DE2346205B2 - Thyristor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, von denen die erste, der Emitter, mit einer Elektrode und die zweite, die Basis, mit einer Zündelektrode versehen ist, und mit einem Hilfsemitter, der zwischen dem Emitter und der Zündelektrode liegt und der elektrisch mit der Basis verbunden ist, und mit einer unter der Basis liegenden weiteren Basiszone, wobei die weitere Basiszone einen unterhalb der Zündelektrode liegenden Bereich aufweist, dessen spezifischer Widerstand niedriger als der der übrigen weiteren Basiszone ist und wobei die Emitterelektrode elektrisch mit der Basis verbunden ist, nach Patent 21 40 993.

Ein solcher Thyristor ist bereits in der zum Hauptpatent gehörenden DE-OS 21 40 993 beschrieben worden. Der unter dem Hilfsemitter liegende Bereich niedrigeren spezifischen Widerstandes hat eine Durchbruchsspannung, die unter der des übrigen Halbleiterkörpers liegt. Bei Anlegen einer die Durchbruchsspannung dieses Bereiches übersteigenden Spannung an die Anode und Kathode des Thyristors bildet sich im genannten Bereich ein Lawinendurchbruch aus. Der Lawinenstrom zündet zunächst den den Hilfsemitter enthaltenden Hilfsthyristor, dessen Laststrom wiederum den Zündstrom für den Hauptthyristor bildet. Der Hauptthyristor erhält damit auch beim Zünden mittels einer an die Anoden-Kathoden-Strecke gelegten Spannung (Überkopfzünden) durch innere Zündverstärkung einen relativ hohen Zündstrom. Ein hoher Zündstrom ist erwünscht, da dann der Hauptthyristor linienförmig zünden kann und die Zündstelle im Hilfsthyristor schnell entlastet wird. Dadurch wird eine Überlastung des Halbleiterkörpers, d. h. eine Zerstörung vermieden. Untersuchungen haben ergeben, daß nicht allein ein linienförmiges Zünden des Hauptthyristors für ein einwandfreies Arbeiten des Thyristors notwendig ist, sondern auch ein möglichst ausgedehnter Zündbereich beim Hilfsthyristor. Hier ist besonders der ersten Einschaltphase des Hilfsthyristors Augenmerk zu schenken. Es wurde nämlich festgestellt, daß sich auch ein anfänglich linienförmiger Zündbereich in der ersten Einschaltphase wieder auf einen oder wenige Punkte konzentriert

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs erwähnten Gattung gemäß Hauptpatent so weiterzubilden, daß

j zunächst eine linienförmige Zündung des Hilfsthyristors eingeleitet wird und diese möglichst weitgehend erhalten bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Bereich niedrigeren spezifischen Widerstandes den Hilfsemitter an seiner der Zündelektrode zugewandten

ίο Seite um höchstens 1 mm überlappt

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert

Der Halbleiterkörper des Thyristors weist eine erste Zone 1, den ersten Emitter, eine zweite Zone, die erste Basis 2, eine dritte Zone 3, die zweite Basis und eine vierte Zone 4, den zweiten Emitter auf. Der erste Emitter 1 ist mit einer ersten Emitterelektrode 8, die erste Basis 2 mit einer Steuerelektrode 6 und der zweite Emitter 4 mit einer zweiten Emitterelektrode 9 verbunden. Zwischen der Emitterelektrode 8 und der Steuerelektrode 6 liegt ein Hilfsemitter 5, der mit einer Hilfsemitterelektrode 7 verbunden ist Der der Steuerelektrode 6 zugekehrte Innenrand des Hilfsemitters 5 ist mit U bezeichnet. In der zweiten Basiszone 3 ist ein Bereich 10 vorgesehen, der eine niedrigere Durchbruchsspannung als der übrige Halbleiterkörper aufweist. Diese niedrigere Durchbruchsspannung wird durch einen niedrigeren spezifischen Widerstand, also durch höhere Dotierung, erreicht

Zur Erläuterung der Wirkungsweise werde angenommen, daß an die Emitterelektroden 8 und 9 eine Spannung angelegt wird, die höher ist als die Durchbruchsspannung des aus der Zone 2, dem Bereich 10 in der Zone 3 und der Zone 4 bestehenden Teils des Halbleiterelements. Wegen des niedrigeren spezifischen Widerstandes des Bereiches 10 liegt die Durchbruchsspannung dieses Teils niedriger als die Durchbruchsspannung des übrigen Halbleiterelements. An einem bevorzugten Punkt, der z. B. etwa in der Mitte liegen möge und mit 12 bezeichnet ist, kommt es zum Durchbruch. Damit fließt ein Lawinenstrom von der zweiten Emitterelektrode 9 zur Steuerelektrode 6, der hier schematised durch einen Pfeil angedeutet ist. Dieser Strom fließt über die Steuerelektrode 6 gleichmäßig radial nach außen zum Innenrand 11 des Hilfsemitters 5. Dadurch ist die Voraussetzung für eine zunächst linienförmige Zündung am Innenrand 11 des Hilfsemitters 5 gegeben. Während des Zündens emittiert der Hilfsemitter 5 Elektronen in Richtung auf den Bereich

so 10. Diese Ladungsträger gelangen in die Raumladungszone zwischen den Zonen 2 und 3, in der wegen der höheren Dotierung des Bereiches 10 eine wesentlich höhere Feldstärke als am pn-übergang außerhalb des Bereiches 10 herrscht. Diese Ladungsträger werden damit stark beschleunigt und erzeugen durch hohe Ladungsträgermultiplikation einen Strom, der schnell ansteigt und in kurzer Zeit die Basiszonen 2 und 3 in der Nähe des Innenrandes des pn-Überganges 11 mit Ladungsträgern überschwemmt. Damit wird das Einschnüren des linienförmigen Zündvorganges zumindest weitgehend vermieden. Der Durchbruchspunkt 12 wird nicht immer wie in der Figur gezeichnet etwa in der Mitte liegen, sondern kann auch z. B. am Rand des Bereiches 10 liegen. Um einen Durchbruch unter dem Hilfsemitter 5 zu vermeiden, was von vornherein ein linienförmiges Zünden ausschließen würde, darf der Hilfsemitter den Bereich 10 nur wenig, höchstens um 1 mm überlappen.

Hierzu i blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Thyristor mit einem Halbleiterkörper mit mindestens vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, von denen die erste, der Emitter, mit einer Elektrode und die zweite, die Basis, mit einer Zündelektrode versehen ist, und mit einem Hilfsemitter, der zwischen dem Emitter und der Zündelektrode liegt und der elektrisch mit der Basis verbunden ist, und mit einer unter der Basis liegenden weiteren Basiszone, wobei die weitere Basiszone einen unterhalb der Zündelektrode liegenden Bereich aufweist, dessen spezifischer Widerstand niedriger als der der übrigen weiteren Basiszone ist und wobei die Emitterelektrode elektrisch mit der Basis verbunden ist nach Patent 2140993, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (10) niedrigeren spezifischen Widerstandes den Hilfsemitter (5) an seiner der Zündelektrode (6) zugewandten Seite um höchstens 1 mm überlappt.