DE2351783C3 - Zweiweg-Halbleiterschalter (Triac) - Google Patents
Zweiweg-Halbleiterschalter (Triac)Info
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zweiweg-Halbleiterschalter (Triac) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1; vgl. DE-OS 22 61 819.
Ein Triac dient zur Steuerung elektrischer Leistung in beiden Stromrichtungen. Seine Wirkungsweise ist z. B.
in der DE-OS 14 89 894 erläutert.
Um einen Triac universell einsetzen zu können, ist Voraussetzung, daß die benötigte Zündenergie niedrig
und in allen Betriebsbedingungen gleich groß ist Man kennt bei einem Triac vier Betriebsbedingungen
bezüglich der Zündung, die sogenannten Zündquadranten, und zwar kann die erste Hauptelektrode negativ
5 oder positiv gegenüber der zweiten Hauptelektrode und die Steuerelektrode jeweils positiv oder negativ
gegenüber der ersten Hauptelektrode sein.
Aus der DE-OS 22 61 819 ist ein Triac bekannt, bei
dem zur Symmetrierung und Erniedrigung der Zündströme eine kreisringförmige Geometrie und eine
laterale Versetzung der jeweiligen Außenschichten vorgesehen ist, damit die Steuerströme für die vier
Zündquandranten wenigstens in der gleichen Größenordnung liegen.
Aus der DE-OS 21 22 121 ist ein Halbleiterschalter bekannt, der nur eine einzige Steuerzone besitzt und
deshalb auch nur in zwei Quadranten angesteuert werden kann. Die Steuerelektrode ist durch einen
Graben zwischen Steuerelektrode und erster Haupt-
elektrode, der bis in die mittlere der drei inneren Zonen
hineinreicht, abgetrennt
Bei den bekannten Triacs besteht eine enge Kopplung zwischen Zünd- und Kommutierungsverhalten. Ein
Triac mit hoher Zündempfindlichkeit besitzt eine geringe du/df-Festigkeit und umgekehrt. Dies ist
besonders dann von Nachteil, wenn mit Hilfe eines Triacs eine induktive Last gesteuert werden soll. In
einem solchen Fall eilt die Spannung dem Laststrom vor. Wenn der Laststrom durch Null geht, springt die
jo Spannung auf den dem Sinus der Phasenverschiebung
zwischen Spannung und Strom entsprechenden Wert. Die Anstiegsgeschwindigkeit wird lediglich durch die
Kapazität des Triacs und die induktive Komponente der Last begrenzt; diese Begrenzung reicht jedoch bei den
bekannten Triacs nicht aus, um ein unerwünschtes Durchzünden zu verhindern. Aus diesem Grund muß
der Spannungsanstieg durch eine dem Triac parallelgeschaltete Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand
begrenzt werden (SCR-Manual von General Elektric, 4th Edition [1967], Abschnitt 7.1.4, S. 136/137).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Triac anzugeben, mit dem eine noch
bessere Symmetrie der Zündströme und gleichzeitig eine Entkopplung von Zünd- und Kommutierungsverhalten
erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei das
kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 2 eine vorteilhafte Weiterbildung angibt.
Aus der nachstehenden Tabelle ergibt sich das Ausmaß der Verkleinerung des nötigen Zündstroms in
den verschiedenen Zündquadranten, die durch die Vergrößerung der Eindringtiefe x„<3>
der zweiten Steuerzone und/oder der Eindringtiefe xP) an der
unteren Hauptelektrode:
xp)>Xp)
| Zündquadrant | II | III | IV |
| I | an den Elektroden | ||
| Potentialverhältnisse | A2>A\ | A2<AX | A2 < A\ |
| A2>Ai | G<Ai | G<A\ | G>Ai |
| G>A\ | stark | schwach | schwach |
| — | stark | stark | |
| — | stark | stark | stark |
Es bedeuten:
Αι — das Potential der oberen Hauptelektrode
A2 — das Potential der unteren Haup*elektrode
G — das Potential der Steuerelektrode
xfl — die vorbezeichneten Eindringtiefen.
Aus der Tabelle ist jeweils die Verkleinerung der Zündstromhöhe eines Triacs gemäß der Erfindung
gegenüber einem Triac mit lediglich laterial geänderter Geometry entnehmbar. Weiterhin werden vorteilhaft
etwa gleiche Zündstromhöhen für alle vier Zündquadranten erreicht
Die Beeinflussung der Kommutierungsfestigkeit durch die Eindringtiefe xß) ist zu vernachlässigen. Die
Vergrößerung von xßi wirkt sich dagegen vermindernd
auf die du/di-Festigkeit beim Kommutieren von der
Polarität A\ <A2 nach A\ >A2 aus. Diese Verkleinerung
kann in einfacher Weise kompensiert werden durch eine größere Emitterkurzschlußdichte an der unteren Hauptelektrode
A2, ohne daß dadurch die Zündströme wesentlich beeinflußt werden.
Die unterschiedliche Eindringtiefe der genannten Zonen kann z. B. erreicht werden durch unterschiedlich
tiefe Diffusion der Gebiete xfl nach vorheriger entsprechender Maskierung oder durch eine Stufenätzung
der Ausgangsstruktur und anschließende Bildung der Zonen durch Diffusion. Die Eindringtiefen xfl sind
folglich immer bezogen auf die gedachte ursprüngliche Oberfläche der pnp-Ausgangsstruktur.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Das Schnittbild zeigi den Zonenaufbau nur schematisch,
weil einmal ein Schnitt durch den Halbleiterkörper nicht alle Zonen erfassen würde und zum anderen
vorliegend wesentliche Merkmale aus der schematisehen
Darstellung besser zu entnehmen sind.
Die Ausgangsstruktur besteht aus drei Zonen 1,2 und 3 abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps. Äußere
Zonen 4 und 5 unterschiedlichen Leitungstyps bilden jeweils die Emitter- bzw. Anodenrandzonen. Sie sind
jeweils n+- bzw. p+-dotiert Zwischen ihnen treten, die Emitterkurzschlüsse bildend, jeweils Bereiche 6 der
jeweiligen inneren Zone 1 bzw. 3 an die Oberfläche. Die Steuerelektrode G ist durch einen Graben 7 von dem
von der oberen Hauptelektrode A\ kontaktierten Bereich getrennt. Unter der Steuerelektrode G liegt
eine erste Steuerzone 8, d. h. ein p+-dotierter Bereich
der benachbarten Zone 1 und eine zweite Steuerzone 9 des Leitungstyps n+. Durch jeweils zwei Pfeile ist
angedeutet, welche Zonen in ihrer Eindringtiefe auf einen bestimmten, im Patentanspruch 1 bezeichneten
Wert eingestellt werden sollen.
Eine Vergrößerung der Eindringtiefe *„(3) oder/und
der Eindringtiefe xj$ bewirkt wegen der dadurch
erhöhten Stromverstärkung der für die Zündung maßgeblichen 3-Schicht-Struktur eine Verkleinerung
des Zündstromes in den verschiedenen Zündquadranten. Eine ausreichende du/df-Festigkeit wird auch für
den Fall vergrößerter Eindringtiefe XnW durch eine
erhöhte Emitterkurzschlußdichte im Bereich der Hauptelektrode A2 wiederhergestellt, ohne daß darunter die
Zündempfindlichkeit leidet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Zweiweg-Halbleiterschalter (Triac) mit einem aus mindestens fünf Zonen abwechselnd entgegengesetzten
Leitungstyps bestehenden Halbleiterkörper, wobei drei innere Zonen (1 bis 3) die
Ausgangsstruktur und äußere, an den Hauptflächen des Halbleiterkörpers liegende Zonen (4, 5) unterschiedlichen
Leitungstyps jeweils die Emitter- und Anodenzonen bilden, wobei Teile der jeweiligen
inneren Zonen zwischen den äußeren Zonen an die Hauptflächen des Halbleiterkörpers treten und
wobei die genannten Teile der inneren Zonen und die äußeren Zonen gemeinsam mit je einer
Hauptelektrode (Au A2) an jeder Hauptfläche des
Halbleiterkörpers ohmisch, teilweise Nebenschlüsse bildend, kontaktiert sind, woneben eine erste und
eine zweite Steuerzone (8, 9) unterschiedlichen Leitungstyps an der ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers
im Abstand von den genannten äußeren Zonen (4, 5) vorgesehen sind, wobei der Leitungstyp der zweiten Steuerzone (9) dem der ihm
benachbarten inneren Zone (1) entgegengesetzt ist, die Eindringtiefe (xP)) dieser zweiten Steuerzone (1)
größer ist als die der ersten Steuerzone (8), die Steuerzonen (8,9) aneinander grenzen und mit einer
Steuerelektrode (G) ohmisch kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe
(xP>) der zweiten Steuerzone (9) und/oder die Eindringtiefe (xP>) der an der zweiten Hauptfläche
liegenden Emitterzone (4), die vom gleichen Leitungstyp ist wie die zweite Steuerzone (9), in die
jeweilige innere Zone (1; 3) größer ist als die Eindringtiefe (OfnO)) der an der ersten Hauptfläche
des Halbleiterkörpers liegenden Emitterzone (4) gleichen Leitungstyps wie die zweite Steuerzone (9),
und daß an der Hauptelektrode (A2) an der zweiten
Hauptfläche des Halbleiterkörpers eine größere Emitterkurzschlußdichte vorgesehen ist als an der
Hauptelektrode (A\) an der ersten Hauptfläche.
2. Zweiweg-Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerelektrode (G)
und benachbarte Hauptelektrode (A\) durch einen Graben (7) voneinander getrennt sind.
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| DE2351783A DE2351783C3 (de) | 1973-10-16 | 1973-10-16 | Zweiweg-Halbleiterschalter (Triac) |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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-
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- 1974-10-14 FR FR7434416A patent/FR2247824B3/fr not_active Expired
Also Published As
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| JPS5068282A (de) | 1975-06-07 |
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