DE2038122C2

DE2038122C2 - Thyristor-Triode

Info

Publication number: DE2038122C2
Application number: DE2038122A
Authority: DE
Inventors: Yukio Yokohama Igarashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1969-08-04
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1983-03-10
Also published as: US3644800A; DE2038122A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Thyristor-Triode mit einer an einer ersten Hauptoberfläche der Anordnung liegenden, mit einer Anodenelektrode kontaktierten Anodenschicht vom p-Leltungslyp, einer an der entgegengesetzten Hauptoberfläche der Anordnung liegenden, mit einer Kathodenelektrode kontaktierten Kathodenschicht vom n-Leltungstyp, einer Steuerschicht vom p-Leltungstyp und mit einer Zwischenschicht vom n-Leltungstyp, bei der sich die Steuerschicht und die Zwischenschicht am Schichtrand nebeneinander bis zu einer der beiden HauptoberflSchen der Anordnung erstrecken, wo die Steuerschicht mit einer Steuerelektrode kontaktiert Ist, so und bei der eine Metallplatte auf der Kathodenelektrode aufliegt.

Eine solche Triode ist z. B. aus der DE-OS 14 39 922 bekannt. Die Zwischenschicht tritt hier auf der Kathodenselie zutage und umschließt die dort ebenfalls zu- tagetretende Steuerschicht und die Kathode.

Die Wärmeabfuhr einer solchen Triode erfolgt über ein Metallplättchen, das mit einer der Elektroden in gutem Wärmekontakt steht. Meist wählt man hierfür die Kathode, da diese nur ein niedriges Potential aufweist. Dieser Aufbau wirft aber die folgenden Probleme auf: Da Kathoden- und Steuerelektrode auf derselben Hauptoberfläche angeordnet sind, kann die Kathodenelektrode nur eine relativ geringe Kontaktlerungsfläche aufweisen und nur eine entsprechend verringerte Wärmemenge abführen. Wegen der unmittelbaren Nachbarschaft von Kathoden- und Steuerelektrode besteht Kurzschlußgefahr zwischen beiden Elektroden.

Aufgabe der Erflrrdung Ist es daher, bei der ThyrlStor-Trlode der eingangs genannten Art eine große Kontaktierungsfl&che _und eine gute Wärmeabfuhr für die Kathodenelektrode ohne Kurzschlußgefahr zwischen Steuer- und Kathodenelektrode zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst. Bezüglich der Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Ausführungsbelspiele der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

FIg. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild für den Zündkreis eines Kraftfahrzeuges, unter besonderer Berücksichtigung der Anwendung einer Thyristor-Triode;

Fl g. 2A bis 2E sind Querschnitte und zeigen aufeinanderfolgende Herstellungsstufen für eine Thyristor-Triode nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei FIg. 2E die fertige Triode darstellt; Fig. 3 ist eine Variante zu Fi g. 2E; Fl g. 4 zeigt eine weitere Variante zu Fi g. 2E und Fig.5 zeigt schließlich eine weitere Variante zu F!g.2E.

Zum leichteren Verständnis soll zunächst mit Bezug auf Fig. 1 anhand des Zündkreises eines Kraftfahrzeuges ein Anwendungsfall einer Thyristor-Triode erläutert werden, bei der eine mit der Kathodenelektrode verbundene Metallplatte geerdet Ist.

In der Sekundärwindung eines Transformators T nach Fl g. 1 wird eine Spannung von etwa 400 Volt durch eine n-V-GlelchspannungsquelleS und einen Wechselrichter / erzeugt, der zwischen dieser Quelle S und dem Transformator T angeordnet Ist. Wechselstrom vom Transformator T wird ungeformt in Gleichstrom durch eine Glelchrichterbrücke R, welche eine Kapazität C In einem geschlossenen Stromkreis lädt.

Die resultierende Ladespannung der Kapazität C steht an der Anode einer Thyristor-Triode auf Siliziumbasis (SCR) an. Wird nun ein Zündsignal an die Steuerelektrode der Triode gelegt, dann fließt ein großer Strom durch eine erste Induktionsspule t., und somit ein noch größerer Strom durch eine zweite Induktionsspule L₁, welche magnetisch mit der ersten Spule L₁ verbunden ist, um eine Zündkerze P zu zünden (die Im wesentlichen mit einer Spannung von etwa 20 kV beaufschlagt Ist).

Im obengenannten Zündkreis wird die Kathode' der Triode gewöhnlich geerdet, indem die Kathodenelektrode mit dem Chassis eines Kraftfahrzeuges über eine Metallplatte verbunden wird.

Mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2E soll nun eine Thyrlstor-Trlode sowie ein Verfahren zu deren Herstellung erläutert werden.

Man nimmt ein Siliziumplättchen 10 vom n-Leltungstyp mit einem spezifischen Widerstand von IS bis 25 0hm cm und einer Dicke von 170 um. Im Plättchen 10 wird ein Netzmusterbereich 11 vom p-Leltungstyp ausgebildet, Indem seletlv Bor in dieses Plättchen von beiden Selten (Flg. 2A) diffundieren gelassen wird. Die Formation kann erreicht werden, wenn die Diffusion 140 Stunden lang bei einer Temperatur von 1250° C durchgeführt wird.

Im Plättchen werden Bereiche vom p-Typ 12 und 13 ausgebildet. Indem Bor 25 Stunden lang bei einer Temperatur von 1250" C hineindiffundiert.

In diesem Fall wird die Diffusion von der Oberseite des Plättchens unter Verwendung einer geeigneten Maske durchgeführt, so daß p-leltende Inselbereiche 12 In einer Schicht vom n-Leltungstyp gebildet werden, während durch die Diffusion an der Unterseite des Plait-

chens eins Schicht vom p-Typ erzeugt wird, die sich fiber diese gesamte Unterseite erstreckt (F I g, 2B),

Es wird eine Schicht 14 vom η-Typ in der p-Schicht 13 gebildet, indem Phosphor von der Unterseite des PlSU-schens 10 etwa I bis 3 Stunden lang bei 1250° C diffundieren gelassen wird, so daß die gesamte Unterseite (Fig,2C) bedeckt wird. Nach dem üblichen Verfahren unter Verwendung von Wolfram und Aluminium wird eine Kathodenelektrode 15 auf der n-Schlcht 14 (Kathodenschicht) ausgebildet, eine Steuerelektrode 16 auf dem p-Netzmusterbereich 11, der zusammen mit der p-Schlcht 13 die Steuerschicht bildet, und eine Anodenelektrode 17 im p-Inselbereich 12 (Anodenschicht) (Fig, 2D). Das Plättchen 10 wird dann längs der Unterteilungslinien des Netzmusters 11 würfelförmig aufgeteilt, um je eine Thyristor-Triode 18 zu erhalten.

Die Unterseite der Triode 13 oder die Katliodenelektrode 15 ist an eine Metallplatte 20 mit gutem Wärmeabstrahlungsvermögen über eine Legierungsschicht 19 aus Wolfram und Molybdän angelötet. Schließlich werden noch Zuführungsdrähte zur Steuerelektrode 16 und zur Anodenelektrode 17 angebracht. Die Triode kann dann etwa über die Metallplatte 20 an dem geerdeten Chassis 21 des Kraftfahrzeuges angeschlossen werden.

Bei der obengenannten Triode ist die Kathodenelektrode über der gesamten Unterseite des Halbleiterplättchens gelagert und an die Metallplatte angelötet, wodurch die Wärme wirksam durch diese Kathodenelektrode abgestrahlt werden kann. Aufgrund dessen, daß die Steuerelektrode auf der Oberseite des Plättchens angebracht Ist, wird es nicht notwendig, einen Isolator zwischen der Steuerelektrode und der Metallplatte vorzusehen, auch die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen Steuerelektrode und Kathodenelektrode Ist nicht gegeben.

Es sollen nun einige Varianten der Triode gemäß Fig. 2E anhand der In den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausfuhrungsbeisplele der Erfindung beschrieben werden. In diesen Ausfuhrungsformen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile, Es sollen jedoch nur die Hauptteile beschrieben werden,

Nach Fl g, 3 sind die freiliegenden Teile der p-n-Übergänge mit einem Isolierenden Film, beispielsweise einem SlIlziumdlOKydfllm 22 überzogen. Der Isolierende Film 22 überdeckt die Oberseite des Plättchens 10 bis auf die Teile dieses Plättchens, an denen die Steuerelektrode 16

to und die Anodenelektrode 17 ausgebildet sind und ebenfalls die Unterseite des Plättchens - ausgenommen den Teil, wo die Kathodenelektrode 15 angebracht ist. In diesem Fall ist die Kathodenschicht 14 nicht über die gesamte Unterseite des Plättchens ausgebildet, da die p-Steuerschicht 11, 13 bis zum Umfangstell der Unterseite reicht.

Bei der Triode gemäß Flg. 2E besteht die Gefahr, daß beim Anlöten des Metallplättchen 20 der Lötmittelüberschuß herausquillt und sich am Übergang zwischen Kathoden- und Steuerschicht festsetzt. Das Ergebnis war ein Kurzschluß. Nach der Ausführungsform der Fig.3 jedoch ist solch eine Möglichkeit des I'^irzschlusses völlig ausgeschlossen.
Eine Einrichtung entsprechend Fig.4 ist ebenfalls so aufgebaut, daß ein Kurzschluß zwischen der Steuer- und der Kathodenschicht vermieden wird. Die Kathodenschicht Ii hat einen nach oben verlaufenden Umfangsteil, wodurch ein großer Abstand zwischen der Metallplatte 20 und dem freiliegenden Übergang zwischen Kathoden- und Steuerschicht erzielt wird. Das Lot kann dann diesen Übergang nicht mehr erreichen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, braucht der Teil der Steuerschicht 11, der sich um die Zwischenschicht 10 erstreckt, nicht notwendigerweise die Zwischenschicht 10 und die Anodenschicht 12 beidseitig zu umgeben, er braucht sich vielmehr nur auf einer Seite der Einrichtung nach oben zu erstrecken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor-Triode mit einer an einer ersten Hauptoberfjijche der Anordnung liegenden, mit einer Anodenelektrode kontaktlerten Anodenschicht vom p-Leitungstyp, einer an der entgegengesetzten Hauptoberflache der Anordnung Hegenden, mit einer Kathodenelektrode kontaktierten Kathodenschicht vom n-Leltungstyp, einer Steuerschicht vom p-Leltungstyp und mit einer Zwischenschicht vom n-Leltungstyp, bei der sich die Steuerschicht und die Zwischenschicht am Schichtrand nebeneinander bis zu einer der beiden Hauptoberflächen der Anordnung erstrecken, wo die Steueischlcht mit einer Steuerelektrode kon- \s taktiert Ist, und bei der eine Metallplatte auf der Kathodenelektrode aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschicht (11) sich um die Zwischenschicht (10) erstreckt und wie die Zwischenschicht bis an diejenige Hauptoberfläche reicht, an der die Anodeaschicht (12) kontaktiert Ist.

2. Thyristor-Triode nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschicht (14) über die gesamte zugeordnete Oberfläche der Anordnung von einer Kathodenelektrode (15) bedeckt ist.

3. Thyristor-Triode nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierender Film (22) die der Anodenschicht (12) benachbarte Oberfläche mit Ausnahme der Kontaktlerungsbereiche für eine Anoden- und eine Steuerelektrode (17 bzw. 16) bedeckt.

4. Thyrteor-Trlode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathotenschicht (14) im Randbereich der Schiebt Verdickungen aufweist, die sich In die Steuerschicht (11) hinein erstrecken (Fig. 4).