DE2137948B2 - Steuerbarer halbleitergleichrichter - Google Patents

Steuerbarer halbleitergleichrichter

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Alois Dipl.-Phys. 4771 Muelheim Sonntag
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Description

sung eines Steuerstromes Ober die Steuerelektrode 8 wird zunächst nur der Bereich 9 leitend. Es fließt dann in Richtung des Pfeile.'» 10 ein Strom zum Kontakt der Hauptelektrode 6, der in Richtung des Pfeiles einen Spannungsabfall bis zu einigen 100 V hervorruft.
Dej transversale Bahnwiderstand bewirkt eine in der Teilzone 5' auftretende Verlustleistung. Obwohl diese Verlustleistung nur kurzzeitig entsteht — und zwar in einer Zeit von 2 bis 4 usec, die notwendig ist, damit unterhalb der Teilzone 5' der gesamte Bereich leitend und Strom in der Teilzone 5" geführt wird — heizt sich die Teilzone 5' mit zunehmender Schaltfolgefrequenz erheblich auf. Dadurch treten am Rande dieser Teilzone zum Kontakt der Hauptelektrode 6 kleine Erosionskrater auf, die zu einem Ausfall des steuerbaren Halb- '5 leitergleichrichters führen. Bei dem steuerbaren Halbleitergleichrichter nach der Erfindung kann die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit unter Vermeidung dieser Nachteile wesentlich erhöht werden.
Der transversale Bahnwiderstand der Teilzone 5' wird durch deren Tiefe und Breite bestimmt und ist vorteilhaft so zu wählen, daß er in der Größenordnung des Lastwiderstandes liegt Andererseits mr. 3 der Abstand zwischen dem von der Zone 4 und den Teilzonen 5' und 5" gebildeten pn-Obergang und dem von den 2S Zonen 3 und 4 gebildeten pn-übergang zur Erzielung günstiger Zündeigenschaften optimiert werden. Die günstigsten Werte lassen sich durch einfache und wenige Vorversuche nach bekannten Methoden ermitteln.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des steuerbaren Halbleitergleichrichiers nach der Erfindung besteht darin, daß die legierte Teilzone 5" aus mehreren miteinander verbundenen Teilen besteht und der Emitterpn-Übergang zwischen der legierten Teilzone 5" und der benachbarten Zone 4 örtlich kurzgeschlossen ist.
Die Herstellung einer solchen Zonenanordnung kann beispielsweise durch Einlegieren einer perforierten Folie mit anschließender metallischer Bedampfung erfolgen. Durch diese Maßnahme wird die Spannungsattstiegsgeschwindigkeit des steuerbaren Halbleitergleichrichters wesentlich erhöht. Die Ausführung eines steuerbaren Haibleitergleichrichters nach der Weiterbildung der Erfindung weist ein außerordentlich günstiges Einschaltverhalten auf.
Steuerbare Halbleitergleichrichter, bei denen die der Steuerelektrode benachbarte äußere Zone durch Einlegieren einer perforierten Folie hergestellt und anschließend eine metallische Bedampfung vorgenommen wird und somit die legierte äußere Zone aus mehreren miteinander verbundenen Teilen besieht und der Emiiterpn-Übergang zwischen der legierten äußeren Zone und der ihr benachbarten Zone örtli<.--; kurzgeschlossen ist, sind aus der OE-PS 275 666 bekannt.
Die Maßnahmen gemäß der Erfindung lassen sich mit gleichem Erfolg auch bei steuerbaren Halbleitergleichrichtern mit mehreren Steuerelektroden oder beispielsweise bei einem in zwei Richtungen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit fünf Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und zwei Steuerelektroden an zwei inneren Zonen anwenden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

21 37 Patentansprüche:
1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiterkörper aus mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, zwei Hauptelektroden an den beiden äußeren Zonen und einem Steuerkontakt an einer inneren Zone, bei dem eine der Steuerelektrode benachbarte Teilzone der der Steuerelektrode benachbarten äußeren Zone nicht kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuerelektrode (8) benachbarte äußere Zone aus einer der Steuerelektrode (8) gegenüberliegenden diffundierten Teilzone (S') und einer an diese Teilzone anschließenden Iegierten Teilzone (5") besteht, und daß die diffundierte Teilzone (5') sperrschichtfrei mit der legierten Teilzone (5") verbunden ist.
2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Anipruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffundiene (5') und die legierte (5") Teilzone kreisringförmig und zu einer zentralen Steuerelektrode (8) konzentrisch angeordnet sind.
3. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die legierte Teilzone (5") die diffundierte Teilzone (5') überlappt, wobei der sperrfreie Kontakt der Hauptelektrode (6) an der diffundierten Teilzone (5') durch den Legierungsvorgang bewirkt wird.
4. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Anipruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diffundierte Teilzone (5') n-leitend ist und die legierte Teilzone (5") durch Legies-unt mit Gold-Antimon erzeugt ist.
5. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steuerelektroden vorgesehen sind.
6. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus fünf Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps besteht und dt>ß die beiden den äußeren Zonen benachbarten inneren Zonen jeweils mindestens eine Steuerelektrode aufweisen.
7. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die legierte Teilzone (S") aus mehreren miteinander verbundenen Teilen besteht und der Emitter-pn-Übergang zwischen der legierten Teilzone (S") und der benachbarten Zone (4) örtlich kurzgeschlossen ist.
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Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiterkörper aus mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, zwei Hauptelektroden an den äußeren Zonen und einer Steuerelektrode an einer inneren Zone, bei dem eine der Steuerelektrode benachbarte Teilzone der der Steuerelektrode benachbarten äußeren Zone nicht kontaktiert ist. Solche steuerbare Halbleitergleichrichter sind aus der »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 19 (1965), Nr. 5 (September), S. 396 bis 400, bekannt.
Die Zündung von steuerbaren Halbleitergleichrichtem wird im allgemeinen über eine nahezu punktförm,- «Steuerelektrode vorgenommen, die an der Periphere oder im Zentrum auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist. Wenn der Zündvorgang einsetzt fuhrt zunächst nur das Gebiet in unmittelbarer Nachbarschaft αΤγ Steuerelektrode den Strom des Lastkreises. Die zunSchst^gezündete stromführende Fläche breitet sich dann mifeiner Geschwindigkeit von etwa 0.1 mm^sec Sr dTe gesamte Stromführungsfläche des steuerbaren Halbleitergleichrichters aus. Zur Vermeidung e.ner thermi chen Überlastung darf dem steuerbaren HaIbeHergleichrichter erst nach Beend.gung des gesamten Zündvorganges der volle Laststrom zugeführt werden. Diese Verhältnisse werden durch Einhalten einer maximalen Stromanstiegsgeschwindigkeit, d.h. eines di/dt-G renzwertes. berücksichtigt.
Die maximale Stromanstiegsgeschw.ndigke.t legt eine Frequenzgrenze für den steuerbaren Halble.tergleichrichter fest und beschränkt „uc.i d:e Anwendungsmöglichkeiten in impulsgesteuerten Schaltungen. Zur Erhöhung der Stromanstiegsgeschw.ndigkeit .st es bekannt die Steuerelektrode mit der Kathode l.n.en- oder kammförmig zu verzahnen. Bei d.esen Anordnun sen wird aber die notwendige Steuerle.stung wesent-Hch erhöht Es ist aus dem obengenannten Aufsat/ in der »Zeitschrift für angewandte Physik« auch bere.ts bekannt ohne Erhöhung der Steuerleistung die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit dadurch zu vergrößern daß eine der Steuerelektrode benachbarte Teilzone einer äußeren Zone nicht kontaktiert ist. Es .st jedoch sehr schwierig, eine derartige Struktur mit den bekannten technologischen Mitteln herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit verbessertem Einschaltverhalten anzugeben, der bei guten elektrischen Eigenschaften eine den technischen Anforderungen genügende Herstellung gestattet " Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die der Steuerelektrode benachbarte äußere Zone aus einer der Steuerelektrode gegenüberliegenden diffundierten Teilzone und einer an diese Teilzone anschließenden legierten Teilzone besteht, und daß die diffundierte Teilzone sperrschichtfrei mit der legierten Teilzone verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des steuerbaren Halbleitergleichrichters sind die diffundierte und die legierte Teilzone kreisringförmig und zu einer zentralen Steuerelektrode konzentrisch angeordnet.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels eines steuerbaren Halbleitergleichrichters näher erläutert. Ein Halbleiterkörper 1 aus Silizium enthält drei Zonen 2, 3 und 4, wobei üblicherweise die Zonen 3 und 4 durch Störstellendiffusionen erzeugt werden. Die vierte Zone besteht nun bei dem steuerbaren Halbleitergleichrichter nach der Erfindung aus der diffundierten Teilzone 5' und der legierten Teilzone 5". Die legierte Teilzone 5" grenzt vorteilhaft überlappend an die Teilzone 5' an, so daß letztere dureh das Legierungsmaterial bereits sperrsehiehlfrei kontaktiert ist. Beim Herstellen der legierten Teilzone 5" wird gleichzeitig die Hauptelektrode erhalten, während die zweite Hauptelektrode beispielsweise durch sperrschichtfreies Anlegieren einer Molybdänscheibe 7 erhalten wird. Die Steuerelektrode 8 ist in dem Ausführungsbeispiel zentralsymmetrisch angeord-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll noch auf den Zündvorgang eingegangen werden. Nach Einspei-
DE19712137948 1971-07-29 1971-07-29 Steuerbarer Halbleitergleichrichter Expired DE2137948C3 (de)

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C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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