DE2013742C2 - Steuerbarer Halbleitergleichrichter - Google Patents

Steuerbarer Halbleitergleichrichter

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DE2013742C2 DE2013742A DE2013742A DE2013742C2 DE 2013742 C2 DE2013742 C2 DE 2013742C2 DE 2013742 A DE2013742 A DE 2013742A DE 2013742 A DE2013742 A DE 2013742A DE 2013742 C2 DE2013742 C2 DE 2013742C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Halbleiterkörper mit vier übereinanderliegenden Schichten, die von oben nach unten bezeichnet sind als Kathodenemitterschicht, Kathodenbasisschicht, Anodenbasisschicht und Anodenemitterschicht, wobei die nebeiieinanderliegenden Schichten entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen und PN-Übergänge zwischen den Schichten bilden, bei dem die Kathodenemitterschicht zwei Teile aufweist, nämlich einen laststromführenden Hauptemitterteil und einen Hilfsemitterteil, wobei diese beiden Teile durch .rinen Hauptsteuerteil der Kathodenbasisschicht voneinander getrennt sind, wobei die Kathodenbasisschicht zusätzlich einen Hilfssteuerteil aufweist, der von dem Hauptsteuerteil durch den Hilfsemitterteil getrennt ist, bei dem laststromführende Kontakte an dem Hauptemitterteil und der Anodenemitterschicht vorgesehen sind, bei dem ein Hilfssteuerkontakt auf dem Hilfssteuerteil vorgesehen ist und bei dem ein weiterer Kontakt verhältnismäßig niedriger Impedanz sowohl an dem Hilfsemitterteil als auch an dem Hauptsteuerteil zur Verbindung beider vorgesehen ist.
Bekanntlich sind bei steuerbaren Gleichrichtern die Sperrspannung, die kritische Spannungs- und Stromsteilheit und die zulässige Zündfolgefrequenz begrenzt.
Verschiedene Vorschläge zur Verbesserung der erwähnten Eigenschaften führten bislang lediglich zur Verbesserung einer Eigenschaft auf Kosten einer anderen.
Bei einem steuerbaren Gleichrichter der gattungsgemäßen Art, wie er in den französischen Patentschriften 15 41 894 und 15 30 863 beschrieben ist, ergibt sich ein Hilfsgleichrichterteil, der zuerst gezündet und dessen Leitfähigkeit auf den Hauptgleichrichterteil übertragen wird. Auf diese Weise ist eine Zündung des gesamten Gleichrichters in kurzer Zeit ohne Beschädigung auch mit schwachen Steuersignalen möglich. Bei dem Gleichrichter gemäß der FR-PS 15 41 894 sind Haupt- und Hilfsemitterteil durch einen Widerstand miteinan-
der verbunden. Die genannten französischen Patentschriften befassen sich vor allem damit, daß sich der gezündete Teil des Gleichrichters so rasch wie möglich in seiner Fläche vergrößert, um zu vermeiden, daß in dem bereits gezündeten Teil Stromdichten auftreten, die zu einer Beschädigung des Gleichrichters führen.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Halbleitergleichrichter der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß der das Steuersignal verstärkende Hilfsgleichrichterteil daran gehindert wird, seine Stromleitung zu beenden, bevor der Hauptgleichrichterteil vollständig gezündet ist
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hilfsemitterteil und der Hauptemitterteil durch einen halbleitenden Brückenteil verhältnismäßig hoher Impedanz verbunden sind und daß der Hilfsemitterteil einen Ring mit einer längs einer Sehne auf einer dem Brückenteil nahen Innenseite des Rings verlaufenden Fläche bildet
Eine andere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwischen dem Hilfsemitterteil und dem Hauptemitterteil ein Nebenhilfsteil der Kathodenemitterschicht liegt daß der Nebenhilfsteil mit dem Hilf,<--?.mitterteil durch einen halbleitenden Teil verhältnismäßig hoher Impedanz verbunden ist und daß der Hilfsemitterteil einen Ring mit einer längs einer Sehne auf einer dem Verbindungsteil nahen Innenseite des Rings verlaufenden Fläche bildet.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die erfindungsgemäßen Lösungen wird eine Beschädigung des steuerbaren Gleichrichters vermieden, die sich aus einem vorzeitigen Abschalten des das Steuersignal verstärkenden Hilfsgleichrichterteils vor dem Zünden des Hauptgleichrichterteils ergeben könnte. Wenn der das Steuersignal verstärkende Hilfsgleichrichterteil gesperrt würde, bevor der Hauptgleichrichterteil gezündet ist, kann die Stromdichte in diesem Hilfsgleichrichterteil einen so hohen Wert erreichen, daß er zerstört wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird dagegen ein sich erweiternder Stromweg ausgenutzt so daß der das Steuersignal verstärkende Gleichrichterteil gezündet bleibt, und daher die neben dem sich erweiternden Strompfad liegenden Bereiche ebenfalls gezündet werden. Diese Zündbereitschaft stellt sicher, daß der Strom in dem sich erweiternden Stromweg erst garn zum Schluß unterbrochen wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß der das Steuersignal verstärkende Gleichrichterteil aufgrund einer vorzeitigen Sperrung mit einer zu hohen Stromdichte belastet unbeschädigt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht des Halbleiterkörpers eines steuerbaren Halbleitergleichrichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der Kathodenkontaktschicht, der Hauptsteuerkontaktschicht und der daran befestigten Hilfssteuerkontaktichicht,
F i g. 2 den Schnitt 3-3 nach F i g. 1,
F i g. 3 den vergrößerten Schnitt 4-4 nach F i g. 1,
Fig.4 eine Draufsicht des Halbleiterkörpers bei entfernten Kontaktschichten,
F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Viertels des Halbleiterkörpern
F i g. 6 ein schematisches Ersatzschaltbild,
Fig.7 eine Draufixht eines Ausschnitts eines abgewandelten, zweiten Ausführungsbeispiels eines Halbleiterkörpers mit aufgesetzter Hauptsteuerkontaktschicht und
Fig.8 ein schematisches Ersatzschaltbild für die abgewandelte Ausführungsform nach F i g. 7,
Die F i g. 1 bis 5 zeigen einen Halbleiterkörper 202. Der Halbleiterkörper weist eine p-leitende Anoden-Emitter-Schicht 204, eine η-leitende Anoden-Basisschicht 206, eine p-leitende Kathoden-Basisschicht 208
ίο und eine η-leitende Anoden-Emitterschicht 210 auf. Die Kathoden-Emitterschicht 210 hat einen zentrisch angeordneten ringförmigen Hilfsemitterteil 212 gebildet, der durch einen Brückenteil 216 mit einem davon getrennten umlaufenden Hauptemitterteil 214 verbunden ist Der Hilfsemitterteil 212 ist an der Stelle des Innenumfangs, die neben dem Brückenteil 216 liegt, mit einer ebenen Fläche 217 versehen. Die Oberflächen aller Teile der Kathoden-Emitterschicht 210 liegen in einer einzigen Ebene, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers 202 bildet
Die Kathodenbasisschicht 208 ist mit einem Hilfssteuerteil 218 versehen, der zenifisch innerhalb des Hilfsemitterteils 212 angeordnet ist Die Kathoden-Basisschicht 208, die den Hilfsemitterteil 212 umgibt, stellt einen Hauptsteuerteil 220 dar, der einen mittleren Teil 222 (Fig.6) aufweist der den Hilfsemitterteil 212 umgibt und an ihn angepaßt ist und der mehrere strahlenförmig verlaufende fingerartige Teile 224 aufweist Der mittlere Teil 222 des Hauptsteuerteils 220 trennt den Hilfsemitterteil 212 und den Hauptemitterteil 214. Die fingerartigen Teile 224 verzweigen sich in radialer Richtung nach außen von dem mittleren Teil 222 und sind radial so verteilt, daß sie in dem Hauptemilterteil 214 verzahnt eingreifen. Um den mittleren Abstand zwischen den fingerartigen Teilen 224 und den voneinander getrennten Teilen des Hauptemitterteils 214 zu vermindern, wobei jedoch die Flächenausdehnung der fingerartigen Teile 224 begrenzt ist, sind die fingerartigen Teile 224 mit Seitenarmen 226,228 und 230 versehen. Die Seitenarme 226, die dem Umfang des Halbleiterkörpers 202 am nächsten liegen, sind länger als die Seitenarme 228, die wiederum länger sind als die Seitenarme 230. Die Länge der Seitenarme ist so gewählt, daß der Abstand zwischen entsprechenden Seitenarmen nebeneinanderliegender fingerartiger Teile 224 gleich ist. Folglich wird der Tendenz der radial ausgerichteten fingerartigen Teile 224 nach dem Außenumfang des Halbleiterkörpers 202 hin auseinanderzugehen, entgegengewirkt Der vollständige Hauptsteuerteil 220 der Kathoden-Basisschicht 208 liegt unter der Oberflächenebene der Kathoden-Emittei'schicht 210, d. h., der Hauptsteuerteil 220 liegt näher an der Anoden-Emitter-Schicht 204 als die Oberfläche der Kathoden-Emitterschicht
bie Kathoden-Basisschicht 208 ist zusätzlich mit mehreren voneinander getrennten Zonen 232 versehen, die so angeordnet sind, daß sie den Haupteinitterteil 214 umgeben. Die Zonen 232 sind, so wie es dargestellt ist, auf radial verlaufenden Linien mit gleichem Abstand von den daneb°nliegenden fingerartigen Teilen 224 angeordnet. Die übrigen Zonen 232, die näher an einem fingerartigen Teil 224 als an einem anderen liegen, sind gleich weit von den danebenliegendcr. Seitenarmen des nächsten danebenliegenden fingerartigen Teils entfernt Weitere Zonen 232, die um den Umfang der fingerartigen Teil. 224 angeordnet sind, liegen in der Mitte zwischen dem Außenumfang des Hauptemitterteils 214 und dem äußeren Ende der fingerartigen Teile
224. Die Zonen 232 ragen nach oben bis zu der Oberflächenebene, die durch die Oberfläche der Kathoden-Emitterschicht 210 gebildet ist. Die Zonen 232 sind so ungeordnet, daß sie in den Bereichen des Hauptemitterteils 214 liegen, die andernfalls am weitesten von der Flächenüberschneidung der Kathoden-Basis- und Emitterschichten 208,210 liegen. Anders betrachtet, berühren die Zonen 232 die Teile des Hauptemitterteils 214, die am weitesten von der Überschneidung der Kathoden-Emitterschicht 210 mit dem Hauptsteuerteil 220 und dem Umfangsoberflächenteil der Kathoden-Basisschicht 208 entfernt sind.
Die Anoden-Emitterschicht 204 und die Anoden-Basisschicht 206 bilden an ihrer Zwischenfläche einen Anoden-Emitterübergang 234. Der Hilfsemitterteil 212 und die Kathoden-Basisschicht 208 bilden an ihrer Zwischenfläche einen Hilfs-Emitter-Übergang 238a. In ähnlicher Weise bildet der Hauptemitterteil 214 und die
einen Hauptkathoden-Emitter-Übergang 238i>. In Wirklichkeit sind natürlich die Hilfs· und Hauptkathoden-Emitter-Übergänge ein einziger durchgehender Übergang, da der Brücken'cil 216 der Kathoden-Emitterschicht 210 den Hilfs- und den Hauptteil 212, 214 verbindet.
Der Halbleiterkörper 202 ist an seinem Umfang abgeschrägt. Es ist eine erste ringförmige abgeschrägte Kante 235 vorgesehen, die den Anoden-Emitter-Übergang 234 schneidet. Es ist eine zweite ringförmige, abgeschrägte Kante 237 vorgesehen, die den Kollektor-Übergang 236 zwischen den Basisschichten 206 und 208 schneidet.
Auf dem Halbleiterkörper 202 sind als Kontakte eine HilKsteuerkontakKchicht 240. eine Hauptsteuerkon-'aktschicht 242 und eine Kathodenkontaktschicht 244. Die Hilfssteuerkontaktschicrtt 240 ist zentrisch auf dem Hilfssteuerteil 218 der Kathoden-Basisschicht 208 angeordnet Die Hauptsieuerkontaktschicht 240 liegt über dem nngförnvgen Hilfsemitterteil 212 und dem Hauptsteuerteil 220 der Kathoden-Basisschicht 208 Die Hauptsteuerkontaktschicht 242 kreuz! den Hilfsemttterubergang 238a am äußeren Umfang des ringförmigen Hiifsemitteneils 212 und ist andererseits von dem Kathoden-F.-pitter-Übergang 2386 getrennt. Die Kathodenkontaktschicht 244 berührt nur den Hauptemitterteil 214 und den Umfangsteil der Kathoden-Basisschicht 208. der den Hauptemitterteil 214 umgibt.
Damit eine elektrische Verbindung mit der Anoden-Emitter-Schicht 204 besteht, ist der Halbleiterkörper 202 gemäß F i g. 3 mit einer Auflageplatte 250 versehen. die aus einem M°!.all besteh:.
Gewisse Eigenschaften der Arbeitsweise des steuerbaren Gleichrichters lassen sich besser erkennen, wenn man den Halbleiterkörper als einen Hilfs- oder Steuersignalverstärkungsthyristor und einen Hauptthyristor auffaßt. d!e aufbaumäßig dadurch zusammengefaßt sind, daß sie eine gemeinsame Anoden-Emhterschichi 204. eine Anoden-Basisschicht 206 und eine Kathoden-Basisschicht 208 aufweisen. Der Hilfs- oder Signaiverstärkungsthyristor enthält den ringförmigen Hilfsemitterteil 212 ebenso wie die Teile der Kathoder,-Basisschicht 208. der Anoden-Basisschicht 206 und der Anoden-Emitterschicht 204. die unter dem Hilfsemitterteil 212 liegen. Der Hauptthyristor besteht aus den übrigen Teilen der Anoden-Emitterschicht 204. der Anoden-Basisschicht 2Ö6 ""-.d der Kaihoden-Basisschicht 208. ebenso wie dem Hauptemitterteil 214.
Das Leitendwerden des -'euerbaren Gleichrichters läßt sich so erklären, daß zunächst der Hilfsthyristor leitend wird, der an seinem Ausgang ein verstärktes Steuersignal erzeugt, das den Hauptthyristor in den leitenden Zustand bringt. Um dies deutlicher zu machen, sei auf F i g. 6 verwiesen, in der ein schematisches Funktionsschaltbild des steuerbaren Gleichrichters dargestellt ist. der mit einer Spannungsquelle 302 und einer Last 304 verbunden ist. Dieses Funktionsschaltbild gibt natürlich nur eine Annäherung gewisser Funktionen des steuerbaren Gleichrichters wieder und ist in seiner Funktion nicht allen Funktionen des beschriebenen Bauelements vollständig gleichwertig. Entsprechende Teile des steuerbaren Gleichrichters, der in F i g. 6 schematisch dargestellt ist, sind mit entsprechenden
ι -i Bezugszeichen der Teile versehen, wie sie in den F i g. I bis 5 verwendet werden.
Es sei angenommen, daß die Auflageplatte 250 neben der Anoden-Ernitterschicht 204 positiv gegenüber der Kathoden-Kontaktschicht 244 ist. so daß das Bauelement sich zunächst im Vorwärts-Sperrzustand befindet. Dann wird der Thyristor dadurch leitend, daß ein Steuersignal über die Steuerfeder 120 der Kathoden-Basisschicht 208 zugeführt wird. Bei einer wirklichen Anwendung wird das Steuersignal dem Hilfssteuerteil
?i 218 der Kathoden-Basisschicht 208, die zentrisch im I lilfsteil 212 der Kathoden-Emitterschicht 210 angeordnet ist, über die Hilfssteuerkontaktschicht 240 zugeführt. Es ist i'Slich daß das Steuersignal positiv gegenüber der Kathodenkontaktschicht 244 gewählt wird, jedoch daß
in es weniger positiv ist als die Auflageplatte 250.
Der Hilfsthyristor 306 beginnt dadurch zu leiten, daß eine Leitfähigkeit zwischen der Hilfssteuerkontaktschicht 240 und der Fläche 217 auftritt, die sich am inneren Rand des ringförmigen Hilfsteils 212 befindet.
ü Das zunächst leitende Plasma verteilt sich von der !lache 217 um den Umfang des ringförmigen Hilfsteils 212. Ein kleiner Teil des Plasmas gelangt in den Brückenteil 216, der den Hauptertiitterteil 214 und len Hilfsemitterteil 212 verbindet. Das Plasma, das sich
jo durch den Brückenteil 216 ausbreitet, wird jedoch auf eine sehr geringe Menge begrenzt, da der Brückenteil 216 anders als der Hilfsemitterteil 212 und der Haiiptemitterteil 214 keinen direkten Kontakt mit einem elektrischen Leiter von geringer Impedanz hat.
t- Andererseits lieg! die Hauptsteuerkontaktschicht 240 c.'irek: über dem Hilfsemitterteil 212 und steht mit dieser in ohmschem Kontakt. Der Brückenteil 216 ist ein leitender Pfad relativ hoher Impedanz, der parallel mit einem leitenden Pfad sehr geringer Impedanz verläuft.
5-, der durch die Hauptsteuerkontaktschicht 240 gebildet v/ird. so daß der Brückenteil 216 vernachläss;7baren Einfluß auf die Arbeitsweise des Bauelements zu diesem Einschaltzeitabschnitt hat.
Wenn der Hilfsthyristor 306 leitend wird, erhöht sich das Potential des Hilfsemitterteils 212 auf das Potential der Anodenauflageplatte 250, und dadurch wird an den Hauptthyristor 308 über die Hauptsteuerkontaktschicht MO ein verstärktes positives Steuersignal abgegeben. Der Hilfsthyristor 306 dient nicht nur dazu, das
rß ursprungliche Hilfssteuersignal zum Hauptthyristor zu übertragen, sondern er verstärkt das Signal auch in hohem Maße. Da ein relativ stark verstärktes Signal an der Kathoden-Emitterschicht 240 des Hauptthyristors 2:ur Verfügung steht, ist eine Stromdichte vorhanden, die
-5 ausreicht, den Hauptthyristor 308 gleichmäßig leitend r.ü machen, selbst wenn das Signa! zum Leitendmachen über die gesamte Hauptkontaktschicht verteilt ist zu eier der Mittelteil 222, die fingerartigen Teile 224 und die
Seitenarme 226,228 und 230 gehören.
Die Verzahnung der fingerartigen Teile 224 mit dem Hauptteil 214 der Kathoden-Emitterschicht 210 ermöglicht es, daß der Thyristor sehr rasch vollständig leitend wird, so daß außergewöhnlich große Stromanstiegsgeschwindigkeiten möglich sind, ohne daß das Bauelement zerstört wird. Es ist bekannt, daß die Stromanstiegszeit dir^'u mit der Fläche der Kathoden-Emitterschicht 210 anwächst, da die Menge des sich seitlich verteilenden Plasmas durch die Kathoden-Emitterschicht 210 beim Leitendwerden im wesentlichen konstant ist. Durch die Verzahnung des Hauptsteuerteils 220 mit dem Hauptkontaktteil wird die Fläche des Kathoden-Emitter-Übergangs 238b vervielfacht, die zuerst durch das verstärkte Steuersignal beeinflußt wird, das den π danebenliegenden Teilen der Kathoden-Basisschicht 208 zugeführt wird. Gleichzeitig ermöglichen die fingerartigen Teile 224 und die damit verbundenen Seitenarme ein. Eingreifen ■" d··* Hauntteile der Kathoden-Emitterschicht 210. die sonst sehr weit vom in Ursprung des verstärkten Steuersignals entfernt sind. Folglich ist die mittlere Strecke, über die sich das Plasma seitlich in der Kathoden-Emitterschicht 210 während des Leitendwerdens verteilen muß, stark vermindert, und die Einschaltzeit wird dementsprechend verringert. 2s
Der Vorteil der raschen Einschaltmöglichkeit wird mit einer nur geringen Erhöhung der Kompliziertheit der Vorrichtung erreicht. Beispielsweise erfordert die ringförmige Auflageplatte 112 gemäß F i g. 3, die mit der Kathoclenkontaktschichi 244 zusammenwirkt, keine in bf ondere maschinelle Bearbeitung oder Kennzeichnung, damit sie an die verzahnte obere Oberfläche der Teilanordnung angepaßt werden kann. Dies beruht darauf, daß der Hauptsteuerteil 220 des Halbleiterkörpers 202 so ausgebildet ist, daß er sich in einem a bestimmten Abstand unter der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers befindet. Wie am besten aus F i g. 4 zu ersehen ist, kann dadurch die ringförmige Auflageplatte 112 einen Abstand von der Hauptsteuerkontaktschicht 242 haben, so daß ein direkter ohmscher Kontakt mit dieser vermieden wird.
Bei der Herstellung von steuerbaren Gleichrichtern, die dem steuerbaren Gleichrichter gemäß Fig. 1—5 ähnlich sind, jedoch den Brückenteil 216 und die Fläche 217, die sich am Innenrand des ringförmigen Hilfsemitterteils 212 befindet, nicht aufweisen, hat sich gezeigt, daß diese Schaltelemente rasch und zuverlässig in der oben beschriebenen Weise leitend gemacht werden können, vorausgesetzt, daß dem Eingang ein entsprechendes Steuersignal zugeführt wird. Wenn jedoch ein zu schwaches Steuersignal dem Steueranschluß 124 zugeführt wird, dann hat sich gezeigt daß das Bauelement beschädigt werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Hilfs- oder Steuersignalverstärkungsthyristorteil wieder nichtleitend wird, bevor der Hauptthyristor leitend wird. Denn der Strom, der von einem teilweise leitenden Hilfsthyristor 306 geleitet wird, ist auf eine kleine Fläche begrenzt so daß eine unzulässig hohe Stromdichte auftritt die die kleine Fläche des Hilfsthyristors, die im leitenden Zustand bleibt überhitzt und zerstört Die Neigung des Hilfsthyristors, nichtleitend zu werden, wird dem Hilfsteil der Kathoden-Basisschicht 208 zugeschrieben, deren Potential auf das Potential der Anoden-Emitterschicht 204 beim Einschalten des Hflfsthyristors anwächst Dadurch kann es vorkommen, daß der Hilfssteueranschluß positiver ist als die Steuerspannung der Steuerspannungsquelle, so daß ein umgekehrter Strom aus dem Steueranschluß austritt, woraufhin der Hilfsthyristor 306 nichtleitend wird.
Die Funktion des Brückenteils 216 der Kathoden-Emitterschicht 210 besteht darin, einen Durchlaß zu schaffen, durch den sich der fließende Strom vom Hilfsemitterteil 212 zum Hauptemitterteil 214 ausdehnen kann. Dieser Auswegdurchlaß verhindert, daß der Strom, der vom Hilfsthyristor geführt wird, so dicht am Umfang des Hilfsemitterteils 212 zusammengedrängt wird, daß sich eine Überhitzung und ein Schadhaftwerden des Bauelements ergibt. Der Brückenteil 216 ist jedoch nicht wirksam, wenn die Vorrichtung zum Nichtleitendwerden des Hilfsthyristors 306 nicht derart ausgestaltet ist, daß der Strom des Hilfsthyristors in Richtung auf diesen zusammengedrängt wird. Mit anderen Worten, wenn der Vorgang des Nichtleitendwerdens den Strom zum Rand des Hilfsemitterteils 212, der vom Brückenteil 216 entfernt liegt, hindrängt, kann der Brückenteil 216 keinen Durchlaß vorsehen, durch den der Strom zum Hauptemitterteil 214 ausgedehnt werden kann.
Um sicherzustellen, daß der Brückenteil 216 den Strom verteilt, wenn die Neigung besteht, daß der Thyristor nichtleitend wird, beispielsweise beim Einschalten durch ein schwaches Steuersignal, ist am Innenrand des Hilfsemitterteils 212 die Fläche 217 vorgesehen. Diese Fläche 217 verringert den Abstand zwischen der Hilfssteuerkontaktschicht 240 und dem Innenrand des ringförmigen Hilfsemitterteils 212, so daß ein Leitendwerden des ringförmigen Hilfsemitterteils 212 vorzugsweise an dieser Fläche 217 auftritt und sich von dieser Fläche 217 auf den übrigen Teil des ringförmigen Hilfsemitterteils 212 ausdehnt. Winkelmäßig befindet sich die Fläche 217 des Hilfsemitterteils 212 direkt neben dem Brückenteil 216. Da die Fläche 217 direkt neben dem Brückenteil 216 liegt, kann der steuerbare Gleichrichter auf diese Weise zuverlässig leitend gemacht werden, ohne daß dabei schädliche Wirkungen auftreten, und zwar selbst dann, wenn die Steuersignale eine geringe Amplitude haben. Es ist kein Fall bekannt, bei dem ein Fehler auftrat, wenn 6er Brückenteil 216 und die Fläche 217 nebeneinander mit gleicher Winkellage verwendet werden. Der Grund dafür ist wohl darin zu sehen, daß der letzte Teil des ringförmigen Hilfsemitterteils 212, der nichtleitend wird, winkelmäßig an der gleichen Stelle auf dem ringförmigen Hilfsemitterteil 212 liegt wie der erste Teil, der leitend wird. Wenn man den Abstand zwischen der Hilfssteuerkontaktschicht 240 und dem Hilfsemitterteil 212 bei einer festen Stellung des Hilfsemitterteils 212 vermindert, dann kann die Stelle, an der der Strom sowohl zuerst fließt als auch zuletzt abgeschaltet wird, winkelmäßig festgelegt werden. Dementsprechend kann diese Stelle winkelmäßig neben dem Brückenteil 216 angeordnet werden, so daß der Brückenteil 216 eine Stromansammlung verhindert und den Hilfsthyristor 306 nichtleitend macht bevor das Leitendwerden des Hauptthyristors unterbunden wird.
In den F i g. 7 und 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt Teile, die denen des steuerbaren Gleichrichters gemäß F i g. 1 — 6 gleich sind, sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen und nicht im einzelnen beschrieben. Der Halbleiterkörper 400 entspricht in seiner Form dem Halbleiterkörper 202, mit der Ausnahme, daS der Brückenteii 216 der Kathoden-Emitterschicht 210 weggelassen und ein Nebenhilfsteil 402 vorgesehen ist der mit dem ringförmigen
Hilfsemitterteil 212 über einen Teil 404 mit relativ hoher Impedanz zu einem Stück verbunden ist. Der Verbindungsteil 404 mit hoher Impedanz befindet sich neben der Fläche 217 am inneren Rand des Hilfsemitterteils 212. Der Verbindungsteil 404 mit hoher Impedanz besteht vorzugsweise aus Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeits'yp, und zwar ähnlich wie der übrige Teil der Kathoden-Emitterschicht 210. Die hohe Impedanz dieocs Verbindungsteils 404 ist durch die Breite der Verbindung zwischen dem Hilfsemitterteil 212 und dem Nebenhilfsteil 402 bestimmt. Sie kann auch dadurch bestimmt werden, daö dieser Verbindungsteil 404 des Halbleiterkörpers so weit weggeätzt wird, daß seine Dicke relativ zu der des Hilfsemitterteils 212 und des Nebenhilfsteils 402 vermindert ist. In jedem Fall besteht der Verbindungsteil 404 hoher Impedanz aus einem Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeitstyp, der den gleichen spezifischen Widerstand wie der übrige Teil der Kathoden-Emitterschicht 210 hat. Dementspre r^V\t*r\A !ft L At «-in kn»nn/lor.i Cloiioriinn Και Λιλψ· Χ\\\Λ*%ηη /tnr
Kathoden-Emitterschicht 210 notwendig neben der Steuerung der Maskenanordnung, durch die der Verbindungsteil 404 gebildet wird. Man kann jedoch die Impedanz des Verbindungsteils 404 relativ zu der des Hilfsemitterteils 212 und des Nebenhilfsteils 402 erhöhen, indem man den spezifischen Widerstand dieses Teils nach bekannten Verfahren oder Kombinationen aus diesen, wie sie oben beschrieben sind, erhöht, damit man eine Verbindung mit hoher Impedanz erhält. Ein weiterer Unterschied im Aufbau dieser abgewandelten Ausführungsform besteht darin, daß die Hauptsteuerkontaktschicht 406, die der Hauptsteuerkontaktschicht 242 gleicht, über dem Nebenhilfsteil 402 und dem Verbindungsteil 404 liegt. Der Unterschied der Wirkungsweise des Halbleiterkörpers 400 läßt sich am
ίο besten anhand von Fig.8 erläutern. Während der Halbleiterkörper 202 durch das Brückenteil 216 einen stromleitenden Pfad parallel zur Hauptsteuerkontaktschicht 242 aufweist, hat die Ausbildung des Halbleiterkörpers 400 den Vorteil, daß ein solcher paralleler Strompfad nicht vorhanden ist. Dementsprechend steht der ganze Ausgangsstrom des Hilfsthyristors 408 als verstärktes Steuersignal für den Hauptthyristor 410 ί >r Verfügung. Dies wird jedoch ohne beträchtlichen Nachteil dadurch erreicht, daß der Verbindungsteil 404 I mnt^rlani
^ dem Nebenhüfs'.ei! 402 führt,
eine ähnliche Wirkung hat wie der Brückenteil 216, nämlich einen Durchlaß für die Stromausbreitung zu bilden, so daß ein Nichtleitendwerden des Halbleiterkörpers 400, bevor der Hauptteil des Kathoden-Emitterteils leitend ist. verhindert wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnunecn

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiterkörper mit vier übereinanderliegenden Schichten, die von oben nach unten bezeichnet sind als Kathodenemittterschicht, Kathodenbasisschicht, AnodenbasissehJcht und Anodenemitterschicht, wobei aneinander angrenzende Schichten jeweils entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen und PN-Übergänge bilden, bei dem die Kathodenemitterschicht zwei Teile aufweist, nämlich einen laststromführenden Hauptemitterteil und einen Hilfsemitterteil, wobei diese beiden Teile durch einen Hauptsteuerteil der Kathodenbasisschicht voneinander getrennt sind, wobei die Kathodenbasisschicht zusätzlich einen Hilfssteuerteil aufweist, der von dem Hauptsteuerteil durch den Hilfsemitterteil getrennt ist, bei dem laststromführende Kontakte an dem Hauptemitterteil und der Anodenemilterschicht vorgesehen sind, bei dem ein Hilfssteuerkontakt auf aecn Hilfssteuerteil vorgesehen ist und bei dem ein weiterer Kontakt verhäitnismäßig niedriger Impedanz sowohl an dem Hilfsemitterteil als auch an dem Hauptsteuerteil zur Verbindung beider vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsemitterteil (212) und der Hauptemit.terteil (214) durch einen halbierenden Brückenteil (216) verhältnismäßig hoher Impedanz verbunden sind und daß der Hilfsemitterteil (212) einen Ring mit einer längs einer Sehne auf einer dem Brückenteil nahen Innenseite des Rings verlaufenden Fläche (217) bildet
2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiterkörper mit vier übereinanderliegenden Schichten, die von oben nach unten gezeichnet sind als Kathodenemitterschicht, kathodenbasisschicht, Anodenbasisschicht und Anodenemitterschicht, wobei aneinander angrenzende Schichten jeweils entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen und PN-Übergänge bilden, bei dem die Kathodenemitterschicht zwei Teile aufweist, nämlich einen laststromführenden Hauptemitterteil und einen Hilfsemitterteil, wobei diese beiden Teile durch einen Hauntsteuerteil der Kathodenbasisschicht voneinander getrennt sind, wobei die Kathodenbasisschicht zusätzlich einen Hilfssteuerteil aufweist, der von dem Hauptsteuerteil durch den Hilfsemitterteii getrennt ist, bei dem laststromführende Kontakte an dem Hauptemitterteil und der Anodenemitterschicht vorgesehen sind, bei dem ein Hilfs,steuerkontakt auf dem Hilfssteuerteil vorgesehen ist und bei dem ein weiterer Kontakt verhältnismäßig niedriger Impedanz sowohl an dem Hilfsemitterteil als auch an dem Hauptsteuerteil zur Verbindung beider vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfsemitterteil (212) und dem Hauptemitterteil (214) ein Nebenhilfsteil (402) der Kathodenemitterschicht (210) liegt, daß der Nebenhilfsteil (402) mit dem Hilfsemitterteil (212) durch einen halbleitenden Teil (404) verhältnismäßig hoher Impedanz verbunden ist und daß der Hilfsemitterteil (212) einen Ring mit einer längs einer Sehne auf einer dem Verbindungsteil (404) nahen Innenseite des Rings verlaufenden Fläche (217) bildet.
3. Gleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenteil (216) bzw. der Verbindungs- und Nebenhilfsteil (404,402) Material vom gleichen Leitfähigkeitstyp enthält, wie der
Hilfsemitterteil (212).
4. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenteil (216) gegenüber den Kontakten isoliert ist,
5. Gleichrichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsteil (404) einen im Vergleich zum Nebenhilfsteii (402) und Hilfsemitterteil (212) engeren Halsteil bildet
6. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Veraindungs- und Nebenhilfsteil (402, 404) durch den weiteren Kontakt (406) kontaktiert sind.
7. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Hauptsteuerteils (220) relativ zu der des Hauptemitterteils (214) abgesenkt ist
8. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Hauptemitterteil (214) und der Hauptsteuerteil (220) ineinander verzahnt sind.
9. Gleichrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptemittertei! (214) und der Hauptsteuerteil (220) im wesentlichen ringförmig sind und daß die ineinandergreifenden Teile im wesentlichen radial dazu verlaufen.
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