DE2035472A1 - Thynstorschaltung und Thyristor mit zusatzlicher Steuerelektrode - Google Patents

Description

de.ing. H. NEGENDANK · dipl-ing. H-HAXJCK-DiPL-PHYaW-SCHMITZ

HAMBUHG-MÜNCHEN ZUSTEIiI.TJNGSANSCHHIFT: HAMBUHG 36 - NEUERWALI, 41

'■' TEL. 9674 18 WND 364110

TELEOR. NBGBDaPATENT HAMBUHG MÜNCHEN 15 MOZAHTSTH. 83

. TE Ii. S 88 00 86

TBLEGH-NEGBDAPATENTHuNCHBN

Hamburg, 15. Juli 1970

Borg-Warner Corporation 2oo South Michigan Avenue Chicago, Illinois 6060¹I (V.St.A.)

Thyristorschaltung und Thyristor mit zusätzlicher Steuerelektrode.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Thyristorschaltung und einen neuartigen Thyristor mit einer zusätzlichen Steuerelektrode.

Eine bekannte Ausführung eines Thyristors ist ein gesteuerter oder steuerbarer Silizium-Gleichrichter (Vierschicht-Triode oder genauer Vierschicht-Schalt-Diode), der eine ohmsche Verbindung mit der äußeren p-Schichtj, so daß diese als Anode verwendet werden kann, eine zweite ohmsche Verbindung zu der äußeren η-Schicht, so daß diese als Kathode verwendet werden kann, und eine als normale SteuereIektrodenverbindung dienende dritte Ohmsche Verbindung zu der der n-Kathodenschicht benachbarten p-Schicht aufweist. Durch Anlegen einer einseitiggerichteten Potentialdifferena zwischen Anode und Kathode des VierscMciit-

Elementes, wobei die Polarität an der Anode positiv in bezug auf die an der Kathode ist, und durch Injektion eines Stromes uurch die normale Steuerelektrodenleitung in die neben der Kathode befindliche p-Schicht steigt der durch das Halbleiterelement hindurchfließende Strom rasch zu dem hohen Leitfähigkeitswert des Gesteuerten Silizium-Gleichrichters an. Die normale Steuerelektrode kann dann nicht mehr zur Steuerung der Leitfähigkeit verwendet werden, so daß es zum Abschalten a des gesteuerten Silizium-Gleichrichters erforderlich wird, den Hauptstron unter den Wert für die Haltestromstärke zu verringern. Das erfolgt in vielen Fällen durch Umkehren der an die Anode und Kathode angelegten Polarität, so daß tatsächlich ein entgegengesetzter Strom oder Rückstrom für eine kurze Zeitspanne durch den gesteuerten Silizium-Gleichrichter fließt und die Ladungsträger von den Endübergängen neben der Anoden- und Kathodenschicht rasch ausräumt. Der eine Endübergang befindet sich zwischen der Anoden-p-Schicht und der dieser benachbarten η-Schicht, während der andere Endübergang zwischen w der Kathoden-n-Schicht und der benachbarten p-Schicht der normalen Steuerelektrode liegt. Der Rückstrom fließt dann, wenn die Löcher und die Elektronen in den Endabschnitten des Elements zu diesen beiden Endübergängen diffundieren. Nachdem die Löcher und die Elektronen an diesen übergängen entfernt worden sind, hört der Rückstrom im äußeren Schaltkreis auf, und die beiden Endübergänge befinden sich im Sperrzustand. Die Erholung des gesteuerten Silizium-Gleichrichters ist jedoch

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nicht vollständig, da sich in der inneren η-Schicht in der Nähe des mittleren Übergangs noch eine hohe Konzentration von Löchern befindet. Es ist allgemein Üblich, diese Löcher in der inneren η-Schicht neben dem mittleren übergang sich mit einer Geschwindigkeit rekombinieren zu lassen, die im allgemeinen unabhängig ist von den dann in der Schaltung außerhalb des gesteuerten Silizium-Gleichrichters vorgegebenen Bedingungen, nachdem eine ausreichende Rekombination stattgefunden hat, nimmt die Konzentration der Löcher in der Nähe des mittleren Überganges auf einen niedrigen Wert ab, und der mittlere übergang geht wieder in den Sperrzustand über. In diesem Zeitpunkt kann erneut eine Vorwärtsspannung zwischen Anode und Kathode des Elementes angelegt werden, ohne dadurch den gesteuerten Silizium-Gleichrichter anzuschalten, vorausgesetzt natürlich, daß dabei kein Strom in die normale Steuerelektrode injiziert wird.

Der Erfindung liegt daher hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, die Abschaltzeit eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters (Thyristors oder Vierschicht-Schalt-Diode^ durch Verkürzung der für den mittleren übergang des Elementes zum Erreichen des Sperrzustandes benötigten Zeitspanne zu verkürzen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird einerseits eine Schaltung zur Erregung und zum Betrieb eines Thyristors (im nachfolgenden als Thyristorschaltung bezeichnet) vorgeschlagen, der aus vier Schichten aufgebaut ist, die abwechselnd aus n™ und p-Halbleitermaterial bestehen. Die erste n-Schieht

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weist einen ohmschen Kontakt auf und dient als Kathode, die erste p-Schicht weist einen ohmschen Kontakt auf, dient als normale Steuerelektrode und bildet einen ersten Endübergang mit der ersten η-Schicht. Die zweite η-Schicht weist einen ohmschen Kontakt auf, vermittels dessen sie als zusätzliche oder Neben-Steuerelektrode dienen kann, und bildet mit der ersten p-Schicht einen mittleren übergang. Die zweite p-Schicht weist einen ohmschen Kontakt auf, dient als Anode und bildet einen zweiten Endübergang mit der zweiten n-Schieht. Schaltungsvorrichtungen einschließlich zweier Bezugswertleitungen zum Anlegen einer einseitiggerichteten Potentialdifferenz geeigneter Polarität zv/ischen den ohmschen Kontakten der Anoden- und der Kathodenschicht des Thyristors sind vorgesehen, um in Abhängigkeit von dem Anlegen von Steuerelektrodensignalen ,an die normale Steuerelektrode einen von der Anode zur Kathode des Thyristors gerichteten Stromdurchgang herbeizuführen. Ein Abschaltkreis ist mit diesen Bezugswertleitungen gekoppelt und dient dazu, die Wirkung der einseitiggerichteten Potentialdifferenz wenigstens zeitweise zu überwinden und den Thyristor abzuschalten. Das Abschalten kann in der Beseitigung der normalen, einseitiggerichteten Potentialdifferenz, in der Verringerung der normalen Potentialdifferenz auf im wesentlichen den Wert Null, oder im Anlegen einer Potentialdifferenz entgegegengesetzter Polarität zwischen den Anoden- und Kathodenverbindungen bestehen. .

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Diese Schaltung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine mit dem ohmschen Kontakt an der zusätzlichen Steuerelektrode des Thyristors gekoppelte Vorrichtung zum Anlegen eines Steuersignals geeigneter Polarität an diese zusätzliche Steuerelektrode, durch das ein Stromdurchgang durch den mittleren übergang von der zusätzlichen Steuerelektrode (zweite η-Schicht) in-die normale Steuerelektrode (erste p-Schicht) herbeiführbar ist. Dadurch werden die Ladungsträger in der Nähe des mittleren Überganges ausgeräumt, die sich ansonsten über einen erheblich längeren Zeitraum hinweg rekombinieren würden, bevor der mittlere übergang wieder in den Sperrzustand kommt.

Der andererseits vorgeschlagene Thyristor ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten n-Sehicht eine ausgedehnte Kontaktfläche vorgesehen und ein vierter ohmscher Kontakt mit der ausgedehnten Kontaktfläche derart verbunden ist, daß die zweite η-Schicht als zusätzliche Steuerelektrode benutzbar ist und mit der ersten p-Schicht einen mittleren übergang bildet, so daß durch Anlegen eines Steuersignals geeigneter Polarität ein Stromdurchgang durch den mittleren übergang von der zweiten η-Schicht in die erste p-Schicht hervorrufbar ist, durch den die Ladungsträger ausgeräumt werden, die sieh ansonsten über einen längeren Zeitraum rekombinieren würden, wenn der Thyristor abgeschaltet ist.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen

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jeweils gleiche Elemente bezeichnen:

Fig. 1 ist ein teilweise in Blockform gehaltenes schema-" tisches Schaltbild eines Vierschicht-Thyristors' mit einer zusätzlichen Steuerelektrode, sowie eines erfindungsgemäßen Abschaltkreises,

Figuren 2 und 3 sind jeweils ein Aufrißquerschnitt bzw. eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform eines herkömmlichen gesteuerten .Silizium-Gleichrichters, der für einen Betrieb gemäß der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines abgeänderten, gesteuerten Silizium-Gleichrichters, die ebenfalls in der oben genannten Schaltung verwendbar ist,

Fig. 5 ist eine schematis.che Darstellung einer Prüfschaltung, die zur Bestätigung der erfindungsgemäß verbesserten Arbeitsweise verwendbar ist,

Figuren 6 und 7 sind graphische Darstellungen von Daten, die vermittels der in Fig. 5 dargestellten Schaltung erhalten wurden, und

Figuren 8a-8i zeigen einen weiteren Herstellungsgang für einen abgeänderten, gesteuerten Silizium-Gleichrichter.

Fig. 1 zeigt eine Steuerschaltung zur Erregung und zum Betrieb eines Thyristors Io, der aus einem Körper aus Halbleitermaterial

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"wie z.B. 'Silizium oder Germanium besteht. Der Thyristor kann beispielsweise ein gesteuerter Halbleitergleichrichter (Vierschicht-Schalt-Diode) sein und vierSchichten 11-14 aufweisen, die abwechselnd aus n- und p-Material bestehen. Die erste n-S.chi-cht 11 weist einen ohmschen Kontakt lla auf und dient als Kathode, während die erste p-Schicht 12 einen ohmschen Kontakt 12a aufweist, vermittels dessen sie als normale Steuerelektrode dienen kann. Ein erster Endübergang 15 wird zwischen den aneinander grenzenden Schichten 11, 12 gebildet. Die zweite n-ochicht 13 weist einen ohmschen Kontakt 13a auf, vermittels dessen sie als zusätzliche Steuerelektrode dienen kann, und diese n-Schicht 13 bildet mit der erstenp-Schicht 12 einen mittleren übergang 16. Die zweite p-Schicht I¹I weist einen ohmschen Kontakt 1*4a auf, vermittels dessen sie als Anode dienen kann, und bildet außerdem mit der zweiten n-Schicht 13 einen zweiten Endübergang 17· ' ·

Zwei Bezugswertleitungen 18, 2o sind jeweils mit der Anodenverbindung I¹Ja bzw. mit der Kathodenverbindung lla des Thyristors oder gesteuerten Halbleitergleichrichters Io verbunden. In der hier dargestellten Schaltung ist eine Batterie 21 in Reihe mit einem Lastwiderstand 22 zwischen den Bezugswertleitungen, l8, 2o geschaltet, wobei jedoch offensichtlich jede andere Stromquelle wie beispielsweise eine Gsfeichrichtersehaltung, eine Brennstoffselle oder eine andere Einheit zwischen den Bezugswertleitungen angeordnet werden und zur Zufuhr der Betriebsenergie zu den gesteuerten Halbleitergleichrichter

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dienen kann. Zum Zwecke der Beschreibung und im Hinblick auf die Ansprüche werden die Bezugswertleitungen 18, 2o als Schaltungselemente zum Anlegen einer einseitiggerichteten Potentialdifferenz zwischen der Anoden- und der Kathodenschicht des gesteuerten Silizium-Gleichrichters bezeichnet. Vermittels dieser Anordnung läßt sich ein aus einem Strom geeigneter Polarität bestehendes Steuerelektrodensignal von einer geeigneten Triggerquelle über die Leitung 2 3 an die normale Steuerelektrodenverbindung 12a anlegen, um den gesteuerten .Silizium*· Gleichrichter anzuschalten. In der vorliegenden Beschreibung wird die Leitung 23 als Schaltungsvorrichtung zum Anlegen von Steuerelektrodensignalen an die normale Steuerelektrodenschicht 12 bezeichnet.

Zwischen den Bezugswertleitungen 1.8, 2o ist ein Abschaltkreis 24 angeschlossen. Der Abschaltkreis, weist einen Schalter 25, einen Kondensator 26 und eine Induktivität 27, die sämtlich in Reihe zwischen den Leitungen 18 und 2o geschaltet sind, und eine parallel zu dieser Reihenschaltung geschaltete Diode 28 auf. Die Schaltung wirkt in bekannter Weise, um wenigstens zeitweise die Einwirkung der zur Erregung dienenden und von der Batterie 21 angelegten Potentialdifferenz zu überwinden, damit der Anoden-Kathoden-Laststrom durch das Element Io auf Null abnehmen kann. Vermittels dieser Anordnung oder durch das Anlegen einer Rückwärtsbeaufschlagung.oder -Potentialdifferenz zwischen den Leitungen 18 und 2o wird eine Erholung der beiden Endübergänge 15 und 17 in verhältnismäßig kurzer

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BAD OBtGlNAL

Zeit ermöglicht, wobei jedoch der mittlere übergang 16 nicht in Sperrichtung beaufschlagt ist, so daß für den Verlauf der natürlichen Rekombination der Löcher in der: n-Schicht 13neben dem mittleren übergang 16 eine wesentlich längere Zeitspanne benötigt wird.

Entsprechend der Erfindung ist eine Sehaltungsvorrichtung wie z.B. ein Impulsgenerator 3ο vorgesehen, der mit einer Seite , über eine Leitung 31 mit der zusätzlichen Steuerelektrodenverbindung 13a des gesteuerten Silizium-Gleichrichters Io verbunden ist. Die andere Seite des Impulsgenerators 3o istmit einer Schalteinheit 32 verbunden, und zwar mit dem beweglichen Mittelkontakt 33 des Schalters. Der Schalter 32 weist außerdem einen ersten, feststehenden Kontakt 3^₉ der mit der Leitung 23 verbunden ist, welche zu der normalen Steuerelektrodenverbindung 12a führt, und einen zweiten, feststehenden
Kontakt 35 auf, der mit der Bezugswertleitung 2o und über
diese mit der Kathodenverbindung 11a verbunden ist. Wenn der W Abschaltkreis 24 betätigt wird, um eine schnelle Erholung
der Endübergänge 15 und 17 zu erzielen, wird der Schalter 32 in der Weise betätigt, um den pn-übergang 16 zwischen den
Schichten 12 und 13 in Sperrichtung zu beaufschlagen, so daß eine schnelle Erholung stattfindet und der Sperrzustand dieses Überganges wiederhergestellt wird, ohne daß die normale
Rekombination der Ladungen im Bereich des mittleren Überganges 16 abgewartet werden muß. Wenn in Schalter 32 der Kontakt „

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- Io -

33 nach oben in Berührung mit dem feststehenden Kontakt 34 gebracht wird, führt ein über die Leitung 31 angelegtes, positiv werdendes Steuersignal zu einem Stromdurchgang von der n-Schicht 13 durch den übergang l6 in die p-Schicht 12, wodurch sich der übergang 16 sehr schnell erholt, v/enn gleicherweise der bewegliche Kontakt 33 nach unten verstellt und in einen Eingriff mit dem feststehenden Kontakt 35 gebracht yr wird, wird ein geeigneter Erholungsimpuls bzw. ein Steuersignal immer noch zwischen dem zusätzlichen Steuerelektrodenkontakt 13a und dem Kathodenkontakt lla angelegt, was zu einem Stromdurchgang durch den übergang 1-6- in der geeigneten Richtung führt, um die gewünschte schnelle Erholung zu erzielen, ohne daß der normale Rekombinationsverlauf abgewartet werden muß.

Fig. 2 zeigt eine im Handel erhältliche, gesteuerte Silizium-Gleichrichtereinheit Io, die in der Weise abgeändert worden ist, daß sie den ohmschen Kontakt für die zusätzliche Steuerelektrode aufnehmen kann. Die Einheit Io weist ein Siliziumplättchen oder -Scheibe Ho auf, auf dem bzw. auf der die vier Schichten, die abwechselnd aus p- und n-Halbleitermaterial bestehen, so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß sie sich bei dem gewählten Zeichnungsmaßstab nicht darstellen lassen. Ein Ring- oder Kathodenkontakt lla ist vorgesehen und mit der als Kathode dienenden η-Schicht Il verbunden, und ein Steuerelektrodenkontakt 12a ist mittig angeordnet und mit

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-n-

dor an die Kathodenschicht anstoßenden p-Schicht verbunden. im allgemeinen erfolgt die (nicht dargestellte) AnodenverbinauiJL' vermittels eines zur Halterung dienenden Kontaktstückes oder einer anderen Vorrichtung, die an der Basis befestigt ist. Zur Halterung der Basis ist unterhalb der-GOIrcn eine Molytdän-Lasis kl vorgesehen, und in vielen Fällen wird eine ähnliche Molybdän-Schicht auf die Oberseite .ier ..iriheit aufgebracht, bevor diese eingekapselt wird oder zur i.'ndn.ontage gelangt.

'··.ie im linksseitigen Abschnitt der Fig. 2 dargestellt und üoch besser aus der Draufsicht der Fig. 3 ersichtlich, ist .:;ii; scheibenförmige i^;lättchen ko geläppt und weist eine Flache 13b zur Aufnahme des zusätzlichen iteuerelektrodenkontakts' auf. Liese Abänderung wurde an im Handel erhältlichen gesteuerte:: Jilizium-Jleichrichtern des Typs Westinghouse 219- (silicon controlled rectifier) durchgeführt, und die abgeänderten, gesteuerten Silizium-Gleichrichter mit den zusätzlicher. Steuerelektrodenkontakt arbeiteten einwandfrei, bei verkürzter Abscr.alt^eit. ^s hat sich gezeigt, daß der Betrag des bei innerhalb angemessener Spannungshöhe in den gesteuerten Silizium-Jleichrichter gedrückten zusätzlichen Ab schaltStroms euren den *uerwiVerstand in der n-Zone 13 der zusätzlichen £teuerelektroae begrenzt ist, da der zusätzliche Abschaltstro::: vor. eiern zusätzlichen ^teuerelektrodenkontakt l;a ir. der Forrr. einer kleinen

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-₁₂ - imuii

Welle seitlich nach außen diffundiert, was etwa vergleichbar ist den sich in einem Teich nach außen ausbreitenden Wellen, wenn an einem Rand des Teiches ein Stein ins Wasser geworfen wird. Zur Beseitigung dieses Effekts und zur weiteren Verringerung der Abschaltzeit wurden zusätzliche geläppte Zonen 13c, I3d und 13e in der in Fig. k dargestellten Weise vorgesehen. Alle vier Zonen wurden mit Kontakten versehen, parallel geschaltet und dann mit der Leitung 31 des Impulsgenerators verbunden. Diese Anordnung, durch welche praktisch die Fläche ohmschen Kontakts mit der zusätzlichen Steuerelektrode vergrößert wurde, gestattete das Anlegen höherer Abschaltströme, und verringerte außerdem die Abschaltzeit der Einheit.

Auf der linken Seite der Fig. 5 ist die Prüfanordnung zur Ermittlung der tatsächlichen Verringerung der Abschaltzeit des gesteuerten Silizium-Gleichrichters Io dargestellt. Die Ausgangsseite des ImpulBgenerators 3o weist zwei Leitungen 5o, 51 auf, zwischen denen eine einseitig gerichtete Potentialdifferenz an den Kondensator 52 angelegt wird. Ein weiterer, als Trigger dienender gesteuerter Silizium-Gleichrichter 53 ist zwischen den Leitungen 5o und 31 angeschlossen, und seine Steuerelektrode ist mit einer Leitung 5k verbunden, die zur Steuerung des gesteuerten Silizium-Gleichrichters 53 dient, um einen Stromimpuls I_ß über die Leitung 31 der zusätzlichen Steuerelektrodenverbindung 13a des gesteuerten Silizium-Gleichrichters Io zuzuführen. Ein Vorwärtsstrom I~ fließt von der Bezugswertleitung Ιδ. nach unten durch den gesteuerten Silizium-

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Gleichrichter Ιο, und wird in der dargestellten Weise durch die Leitung 2o abgeführt.

Auf der rechten Seite der Fig. 5 ist die Spannung an dem gesteuerten Silizium-Gleichrichter Io von dem Zeitpunkt, an dem die Rückwärtsspannung an die Anoden- und Kathodenverbindung angelegt wird, bis zu dem Zeitpunkt angenähert dargestellt, an dem das Vierschicht-Element sein Sperrvermögen wiederum völlig erreicht hat und von neuem eine Vorwärtsspannung angelegt wird. In den Figuren 6 und 7 sind die Prüfergebnisse dar« K gestellt, die mit zwei verschiedenen Vorrichtungen erhalten wurden, welche die zusätzliche Steuerelektrode aufwiesen und vermittels des Impulsgenerators gesteuert wurden. Die Prüfungen wurden mit drei verschiedenen Stromstärken für den Vorwärtsstrom Ip von 10 Ampere, 5 Ampere bzw. 1 Ampere ausgeführt. Der Impulsstrom I_ß erhielt verschiedene Werte, und die Abschaltzeiten des gesteuerten Silizium-Gleichrichters wurden gemessen, um die Darstellungen der Figuren 6 und 7 zu erhalten. Wie aus diesen graphischen Darstellungen ersichtlich, wird die Absehaltzeit für einen vorgegebenen Wert des Vorwärtsstroms bei zunehmendem Impulsstrom Ig verringert. Die Abschaltver*· besserung ist umso größer, je größer das Verhältnis I_ß 7 I_p.

Anstelle der Abänderung eines herkömmlichen, gesteuerten Si-'■· lizium-Gleichrichters entsprechend den Figuren 2-4 kann die Fläche des ohmschen Kontakts an der zusätzlichen Steuerelektrode auch durch das nachstehend beschriebene Herstellungsver-

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fahren vergrößert oder ausgedehnt werden, durch das eine ausgedehntere Fläche der η-Schicht zugänglich wird und als zugängliche Steuerelektrode dienen kann. Der Herstellungsgang für ein derartiges Verfahren wird anhand der Figuren 8a-8i näher erläutert.

Wie Fig. 8a zeigt, kann das Ausgangsmaterial ein Plättchen 60 aus monokristallinem η-Silizium sein, das einen gleichförmigen spezifischen Widerstand im Bereich von 20 bis 30 Ohm · cm und eine Dicke von etwa 0,25 mm aufweist. Das Plättchen 60 wird in einer oxidierenden Atmosphäre wie z.B. trockenem Sauerstoff, nassem Sauerstoff, Dampf oder einer anderen oxidierenden Atmosphäre erhitzt, um in der in Fig. 8b dargestellten Weise eine Siliziumdioxidschicht 6l auf der ganzen Oberfläche des Plättchens zu erhalten. Die Oxidschicht 61 wird dann mit Ausnahme eines ausgewählten Abschnittes 6la auf der einen Seite des Plättchens 60 entfernt, wie in Fig. 8c dargestellt. Das Entfernen der Oxidschicht 6l erfolgt durch Ätzen im Anschluß an eine Maskierung-, wozu sieh jedes geeignete Verfahren eignet wie z.B. eine photolithographische Technik. Der zurückbleibende Abschnitt 6la der Silisiumoxidschicht dient als Maske, welche die Fremdstoffdiffusion in das darunterliegende Silizium 60 verhindert. Die Dicke des Silissiumdioxidabschnittes 6la ist so gewählt, daß sie eine wirksame Maskierung während des gesamten Diffusions- und Auf dampf vor ganges· gewährleistet. (Die typische Dicke beträgt von 2000 bis 3OOO fingström.)

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009887/U38 * ^C-.:;,-.;-.

Ein ρ-Fremdstoff wie z.B. Bor wird dann in der in Fig. 8d dargestellten Weise auf das Siliziuitiplättehen aufgebracht* um die nicht maskierten η-Abschnitte in dünne,-hochdotierte p-Zonen 62 umzuwandeln. Die Ablagerung kann beispielsweise unter Verwendung einer Diffusionsanlage im offenen Rohr mit Bortri-v bromid als Fremdstoffquelle bei einer Temperatur von etwa Io5o ⁰C und einer Behandlungszeit von einer Stunde erfolgen» Nach Reinigung der Oberfläche (Fig. 8e) wird der abgelagerte Fremdstoff d2 durch Erhitzen des Plättchens in einer von Verunreini£un£en freien Atmosphäre neu verteilt, d.h. es findet Redistribution statt (Fig. &f), so daß eine Übergangstiefe und eine uberfliichenkonzentration erhalten werden, die verträglich sind mit den Ligenschaften des pnp-Abschnittes eines gesteuerten Gleichrichters. Eine Oberflächenkonzentration von 10 Atomen pro cn. und eine Übergangstiefe von etwa 0,050 mm sind typische Werte. Die Redistribution kann beispielsweise bei 1200 ⁰C während 80 Stunden oder bei höheren Temperaturen während einer kürzeren Zeitspanne erfolgen. Dann wird das Plättchen vermittels einer geeigneten Technik wie z.B. durch atzen oder Sandstrahlung in die gewünschte Formgebung pelletisiert (Fig. 8g). Bei dieser Bearbeitung bleibt der größte Teil des n-Siliziummaterials 6o bestehen und dient als zusätzliche Steuerelektrode. Das p-Material 62 ist in einen scheibenförmigen Abschnitt £j>_} der als normale Steuerelektrode dient, und einen Ringabschnitt 64 aufgeteilt, der als Anode dient. Dann werden die obere ur.i die untere Siliziumdioxidschicht in einem weiteren

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Reinigungsschritt entfernt (Fig. 8h), wodurch der ausgedehnte Oberflächenabschnitt 6oa der η-Schicht 6o freigelegt wird.

Zur Erzielung der pnpn-Ausbildung wird auf die p-diffundierte Zone 63 eine weitere Zone 65 aus η-Material (Kathodenzone) aufgebracht (Fig. 8i)_s indem eine Antimon enthaltende Goldfolie 65 in die Zone 63 eindiffundiert wird, wobei die Folie 65 beispielsweise etwa 0,6 % Antimon enthält und im übrigen aus Gold besteht. Die Kontakte für die Anodenzone 64 werden dadurch erhalten, daß in die teilweise p-diffundierte Seite des Plättchens eine eutektische Legierungsfolie 66 mit Aluminium/Silizium (oder eine Aluminiumfolie oder eine Bor enthaltende Goldfolie) legiert wird, die eine solche Form aufweist, daß sie die p-diffundierte Zone 64 bedeckt» Vermittels geeigneter Legierungsfolien wird außerdem ein elektrischer Kontakt mit den Basiszonen 63 und 60 hergestellt» Für die p-Basiszone 63 kann beispielsweise eine Aluminiumfolie 67, und für die n-Basiszone 60 eine Antimon enthaltende Goldfolie 68 verwendet werden. Die Folien haben jeweils eine solche Formgebung, daß sie den gewünschten Abschnitt auf der p-Basis 63 auf der Kathodenseite der Pastille bzw« den n° Ab schnitt- 6Qa auf der anderen Seite der Pastille bedecken, der während der Diffusion maskiert war. Wenn die Formgebung dieser Kontakte sehr verwickelt sein sollte _s so daß die Ausbildung der. Kontaktfolie schwierig wird_s kann auch eine Aufdampfteclmik angewandt werden, um die für den Kontakt bestimmte Flä©fo© irox⁵ dem Legieren mit dem gewünschten Metall &u bedecken« .

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Claims (2)

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   P a te nt a η s ρ r ü c he

   ί 1./Thyristorschaltung, in welcher der Thyristoraufbau aus vier Schichten besteht, die abwechselnd aus einem n- und einem p-Hälbleitermaterial bestehen, wobei die erste n-Schicht einen als Kathode dienenden ohmschen Kontakt aufweist, die erste p-Schicht einen als normale Steuerelektrode dienenden ohmschen Kontakt aufweist und mit der ersten n-Schicht einen ersten Endübergang bildet, die zweite n-Schieht einen ohmschen Kontakt aufweist, durch den sie als zusätzliche Steuerelektrode benutzbar ist, und mit der ersten p-Schicht einen mittleren übergang bildet, und die zweite p'-Schieht einen ohmschen Kontakt aufweist, durch den sie als Anode benutzbar ist,,und mit der zweiten η-Schicht einen zweiten Endübergang bildet, ferner mit Schaltungselementen einschließlich zweier Bezugswertleitungen zum Anlegen einer einseitiggerichteten Potentialdifferenz geeigneter Polarität zwischen den ohmschen Kontakten der Anoden- und der Kathodensehicht, um in Abhängigkeit von dem Anlegen von Steuerelektrodensignalen an die normale Steuerelektrode einen von der Anode zur Kathode des Thyristors gerichteten Stromdurchgang herbeizuführen, und einem mit den Bezugswertleitungen gekoppelten Abschalt·'-kreis, welcher dazu dient, die Wirkung der einseitiggerichteten Potentialdifferenz wenigstens zeitweise zu überwinden und den Thyristor abzuschalten, gekennzeichnet durch eine mit dem ohmschen Kontakt (13a) an der zusätzlichen Steuerelektrode (13)

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   des Thyristors (lo) gekoppelte Vorrichtung (3o) zum Anlegen eines Steuersignals geeigneter Polarität., durch das ein Stromdurchgang durch den mittleren Übergang (16) von der zweiten n-Schicht (13) in die erste p-Schicht (12) herbeiführbar ist und die Ladungsträger ausräumbar sind₉ die sich ansonsten über eine längere Zeitspanne rekombinieren würden»
2. 2. Thyristor, insbesondere zur Verwendung in einer Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Thyristoraufbau aus vier Schichten besteht, die abwechselnd aus einem n- und einem p-Halbleitermaterial bestehen, ein erster ohmscher Kontakt mit der ersten η-Schicht verbunden ist und einen Kathodenanschluß bildet_s ein zweiter ohmscher Kontakt mit der ersten p-Schicht verbunden ist und eine Verbindung zur Einspeisung normaler Steuerelektrodensignale bildet, die erste p-Schieht mit der ersten n-Schicht einen ersten Endübergang bildet und ein dritter ohmscher Kontakt mit der zweiten p-Sehicht verbunden ist und einen Anodenanschluß bildet, wobei eine einseitiggerichtete Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem dritten ohmseheη Kontakt zur Erregung des Thyristors anlegbar ist, und die zweite p-Schicht mit der zweiten n-Schicht einen zweiten Endübergang bildet, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten n-Schicht (13) eine ausgedehnte Kontaktfläche (13b) vorgesehen und ein vierter ohmscher Kontakt (13a) mit der ausgedehnten Kontaktfläche derart.verbunden ist, daß die zweite n-Schicht als zusätzliche Steuerelektrode (13) benutzbar ist und mit der ersten p-Schicht

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   (12) einen mittleren übergang (16) bildet, so daß durch Anlegen eines Steuersignals geeigneter Polarität ein Stromdurchgang durch den mittleren übergang von der zweiten η-Schicht in die erste p-Schicht hervorrufbar ist, durch den die Ladungsträger ausGeräumt werden, die sich ansonsten über einen längeren Zeitraum rekornbinieren würden, wenn der Thyristor abgeschaltet ist (Figuren ^J-Bi). ■

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