DE1935164C2 - Steuerbarer, drei aufeinanderliegende Schichten aufweisender Thyristor - Google Patents

Steuerbarer, drei aufeinanderliegende Schichten aufweisender Thyristor

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Silec-Semi-Conducteurs, Paris
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren, drei aufeinanderliegende Schichten aufweisenden Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • In dem älteren deutschen Patent 16 39 019 ist ein derartiger Thyristor vorgeschlagen worden, der in einer Silizium-Einkristallplatte eine integrierte Schaltung aus einem Haupt- Thyristor und einem Steuer-Thyristor aufweist. Mit derartigen Thyristoren können mit relativ geringen Steuerleistungen für den Steuer-Thyristor hohe Ströme geschaltet werden, die dann über den Haupt-Thyristor fließen. Wesentlich ist hierbei die kurze Löschzeit des Haupt-Thyristors. Der Aufbau eines solchen Thyristors ist allgemein so, daß in der Mitte der Oberseite der Halbleiter-Einkristallplatte die Steuerelektrode für den Steuer-Thyristor angeordnet ist, wohingegen die Kathode des Haupt-Thyristors die Kathode des Steuer-Thyristors umgibt und am äußeren Rand der Halbleiter-Einkristallplatte liegt. Zwischen der Kathode des Steuer-Thyristors und der Steuerelektrode des Haupt-Thyristors ist eine Ohmsche Verbindung vorgesehen, z. B. in Form eines leitfähigen ringförmigen Streifens, durch die die Stromrückleitung bei Anlegen eines Steuersignals an die Steuerelektrode des Steuer-Thyristors verbessert wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechempfindlichkeit eines derartigen Thyristors zu verbessern, insbesondere eine Rückwirkung des Haupt-Thyristors auf den Steuer-Thyristor zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung, durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Merkmal gelöst.
  • Diese Maßnahme, die an sich bereits aus der DE-AS 11 86 554 bekannt ist, hat die Funktion einer Art Diode zwischen den beiden Kahtoden von Haupt- und Steuer-Thyristor, so daß beim Löschen des Steuer-Thyristors die Löschung des Haupt-Thyristors durch Aufbau einer Gegenspannung nicht mehr gestört wird. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Thyristors gemäß der Erfindung erhöht.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung ist Gegenstand des Anspruchs 2. Damit wird die Leitfähigkeit des Thyristors längs der Oberfläche verbessert, so daß sich extrem kurze Löschzeiten erreichen lassen.
  • Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar
  • Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des Thyristors;
  • Fig. 2 einen perspektivischen Halbschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Thyristors;
  • Fig. 3 eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des Thyristors und
  • Fig. 4 einen Schnitt durch den Thyristor gemäß Fig. 3 längs der Linie IV-IV.
  • In den Figuren sind gleiche Teile und Bauelemente jeweils mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Thyristor besteht aus einem ersten oder Haupt-Thyristor Th 1 mit hohem Steuerstrom und einem zweiten oder Steuer-Thyristor Th 2 mit geringer Leistung. Die beiden Anoden der Thyristoren Th 1 und Th 2 sind an die Plusklemme +V einer Stromquelle angeschlossen. Die Kathode des Thyristors Th 1 ist an die Minusklemme -V der gleichen Stromquelle angeschlossen. Die Steuerelektrode des ersten Thyristors Th 1 ist an die Kathode des Steuer-Thyristors Th 2 angeschlossen, dessen Steuerelektrode ihrerseits an eine positive Steuerspannungsquelle +G mit geringer Leistung angeschlossen ist.
  • Sofern der Steuerelektrode des Steuer-Thyristors Th 2 über die Steuerspannungsquelle ein positives Steuersignal zugeführt wird, sperrt der Steuer-Thyristor Th 2 und die Spannung +V wird an die Steuerelektrode des Haupt-Thyristors Th 1 angelegt, worauf dieser sperrt.
  • Der Thyristor ist, wie in Fig. 2 dargestellt, als integrierte Schaltung aus einer Silizium-Einkristallplatte nach üblichen Diffusions- und Elektroden-Bildungsverfahren hergestellt. Eine Seite der n-leitenden Silizium-Einkristallplatte n 2 weist eine p-leitende Diffusionszone p 2 auf, die mit einer für beide Thyristoren gemeinsamen Anode 1 bedeckt ist. Die entgegengesetzte Seite der Silizium-Einkristallplatte wird durch eine p-leitende Diffusionszone p 1 gebildet, die in zwei zueinander koaxialen Ringen verteilte weitere n-leitende Diffusionszonen n 1 und n 3 aufweist. Die Zone n 3 ist mit der Kahtode 2 des Haupt-Thyristors versehen. Eine weitere koaxiale Ringelektrode 3, die sowohl die Steuerelektrode des Haupt-Thyristors, als auch die Kathode des Steuer-Thyristors Th 2 bildet, ist teils auf der p 1-Zone und teils der Diffusionszone n 1 angeordnet, wobei sie diese Zonen kurzschließt. Eine mittige zentrale Elektrode 4 dient als Steuerelektrode für den Steuer-Thyristor Th 2. Der Haupt-Thyristor wird also aus den Zonen p 2, n 2, p 1 und n 3 und der Steuer-Thyristor Th 2 aus den Zonen p 2, n 2, p 1 und n 1 gebildet.
  • Die von der Kathode 2 überdeckte weitere n-leitende Zone n 3 ist mit p-leitendenDiffusionslöchern versehen, wodurch hier eine Diodenwirkung auftritt.
  • Bei dem Thyristor gemäß den Fig. 3 und 4 ist wiederum eine mittige Steuerelektrode 4&min; angeordnet; die Kathode des Haupt-Thyristors ist hier mit C, die weiteren n-leitenden Zonen sind mit N, und N,&min; bezeichnet. Die Kathode C ist eine Metallauflage mit einer Form aus mittels eines radialen Steges 14 elektrisch miteinander verbundenen, zueinander konzentrischen Kreisen 11 und 12 sowie einem Kreissegment 13. Eine weitere Metallauflage aus zwei Kreissegmenten 15 und 16 sowie einem radialen Steg 17 erhöht die Oberflächenleitfähigkeit des Thyristors. Der Steuerstrom der Vorrichtung wird der mittigen Steuerelektrode 4&min; des Steuer-Thyristors zugeführt, der Hauptstrom fließt von der Kathode C zu Anode A.

Claims (2)

1. Steuerbarer, drei aufeinanderliegende Schichten aufweisender Thyristor zur Steuerung des Stromdurchgangs zwischen zwei Leitern mit einem ersten oder Haupt-Thyristor, dessen Anode mit einem ersten der Leiter und dessen Kathode mit dem zweiten Leiter verbunden ist, und mit einem eine geringere Leistung aufweisenden zweiten oder Steuer-Thyristor, dessen Anode mit dem ersten Leiter und dessen Kathode mit der Steuerelektrode des ersten Thyristors verbunden ist, während die Steuerelektrode des zweiten Thyristors mit einer das Steuersignal für das Schließen des zweiten Thyristors liefernden Spannungsquelle verbunden ist, wobei die beiden Thyristoren in ein- und derselben abwechselnd p- und n-leitende Zonen aufweisenden Halbleiter-Einkristallplatte integriert sind und dabei auf beiden Seiten der Einkristallplatte, deren Masse n-leitend ist, jeweils eine p-leitende Zone gebildet ist, von denen die eine p-leitende Zone mit der für den ersten und zweiten Thyristor gemeinsamen Anode versehen ist und von denen die andere p-leitende Zone auf der gegenüberliegenden Seite der Einkristallplatte in ihrer Mitte die Steuerelektrode des zweiten Thyristors trägt sowie zwei voneinander beabstandete, als konzentrische Ringe ausgebildete weitere n-leitende Zonen aufweist, wobei die eine der weiteren n-leitenden Zonen mit der Kathode des ersten Thyristors versehen und so angeordnet ist, daß diese Kathode eine Rauteneinfassung des Thyristors bildet, und zwischen der Kathode des ersten Thyristors und der Steuerelektrode des zweiten Thyristors von beiden beabstandet eine weitere ringförmige Elektrode angeordnet ist, die sowohl die Steuerelektrode des ersten als auch die Kathode des zweiten Thyristors bildet und sowohl einen Teil der anderen der weiteren n-leitenden Zonen als auch einen Teil der anderen p-leitenden Zone überdeckt und damit kurzschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Kathode (2 bzw. C) des ersten Thyristors (Th 1) bedeckte weitere n-leitende Zone (n 3 bzw. N 1) durch sie mündende p-leitende Diffusionslöcher aufweist.
2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (C) des Haupt-Thyristors in Form mehrerer zueinander konzentrischer Kreise (11, 12) und Kreissegmente (13), die mittels eines radialen Steges (14) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, ausgebildet ist, und daß zwischen den Teilen dieser Kathode (C) eine weitere Metallauflage vorgesehen ist.
DE19691935164 1968-12-31 1969-07-08 Steuerbarer, drei aufeinanderliegende Schichten aufweisender Thyristor Expired DE1935164C2 (de)

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