DE2050289B2 - Steuerbarer Halbleitergleichrichter - Google Patents

Steuerbarer Halbleitergleichrichter

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Description

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter aus vier übereinander angeordneten Halbleiterschichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, wobei Teile der zweiten, inneren Schicht durch die erste, äußere Schicht hindurchführen und an -to der Oberfläche des Gleichrichters freiliegen, wobei die der ersten, äußeren Schicht gegenüberliegende äußere Schicht eine erste Hauptelektrode aufweist, die erste Schicht aus einem Haupt- und einem Hilfsbereich besteht, die sich direkt aneinander anschließen, auf der ■» > dem Hilfsbereich abgewandten Seite des Hauptbereiches eine Elektrode der zweiten Schicht mit einem freiliegenden Teil der zweiten Schicht in Kontakt steht, eine zweite Hauptelektrode am Hauptbereich der ersten Schicht angeordnet und gegenüber dem freilie- w genden Teil der zweiten Schicht und der Elektrode der zweiten Schicht isoliert ist, der Hilfsbereich der ersten Schicht mit einer Hilfselektrode versehen ist, die mit der Elektrode der zweiten Schicht elektrisch verbunden ist, und wobei eine Hauptsteuerelektrode neben dem ■»■> Hilfsbereich der ersten Schicht auf der dem Hauptbereich abgewandten Seite in Kontakt mit der zweiten Schicht vorgesehen ist.
Ein derartiger steuerbarer Halbleitergleichrichter is! aus der DEOS 19 06 816 bekannt. m>
Aus der US-PS 34 76 989 ist ein weiterer steuerbarer Halbleitergleichrichter bekannt, der aus vier übereinander angeordneten Halbleitcrschichtcn abwechselnd entgegengesetzten I.eitungstyps aufgebaut ist, von denen eine aus einem Haupt- und einem Hilfsbereich hl besteht, (.»er I lauptbcreich steht mit einer Hauptelektrode in Kontakt, während der Hilfsbereich einen Slromwcg über einen Teil der benachbarten Schicht entgegengesetzten Leitungstyps zum Hauptbereicn liefern kann, um den Halbleitergleichrichter dadurch zu zünden, daß ein Durchbruch zwischen dem Hilfsbereich und der Hauptelektrode erzeugt wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, bei dem bekannten Halbleitergleichrichter der eingangs genannten Art die Stromanstiegsgeschwindigkeit, d.h. das Verhältnis di/dt in Durchlaßrichtung zu erhöhen, so daß nach dem Zünden des Hilfsbereiches auch der Hauptbereich innerhalb kurzer Zeit durchgeschaltet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Schicht im Grenzbereich zwischen Haupt- und Hilfsbereich zwischen den Elektroden dieser Bereiche dünner als an den übrigen Bereichen der ersten Schicht ausgebildet ist
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Halbleitergleichrichter an der Hauptsteuerelektrode ein positiver Impuls liegt, so fließt ein Strom über die Hauptsteuerelektrode, die zweite Schicht und die erste Schicht zur zweiten Hauptelektrode am Hauptbereich der ersten Schicht, so daß der Hüfsbereich durchschallet Dann fließt ein Strom durch die erste Hauptelektrode, die der ersten äußeren Schicht gegenüberliegende äußere Schicht, die dritte innere Schicht, die zweite innere Schicht und den Hilfs- und Hauptbereich der ersten Schicht zur zweiten Hauptelektrode, während ein weiterer Strom durch die erste Hauptelektrode, die der ersten Schicht gegenüberliegende äußere Schicht, die dritte innere Schicht, die zweite innere Schicht und die erste Schicht zur Hilfselektrode des Hilfsbereiches der ersten Schicht und durch die Elektrode der zweiten Schicht, durch die zweite Schicht und die erste Schicht neben dieser Elektrode zur zweiten Hauptelektrode fließt
Da gemäß der Erfindung die erste Schicht im Grenzbereich zwischen Haupt- und Hilfsbereich zwischen den Elektroden dieser Bereiche dünner als an den übrigen Bereichen der ersten Schicht ausgebildet ist, hat die erste Schicht in diesem Grenzbereich einen größeren Widerstand. Im Vergleich zu dem oben genannten ersten Strom durch die erste Schicht zur zweiten Hauptelektrode tritt daher eine Zunahme desjenigen Stromes auf, der durch die Hilfselektrode und die Elektrode der zweiten Schicht fließt. Der Strom, der durch die Elektrode der zweiten Schicht und durch die zweite und die erste Schicht zur zweiten Hauptelektrode fließt, wird dadurch verstärkt und fließt im wesentlichen von der Gesamtfläche des Hauptbereiches der ersten Schicht zur zweiten Hauptelektrode, was zur Folge hat, daß der Hauptbereich unmittelbar gezündet wird.
Dadurch wird die Zeitdauer, die nach dem Zünden des Hilfsbereiches zum Zünden des Hauptbereiches erforderlich ist, wesentlich herabgesetzt, was eine Erhöhung des d/7di-Verhältnisses bedeutet.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
Fi g. 1 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleitergleichrichters;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. I dargestellten Gleichrichters längs der Linie M-Il.
Wie es in F i g. I und 2 dargestellt ist, ist das Ausführungsbcispicl des erfindungsgemäßen HaIblcitcrgleichrichtcrs aus einem Halbleitersubstrat 1 mit vier Schichten /V1, P1, N2 und /'2 aufgebaut, wobei die erste Schicht aus einem Haupt- und einem Hilfsbereich
b und a besteht, die sich direkt aneinander anschließen und durch die strichpunktierte Linie ti in Fig,2
voneinander getrennt sind. Elektroden 5 sind auf den
ι, freiliegenden Teilen der Schicht P\ im Hauptbereich b
ausgebildet, während eine den Elektroden 5 gemeinsa-
* me Hilfselektrode 6 mit der Schicht Wi im Hilfsberejch a
< in Kontakt steht Pie Elektroden5 sind in der in Fig, 1
', dargestellten Weise in Farm von Streifen in einer
! gemeinsamen Ebene ausgebildet. Die Stärke der Schicht
Wi ist im Grenzbereich zwischen dem Haupit- und dem Hüfsbereich b und a geringer als an den übrigen Bereichen. Im Hauptbereich b sind die freiliegenden
Bereiche der zweiten Schicht Ρχ und die Elektroden 5 durch Isolierschichten 8 abgedeckt, während eine
Hauptelektrode 7 in ohmschen Kontakt mit der ersten Schicht N\ im Hauptbereich b steht und somit die freiliegenden Bereiche und die Elektroden 5 überdeckt ' Eine Hanptsteuerelektrode 10 ist in Kontakt mit der
Schicht P\ auf der Seite des Hilfsbereiches a vorgesehen. Eine auch als Wärmeausgleichsplatte dienende Hauptelektrode 3 aus Wolfram oder Molybdän ist an die Unterseite der der ersten Schicht gegenüberliegenden äußeren Schicht Pt über eine dünne Schicht 2 aus Aluminium oder einem ähnlichen Material legiert. Es kann vorteilhaft sein, die Stärke der ersten äußeren Schicht N\ herabzusetzen, so daß ihre Bereiche, die unter der Hauptelektrode 7 liegen, einen geringen Widerstandswert von einigen Ohm bis einigen kOhm haben.
Im Betrieb wird an die Hauptelektrode 3 und die Hauptelektrode 7 in Durchlaßrichtung eine Spannung angelegt, so daß die Elektrode 3 positiv und die Elektrode 7 negativ wird. An die Hauptsteuerelektrode 10 und die Hauptelektrode 7 wird eine Steuerspannungsquelle angeschlossen, durch die die Hauptsteuerelektrode Ϊ0 gegenüber der Hauptelektrode 7 positiv vorgespannt wird. Von der Hauptsteuerelektrode 10 fließt daher ein Strom durch die Bereiche P\ und Ni, die durch die strichpunktierte Linie U unterteilt sind, zur Hauptelektrode 7. Daher werden zunächst in die einander gegenüberliegenden Bereiche der vier Schichten N], P\, Nj, Pj auf der Seite des Hilfsbereiches a Ladungsträger injiziert, so daß diese Bereiche gezündet werden. Ein Teil des Zündstromes fließt direkt durch den in der Nähe der gezündeten Bereiche liegenden Bereich der Schicht ΛΛ zur Hauptelektrode 7, während der Rest des Zündstromes durch die streifenförmigen Elektroden 5 zur Hauptelektrode 7, und zwar über den Bereich P\ und N\ oder den Hauptbereich b fließt, so daß der gesamte, dem Hauptbereich b gegenüberliegende Bereich in Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Somit werden unmittelbar nach der Zündung der vier Schichten auf der Seite des Hilfsbereiches a die vier Schichten auf der Seite des Hauptbr;. dches b gezündet. Wird der Widerstand der Schicht /V, zwischen der Hilfselektrode 6 und der Hauptelektrode 7 in geeigneter Weise gewählt, so kann die Zeitdauer zwischen den Zündungen des Hilfsbereiches a und des Hauptbereiches h stark verringert werden. Dadurch wird die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodenstroms, d. h. das d;/di-Verhältnis des Halbleitergleichrichters auch bei geringem Steuerstrom erhöht. Liegt der Widerstand der Schicht Λ/ι zwischen der Elektrode 5 und der Hauptelektrode 7 bei einigen Ohm bis einigen hundert kOhm, so ergibt sich ein d//d'-Verhältnis zwischen 800 und 1000 Α/μ5.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch;
    Steuerbarer Halbleitergleichrichter aus vier übereinander angeordneten Halbleiterschichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, wobei Teile der zweiten, inneren Schicht durch die erste, äußere Schicht hindurchführen und an der Oberfläche des Gleichrichters frejliegen, wobei die der ersten, äußeren Schicht gegenüberliegende äußere Schicht eine erste Hauptelektrode aufweist, dje erste Schicht aus einem Haupt- und einem Hilfsbereich besteht, die sich direkt aneinander anschließen, auf der dem Hilfsbereich abgewandten Seite des Hauptbereiches eine Elektrode der zweiten Schicht mit einem freiliegenden Teil der zweiten Schicht in Kontakt steht, eine zweite Hauptelektrode am Hauptbereich der ersten Schicht angeordnet und gegenüber dem freiliegenden Teil der zweiten Schicht und der Elektrode der zweiten Schicht isoliert ist, der Hilfsbereite der ersten Schicht mit einer Hilfselektrode versehen ist, die mit der Elektrode der zweiten Schicht elektrisch verbunden ist, und wobei eine Hauptsteuerelektrode neben dem Hilfsbereich der ersten Schicht auf der dem Hauptbereich abgewandten Seite in Kontakt mit der zweiten Schicht vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (N1) im Grenzbereich zwischen Haupt- (b) und Hilfsbereich (a) zwischen den Elektroden (6, 7) dieser Bereiche dünner als an den w übrigen Bereichen der ersten Schicht ausgebildet ist.
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