DE2137948C3

DE2137948C3 - Steuerbarer Halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE2137948C3
Application number: DE19712137948
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl.-Phys. 4771 Muelheim Sonntag
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-07-29
Filing date: 1971-07-29
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE2137948B2; DE2137948A1

Description

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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 ütid einer Steuerelektrode an einer inneren Zone, bei dem eine der Steuerelektrode benachbarte Teilzone der der Steuerelektrode benachbarten äußeren Zone nicht kofitaktiert 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 Halbleitergleichrichtern wird im allgemeinen über eine nahezu punktförraige Steuerelektrode vorgenommen, die an der Peripherie oder im Zentrum auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist Wenn der Zündvorgang einsetzt führt zunächst nur das Gebiet in unmittelbarer Nachbarschaft der Steuerelektrode den Strom des Lastkreises. Die zunächst gezündete stromführende Fläche breitet sich dann roh einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 mm/usec über die gesamte Stromführungsfläche des steuerbaren Halbleitergleichrichters aus. Zur Vermeidung einer thermischen Überlastung darf dem steuerbaren Halbleitergleichrichter erst nach Beendigung des gesamten Zündvorganges der volle Laststrom zugeführt werden. Diese Verhältnisse werden durch Einhalten einer maximalen Stromanstiegsgeschwindigkeit, d. h. eines di/dt-Grenzwertes. berücksichtigt

Die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit legt eine Frequenzgrenze für den steuerbaren Halbleitergleichrichter fest und beschränkt auch die AnwendungsmögJiehkeiten in impulsgesteuerten Schaltungen.

Zur Erhöhung der Stromanstiegsgeschwindigkeit ist es bekannt, die Steuerelektrode mit der Kathode linien- oder kammförmig zu verzahnen. Bei diesen Anordnungen wird aber die notwendige Steuerleistung wesentlich erhöht. Es ist aus dem obengenannten Aufsat? in der »Zeitschrift für angewandte Physik« auch bereits bekannt, ohne Erhöhung der Steuerleistung die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit dadurch zu vergrößern, daß eine der Steuerelektrode benachbarte Teilzone einer äußeren Zone nicht kontaktiert ist. Es ist 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 durch das Legierungsmaterial bereits sperrschichtfrei kontaktiert ist. Beim Herstellen der legierten Teilzone 5" wird gleichzeitig die Hauptelektrode 6 erhalten, während die zweite Hauptelektrode beispielsweise durch sperrschichtfreies Anlegieren einer Molybdänscheibe 7 erhalten wird. Die Steuerelektrode 8 ist in dem Ausführungsbeispiel zentralsymmetrisch angeordnet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll noch auf den Zündvorgang eingegangen werden. Nach Einspei-

sung eines Steuerstromes über die Steuerelektrode 8 vird zunächst nur der Bereich 9 leitend. Es fließt dann in Richtung des Pfeiles 10 ein Strom zum Kontakt der Hauptelektrode 6, der in Richtung des Pfeiles einen Spannungsabfall bis zu einigen 100 V hervorruft

Der transversale Bahnwiderstand bewirkt eine in der Teilzone 5' auftretende Verlustleistung. Obwohl diese Verlustleistung nur kurzzeitig entsteht - und zw~r in einer Zeit von 2 bis 4 usec, die notwendig ist. damit unterhalb des Teilzone 5' der gesamte Bereich leitend und Strom in der Teilzone 5" geführt wird — heizt sich die Teilzone 5' mit zunehmender Schaltfolgefrequenz erheblich auf. Dadrrch treten am Rande dieser Teilzone zum Kontakt der Hauptelektrode 6 kleine Erosionskrater auf, die zu einem Ausfall des steuerbaren Halb- ¹S 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 muß der Abstand zwischen dem von der Zone 4 und den Teilzonen 5' und 5" gebildeten pn-übergang und dem von den 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 ermittein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des steuerbaren Halbleitergleichrichters nach der Erfindung besteht darin, daß die legierte Teilzone 5" aus mehreren miteinander verbundenen Teilen besteht und der Emitterpn-Obergang 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 Spannungsanstiegsgeschwindigkeit des steuerbaren Halbleitergleichrichters wesentlich erhöht Die Ausführung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters 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 besteht und der Emitterpn-Übergang zwischen der legierten äußeren Zone und der ihr benachbarten Zone örtlich 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

Patentansprüche:

1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiterkörper ans mindestens vier Zonen ab- S wechselnd 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 (5*) und einer an diese Teilzone anschließenden Iegierten Teilzone (5^M) besteht, und daß die diffundierte Teilzone (5') sperrschichtf.^ei mit der bgierten TeiJzone (5") verbunden ist

2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Anspruch J, 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 Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diffundierte Teilzone (5') η-leitend ist und die legierte Teilzone (5") durch Legierung 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 daß 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 (5") aus mehreren miteinander verbundenen Teilen besteht und der Emitter-pn-Übergang zwischen der legierten Teilzone (5") und der benachbarten Zone (4) örtlich kurzgeschlossen ist.