einen relativ geringen Stromanstieg Ji dl zu. Übersteigt tier Stromanstieg di dt den Grenzwert, dann kann ein Ausfall des TIn ristors auftreten. Aber auch bei vVerten des Siromaufstiecs (//■ dt .mterhalb des Grenzwertes begrenzt die im "Thyristor erzeugte Schaltwärme dessen Brauchbarkeit insbesondere bei hohen Schyhfret|uenzen.

Zur Beuicnzung des Sliomanstieges beim Einschalten von Th\ristoren sind bereits verschiedene Mittel benutzt worden. So sind sattighare und nicht sätligbare Drosselspulen in den Stromkreis der 1 In ristoren geschaltet worden. Die hiermit erzielten FIrgebnisse befriedigten jedoch nicht ganz, zumal der Aufwand erheblich war und eine Anpassung tier Drossel an den jeweiligen Thyristor erforderlich war.

Diese zusätzlichen Schaltungselemente und Schallungskompromisse stellen eine Anpassung des Schalistromkreiscs an den "Thyristor und keine \ erbessemim des TInristors selbst dar.

Allerdings sind auch bereits Veränderungen im Tlnristoraufbau bekannt. So hat man Thyristoren mit einer .entralen Steuerelektrode hergestellt. Bei einer zentralen Steuerelektrode wird jedoch der Thyristor auch nicht über seine ganze Flache gleichzeitig eingeschaltet, so daß zur Einschaltzeit immer noch ein hegfcnzter Flächenhereich mit einer sehr hohen Stromdichte vorhanden ist.

Bekanntlich wurde auch die Verwendung mehrerer Steuerelektroden in Betracht gezogen, um den Ciren/wer! des Stromanstiegs di; dt zu vergrößern und die Einschaltzeit zu vermindern. Die Ausführungen mit mehreren Stcuerelektroden weisen bei niedrigen Stromanstiegswerten di/dt eine Verminderung der Einschaltzeil auf. und zwar bis nahezu um die Hälfte, wenn die Einschalt-Flächen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kathode des Thyristors liegen.

Jedoch können auch Ausführungen mit mehreren Steuerelektroden den zulässigen Wert des Stromansiiegs di/dt nicht w-sentlich erhöhen, da jeweils eine der Steuerelektroden zuerst zündet und die maximale Stromdichte bestimmt.

I.me ringfoimige Slcucrc lekirodc λ urde bckaimthch ebenfalls i\r,i;:,^r! Diese Anordnung w eis; ydnch ^cücniilvr de! ^leuereiektrode inieiiui Seile J-.r Ka- ^:hode eine genniicT. lYiipIindliclikcit Mil und !i.ii mc!) deshalb nielii ι;im .-hüc-ei/t.

i^:^ ;s! auch bereits em Tin nst. uaulbau heka ί'μ ■ i"ei Je πι /i:r \'ermeii!u:ii; /'Li 11!'1'1.V¹I' Finsehalisirom Jk h'en e ^i der s'li'ii'.i c Ie kl rode benachbarter Bereich eic 1 aii-¹J en z'n'ie iiic'ni '-"i; Jci Kathode koiitakti-ci i >'. Di ■.!' ci;;e;i Sien· :-ρι:Ν entsiehi in der Nah.e dei Steuerelekti >Je ein !c;ie:.di: r Kanal durch dc\) ! :n 1 isiorh ll'Meiicikorpei". Jessen m:-.\iiruilei S'.r.'üi bei Jissc: bekannlen '\usiuhnini; eiiirch Jen Wukr^ianJ des nicht koii',;k;ii.r;eii Mciciehes !vci'Lii/i v-irJ. ^-'aclideni der ii-itende /u-tanJ auf den ganzen ! >hvi -.i". ii;.!b'eiiei k"rpc ; '.!beruegrit fen hat. ist dieser Wivier··-and ohne !ieJeu;:,'ig. \u! Jk>c Wcisl Uil.it sieh die Stromdichte beim Einschalten auf ein zulässiges MaB beschranken.

Zur Verbesserung der Temp. raturabhäntiigKeit der Ixippspannung eines Thyristors, d.h. der Spannung, bei derder TIn ristor vom sperrenden ir den leitenden Zustand übergeht, ohne daß eine Sieucrspannung anüelei;! wurde. i--i es bekannt, aiii der mit der Sieuei ck'kirode »ersehenen inneicn Zone eine weitete sperr! reie Elektrode aufzubringen, die mit der Haupt- ».!i-ktrode an tier dieser niiieren Zone benarlibarlen alitieren Zone durch eine metallische Leitung \ erblinden ist. die Jen Halbleiterkörper nicht berührt. Diese Maßnahme is! jedoch offenbar wetter auf die Strom anstiegswerte di dl noch au! die Hinsehallzeit von Bedeutung.

Zur Festlegung tier Hohe der Kippspannuim eines i'h\ risttirs. weitgehend unabhängig von Fvemplarstrcuungen. ist es darüber hinaus bekannt, die Kathodenzone (äuLiere Zone) an einer Stelk mit einer spitzen Einsenkun» zu versehen, die tieter als der übrige Teil tlieser äußeren Zone in die darunterliegende zu ihr benachbarten inneren Zone reicht. Mit der Tiefe tlieser »Zündspitze« Uißi sich die Kippspannung des Thyristors verhältnismäßig genau vorherbestimmen. Die zulassigen Stromanstiegswerte weiden durch diese Maßnahme nicht verbessert.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Thyristor mit hohen zulässigen Stromanstiegswerten nach seiner Zündung durch eine über die Steuerelektrode zugeführte Zündspannung oder einem Spannungsdurchschlag zwischen seinen beiden Hauptelektroden sowie einer minimalen Einschallzeil zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Thyristor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der der Steuerelektrode benachbarte nicht kontaktierte Bereich der äußeren Zone über eine Leitung mu mindestens einer Hilfselektrode an der benachbarten inneren Zone elektrisch verbunden ist.

Tritt nach Anlegen einer Zündspannung an die Steuerelektrode des Thyristors oder nach einem Spannungsdurchschlag unterhalb des nicht kontaktierten Bereiches der äußeren Zone ein leitender Kanal auf, so fällt über dem als Widerstand wirkenden nicht kontaktierten Bereich eine Spannung ab. Über die erfindungsgemäß angeordnete Leitung wird diese Spannung mindestens einer Hilfselektrode zugeführt, die wie die Steuerelektrode an der benachbarten inneren Zone angeordnet ist. Im Flächenbereich der Hilfselektrode bzw. der Hilfselcktroden werden durch das Anlegen dieser Spannung ebenfalls Zündvorgänge eingeleitet, so daß sich der leitende Zustand sehr

schnell über die ganze Thyristorflache ausbreiten kann und darüber hinaus gefährliche Slromdichlen vermieden werden.

Hei einer Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindimg ist ein der Hilfselektrode benachbarter Bereich der äußeren Zone von der Hauptelektrode nicht kontaktiert. Dadurch wird eine Verbesserung des I lilfszündvorganges erreicht.

Bei einer weiteren Ausgestaltung liegen die Hilfselektrode und der ihr benachbarte nicht kontaktierte Bereich der äußeren Zone dicht an dem der Steuerelektrode benachbarten nicht kontaktierten Bereich der äußeren Zone.

Eine andere Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung besieht darin, daß der der Steuerelektrode benachbarte nicht kontaktierte Bereich der äußeren Zone mit einer Vielzahl von Hilfselektroden an der benachbarten inneren Zone elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Hilfszündvorgängen eingeleitet und eine sehr rasche Beendigung des Einschallvorganges erzielt.

Ferner ist bei einer anderen Ausgestaltung eine Vielzahl von nicht von der Hauptelektrode kontaktierten, auseinanderlicgenden Bereichen der äußeren Zone vorgesehen und liegt je ein solcher Bereich dicht gegenüber einer Hilfselektrode. Jeder Hilfselektrode ist dadurch ein nicht kontaktiertcr Bereich der äußeren Zone zugeordnet, der für die Dauer des Einschaltvtngaiiges als Sirofnbcgrcny.urigswiderstarid wirkt und ein Durchbrennen des Thyristors an einer der Zündstellen verhindert.

Bei einer anderen Ausgestaltung sind die in einem Kreis angeordneten Bereiche der äußeren Zone von einer in die benachbarte innere Zone eindiffundierten kreisringförmigen Hilfselektrode umgeben, die an einer Stelle ihres Umfangcs mit dem der Steuerelektrode benachbarten Bereich der äußeren Zone elektrisch verbunden ist. Die über dem der Steuerelektrode benachbarten Bereich gewonnene Spannung während des Einschaltvorganges wird auf diese Weise an eine kontinuierlich auf der inneren Zone sich ausdehnende Hilfselektrode angelegt und erzeugt dadurch einen Ring sekundärer Zündvorgänge.

Eine andere Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung besteht darin, daß die Hauptelektrode und die äußere Zone in Form einer Gabel mit einer Vielzahl Zinken ausgebildet sind, wobei jedoch die Zinken der Hauptelektrode kleiner als die Zinken der äußeren Zone sind derart, daß die Zinken der Hauptelektrode von einem nicht kontaktierten streifenförmigen Bereich der äußeren Zone kontinuierlich umgeben sind, der sich an einer Stelle bis in die Nähe der Steuerelektrode erstreckt und daß an dieser Stelle mit dem nicht kontaktierten streifenförmigen Bereich der äußeren Zone eine gabelförmige Hilfselektrode elektrisch verbunden ist. deren Zinken mit den Zinken der äußeren Zone derart ineinandergreifen, daß jede Zinke der äußeren Zone von zwei Zinken der Hilfselektrode umschlossen wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung wird der Flächenbereich der sekundären Zündvorgänge dadurch erweitert, daß die äußere Zone in eine Mehrzahl voneinander getrennter von Hauptelektrodenteilen kontaktierter Teilzonen und eine von einem Hauptelektrodenteil nur teilweise kontaktierte Teilzone aufgeteilt ist, daß alle Teilzonen bis auf diese eine in öffnungen der Hilfselektrode liegen, daß die Teilzone außerhalb der Hilfselektrode benachbart der Steuerelektrode liegt und mittels einer Leitung mit der Hilfselektrode verbunden ist und daß die Hauptelektrodenteile aller Teilzonen der äußeren Zone mittels Leitungen mit einem Anschluß der Hauptelektrode an der äußeren Zone elektrisch verbunden sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung besteht darin, daß der von dem der Steuerelektrode benachbarten nicht kontaktieren Bereich der äußeren Zone gebildete, im

ίο Stromweg liegende Widerstand größer ist als der entsprechende Widerstand jedes der übrigen nicht kontaktiertcn Bereiche der äußeren Zone. Auf diese Weise wird ci/iell. daß die Strombegrenzung für den primär gezündeten leitenden Kanal höher ist als für

»5 die sekundär gezündeten Kanäle. Eine zu große Stromdichte in dem zuerst gezündeten Kanal wird dadurch vermieden, andererseits jedoch erreicht, daß mit dem Einleiten der Sekundärvorgänge ein erheblicher Stromansiieg des Hauptstromes stattfinden kann.

so Hei einer anderen Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung ist der der Steuerelektrode benachbarte von der Hauptelektrode nicht kontaktierte Bereich der äußeren Zone getrennt von dem von der Hauptelektrode kontaktieren Hauptteil der äußeren

»5 Zone angeord; j! und über einen Widerstand mit diesem verbunden. Mit dieser Maßnahme ^;st es möglich, den slrombegrenzcnden Widerstand unabhängig vom 'Thyristoraufbau beliebig festzulegen und möglicherweise auch durch äußere Beschallung des Thyristors zu verändern.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung besteht darin, daß der der Steuerelektrode benachbarte nicht kontaktierte Bereich der äußeren Zone mit einem Teil der Hilfselektroden elektrisch verbunden ist. und daß die anderen Hilfselektroden in einer Kaskadenanordnung mit einem oder mehreren der den Hilfselektroden benachbarten nicht kontaktierten Bereichen der äußeren Zone elektrisch verbunden sind. Mit einer solchen Kaskadenschaltung läßt sich unter Umständen ein noch besseres Einschaltverhalten des Thyristors erzielen. Bei Anlegen der sekundären Zündspannung an eine der Hilfselektroden und einem dadurch ausgelösten Zündvorgang in dem Flächenbereich dieser Hilfselektrode entsteht über dem dieser Hilfselektrode benachbarten nicht kontaktieren Bereich der äußeren Zone ebenfalls eine ableitbare Zündspa: nung, die ihrerseits einer oder mehreren weiteren Hilfselektroden zugeführt werden kann.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung weist die äußere Zone unterhalb ihres nicht kontaktierten Bereiches eine Einsekung in die benachbarte innere Zone auf. Darüber hinaus kann zusätzlich die an die eine äußere Zone angrenzende innere Zone unterhalb der genannten Einsenkung dieser äußeren Zone ihrerseits eine Einsenkung in die an die andere äußere Zone angrenzende innere Zone aufweisen.

Es ist auch möglich, daß die Dicke der inneren Zone, die an die innere, der äußeren Zone benachbarte Zone grenzt, über die Breite der Halbleiterscheibe des Thyristors derart zunimmt, daß die Dicke der inneren an die äußere Zone angrenzenden Zone an der Seite unterhalb des nicht kontaktierten Beieiches der äußeren Zone benachbart der Steuerelektrode kleiner als an der anderen Seite ist.

Die drei zuletzt genannten Maßnahmen bewirken in an sich bekannter Weise, daß die Durchbruchs-

spannung des Thyristors an einer bestimmten Stelle bzw. in einem bestimmten Fliichcnbcreich kleiner als in dem übrigen Flachenbereich ist. Bei der Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung liegt dieser Bereich gerade dort, wo nach Anlegen einer Zündspannung an die Steuerelektrode ein primärer leitender Kanal entsteht. Auf diese Weise wird erzielt, daß ein Spannungsdurchbruch die gleichen Wirkungen hervorruft wie eine ausreichende Zündspannung an der Steuerelektrode und nicht zur Zerstörung des Thyristors führen kann.

13ei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung ist die mil dem von der Hauptelektrode nicht kontaktierten, der Steuerelektrode benachbarten Bereich der äußeren Zone über eine Elektrode verbundene Leitung mit einer freistehenden Klemme des Thyristors elektrisch verbunden. An dieser Klemme kann die sekundäre Zündspannung abgenommen werden und gegebenenfalls zur Zündung paralleler Thyristoren ausgenutzt werden.

An Hand der Figuren werden im folgenden Ausführungsheispiele des Thyristors nach der Erfindung, seine Vorteile und seine Anwendungsmöglichkeiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die schematischc Darstellung eines Querschnittes eines bekannten üblichen Thyristors, der mit Prüfleitungen ausgestattet ist,

Fig. 2 die schematischc Ansicht eines Querschnittes eines Thyristors nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles eine Thyristors nach der Erfindung,

Fig. 4 die schematische Darstellung eines Querschnittes eines Thyristors nach Fig. 3,

Fig. 5, 6 und 7 die schematischen Darstellungen von Querschnitten von Thyristorenausführungsbeispielen, die Einsenkungen bzw. Einsenkungseigenschaften aufweisen,

Fig. 8 und 9 Draufsichten von Thyristorenausführungsbeispielen mit ineinandergreifender Elektrodenanordnung,

Fig. K) eine Schaltung, weiche bestimmte Grundzüge des Aufbaues eines Thyristors nach der Erfindung darstellt,

ϊ ig. Il eine Schaltung, weiche parallelgeschaltete, übliche bekannte Thyristoren enthält, die entsprechend dem Prinzip der Hilfselektroden eines Thyristors nach der Erfindung geschaltet sind, und

Fig. 12 und 13 Draufsichten weiterer Ausführungsbeispiele von Thyristoren nach der Erfindung.

Die Ausführungsbeispiele werden an Hand von in Rückwärtsrichtung sperrenden Triodenthyristoren beschrieben. Es ist jedoch klar, daß alle Thyristorenarten entsprechend ausgebildet werden können. Es werden hier Thyristoren mit vertikal geschichteter Zonenanordnung näher ausgeführt. Alle Thyristorenformen, z.B. Planarthyristoren mit Anordnung der Anode und der Kathode auf derselben Seite der Halbleiterscheibe, können entsprechend hergestellt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte bekannte Thyristoraufbau 10 enthält einen pnpn-Halbleiterkörper 12 mit einer Hauptelektrode (Anode) 14 und einer Hauptelektrode (Kathode) 16 auf einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Halbleiterkörpers. Eine Steuerelektrode 18 ist neben der äußeren Zone 19 in üblicher bekannter Weise als seitliche Steuerelektrode an der zur äußeren Zone 19 benachbarten inneren Zone angeordnet.

Die äußere Zone 19 einhält einen Bereich 20, der sich seitlich außerhalb der Hauptelektrode 16 erstreckt. Wenn ein Steuersignal den Thyristor zündet, fließt der Kaihodenstrom durch diesen Bereich 20. Ein Stromfliiß durch den Bereich 20 erzeugt eine Spannung, die mit Hilfe der Leitungen 24 und 26 gemessen werden kann. Der Anfangszustand der Einschaltung ist in Fig. 1 für einen üblichen bekannten Thyristor bei 22 dargestellt. Wie einleitend bereits erwähnl, wurden verschiedene Mittel angewendet, um den Thyristorstrom zu begrenzen, bis die Querschnittsfläche des leitenden Kanals genügend groß ist, um ein Durchbrennen des Thyristors zu vermei-

¹S den. Der anfänglich tatsächlich leitende Kanal ist äußerst schmal, und die Wiedergabe bei 22 ist nicht als maßstäbliche Darstellung aufzufassen. Aus diesem Grunde muß der Hauptstrom sehr niedrig gehalten werden, da sonst die Stromdichte gefährlich hoch werden könnte.

Γ i g. 2 stellt einen Thyristor dar, der ebenfalls einen Halbleiterkörper 12, Hauptelektrode!! 14 und 16 und eine Steuerelektrode 18 aufweist. Bei diesem Aufbau ist jedoch der Bereich 20 der äußeren Zone 19 zusätz-

^a5 lieh mit einer Leitung 30 versehen. Diese Leitung führt zu einer Hilfselektrode 32 an der benachbarten inneien Zone. Ls hat sich gezeigt, daß diese Ausbildung des Thyristors erhebliche Verbesserungen der Einschaltcharakteristiken bewirkt, wenn der Einschaltvorgang bei 34 in üblicher Weise eintritt. Bei einem Stromfluß durch den leitenden Kanal 34 tritt über dem Bereich 20 ein Spannungsabfall auf, der im Flächenbereich der Hilfselektrode 32 einen zusätzlichen sekundären leitenden Kanal 36 im wesentlichen gleichzeitig mit dem Kanal 34 zur Folge hat.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine praktische Ausführtmgsform des Thyristors 40. Bei diesem Aus'ührungsbeispiel ist die Steuerelektrode 42 gegenüber dem von der Hauptelektrode 16 nicht kontaktierten

♦° Bereich 44 der äußeren Zone 19 angebracht. Ein Leitungsdraht ist bei 46 mit dem Bereich 44 verbunden. Dieser Leitungsdraht führt zu mehreren Hilfselektroden 48 entlang dem Umfang der äußeren Zone des Thyristors. Es sind in diesem Beispiel zehn Hilfselektroden 48 vorgesehen, wodurch sich zehn zusätzliche sekundäre leitende Kanäle gleichzeitig auf Grund des Spannungsabfalles über dem Bereich 44 bilden. Zusätzliche, von der Hauptelektrode 16 nicht kontaktierte Bereiche 50 der äußeren Zone 19 sind jeweili gegenüber den Hilfselektroden 48 angeordnet.

Fig. 10 zeigt eine Schaltung, die zur Erläuterung der grundlegenden Arbeitsweise eines solchen Thyristors dienen kann.

Die Schaltung zeigt die Hauptelektrode I^ (Anode), die Hauptelektrode 16 (Kathode) sowie dk Steuerelektrode 18. Der Widerstand 52 stellt den Wi derstand des von der Hauptelektrode 16 nicht kon taktierten Bereiches 20 der äußeren Zone 19 (Fig. 1 dar. Der mit 54 bezeichnete Thyristor stellt den siel auf Grund eines Steuersignales ausbildenden leiten den Kanal 22 (Fig. 1) bzw. 34 (Fig. 2) dar. Die Thy ristoren 56 entsprechen den leitenden Kanälen 3< (Fig. 2), die durch die Hilfselektroden hervorgerufei werden. Die Widerstände 58 stellen die Widerständi der einzelnen von der Hauptelektrode 16 nicht kon taktierten Bereiche 50 der äußeren Zone 19 dar. Dii gesamte Schaltung kann demnach als Ersatzschaltbili für einen erfindungsgemäßen Thyristor aufgefaß

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werden.

Der Widersland 52 ist vorzugsweise größer als der Widerstand 58 bzw. die Widerstände 58. Wenn das Steuersignal an die Steuerelektrode 18 angelegt wird, fließt ein Strom von der Hauptelektrode 16 (Kathode) über den Wide.stand 52 zu dem durch den Thyristor 54 dargestellten leitenden Kanal. Der Strom durch den Thyristor 54 erzeugt eine positive Spannung am Widerstand 52, wodurch zur gleichen Zeit die durch die Thyristoren 56 dargestellten sekundären leitenden Kanäle eingeschaltet werden. Da der Wert der Widerstände 58 niedriger als der Wert des Widerstandes 52 ist, wird die Möglichkeit einer Überlastung des primären leitenden Kanals, dargestellt durch den Thyristor 54, geringer. Das angekoppelte Zündsystem sieht somit eine Vielzahl von Einschaltstellen vor, die ein sehr schnelles vollständiges Durchschalten des Thyristors zur Folge haben, während gleichzeitig die Gefahr des Durchbrennons erheblich vermindert wird.

Die Arbeitsweise beruht auf dem Vorhandensein eines gewissen Widerstandes zwischen dem Punkt, an den ein abgeleitetes Zündsignal herangeleitet wird, und dem angrenzenden Teil der äußeren Zone 19. Da die den Hüfselektroden 32 (Fig. 2) bzw. 48 (Fi c. 3 und 4) gegenüberliegenden Bereiche 21 bzw. 50 nicht von der Hauptelektrode 16 kontaktiert sind, wird das abgeleitete Zündsignal nicht kurzgeschlossen, um ein Zünden des Emitters zu verhindern.

Bei dem Thyristor braucht das Steuersignal an der Steuerelektrode 18 bzw. 42 die Leitfähigkeit nur einzuleiten, da auf Grund des Zündeffektes die Hüfselektroden 32, 48 die weitergehende Zündfunktion ausüben. Dieser Thyristor kann untergeschobene Steuersignale und sinusförmige Zündspannungen vertragen. Darüber hinaus kennzeichnen ihn eine hohe diVi/r-Verträglichkeit, verminderte Verluste während des Einschaltens und eine verringerte Einschaltzeit bis zum Erreichen einer vollen Leitfähigkeit.

Die Steuerelektrode 18 bzw. 42 dient nur zur Festlegung des zur Einschaltung nötigen primären leitenden Kanals. Daher treten Probleme, die normalerweise mit der Zündung verbunden sind, wie z. B. die Anstiegsgeschwindigkeit, die Impulsbreite und die Impulshöhe eines Steuerimpulses, hier nicht auf. Der von außen zugeführte Steuerstrom kann, nachdem der Thyristor eingeschaltet wurde, umgekehrt werden, da die grundlegende Hochleistungssteuerfunktion durch die Hüfselektroden ausgeführt wird.

Wenn der Thyristor durch einen Steuerimpuls an einer Stelle der Halbleiterscheibe gezündet wurde, bildet sich ein leitender Kanal an der Kante des nicht von der Hauptelektrode 16 kontaktierten Bereiches 20 bzw. 44 der äußeren Zone 19 aus. Wie bereits erwähnt, kann der Widerstandswert dieses Bereiches durch geeignete Geometrie und Diffusionsdotierung bemessen werden, so daß eine gewisse Strombegrenzung eintritt. Wenn der anfängliche Widerstandswert höher als der Widerstandswert der Bereiche 21 bzw. 50 gemacht wird, die den Hüfselektroden 32 bzw. 48 gegenüber liegen, so teilt sich der Strom nach Zündung dieser Hüfselektroden auf, und nur noch ein verhältnismäßig geringer Teil fließt durch de.·. primären leitenden Kanal. Da ein Stromfluß durch den Thyristor ausgelöst wird, wenn durch Zündung der Steuerelektrode 18 bzw. 42 ein primärer leitender Kanal entsteht, werden die übrigen nicht von der Hauptelektrode 16 kontaktierten Bereiche 21 bzw. 50, die den Hüfselektroden 32 bzw. 48 gegenüberliegen, bei einer Spannung von einem Strom durchflossen, die gegen über der zunächst am Thyristor anliegenden bereits reduziert ist. Auf diese Weise kann die maximale Temperatur, die an irgendeiner Stelle des Thyristors erreicht wird, gesteuert und gleichzeitig vermindert werden. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß. nachdem der Einschaltvorgang beendet wurde, die durch die nicht kontaktierten Bereiche der äußeren Zone gebildeten Widerstände automatisch ihren EinfluU

>° verlieren, wodurch die Verluste weiter vcrmindeii werden.

Thyristoren mit bis zu zehn Hüfselektroden wurden bereits hergestellt und Messungen zeigen, dal' es erreicht werden kann, daß alle nahezu zur gleichen /.er

'S zünden. Auf Grund der Widerstände der nicht kon taktierten Bereiche der äußeren Zone 19 wird ein:· gute Lastaufteilung erzielt. Dadurch verringert snü die Augenblickstemperatur sowie die Impedanz do Thyristors mit der Anzahl der gezündeten Hilfsck k ι roden.

Thyristoren mit zehn Hüfselektroden für 100 Ampere Nennstrom und 1000 Volt Spitzcnsperrspannun;: nach der in Fig. 3 gezeigten Art wurden gebaut. Die Thyristoren wurden bei einem Stromanstieg von 5Mi^; Ampere pro Mikrosekundc und 1000 Volt Spitzen Sperrspannung, 2500 Ampere Spitzenstrom im·: 11*»° C" Betriebstemperatur bei einer Frequenz \on 60 Hertz betrieben.

Es wurde festgestellt, daß die Thyristoren völlig unempfindlich gegen die Beschaffenheit des Steuer signals sind und bei Schaltungen mit hohen did: Werten und bei verschiedensten Steuersignalen siehe: arbeiten. Das abgeleitete Steuersignal ist eine Funk tion der äußeren Lastschaltung und der besondere;

Zonen- und Eleklrodengeometrie: es kann aber ein äußerst schneller Impulsanstieg auf 50 Volt in dem Bruchteil einer Mikrosekunde sein. Wenn somit de; di/dl-WcTt zunimmt, steigt das sekundäre Steuersignal an und sorgt dadurch für einen vorzüglicher

Schutz des Thyristors. Die Leistung, die von der Hüfselektroden geliefert wird und in einer sehr kurzer Zeit tausende von Watt betragen kann, ist eine Wiederverteilung eines inneren Verlustes zu einem nützliche Zweck. Bei bekannten Thyristoren wurde die Lei stung verbraucht, ohne einem nützlichen Zweck /1 dienen.

Wo die Hüfselektroden entfernte Bereiche zünden führen sie eine wesentlich geringere Belastung zu, dr diese Bereiche vergleichsweise weit von dem primärei

leitenden Kanal entfernt liegen und unter verminder ter Anodenspannung gezündet werden. Die gc- imter Schaltungsverluste sind gegenüber herkömmlicher Ausführungen erheblich geringer.

Wenn ein üblicher Thyristor durch Uberschreiter der Kippspannung angeschaltet wird (Spannungs durchbrach), so ist zur Vermeidung einer Zerstörunj des Thyristors ein viel niedrigerer Stromanstieg dii d Voraussetzung als bei einem Zünden des Thyristor durch ein leistungsstarkes Steuersignal. Typischer

weise tritt Das Zünden auf Grund eines Spannungs durchbruches an einem zufälligen Ort auf, der durcl einen Defekt in dem Kristallaufbau der Halbleiter scheibe besorgt wird. Wenn jedoch er-eicht wcrdoi kann, daß der Durchbruch dort auftritt, wc auch au Grund eines Steuersignals der primäre leitende Ka nal entstünde, so erzeugt der Thyristor seine eigenei Steuersignale für die Hilfselektr^ den und ist in de Lage, hohe di/dt-Werte zu überstehen.

7 C 77

In (.!cn Fig. 5, ft und 7 sind drei Möglichkeiten dargestellt, mit denen erreicht werden kann, daß ein üblicher Spannungsdurchbiuch an einem gewünschten Ort stattfindet, indem an diesem Ort eine für einen Spannungsdurchbruch schwache Stelle eingebaut wird.

In Fig. 5 bildet bei dem Thyristor 70 die äußere Zone eine dünne Schicht mit einer Einsenkung 74, die an dem Ende des Bereiches 20 der äußeren Zone ausgebildet ist. Die Einscnkung 74 wird geschaffen, indem eine Vertiefung in der Halbleiterscheibe gebildet wird, bevor die äußere Zone 19 (die Kathodenzone) eindiffundiert wird, um dadurch die Entfernung /wischen der N-Icitcnden Kathodenzone und der N-leitendcn Basiszone (innere Zone) zu verringern. Diese Anordnung einer Einsenkung stellt sicher, daß der Spannungsdurchbruch zuerst am Bereich 20 auftritt. :ai daß ein Ankoppeln des Steuersignals an der Hilfselektrode 32 auftritt. In der in Fig. 6 gezeigten Thyristorausführung wird eine Vertiefung in der ursprunglichen Halbleiterscheibe ausgebildet, bevor die P-Ieitcnde Basiszone (innere Zone) eindiffundiert wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, in der die »schwache Stelle« in den Thyristor eingebaut werden kann. In diesem Falle i; * die N-leitcnde Basiszone (innere Zone) so abgeschrägt, daß der dünne Abschnitt 78 unterhalb des Abgriffsbereichs für das sekundäre Zünrlsignal liegt. Die mit einer »schwachen Stelle« versehene Kathodenzoncnform kann durch alle Mittel erreicht werden, die sicherstellen, daß der Einsclialtvorgang entlang einer Linie, die angenähert von dem Bereich 20 ausgeht und parallel nut der Thyristotachse verläuft, sich am stärksten ausbildet. Die »schwache Stelle« könnte auch anodenseitig ausgebildet sein, um das erwünschte Ergebnis zu bringen. Selektive Diffusion von Verunreinigungen innerhalb des Bereiches 20 bildet eine weitere Maßnahme, diese Ausbildung zu erzielen.

Wie angedeutet, kann ein Durchbruch bei den Thyristoren nach Fig. 5, 6 oder 7 durch Überschreiten einer maximalen Anoden-Kathoden-Spannung ohne Verlust an (//'/(//-Verträglichkeit erreicht werden.

Fig. 8 zeigt eine Form eines Thyristors mit ineinandergreifender Elektrodenanordnung Diese Elektrodenanordnung enthält eine gabelförmige Hauptelektrode (Kathode) mit drei Zinken 82. Die äußere Zone (Kathodenzone) erstreckt sich über die Hauptelektrode hinaus und bildet einen kontinuierlichen nicht kontaktierten Streifen 84, der sich an einer Stelle 86 bis in die Nähe der Steuerelektrode 88 erstreckt. Der der Steuerelektrode 88 gegenüberliegende von der Hauptelektrode 80 nicht kontaktierte streifenförmige Bereich der äußeren Zone ist mit einer ebenfalls gabelförmigen Hilfselektrode 92 verbunden. Die Zinken 94 der Hilfselektrode 92 greifen mit den Zinken 82 der Hauptelektrode derart ineinander, daß jede Zinke 82 der Hauptelektrode von zwei Zinken 94 der Hilfselektrode 92 umschlossen wird. Beim Betrieb eines Thyristors mit dieser Elektrodenanordnung schafft die Hilfszündung auf Grund der Zinken 94 der Hilfselektrode 92 und des an ihnen anliegenden sekundären Zündsignals zusätzliche leitende Kanäle und bewirkt ein Ausbreiten des leitenden Zustandes über die gesamte Fläche des Thyristors mit wesentlich höherer Geschwindigkeit als es ohne sekundäres Zündsignal möglich wäre.

Elektrodenanordnungen der Art, wie sie in F i g. 9 gezeigt ist, sind ebenfalls dm'.Ii das Ineinanderschachteln gekennzeichnet. Bei einem Thyristor mit dieser Elektrodenanordnung wird das Steuersignal der Steuerelektrode 100 zugeführt, und das sekundäre Steuersignal wird von der Teilzone 102 geliefert, die über die Leitung 104 mit dem Anschluß 106 der Kathode verbunden ist. Wenn das Stcuersign :! angelegt wird, führt die Ableitung einer positiven Vorspannung über die Leitung 108 zum Anlegen dieses abgeleiteten

ic Steuersignals an die Hilfselektrode 110, was zum Zünden der Bereiche an den Teilzonen 112 führt. In dem in Fig. 9 gezeigten Thyristoraufbau entspricht die Teilzone 102 dem Widerstand 52 in der Fig. K). Somit wird die verschachtelte Elektrodenanordnung

'5 auf Grund des Prinzips der angekoppelten Hilfselektrode gezündet und damit eine hohe Steuerempfindlichkeit erreicht.

Versuehscrgebnisse zeigen, daß die zusätzlichen Bereiche an denTcilzonen 112 schnell gezündet wer-

^2Ü den können, so daß ein rasches Durchschalten des Thyristors erfolgt. Der Strom steigt bei diesem Aufbau in V₁₁, Mikrosekimden auf 1000 Ampere an. Anwendungen, die Thyristoren für hohe Ströme und »Megaherlz-Schaltgeschwindigkeiten« erfordern, sind beabsichtig!.

Die Fig. 12 und 13 zeigen zwei weitere Ausführungen von Thyristoren nach der Erfindung. Der Aufbau des Thyristors nach Fig. 12 ist ahnlich dem von Fig. 3. indem der Thyristor 130 eine Hauptelektrode 16 (Kathode), eine Steuerelektrode 18. sowie von der Hauptelektrode 16 nicht kontaktierte Bereiche 44 und 50 der äußeren Zone (Kathode) aufweist. Bei diesem Aufbau ist der Bereich 44 der äußeren Zone bei 132 mit einer kreisringförmigen Hilfselektrode 134 verbunden, der durch Diffusion eines leitenden Materials in di·. Oberfläche der äußeren Zone hergestellt wurde. Auf diese Weise kann das sekundäre Zündsignal den Thyristor an einer Vielzahl von Bereichen 50 zünden.

In F i g. 13 weist der Thyristor ¹ -10 eine Hauptelektrode (Kathode) 142 mit einem Ausschnitt 144 auf. In dem Ausschnitt 144 erstreckt sich ein Bereich 146 der äußeren Zone, der von der Hauptelektrode 142 nicht kontaktiert ist. Auf einander gegenüberliegenden Seiten des Bereiches 146 sind zwei Ansätze 148 der äußeren Zone vorgesehen, die ebenfalls .jht von der Hauptelektrode 142 kontaktiert sind. Eine Steuerelektrode 150 dient zur Primärziindung des Thyristors. Wegen der Nähe der ansatzförmigen Bereiche 148 zu dem Bereich 146 tritt der sekundäre Zündvorgang bei diesen Ansätzen 148 auf. Eine zusätzliche Leitung zur Übertragung des sekundärer Zündsignals ist hier nicht erforderlich. Es ist klar daß ein Ansatz oder mehrere Ansätze bei 148 an Stell« der in der Fig. 13 gezeigten Ausführung angewende werden können.

Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Einsenkungei der äußeren Zone können in Verbindung mit den ii den Fig. 2, 3, 4, 8, 9, 12 und 13 gezeigten Thyristor ausbildungen benützt werden. In allen Fällen kam eine »schwache Stelle« unter dem von der Hauptelek trode nicht kontaktierten Bereich der äußerer. Zon gegenüber der Steuerelektrode ausgebildet werden um eine Stelle bevorzugter Zündung zv schaffen.

Das Grundprinzip der sekundär zündenden Hilfs elektroden kann mit Vorteil angewendet werder wenn übliche bekannte Thyristoren entsprechend de Fig. 11 parallel geschaltet werden. In diesem Fall i<

■7 c 7 -7

i4

der Thyristor 11 7 mit Linor Steuerelektrode 118 \erscheu: aui.ieulem i>t ein W iderstand 1IV wischen die-Sen Πι\ ristor 117 und einen KaihodenaiischluLi 121 gesehaliel. Das Signa' welches durch den gezündeten 1 h\ nsior 117 erzeugt w ird. wird iiber die Leitung 120 zu einer Vielzahl um 'Ihyrisioren 122 geführt, was dem Hilisclcktrodenknn/cpi entsprich'. Sehaltungssnordniuiüen winden Iil ; bestellt, die /eigen, JaH damit hesiinders mit kurzer. Impulsen und hohen Schal'.-freuuenzen günstig gearbeitet weiden kann. Diese Schaltungsanordnung hai den Vorteil, daLi höhere Stromanstiege i/7 dl zugelassen werden können und die Warme proportional zu der Zahl der paralielsieschalteien "I Inristoren abgeführt werden kann. Gute Lastaufteilung ..ird mit solchen Anordnungen parallelgeschalteter Thyristoren erreicht, da das sehr leistungsstarke weitergeleitete Zundsignai Einschahabweichungen der Thyristoren verringert. Eine Anordnung \on sechs bekannten Thyristoren (üblichei Ar' fur 35 Ampere Nennstrom und K)Of) Volt Spitzensperrspannung mit seitlich angeordneter Steuerelektrode) und einem 3-Ohni-Widerstand bei 119 wurde gebaut, um die Nützlichkeit des Prinzips dieser Schaltungsanordnung zu \erwirklichen. Stromansiiegszei-Umi von ,„ Mikrosekunden auf KK)O Ampere wurden mit di- ser Schaltungsanordnung auf einfache Weise erreicht.

In der Schaltungsanordnung von Fig. 11 wird der Strom durch den Thyristor 117 schnell reduziert, sobald ein Signal erzeugt wird, welches das Einschalten der Thyristoren 122 über die Leitung 120 bewirkt. Der Widerstand 119 kann eine beliebige Impedanz sein.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 11 kann darüber hinaus so aufgebaut sein, daß die Vorteile analog zu den beschriebenen Thyristoren mit äußeren Zonen (Kathodenzonen) mit Einsenkung erreicht werden. Besonders kann der Thyristor 117 so ausgewählt werden, daß er eine niedrigere Kippspannung als einer der Thyristoren 122 hat. In einem solchen Fall wird ein Spannungsdurchbruch vorzugsweise im Thyristor 117 auftreten. Dies wird ein Signal lcrvorrufen. welches jeden der anderen Thyristoren 122 in der üblichen Weise einschaltet, so daß sie nicht durchbrennen. Darüber hinaus ist der Thyristor 117 gegen Durchbrennen gesichert, da sein Strom rasch vermindert wird, wenn die Thyristoren 122 eingeschaltet werden.

Eine Parallelanordnung von Thyristoren mit wenigstens einem Thyristor nach der Erfindung ist vorteilhaft, das sekundäre Zündsignal aus dem zuerst gezündeten Thyristor abgeführt und z.ur Zündung der anderen Thyristoren der Schaltungsanordnung benutzt werden kann. Wo ein Thyristor nacl· der Erfindung derjenige ist, der in der Schaltungsanordnung zuerst gezündet wird, ist der Widerstand 119 nicht notwendig.

Wenn /.. B. ein Thyristor entsprechend der Fig. 2 anfänglich gezündet wird, dient der Bereich 20 dieses Thyristors als ein Startpunkt, wobei die Leitung 30 mit den Steuerelektroden der anderen Thyristoren in der Schaltungsanordnung verbunden ist.

In einer Parallelschaltung wie der in Fig. 11, kann der Erstthyristor 117 vorteilhafterweise ein Thyristor mit einer Einsenkung der äußeren Zone (Kathodenzone), z. B. entsprechend den Fig. 5 oder 6 sein. Der Thyrif'.or 117 muß außerdem durch die niedrigste Kippspannung in bezug auf die anderen Thyristoren in der Schaltungsanordnung ausgezeichnet sein. In diesem Fall wird das Anlegen einer die maximale Sperrspannung übersteigenden Spannung an die Parallel halturiLi Λ·η Thyristor 117 zünden. Hierdurch wird ein Signa! geliefert, welches jeden der anderen I hv p.Moren 122 züiKiei. Diese Schaltungsanordnung vermindert somit wesentlich die Wahrscheinlichkeil. daLl die Thyristoren unier Beschädigung durchbrennen.

s ist wichtig zu erwähnen, daii bei dem Thyristor

"'" ü..ch der Krtindunt; ein vorhandenes Signal benutzt wird, welches fur die Ankopplung weiterer Th^v.i'isior- !'laehenbereiehe äul.vr-4 brauchbar ist. Das Signal siel·.', jedoch auch fur andere Zu ecke zur Verfugung. d.i es als Zeitgebersignal, als Quelle /ur Anregung \ on

'·" Schwingkreisen oder fur eine Vielzahl anderer Anwenduimen benutzt werden k; :>. Thyristoren entsprechend der F i g. 2 küiirK . eine freistehende Klemme aufweisen, die mit der Leitung 30 verbunden ist. so da3 die Benutzung dieses Signals auf einfache Weise erreicht werden kann.

F i g. 1 zeigt, daß bei einem üblichen bekannten Thyristor eine Leituim 26 an dem nicht kontaktieren Bereich der äußeren Zone angebracht werden kann, und die Klemme der Leitung 26 dann fur die Benutzung eines bei der Zündung des Thyristors abgenommenen Signals zur Verfugung steht.

Die Benutzung von "Thyristoren, welche den Aufbau mit einer Einsenkung der Kathodenzone oder einen anderen Aufbau mit Einsenkungswirkung besitze:i. wie z.B. die in den Fig. 5. 6 und 7 gezeigten, in einer Reihenschaltung, erfordert nicht mehr die .Auswahl von Thyristoren mit identischen Einschaltcharakteristiken, da entweder das Steuersignal oder der Spannungsdurchbruch bei der Kippspannung sie sicher in Schaltungen mit hohen di/dt-V/crlcn zünden. Ein weiterer Vorteil ist der. daß nur eine genügend große Zahl von Thyristoren über ihre Steuerelektroden gezündet werden muß, um die übrigen der Reihe zu zünden. Tatsächlich benötigt diese Thyristorreihe keine gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die einzelnen "Thyristoren um ein Zünden auszulösen, und kann durch das Anlegen einer genügend hohen Spannung gezündet werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen von Thyristoren nach der Erfindung liegt eine Basiszone (eine P-Ieitende innere Zone bei einem Thyristor mit einer Steuerelektrode auf der Kathodenseite) vor. die zwischen der Abnahmestelle des sekundären Zündsignals am nicht von der Hauptelektrode kontaktierten Bereich 20 bzw. 44 der Kathodenzone und den zusätzlichen nicht kontaktierten Bereichen 21 bzw. 5C der äußeren Zone 19 (Kathodenzone) liegt.

Diese nicht kontaktierten Bereiche 21 bzw. 50 befinden sich räumlich außerhalb der Hauptelektrode an der äußeren Zone 19. Sind keine nicht kontaklierten Bereiche 21 bzw. 50 der äußeren Zone 19 vorgesehen, so werden die den Hilfselektroden 32 bzw. 4ϊ benachbarten Bereiche der äußeren Zone 19 untci der Hauptelektrode jedoch ebenso wie nicht kontak· tierte Bereiche 21 bzw. 50 gezündet, ausgenommcr wenn die Flauptelektrode das sekundäre Zündsigna durch Kurzschließen völlig ausschaltet.

Bei der Thyristorausführung nach Fig. 3 erstreck sich die P-Ieitende Basiszone zwischen den Hilfselek (roden 48 und der angrenzenden Kante der Katho denzone (äußere Zone 19). In dem Fall eines Auf baues nach Fig. 13 erstreckt sich die P-leitcndi Basiszone von den Seiten des nicht kontaktierten Be

ί 925

"eic! /s 146 der Kathodenzone zn den Zui-.dpimku ρ uif uen Ar. atzen 14« der Kaihod. ηζ·.·ΐν. Wo davon jie Rede ist. daß sich emc Hams/.i;·.. /wischen ·.ler Abnahmesiclle ties sekiiMiiaieu /r.ndsiunaU ..;,J dem nichtkontaktierien Beleih .iei K::<lvvk ...όι... ^ ^erstreckt ·. is! das so zu verstehen. daß die Basiszone, indem elektrischen W-es: zwischen !e^r Abnahmcsieüe ii η J dem nichtkon'akucrtep. bereich der Kdihovienzone vorhanden isi. So kann anderes Material oder eine ütt'iung in diesem Gebiet dazu isdienlie^eii. aber '■^: die Ba-is7one wird in diesem Gebiet nieiii e.iii.'inli unterbrochen: darubei hinai.·- N; e- \ .irtei'iuii'. \'e'in nicht eine \ol!iee !solLru'iL zu;sehe:; der Abnahmeslelle und dem nicht ko--.;,!i-.iier'.·. · ■ Hereich vorliegt. ■?

Wti ein sekundäres Zundsignal an eine Hilfselektrode gelegt wird, uird eine Spannung zn dem cfgenüberiiegenden nichtkontaktierien Hereich der Kathodenzone aufgebaut, wenn der Thvristor zu zünden beginnt. Wie in Fig. 3 mi; einer gepunkreien Linie ²' gezeigt ist. kann diese Spannung über einem nicht kontaktieren Bereich 50 zur Zündung zusätzlicher Hilf?' .cKtrodcn an Stelle der Zündung aller Hilfseiektroüen von dem von der Steuerelektrode gezündeten nicht koiitaktierten Bereich 20 benutzt werden Dii> ²S Möglichkeit ist besonders bei de; Benutzung in Betracht z.u ziehen, wo eine i'ioße Zahl \ on Hilfs/undpunklen vorgesehen ist. Auf diese Weise uird eine Hilfselektrode benutzt, um eine weitere Hilfselektrode in einer »Kaskaden»-Anordnung zu /linden. Die Kaskadenanordnung kann mehrere Stufen aufweisen anstalt gerade zwei, sofern eine große Zahl von Hilfselektroden angeordnet ist.

Bei einer Ausführungsform eines Thyristors nach der Erfindung ist der der Steuerelektrode benachbarte nicht kontaktierte Bereich der äußeren Zone von dem Hauptteil der äußeren Zone getrennt Lr ist jedoch mit diesem durch einen Widerstand \erblinden. Bei einer solchen Thyristoi ausfuhrung u ird ein Steuersignal benutzt, um den abgetrennten Bereich der äußeren Zone ?u zünden. Wenn dieser gezündet ist. erzeugt 3er Strom durch den Widerstand einen Spannungsabfall. Eine Leitung kann mit dem abgetrennten Bereich verbunden sein oder mit einem Teil des Widerstands. Diese Leitung kann benutzt werden, um den HaupHei! der äußeren Zone zu zünden. Der erwähnte Widerstand kann ein Teil des Thyristoraufbaus sein oder kann außerhalb desselben liegen. Im letztern Falle kann der Widerstand entweder innerhalb oder außerhalb des Thyristorgehäuses liegen. Außer zum Zunden des Hauptteils der äußeren Zone kann die den Widerstand enthaltende Leitung zur Bildung einer, Spannungssignales benutzt werden, das aus dem Thyristor herausgeführt werden und zu anderen Zwecken verwendet werden kann.

Fi u. 2 dient auch zur Erläuterung dieser weiteren Ausführungsforin eim s Thyristors nach der Erfinci.mg So kanndi-r in ikni Bereich 20 dargestellte Widerstand durch ein- η besonderen Widerstandskörper aiK'ati durch einen Widerstand eines Teils der äußeren Zone cebildei werden. In einem "Thyristor der entsprechend der F i ·.:. 2 aufgebaut

lüdet der Widerstand ein'Teil des TIu ι μ, rauibaus. Diese Ausbildung kann durch Diffusion oder ein anderes Hinbringen eines W idersiandsmateiials auf dl·: I l.iuptfläehe der Halbleiter '-eine zwischen dem abgetrennten nicht kontakii.. -ι Bereich. 20 der äußeren Zone 19 und dem i Tail eil '-ki äußeren Zone 19 ι. .-eicht werden linie auLHer · Verbindung ka;va dadurch vorgesehe sein, daß !.düngen an dem getrennten nicht kontac tieren Bereich 20 und dem HaupUeil der äußci. ; Zj. ne 19 oder an der Hauptelektrode 16 angehrae; I sind und der Widerstand zwischen den Leitungen K fcstitit ist. In diesem Falle kann der Widerstand inner halb des Th\ vistorgehäuses liegen oder die Leitungen können aus dem Gehäuse zur Anbringung an dem Widerstand herausgeführt sein.

Übliche bekannte Verfahren zur Herstellung von "!hvrisioren können angewendet werden, um I hyristoren nach der Eifindung herzustellen. Elektrische Leitungen können, wenn sie keine Drahtleitungen sind, durch Diffusion, Epitaxie. Dampfablagerung. Plattienmg. Drucktechnik. Legierung oder andere Methoden gebildet werden. Widerstände können durch die Anwendung der Säureätzung verändert werden, um die gewünschten vViderstandswerte zu erhalten. D.e Einsenkungen, die im Fall der Fi:. 5 im ' fi vorgesehen sind, können durch chemisches ode phvsikalisches Entfernen des Halbleitermaterials gebildet sein.

Bei der Erläuterung des Thyristors wurde Bezug auf einen kathodengesteuerten Thynsl· genommen, welcher der üblichere Typ ist. Jedoch sind auch anodengesieuc-rte Thyristoren nach der Erfindung auszubilden und ebenfalls Thyristoren, die Steuerelektroden sowohl auf der Anoden- als auch auf der Kathodenseile zum wechselnden Gebrauch aufweisen. Außerdem sind Thyristoren, die durch Überspannung geschaltet werden, nach der Erfindung auszubilden.

Es sollte außerdem bemerkt werden, daß die Ausbildung der Thyristoren nach der Erfindung nicht auf Thyristoren beschränkt ist, die eine Steuerelektrode luv Zündung aufweisen. Die Thyristoren können nämlich z. B. durch Lichteinschaltung gezündet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. !!nrisior mil mindestens 4 /.oneη uhv-ccli- -L-IiKi entgegengesetzten 1 _v. itimg-κ p-. einer Hauptelektrode an jeder ik r Heiden aui.Wi.n Zonen, mindestens einer Steuerelektrode an einer der den beiden äußeren Zonen henachhi.ncn inneren Zoll«., wobei ^\;\ der Steuerelektrode benachbarter Bereich der äußeren Ζοικ von der Hauptelektrode nicht kontakten i-i. dadurch n e k e :i η / e i c h net . daU der der Steuerelektrode t ISi benachbarte nicht kontaktöle Hereich ( 20 ι der a ulic rc η Zone ( 19) aber eine 1 .eiUm;: ( 30) mil πι:Γι ie-ten- einer Hilfselektrode (32) .in tier K- '5 n.icnb.trlcn innere» "/.one elektrisch verbunden ist.

2.1 "Inristo" nach Anspruch 1. dadurch nekenn-/eichnet. daß ein der Hilfselektrode (32) benachbarter Hereieh (21) der äußeren Zone (19) \on der Hauptelektrode (16) nicht kontaktiert is!. ^o

3. Tluristor nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (32) und" de.- ihr benachba- '.c nicht konlakticrte Hereieh (21) der äußeren /.one (19) dicht an dem der Steuerelektrode (18) benachbarten nicht kontaktierten He- reich (20) der äußeren Zone I 19) liegen.

4. Tlnristor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß 'jr der Steuerelektrode (42) benachbarte nicht kontaktierte P -reich (44) der äußeren Zone (19) mit einer Vielzahl son Hilfselck- troden (48) an der benachbart- η inneren Zone elektrisch leitend verbunden ist.

5. Thyristor nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß außer dem der Steuerelektrode (42) benachbarten Bereich (44) eine Vielzahl von nicht μη der Hauptelektrode (16) kontaktierten, ausemanderliegenden Bereichen (50) der äußeren Zone (19) vorgesehen ist und daß je ein solcher Bereich (50) dicht gegenüber einer Hilfselektrode (48) liegt.

6. Thyristor nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Kreis angeordneten Bereiche (50) der äußeren Zone ( 19) von einer in die benachbarte innere Zone eindiffundierten kreisringförmigen Hilfselektrode (134) umgeben sind, die an einer Stelle (132) ihres Lmfanges mit dem der Steuerelektrode (42) benachbarten Bereich (44) der äußeren Zone (19) elektrisch verbunden ist.

7. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode (80) und die äußere Zone in Form einer Gabel mit einer Vielzahl Zinken ausgebildet sind, wobei jedoch die Zinken (82) der Hauptelektrode (80) kleiner als die Zinken der äußeren Zone sind derart, daß die Zinken (82) der Hauptelektrode (80) von einem nicht kontaktierten streifenförmigen Bereich (84) der äußeren Zone kontinuierlich umgeben sind, der sich an einer Stelle (86) bis in die Nähe der Steuerelektrode (88) erstreckt, und daß an dieser Stelle (86) mit dem nicht kontaktierten streifenförmigcn Bereich (84) der äußeren Zone eine gabelförmige Hilfselektrode (92) elektrisch verbunden ist, deren Zinken (94) mit den Zinken der äußeren Zone derart ineinandergreifen, daß jede Zinke der außeren Zone von zwei Zinken (94) der Hilfselektrode (92) umschlossen wird.

8. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

:m An-