DE2215167A1

DE2215167A1 - Halbleitersteuervornchtung

Info

Publication number: DE2215167A1
Application number: DE19722215167
Authority: DE
Inventors: Akio Ikeda Fujita Takashi Shigematsu Koichi Toyonaka Yamashita, (Japan) P
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-04-01
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1972-10-12
Also published as: AU4069672A; CA975087A; FR2132285B1; GB1386660A; FR2132285A1; AU450782B2; NL7204334A

Description

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TEL. {0811^53 0211 TELEX; 5-24 303 topat Z Z I 5 1 R 7

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PATE N T ANWÄLTE

München; Frankfurt/M.:

Dipl.-Chem. Dr. D. Thomsen Qipl. - ing. W. Weinkauff

Dipl.-Ing. H. Tiedtke (FiichshohlTi)

Dipl.-Chem, G. Bühling
Dipl.-Ing. R, Kinne
Diph-Chem. D)r. U. Eggers

80 0 0 München 2 Kaiser-Luäwig-PIatz 6 28. März 1972

Matshushita Electric Industrial Co., Lt'cL. Osaka, Japan .

Halbleitersteuervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-· steuervorrichtung mit einem kontaktlosen Schalter, der Änderungen der Masse- bzw* Erdkapazität der Steuerelektrode eines mit Peldeffekt gesteuerten Gleichrichters nutzt.

Konventionelle kontaktlose Schalter haben allgemein Änderungen des Basispotentials von Transistoren und Änderungen des Q-Werts bei Schwingungen mit hohen Frequenzen zur Durchführung des Schaltvorganges genutzt., Keiner dieser konventionellen kontaktlosen Schalter war jedoch bei der Steuerung einer großen Energie in einfacher V/eise erfolgreich.^

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Fühler liefert ein kleines elektrisches Ausgangssignal, und so wurden gewöhnlich Einrichtungen zur Verstärkung eines solchen kleinen Ausgangssignals des Fühlers über eine Anzahl von Stufen vorgesehen. Daher hatte die Schaltung einen umfangreichen Aufbau, und die Steuervorrichtung war teuer und hatte große Abmessungen.

Mit der Erfindung wird eine billige und kleine Halbleitervorrichtung mit einem vereinfachten Schaltungsaufbau geschaffen, die einen rr.it Peldeffekt gesteuerten Gleichrichter aufweist und Änderungen der Massekapazität dessen Steuerelektrode zur unmittelbaren Steuerung einer großen Energie nutzt.

Mit der Erfindung wird ferner eine Halbleitersteuervorrichtung geschaffen, bei der ein mit Feldeffekt gesteuerter Gleichrichter mit einem Fühler kombiniert ist, der eine Größe, beispielsweise Temperatur, Druck, Magnetismus, Licht oder Feuchtigkeit, in ein elektrisches Signal umwandelt, so daß durch das kleine Ausgangysignal des Fühlers eine große Energie gesteuert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Schnittnnsicht eines rnit Feldeffnkt gesteuerten Gleichrichtern, der in einer erfindurii ngemäßen Halbleitersteuervorrichtung verwendet wird;

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Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Spannungs-Strom-Kennlinie des Gleichrichters nach Fig. Ij

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung als kontaktloser Schalter;

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Spannungs-Strom-Kennlinie der Vorrichtung nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Form eines mit Feldeffekt gesteuerten Gleichrichters, der vorzugsweise bei dor erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird. Dieser mit Feirieffekt gesteuerte Gleichrichter besitzt einen pnpn-Aufbau, und seine Strom-Spannungskennlinie kann durch ein über eine Isolierschicht angelegtes elektrisches Feld gesteuert vrerden. Gemäß Darstellung in Fig. 1 besitzt der mit Feldeffekt gesteuerte Gleichrichter einen Halbleiterkörper 1 mit n-Leitfähigkeit, p-leitfähige Bereiche 2 und 3, die in dem n-leitfähigen Halbleiterkörper 1 in Abstand voneinander gebildet sind, einen in dem p-leitfähigen Bereich 3 gebildeten n-leitfähigen Bereich 4, eine elektrische Isolierschicht 5, eine Anode 6 in Berührung mit dem p-leitfähigen Bereich 2, eine Kathode 7 in Berührung mit dem n-leitfähigen bereich M, ein zweites Tor b in Berührung mit dem n-leitfähigen Bereich 1, und ein erstes Tor 9, das auf der Isolierschicht 5

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über dem n-leitfü':i^en bereich 1 derart angeordnet ist, daß es einen Teil 6er p-leitfähigen Bereiche 2 und 3 überlappt.

Fig. 2 '.eigt die Strom-Spannungskennlinie zwischen den Elektroden 6 und 7. Ist die Anode 6 gegenüber der Kathode 7 positiv, liegt <':ie Durchlaßrichtung vor, und der Gleichrichter zeigt eine Kennlinie mit negativem Widerstand. In Fig. 2 sind die Schaltspannung und die Sperrdurchbruchspannung mit V^q bzw. V_ß bezeichnet.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsforir der erfindungsgeraäßen Vorrichtung, bei der der mit Feldeffekt gesteuerte Gleichrichter, der eine solche Kennlinie besitzt, als kontaktloser Schalter benutzt wird.

In Fig. 3 ist der mit Feldeffekt gesteuerte Gleichrichter durch die Eezugaziffer 10 bezeichnet. Liegt an der Anode 6 über einen Lastwiderstand R_T eine positive Spannung an und ist das Tor offen gehalten, liegt kein Leitzustand zwischen der Anode 6 und der Kathode 7 des mit Feldeffekt gesteuerten Gleichrichters 10 vor. Nähert sich ein menschlicher Körper bei oinen solchen Zustand des gesteuerten Gleichrichters dem Tor 9, findet, eine Änderung der fassekapazitSt (Erdkapazität) des Tora 9 statt, was zum Leiten des gesteuerten Gleichrichters 10 führt. V.'ird das Tor 9 von Hand berührt, findet ein Schalten in gleicher V.'eise statt. Damit der Betrieb durch unerwünschtes Hauschen nicht wesentlich beeinflußt wird, kann ein Widerstand zwischen das Tor 9 und die Anode 6, das Tor H

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oder die Kathode 7 eingesetzt sein.

Es wurde zwar ein isoliertes Tor, das eine Isolierschicht verwendet, als Beispiel beschrieben; statt dessen kann jedoch auch ein Feldeffekttor in Form eines pn-überganges oder eines Metall-Halbleiterüberganges verwendet werden. Zur Erreichung des gleichen Effekts kann anstelle des pnpn-Aufbaus auch jeder andere Aufbau, einschließlich eines npnp-Aufbaus, eines pnpnp-Aufbaus und eines npnpn-Aufbaus, verwendet werden. Der Halbleiter kann Si, Ge, GaAs, CdH, GaP₅ GaAsP oder dergl. sein, und die Aussendung von Licht kann gleichzeitig auftreten, insbesondere, wenn der Halbleiter GaAs, GaP, GaAsP oder dergl, ist.

In einer in Fig. 4 gezeigten anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der mit Feldeffekt gesteuerte Gleichrichter mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau mit einem Fühler kombiniert, um eine große Energie durch das kleine Ausgangssignal des Fühlers unmittelbar zu steuern. Diese Ausführungsfonn ist darin vorteilhaft, daß die Schaltung einen einfachen Aufbau besitzt und die Steuervorrichtung billig ist und kleine Abmessungen hat.

Gemäß Darstellung in Fig. H ist eine Last 12 mit einer Wechselspannungsquelle 11 über den gesteuerten Gleichrichter 10 mit isoliertem Tor in Reihe geschaltet, und ein Fühler 13 ist mit einem Widerstand l'l in Serie geschaltet«, Der Schaltungsknoten zwischen dem Fühler 13 und dem Widerstand Ik

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ist mit dem Tor 9 des gesteuerten Gleichrichters IO verbunden.

Ist nun der Widerstand des Fühlers 13 hoch, liegt eine positive Spannung an dem Tor 9 in Durchlaßrichtung, und die Schaltspannung ist hoch, wie dies mit V₀₀ in Fig. 5 ge-

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zeigt ist. Wird die angelegte Spannung auf einen Wert V₀ ¹ eingestellt, der nahe an der Schaltspannung V_0n liegt, befindet

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sich die Lastschaltung im Sperrzusta id. Ist der Widerstand des Fühlers 13 und damit die an dem Tor Hegende Spannung verringert, dann ist die Schaltspannung nu ι niedriger als V₀', und die Lastschaltung ist eingeschaltet. Der gesteuerte Oleichrichter 10 mit isoliertem Tor kann selbs'; mit einer kleinen Ausgangsspannung des Fühlers 13 zuverlässig getriggert werden, wenn die unter dem Tor 9 liegende Is >lierschicht 5 ausreichend dünn ausgebildet ist. Durch das kleine Ausgangssignal des Fühlers 13 kann eine große Energie ge ;teuert werden, da der gesteuerte Gleichrichter 10 mit großer Energie zufriedenstellend arbeiten kann, Es ist zu bemerken, daß der durch den Fühler 13 ermittelte Wert auf eine veränderliche Einstellung gebracht werden kann, wenn der Widerstand I²I ein veränderlicher Widerstand ist. Ferner kann der Fühler 13 und der Widerstand I^ nach Fig, ¹J in umgekehrter Reihenfolge angeordnet werden. In diesem Fall ist die Art der Steuerung gegenüber der im vorhergehenden beschriebenen Steuerungsart umgekehrt. Der Fühler 13 kann bei Ermittlung von Temperaturen ein Thermistor sein, bei Ermittlung von Drucken ein Metall- oder Halbleitermesstreifen, bei Ermittlung von Magnetismus ein Hall-Element oder ein Element mit magnetischem Widerstand, bei Ermittlung von Licht ein

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photoleitendes Element oder eine Solarbatterie (Lichtzelle), oder bei Ermittlung von Feuchtigkeit ein GxydfiliDhygroiiietep* Anstelle der Wechselspannungsenergiesufuhr kann natürlich eine Gleiehspannungsenergiezufuhr verwendet wa

Es wurde zwar ein isolier-tes Tor₃ das eine Isolierschicht verwendet, als Beispiel beschrieben; statt dessen kann jedoch auch ein pn-übergang oder ein RatalI=HaIbleiterÜbergang verwendet werden. Ferner kann zum Erreichen der gleichen Wirkung anstelle des pnpn-Aufbaus jeder andeie Aufbau, einschließlich eines npnp-Aufbaus, eines pnpnp-Aufbaus und eines npnpn-Aufbaus, verwendet werden. Der Halbleiter kann Si, Ge, CdS₅ GaAs₁ GaP, GaAsP oder dergl. sein und die Aussendung von Licht kann gleichzeitig auftreten, insbesondere vienn der Halbleiter GaAs, GaP, GaAsP oder dergl, ist.

Aus den vorherrehenrlen Ausführung/an ergibt sich_s daß mit der Erfindung ein kontaktloser Schalter geschaffen wird, der Änderungen der Massekapazität der Steuerelektrode eines mit Feldeffekt gesteuerten Gleichrichters nutzt, um eine große Energie einfach zu schalton, wenn das Tor lediglich von Hand berührt wird oder sich ein menschlicher Körper dein Tor nähert. In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen HaIbleitersteuervorrichtung ist ein Fühler mit dem Torkreis.des kontaktlosen Schalters verbunden, um eine große Energie durch das kleine Ausgangssignal des Fühlers zu steuern, Somit kann diese Vorrichtung als Temperaturüberwaeher, auf Licht ansprechender Schalt-er, Magnetismusüberwacher, Feuehtigkeitsüberwaeher oder Drueküberwacher benutzt werden,

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Mit der Erfindung wird somit ein kontaktloser Schalter geschaffen, der Änderungen der Massekapazität der Steuerelektrode eines mit Feldeffekt gesteuerten Gleichrichters zur Steuerung einer großen Energie nutzt. Ferner ist dieser kontaktlose Schalter mit einem Fühler kombiniert, um einen Temperaturüberwacher, einen lichtempfindlichen Schalter, einen Magnetismusüberwacher, einen Feuchtigkeitsüberwacher oder einen Drucküberwacher zu bilden.

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Claims

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Patentansprüche

f l.yiialtrleitersteuervorrichtung* gekennzeichnet durch einen mit Feldeffekt gesteuerten Gleichrichter ClD)_r dessen Steuerelektrode (9) normal offen gehalten wird.
2. Halbleitersteuervorrichtung insbesondere nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit Feldeffekt gesteuerten Gleichrichter (10) und eine Serienschaltung aus einem Fühler (13) und einem Widerstand, wobei der Schaltungsknoten zwischen dem Fühler (13) und dem Widerstand mit dem Steuerkreis des gesteuerten Gleichrichters (10) verbunden ist.

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