DE1925765C3

DE1925765C3 - Thyristor

Info

Publication number: DE1925765C3
Application number: DE1925765A
Authority: DE
Inventors: Donald I. St.Charles Gray; John H. Geneva Hutchings; Andrew M. St.Charles Wohlert
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1968-05-22
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1974-05-22
Also published as: GB1245674A; NL167550B; JPS5022400B1; DE1925765A1; FR2009082B1; DE1925765B2; NL6907817A; NL167550C; US3486088A; FR2009082A1; CH509667A

Description

Die Erfindung betrifft Thyristoren mit mindestens Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitiingstyps, einer Hauptelektrode an jeder der beiden üußc-

ren Zonen, mindestens einer Steuerelektrode an einer der den beiden äußeren Zonen benachbarten inneren Zone, wobei ein der Steuerelektrode benachbarter Bereich der äußeren Zone von der Hauptelektrode nicht kontaktiert ist.

Derartige Thyristoren sind bekannt (»Zeitschrift für angewandte Physik«. Bd. 19 (lyf,5) Nr 5 Seiten VH, bis 400). " '

Wenn ei.i Thyristor eingeschaltet wird, wird er anfänglich nur in einem kleinen Flächenbereich an der Steuerelektrode leitend. Dieser begrenzte Leitungszustand des Thyristors breitet sich allmählich aus, bis der Thyristor über seine ganze Fläche leitend ist. Da anfangs nur ein geringer Flächenbereich des Thyristors leitet, ist die Stromdichte hier sehr hoch und er- *5 möglich! leicht ein Durchbrennen. Das Durchbrennen kann dann auftreten, wenn ein Thyristor aus dem Spenzusiand in den leitenden Zustand gebracht wird, ■ ihne daß der Slromansticg des Hauptstromes begrenzt wird. Die meisten z. Z. erhältlichen Leistungs- a° ! !;>, ι isloren besitzen hohe Schalt Verzögerungen, da das Ausbreiten des leitenden Zustandcs über die gesamte !■'!ache mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit ei folgt.

Unabhängig ob der Thyristor fur niedrige oder hohe »5 Siiome vorgesehen ist, läßt er im allgemeinen im Hinh!;, k auf die industriellen Erfordernisse nur einen re-Ia!iv gelingen Stromanstieg diidt zu. Übersteig, der Stromanstieg dildt den Grenzwert, dann kann ein Ausfall des Thyristors auftreten. Aber auch bei Wer-Il ί iles Stromaufstiegs diidt unterhalb des Grenzwertes begrenzt die im Thyristor erzeugte Schaltwärme dessen Brauchbarkeit insbesondere bei hohen Schaltfrcc)uenzcn.

Zur Begrenzung des Strotnanslieges beim Einschalten von Thyristoren sind bereits verschiedene Mittel benutzt worden. So sind sättigbare und nicht süttigbare Drosselspulen in den Stromkreis der Thyristoren geschaltet worden. Die hiermit erzielten Ergebnisse befriedigten jedoch nicht ganz, zumal der Aufwand erheblich war und eine Anpassung der Drossel au den jeweiligen Thyristor erforderlich war.

Diese zusätzlichen Schaltungselemente und Schalnmgskompromisse stellen eine Anpassung des Schallstromkreises an den Thyristor und keine Verbesserung des Thyristors selbst dar.

Allerdings sind auch bereits Veränderungen im Thyristoraufbau bekannt So hat man Thyristoren mit einer zentralen Steuerelektrode hergestellt. Bei einer zentralen Steuerelektrode wird jedoch der Thyristor auch nicht über seine ganze Fläche gleichzeitig cingeschallet, so daß /ur Einschaltzeit immer noch ein begrenzter Flächenbereich mit einer sehr hohen Stromdichte vorhanden ist.

Bekanntlich wurde auch die Verwendung mehrerer Sieuerelektroden in Betracht gezogen, um den " Grenzwert des Stromanstiegs dildl zu vergrößern und die Einschaltzeit zu vermindern. Die Ausführungen mit mehreren Steuerelektroden weisen bei niedrigen Stromanstiegswerten dildt eine Verminderung der Einschaltzeit auf, und zwar bis nahezu um die Hälfte, wenn die Einschalt-Fliichen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kathode des Thyristors liegen.

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

Eine ringförmige Steuerelektrode wurde bekanntlich ebenfalls benutzt. Diese Anordnung weist jedoch gegenüber der Steuerelektrode an einer Seite der Kathode eine geringere Empfindlichkeit auf und hat sich deshalb nicht durchgesetzt.

Es isi auch bereits ein Thyristorai'fbau bekannt, bei dem zur Vermeidung zu großer Einschaltsironidichten ein der Steuerelektrode benachbarter Bereich der äußeren Zone nicht von der Kathode kontaktiert ist. Durch einen Steuerimpuls entsteht in der Nähe der Steuerelektrode ein leitender Kanal durch den Thyristorhalbleiterkörper, dessen maximaler Strom bei dieser bekannten Ausführung durch den Widerstand des nicht kontaktierten Bereiches begrenzt wird. Nachdem der leitende Zustand auf den ganzen Tyhristorhalbleiterkörper übergegriffen hat, ist dieser Widerstand ohne Bedeutung. Auf diese Weise läßt sich die Stromdichte beim Einschalten auf ein zulässiges Maß beschranken.

Zur Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Kippspannung eines Thyristors, d. h. der Spannung, bei der der Thyristor vom sperrenden in den leitenden Zustand übergeht, ohne daß eine Steuerspannung angelegt wurde, ist es bekannt, auf der mit der Steuerelektrode versehenen inneren Zone eine weitere sperrfreie Elektrode aufzubringen, die mit der Hauptelektrode an der dieser inneren Zone benachbarten äußeren Zone durch eine metallische Leitung verbunden ist, die den Halbleiterkörper nicht berührt. Diese Maßnahme ist jedoch offenbar weder auf die Stromanstiegsweite di/dt noch auf die Einschaltzeit von Bedeutung.

Zur Festlegung der Hohe der Kippspannung eines Thyristors, weitgehend unabhängig von Exemplarstreuungcn, ist es darüber hinaus bekannt, die Kathodenzone (äußere Zone) an einer Stelle mit einer spitzen Hinsenkung zu versehen, die tiefer als der übrige Teil dieser äußeren Zone in die darunterliegende zu ihr benachbarten inneren Zone reicht. Mit der Tiefe dieser »Zündspitze« läßt sich die Kippspannung des Thyristors verhältnismäßig genau vorherbestimmen. Die zulässigen Slromansliegswerte werden 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 Einschaltzeit 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 mit 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 kontaktieren 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 Hilfselektroden werden durch das Anlegen dieser Spannung ebenfalls Zündvorgänge eingeleitet, so daß sich der leitende Zustand sehr

schnell über die ganze Thyristorfla'chc ausbreiten kann und darüber hinaus gefährliche Stromdichte!! vermieden werden.

Bei einer Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung ist ein der Hilfselektrode benachbarter Hereich der äußeren Zone von der Haiipteleklrode nicht kontakliert. Dadurch wird eine Verbesserung des I Iilfs/ünüvorganges erreicht.

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

Eine andere Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung besteht darin, daß der der Steuerelektrode benachbarte nicht koni-kticrte Bereich der äußeren Zone mit einer Vielzahl von Hilfselektrode!! an der benachbarten inneren Zone elektrisch leitend verbunden ist Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Hilfszündvo! gangen eingeleitet und eine sehr rasche Beendigung des Einsehaltvorgangcs er/iclt.

Ferner ist bei einer anderen Ausgestaltung eine Vielzahl von nicht von der Hauptelektrode kontaktierten, auseinanderlicgendcn Bereichen der äußeren Zone vorgesehen und liegt je ein solcher Bereich dicht ^•('.cnübcr einer Hilfselektrode. Jeder Hilfselektrode ist"dadurch ein nicht kontaktierter Bereich der äußeren Zone zugeordnet, der für die Dauer des Einschaltvorganges als Strombegrenzungswiderstand wirkt und ein Durchbrennen des Thyristors an einer der Zündstellen verhindert.

Bet 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 Einsehaltvorgangcs 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 Haupielek-' trodenteil nur teilweise koniaktierte Teilzonc aufgeteilt ist, daß alle Teilzoncn bis auf diese eine in Öffnungen der Hilfselektrode liegen, daß die Teilzonc außerhalb der Hilfselektrode benachbart der Steuerelektrode liegt und mittels einer Leitung mit der Hilfselektrode verbunden ist und daß die Hauptelektrodenteile aller Teilzoiien der äußeren Zone mittels Leitungen mit einem Anschluß der Hauptelektrode au der äußeren Zone elektrisch verbunden sind.

Eine weitete vorteilhafte Ausgestaltung des I hyristors nach der Erfindung besteht darin, daß der von dem der Steuerelektrode benachbarten nicht kontaktieren Bereich der äußeren Zone gebildete, im to Stiomweg liegende Widersland größer ist als der entsprechende Widerstand jedes der übrigen nicht konlaktieiten Bereiche der äußeren Zone. Auf diese Weise wild ei vielt, daß die Strombegrenzung fur den primär gezündeten leitenden Kanal höher ist als fur die sekundär gezündeten Kanäle. I-ine zu große Stromdichte in dem zuerst gezündeten Kanal wird dadurch vermieden, andererseits jedoch erreicht, daß mit dem Einleiten der Sekundärvorgänge ein erheblicher Stromanstieg des Hauptstromes stattfinden kann. Bei einer anderen Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindimg ist der der Steuerelektrode benachbarte von der Hauptelektrode nicht kontaktteile Bereich der äußeren Zone getrennt von dem von det Hauptelektrode kontaktierten Hauptteil der äußeicn «5 Zone angeordnet und über einen Widerstand mit diesem verbunden. Mit dieser Maßnahme isl es möglich den strombegrenzenden Widerstand unabhängig vom Thyriistorauibau beliebig festzulegen und möglicherweise auch durch äußere Beschattung des Thyristors zu verändern.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung besteht darin, daß der dci 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 kontaktierten Bereich der äußeren Zone ebenfalls eine ableitbare Zündspannung, 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 ir die benachbarte innere Zone auf. Darüber hinaus kann zusätzlich die an die eine äußere Zone angrenzcnde innere Zone unterhalb der genannten Einsenkung dieser äußeren Zone ihrerseits eine Einsenkunj in die an die andere äußere Zone angrenzende innen Zone aufweisen.

Es ist auch möglich, daß die Dicke der innerei Zone, die an die innere, der äußeren Zone benach harte Zone grenzt, über die Breite der Halbleiter scheibe des Thyristors derart zunimmt, daß die Dick der inneren an die äußere Zone angrenzenden Zon an der Seite unterhalb des nicht kontaktierten Berci ches der äußeren Zone benachbart der Steuerelek trode kleiner als an der anderen Seite ist.

Oie drei zuletzt genannten Maßnahmen bewirke in an sich bekannter Weise, daß die Durchbruch!

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

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Thyristors nach der Erfindung ist die mit dem von der Hauptelektrode nicht kontaktierten, der Steuerelektrode benachbarten Bereich der äußeren Zone ¹S 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 Ausführungsbeispiele des Thyristors nach der Erfindung, seine Vorteile und seine Anwendungsmöglichkeiten näher erläuiert. bs zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Querschniiteseines bekannten üblichen 1 hyristors, der mit Prufleituiigen ausgestattet ist,

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

F"ig. 3 eine Draufsicht eines weiteren Ausführuiigsbeispieles eine Thyristors nach der Ei findung.

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

I ig. 5. ft und 7 die schematischen Darstellungen von Querschnitten von Thyristorenausführungsbeispielen. die Einsenkungen bzw. Einsenkungscigenschaften aufweisen,

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

Fig. 10 eine Schaltung, weiche bestimmte Grundzüge des Aufbaues eines Thyristors nach der Erfindung darstellt,

Fig. 11 eine Schaltung, welche 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 J 2 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

6o angeordnet.

Die äußere Zone 19 enthält einen Bereich 20, der sich seitlich außerhalb der Hauptelektrode 16 erstreckt. Wenn ein Steuersignal den Thyristor zündet, fließt der Kathodenstrom durch diesen Bereich 20. Ein Slromfluß 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 fur einen üblichen bekannten Thyristor bei 22 dargestellt. Wie einleitend bereits erwähnt, wurden verschiedene Mittel angewendet, um den Thyristorsttom zu begrenzen, bis die Quersehnil tsf lache des leitenden Kanals genügend groß ist, um ein Durchbrennen des Thyristors zu vermeiden. Der anfänglich tatsächlich leitende Kanal ist äußerst schmal, und die Wiedergabe bei 22 ist nicht als maßstäbliche Darstellung aufzufassen. Aus diesem CJrunde muß der Hauptstrom sehr niedrig gehalten werden, da sonst die Stromdichte gefährlich hoch werden könnte.

F i g. 2 stellt einen Thyristor dar, der ebenfalls einen Halbleiterkörper 12, Haupielektrodcn 14 und 16 und eine Steuerelektrode 18 aufweist. Bei diesem Aufbau ist jedoch der Bereich 20 der äußeren Zone 19 zusätzlich mit einer Leitung 30 versehen. Diese Leitung führt zu einer Hilfselektrode 32 an der benachbarten inneren Zone. Es 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 Flächenbcrcich 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 Ausführungsform des Thyristors 40. Bei diesem Ausführungsbeispiel 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 SO der äußeren Zone 19 sind jeweils 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 14 (Anode), die Hauptelektrode 16 (Kathode) sowie die Steuerelektrode 18. Der Widerstand 52 stellt den Widerstand des von der Hauptelektrode 16 nicht kontaktierten Bereiches 20 der äußeren Zone 19 (Fi g. 1) dar. Der mit 54 bezeichnete Thyristor stellt den sich auf Grund eines Steuersignales ausbildenden leitenden Kanal 22 (F ig. 1) bzw. 34(Fig. 2) dar. Die Thyristoren 56 entsprechen den leitenden Kanälen 36 (Fig. 2), die durch die Hilfselektroden hervorgerufen werden. Die Widerstände 58 stellen die Widerstände der einzelnen von der Hauptelektrode 16 nicht kontaktierten Bereiche 50 der äußeren Zone 19 dar. Die gesamte Schaltung kann demnach als Ersatzschaltbild für einen erfindungsgemäßen Thyristor aufgefaßt

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werden.

Der Widerstand 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 Widerstand 52 zu dem dureh den Thyristor 54 dargestellten leitenden Kanal. Der Strom dureh den I hyristor 54 erzeugt eine positive Spannung am Widerstund 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 Mogliehkeil einer Überlastung des primären leitenden Kanals, dargestellt durch den Thyristor 54, geringer. Das angekoppelte Zündsystem sieht somit eine Vielzahl von Eiinschaltstellen vor, die ein sehr schnelles vollständiges Durchschalten des Thyristors zur Folge haben, während gleichzeitig die Gefahr des Durchbrennens erheblieh vermindert wird.

Die Arbeitsweise beruht auf dem Vorhandensein eines gewissen Widerstandes zwischen dem Punkt, an den ein abgeleitetes Ziindsignal hcrangeleilet wird, und dem angrenzenden Teil der äußeren Zone 19. Da die den Hüfseleklroden 32 (Fig. 2) bzw. 48 (Fin. 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.

Hei dem Thyristor braucht das Steuersignal an der Steuerelektrode 18 bzw. 42 die Leitfähigkeit nur einzuleiten, da auf Grund des Zündeffektes die Hilfselektroden 32, 48 die weitergehende Zündfunktion ausüben. Dieser Thyristor kann untergeschobene Steuersignale und sinusförmige Zündspannungen vertragen. Darüber hinaus kennzeichnen ihn eine hohe i/iVifr-Verträglichkeit, verminderte Verluste während des Einschaltens und eine verringerte Hinschalt/eit 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 Hilfselektroden 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 Hilfselektroden 32 bzw. 48 gegenüber liegen, so teilt sich der Strom nach Zündung dieser Hilfselektroden auf, und nur noch ein verhältnismäßig geringer Teil fließt durch den 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 Hilfselektroden 32 bzw. 48 gegenüberliegen, bei einer Spannung von einem Strom durchflossen, die gegenüber 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 Eiiischaltvorgang beendet wurde, die durch die nicht kontaktieren Bereiche der äußeren Zone gebildeten Widerstände automatisch ihren Einfluß

ίο verlieren, wodurch die Verluste weiter vermindert werden.

Thyristoren mit bis zu zehn Hilfselektroden wurden bereits hergestellt und Messungen zeigen, daß es erreicht werden kann, daß alle nahezu zur gleichen Zeit zünden. Auf Grund der Widerstände der nicht kontakticrten Bereiche der äußeren Zone 19 wird eine gute Lastaufteilung erzielt. Dadurch verringert sich die Aiigenblickstemperalur sowie die Impedanz des Thyristors mit der Anzahl der gezündeten Hilfselektroden.

Thyristoren mit zehn Hilfselektroden für 100 Ampere Nennstrom und 1000 Volt Spitzensperi spannung nach der in Fig. 3 gezeigten Art wurden gebaut. Die Thyristoren wurden bei einem StromanMieg von 500 Ampere pro Mikrosekunde und 1000 Volt Spitzensperrspannung, 2500 Ampere Spitzenstrom und 115" C Betriebstemperatur bei einer Frequenz von 60 Hertz betrieben.

Es wurde festgestellt, daß die Thyristoren völlig iinempfindlich gegen die Beschaffenheit des Steuersignals sind und bei Schaltungen mit hohen dildt-Werten und bei verschiedensten Steuersignalen sicher arbeiten. Das abgeleitete Steuersignal ist eine Funktion der äußeren Lastschaltung und der besonderen Zonen- und Elektrodengeometrie; es kann aber ein äußerst schneller Impulsanstieg auf 50 Volt in dem Bruchteil einer Mikrosekunde sein. Wenn somit der (7/7i//-Wert zunimmt, steigt das sekundäre Steuersignal an und sorgt dadurch für einen vorzüglichen

Schutz des Thyristors. Die Leistung, die von den Hilfselektroden geliefert wird und in einer sehr kurzen Zeit lausende von Watt betragen kann, ist eine Wiederverteilung eines inneren Verlustes zu einem nützliche Zweck. Bei bekannten Thyristoren wurde die Leistung verbraucht, ohne einem nützlichen Zweck zu dienen.

Wo die Hilfselektroden entfernte Bereiche zünden, führen sie eine wesentlich geringere Belastung zu, da diese Bereiche vergleichsweise weit von dem primären leitenden Kanal entfernt liegen und unter verminderter Anodenspannung gezündet werden. Die gesamten Schaltungsverluste sind gegenüber herkömmlichen Ausführungen erheblich geringer.

Wenn ein üblicher Thyristor durch Überschreiten der Kippspannung angeschaltet wird (Spannungsdurchbruch), so ist zur Vermeidung einer Zerstörung des Thyristors ein viel niedrigerer Stromanstieg di/dt Voraussetzung als bei einem Zünden des Thyristors durch ein leistungsstarkes Steuersignal. Typischerweise tritt Das Zünden auf Grund eines Spannungsdurchbruches an einem zufälligen Ort auf, der durch einen Defekt in dem Kristallaufbau der Halbleiterscheibe besorgt wird. Wenn jedoch erreicht werden kann, daß der Durchbruch dort auftritt, wo auch au!

Grund eines Steuersignals der primäre leitende Kanal entstünde, so erzeugt der Thyristor seine eigenen Steuersignale für die Hilfselektroden und ist in der Lage, hohe di/dt-Werte zu überstehen.

In den Fig. 5, 6 und 7 sind drei Möglichkeiten dargestellt, mit denen erreicht werden kann, daß ein üblicher Spannungsdurchbruch an einem gewünschten Ort stattfindet, indem an diesem Ort eine für einen Spaniuingsdurchbruch schwache Stelle eingebaut wird.

In Fig. 5 bildet bei dem Thyristor 70 die äußere Zone eine dünne Schicht mit einer llinscnkung 74, die an dem Finde des Bereiches 20 der äußeren Zone ausgebildet ist. Die Einsenkung 74 wird geschaffen, indem eine Vertiefung in der Halbleiterscheibe gebildet wird, bevor die äußere Zone 19 (die Kathodenzone) eindiffundiert wird, um dadurch die Entfernung zwischen der N-leitendcn Kathodenzone und der N-Ieitenden Basiszone (innere Zone) zu verringern. '5 Diese Anordnung einer Einsenkung stellt sieher, daß der Spaniuingsdurchbruch zuerst am Bereich 20 auftritt, so daß ein Ankoppeln des Steuersignals an der Hilfselektrode 32 auftritt. In der in Fig. 6 gezeigten Thyristorausfiihrung wird eine Vertiefung in der ursprünglichen Halbleiterscheibe ausgebildet, bevor die P leitende 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 ist die N-Ieitende Basiszone (innere Zone) so abgeschrägt, daß der dünne Abschnitt 78 unterhalb des Abgriffsbereichs für das sekundäre Zündsignal ücgt. Die mit einer »schwachen Stelle« versehene Kathodenzonenform kann durch alle Mittel erreicht werden, die sicherstellen, daß der Einschaltvorgang entlang einer Linie, die angenähert von dem Bereich 20 ausgeht und parallel mit der Thyristorachse verläuft, sich am stärksten ausbildet. Die »schwache Stelle« konnte 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 dildt-Verträglichkeit erreicht werden.

F-"ig. 8 zeigt eine Form eines Thyristors mit ineinandergreifender Elektrodenanordnung. Diese Elek-Irodenanordnung 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 Zinkcn 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 Fig. 9 gezeigt ist, sind ebenfalls durch 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 Steuersignal angelegt wird, führt die Ableitung einer positiven Vorspannung über die Leitung 108 zum Anlegen dieses abgeleiteten Steuersignals an die Hilfselektrode 110, was zum Zünden der Bereiche an den Teilzonen 112 führt. In dem in Fig. 9 gezeigten Thyristoraufbau entspricht die Tcilzone 102 dem Widerstand 52 in der Fig. 10. Somit wird die verschachtelte Elektrodenanordnung auf Grund des Prinzips der angekoppelten Hilfselektrode gezündet und damit eine hohe Steucrempfindlichkeit erreicht.

Versuchsergebnisse neigen, daß die zusätzlichen Bereiche an den Teilzonen 112 schnell gezündet werden können, so daß ein rasches Durchschalten des Thyristors erfolgt. Der Strom steigt bei diesem Aufbau in ¹Z₁₁₁ Mikrosekunden auf 1000 Ampere an. Anwendungen, die Thyristoren für hohe Ströme und »Megahertz-Schaltgeschwindigkeiten« erfordern, sind beabsieht igt.

Die Fig. 12 und 13 zeigen zwei weitere Ausführungen von Thyristoren nach der Erfindung. Der Aufhau des Thyristors nach Fig. 12 ist ähnlich dem von Fi g. 3, indem der Thyristor 130 eine Hauptelektrode 16 (Kathode), eine Steuerelektrode 18, sowie von der Hauptelektrode 16 nicht kontaktiertc 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 die Oberfläche der äußeren Zone hergestellt wurde. Auf diese Weise kann das sekundäre Zündsignal den Thyristor an einer Vielzahl von Bereichen 50 zünden.

In F ig. 13 weist der Thyristor 140 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 nicht von der Hauptelektrode 142 kontaktiert sind. Eine Steuerelektrode 150 dient zur Primärzündung des Thyristors. Wegen der Nähe der ansatzförmigcn Bereiche 148 zu dem Bereich 146 tritt der sekundäre Zündvorgang bei diesen Ansätzen 148 auf. Eine zusätzliche Leitung zur Übertragung des sekundären Zündsignals ist hier nicht erforderlich. Es ist klar, daß ein Ansatz oder mehrere Ansätze bei 148 an Stelle der in der Fig. 13 gezeigten Ausführung angewendet werden können.

Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Einsenkungen der äußeren Zone können in Verbindung mit den in den Fig. 2, 3, 4, 8, 9, 12 und 13 gezeigten Thyristorausbildungen benützt werden. In allen Fällen kann eine »schwache Stelle« unter dem von der Hauptelektrode nicht kontaktierten Bereich der äußeren Zone gegenüber der Steuerelektrode ausgebildet werden, um eine Stelle bevorzugter Zündung zu schaffen.

Das Grundprinzip der sekundär zündenden Hilfselektroden kann mit Vorteil angewendet werden, wenn übliche bekannte Thyristoren entsprechend der Fig. 11 parallel geschaltet werden. In diesem Fall ist

der Thyristor 117 mit einer Steuerelektrode 118 versehen; außerdem 'St ein Widerstand 119 zwischen diesen Thyristor 117 und einen Kathodenanschluß 121 geschaltet. Das Signal, welches durch den gezündeten Thyristor 117 erzeugt wird, wird über die Leitung 120 zu einer Vielzahl von Thyristoren 122 geführt, was dem Hilfselektrodenkonzept entspricht. Schaltungsanordnungen wurden hergestellt, die zeigen, daß damit besonders mit kurzen Impulsen und hohen Schaltfrequenzen günstig gearbeitet werden kann. Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß höhere Stromans'iege di/dt zugelassen werden können und die Wärme proportional zu der Zahl der parallclgeschaltelen Thyristoren abgeführt werden kann. Gute Lastaufteilung wird mit solchen Anordnungenparallelgcschalteter Thyristoren erreicht, da das sehr leistungsstarke weitergeleitete Ziindsignal Einschaltabwcichungen der Thyristoren verringert. Eine Anordnung von sechs bekannten Thyristoren (üblicher Art für 35 Ampere Nennstrom und 1000 Volt Spitzensperrspannung mit seitlich angeordneter Steuerclek-Irode) und einem 3-Ohm-Widerstand bei 119 wurde gebaut, um die Nützlichkeit des Prinzips dieser Schaltungsanordnung zu verwirklichen. Stromansi iegszeitcn von "/„, Mikrosekunden auf 1000 Ampere wurden mit dieser 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 hervorrufen, 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 zur Zündung der anderen Thyristoren der Schaltungsanordnung benutzt werden kann. Wo ein Thyristor nach der Erfindung derjenige ist, der in der Schaltungsanordnung zuerst gezündet wird, ist der Widerstand 119 nicht notwendig.

Wenn z. 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 Steuerelexlroden der anderen Thyristoren in der Schaltungsanordnung verbunden ist.

In einer Parallelschaltung wie der in Fig. 11, kann der Erslthyristor 117 vorteilhafterweisc ein Thyristor mit einer Einsenkung der äußeren Zone (Kathodenzone), x. B. entsprechend den Fig. 5 oder 6 sein. Der Thyristor 117 muß außerdem durch die niedrigste Kippspiännung in bezug auf die anderen Thyristoren üi der Schaltungsanordnung ausgezeichnet sein. In diesem Fall wird das Anlegen einer die maximalt Sperrspannung übersteigenden Spannung an die Par allelschaltung den Thyristor 117 zünden. Hierdurcl wird ein Signal geliefert, welches jeden der anderer

Thyristoren 122 zündet. Diese Schaltungsanordnung vermindert somit wesentlich die Wahrscheinlichkeit daß die Thyristoren unter Beschädigung durchbren ncn.

Es ist wichtig zu erwähnen, daß bei dem Thyristoi nach der Erfindung ein vorhandenes Signal benutz wird, welches für die Ankopplung weiterer Thyristor flächenbereiche äußerst brauchbar ist. Das Signa steht jedoch auch für andere Zwecke zur Verfugung da es als Zcitgebersignal, als Que'le zur Anregung vor

'S Schwingkreisen oder für eine Vielzahl anderer Anwendungen benutzt werden kann. Thyristoren entsprechend der Fig. 2 können eine freistehende Klemme aufweisen, die mit der Leitung 30 verbunden ist, so ilaü die Benutzung dieses Signals auf einfache Weise erreicht werden kann.

Fig. 1 zeigt, daß nei einem üblichen bekannten Thyristor eine Leitung 26 an dem nicht kon'ikticrtcn Bereich der äußeren Zone angebracht werden kann, und die Klemme der Leitung 26 dann für die Benut

²S zung eines bei der Zündung des Thyristors abgenommenen Signals zur Verfugung stc!".:.

Die Benutzung von Thyristoicn, welche den Aufbau mit einer Einsenkung der Kathodenzone oder einen anderen Aufbau mit Einsenkungswirkung besitzen, wie z.B. die in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigten, in einer Reihenschaltung, erfordert .,icht mehr die Auswahl von Thyristoren mit identischen Einschalt Charakteristiken, da entweder das Steuersignal oder der Spannungsdurchbruch bei der Kippspannung si

3S sicher in Schaltungen mit hohen AVdf-Werten zünden. Ein weiterer Vorteil ist der, daß nur eine genügend große Zahl von Thyristoren über ihre Steuerclektrodcn gezünd*;! «verden muß, um die ülirigen der Reihe zu zünden. Tatsachlich benötigt diese Thyristorreihe keine gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die einzelnen Thyristoren um ein Zünden auszulösen, und kann durch das Anlegen einer genügend hohv.ii Spannung gezündet werdeii.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen von Thyristoren nach der Erfindung liegt eine Basiszone (eine P-leitende 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. 50 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 kontaktier ten Bereiche 21 bzw. 50 der äußeren Zone 19 vorgesehen, so werden die den Hilfselektroden 32 bzw. 48 benachbarten Bereiche der äußeren Zone 19 unter der Hauptelektrode jedoch ebenso wie nicht kontaklierte Bereiche 21 bzw. 50 gezündet, ausgenommen wenn die Hauptelektrode das sekundäre Zündsignal durch Kurzschließen völlig ausschaltet.

Bei der Thyristorausführung nach Fig. 3 erstreckt sich die P-leitende Basiszone zwischen den Hilfselektroden 48 und der angrenzenden Kante der Kathodenzone (äußere Zone 19). In dem Fall eines Aufbaues nach Fig. 13 erstreckt sich die P-leitende Basiszone von den .Seiten des nicht kontaktierten Be-

reiches 146 der Kathode nzone zu den Zündpunkten auf den Ansätzen 148 der Kathodenzone. Wo davon die Rede ist, daß sich eine Basiszone /wischen der Abnahmestelle des sekundären Zündsignals und dem nichtkontaktierlen Bereich der Kathodenzone »erstreckt«, ist das so zu verstehen, daß die Basiszone in dem elektrischen Weg zwischen der Abnahmestelle und dem nichtkontaktierlen Bereich der Kathodenzone vorhanden ist. So kann anderes Material oder eine Öffnungin diesem Gebiet dazwischenliegen, aber die Basiszone wird in diesem Gehiei: nicht gänzlich unterbrochen; darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn nicht eine völlige Isolierung /wischen der Abnahmesteile und dem nicht kontaktieren Bereich vorliegt.

Wo ein sekundäres Zündsignal an eine Hilfselektrode gelegt wird, wird eine Spannung zu dem gegenüberliegenden nichtkontaklieiien Bereich der Kathodenzone aufgehallt, wenn der Thyristor zu zünden beginnt. Wie in Fig. 3 mit einer gepunkteten Linie gezeigt ist, kann diese Spannung über einem nicht kontaktierten Bereich 50 zur Zündung zusätzlicher ! lilfselektroden an Stelle der Zündung aller Hilfselektrode η von dem von der Steuerelektrode gezündeten nicht kontaktierten Bereich 20 benutzt werden. Diese Möglichkeit tst besonders bei der Benutzung in Bedacht zu ziehen, wo eine große Zah'! von Hilfs/ündpunkten vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine Hilfselektrode benutzt, um eine weitete Hilfselektrode in einer »Kaskaden«-Anordnung /u zünden. Pie Kaskadenanordnung kann mehrere Stufen aufweisen atv.tatt gerade zwei, sofern eine große Zahl von Hilfselektroden angeordnet ist.

Bei einer Ausführungsform eines Thyristors nach der Erfindung ist dt ι der Steuerelektrode benachbarte nicht kontaktierle Bereich der äußeren Zone von dem Hauptteil der äußeren Zone getrennt. Er ist jedoch mit diesem durch einen Widerstand verbunden. Bei einer solchen Thyristorausführung wird ein Steuersignal benutzt, um den abgetrennten Bereich der äußeren Zone zu zünden. Wenn dieser gezündet ist, erzeugt der 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 Hauptteil 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 Zünden des Hauptteils der äußeren Zone kann die den Widerstand enthaltende Leitung zur Bildung eines Spannungssignales benutzt werden, das aus dem Thyristor herausgeführt werden und zu anderen Zwecken \ erwendet werden kann.

Fig. 2 dient auch zur Erläuterung dieser weiteren Ausführungsform eines Thyristors nach der Erfindung. So kann der in dem Bereich 20 dargestellte Widerstand durch einen besonderen Widerstandskörper anstatt durch einen Widerstand eines Teils der äußeren Zone gebildet werden. In einem Thyristor der entsprechend der Fi g. 2 aufgebaut ist, bildet der WiderstandeinTeil des Thyristoraufbaus. Diese Ausbildung kann durch Diffusion oder ein anderes Einbringen eines Widerstandsmaterials auf die Hauptfläche der Halbleiterseheibe zwischen dem abgetrennten nicht kontaktierten Bereich 20 der äußeren Zone 19 und '5 dem Hauptteil der äußeren Zone 19 erreicht werden. Eine iiulk-re Verbindung kann dadurch vorgesehe ■ sein, daß Leitungen an dem getrennten nicht kontaktierten Bereich 20 und dem Hauptteil der äußeren Zone 19 oder an der Hauptelektrode 16 angebracht sind und der Widerstand /wischen den Leitungen befestigt ist. In diesem Falle kann der Widerstand innerhalb des Thyristorgehäuses liegen oder die Leitungen können aus dem Gehäuse zur Anbringung an dem Widerstand herausgeführt sein.

Übliche bekannte Verfahren zur Herstellung von Thyristoren können angewendet werden, um Thyristoren nach der Erfindung herzustellen. Elektrische Leitungen können, wenn sie keine Drahtlcitungen sind, durch Diffusion. Epitaxie, Dampf ablagerung, Plattierung, Drucktechnik, Legierung oder andere Methode¹! gebildet werden. Widerslände können durch die Anwendung der Säureätzung verändert werden, um die gewünschten Widerstandswerte zu erhalten. Die Einsenkungen, die im Fall der Fig. 5 iir ' b vorgesehen sind, können durch chemisches od<_ physikalisches Entfernen des Halbleitermaterials gebildet sein.

Bei der Erläuterung des Thyristors wurde Bezug auf einen kathodeng.steuerten Thyristi-^r genommen, welcher der üblichere Typ ist. Jedoch sind auch anodengestcuerte Thyristoren nach der Erfindung auszubilden und ebenfalls Thyristoren, die Steucrelcktroden sowohl auf tier 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 zur Zündung aufweisen. Die Thyristoren können nämlich z. B. durch Lichteinschalturig gezündet werden.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor mit mindestens 4 Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitiingstyps, einer Hauptelektrode an jeder der beiden äußeren Zonen, mindestens einer Steuerelektrode an einer der den beiden äußeren Zonen benachbarten inneren Zonen, wobei ein der Steuerelektrode benachbarter Bereich der äußeren Zone von der "> Hauptelektrode nicht kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerelektrode (18) benachbarte nicht kontaktierte BtTi.ich (20) der äußeren Zone (19) iibor eine Leitung (30) mit mindestens einer Hilfselektrode (32) an der be- ·5 nachbarten inneren Zone elektrisch verbunden ist.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Hilfselektrode (32) benachbarter Bereich (21) der äußeren Zone (19) von der Hauptelektrode (16) nicht kontakticrl ist. *°

3. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (32) und der ihr benachbarte nicht kontaktierte Bereich (21) del äußeren Zone (19) dicht an dem der Steuerelektrode (18) benachbarten nicht kontaktierten Bereich (20) der äußeren Zone (19) liegen.

4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerelektrode (42) benachbarte nicht kontaktierte Bereich (44) der äußeren Zone (19) mit einer Vielzahl von Hilfseiek- !roden (48) an der benachbarten 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 von der Hauptelektrode (16) kontaktierten, auseinanderliegenden Bereichen (50) der äußeren Zone (19) vorgesehen ist und daß je ein solcher Bereich (SO) dicht gegenüber einer Hilfselektrode (48) liegt.

6. Thyristor nach den Ansprüchen 4 und 5, u» durch 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 Umfanges 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 streifenförmigen 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 !,dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Zone (19) in eine Mehrzahl voneinander getrennter von Hauptelektro denteilen kontaktierter Teilzonen (112) und eine von einem Hauptelektrodenteil nur teilweise kontaktierte Teilzone (102) aufgeteilt ist, daß alle Teilzonen (112) bis auf diese eine (102) in Öffnungen der Hilfselektrode (110) liegen, daß die Teilzone (102) außerhalb der Hilfselektrode (110) benachbart der Steuerelektrode (100) liegt und mittels einer Leitung (108) mit der Hilfselektrode (110) verbunden ist und daß die Hauptelektrodenteile aller Teilzonen (112, 102) der äußeren Zone (1?) mittels Leitungen (116) mit einem Anschluß (106) der Hauptelektrode an der äußeren Zone (15) elektrisch verbunden sind.

9. Thyristor nach den Ansprüchen 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem der Steuerelektrode benachbarten nicht kontaktieren Bereich (20, 44; 86, 102) der äußeren Zone (19) gebildete, im Stromweg liegende Widerstand (52) großer ist als der entsprechende Widerstand jetlis der übrigen nicht kontaktierten Bereiche (21; 50. 84; 112) der äußeren Zone (19).

10. Thyristor nach den Ansprüchen 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß der der Steuerelektrode benachbarte von der Steuerelektrode nicb^: kontaktierte Bereich (20; 44; 86; 102) der äußeren Zone (19) getrennt von dem von der Haupt elektrode kontaktierten Hauptteil der äußere;: Zone (19) angeordnet und über einen Widerstand mit diesen verbunden ist.

1 1. Thyristor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerelek trode benachbarte nicht kontaktierte Bereich (44, der äußeren Zone (19) mit einem Teil der Hilfselekiroden (48) elektiisch verbunden ist, und daß die anderen Hillselektroden (48) in einer Kaska denanordnung mit einem oder mehreren der den Hilfselektroden benachbarten nicht kontaktierten Bereichen (50) der äußeren Zone (19) elektrisch verbunden sind.

12. Thyristor nach den Ansprüchen 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß die äußert 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 äußere Zone (19) angrenzende innere Zone unterhalb 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 11, 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.