DE2549563C2

DE2549563C2 - Lichtzündbarer Thyristor

Info

Publication number: DE2549563C2
Application number: DE19752549563
Authority: DE
Inventors: Karl-Julius Ing.(Grad.) 6000 Frankfurt Finck; Marius Ing.(grad.) 6078 Neu-Isenburg Füllmann; Dieter Dr. 6055 Hausen Silber; Wolfgang Ing.(Grad.) 6236 Eschborn Winter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: EUPEC GmbH
Priority date: 1975-11-05
Filing date: 1975-11-05
Publication date: 1983-07-14
Also published as: FR2331155A1; GB1551424A; BE847790A; DE2549563A1

Description

Die Erfindung betrifft einen lichtzündbaren Thyristor mit. einer ersten Emitterzone, einer dieser benachbarten Steuerbasiszone, einer Hauptbasiszone und einer zweiten Emitterzone, bei dem die erste Emitterzone in mehrere voneinander durch Anteile der Steuerbasiszone getrennte Bereiche unterteilt ist, von öenen ein Bereich zum Zünden des Thyristor mittels Lichteinstrahlung dient und teilweise mit einem Kontakt versehen ist, und die übrigen Bereiche dieser Emitterzone mit einem Kurzschlüsse mit der Steuerbasiszone bildenden Kathodenkontakt versehen sind.

Bei einer Zündung durch Lichtenergie müssen anstelle der Ladungsträgerinjektion durch einen Steuerkontakt in den Basiszonen des Thyristors Ladungsträgerpaire erzeugt werden, wobei ein Teil der Minoritäts-Ladungsträger über den mittleren, in Sperrrichiung belasteten PN-Übergang gelangen und einen Pholostrom erzeugen. Dieser Photostrom wiederum bewirkt eine erhöhte Injektion des kathodenseitigen Emitters und damit eine Rückkopplung des Zündvorgangs. Wegen der Stromabhängigkeit der Stromverslärkungsfaktoren in den beiden Teiltransistoren des Thyristors wird im Fall ausreichend hoher Lichtanre

ίο

gung die Zündbedingung erreicht, daß die Summe der Stromverstärkungsfaktoren 1 wird, Die Zuführung der Lichtenergie erfolgt üblicherweise über die der Steuerbasis benachbarte Emitterzone, da auf diese Weise eine lokalisierte Anregung bei hoher Anregungsdichte erreicht wird.

Bei lichtzündbaren Thyristoren ist eine ausreichende Störsicherheit gegen Zündvorgänge bzw. Störströme notwendig, die durch den infolge Temperaturerhöhung ansteigenden Sperrstrom oder durch eine zu starke Spannungsanstiegsgeschwindigkeit bei Belastung in Vorwärtsrichtung bewirkt wird.

In diesem Zusammenhang ist es aus der DE-OS 25 11 281 bekannt eine hohe Zündempfindlichkeit bei hoher Spannungsanstiegsgeschwindigkeit im wesentlichen dadurch zu erzielen, daß unter anderem Emitter-Basiskurzschlüsse vorgesehen sind.

Die durch eine hohe Spannungsanstiegsgeschwindigkeit oder Temperaturerhöhung bewirkten Ströme sind bei einwandfreien Bauelementen etwa gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilt und werden im folgenden als Stöfströme bezeichnet Dieses Problem tritt insbesondere im Zündbereich des Thyristors auf. Wird dieser Bereich nämlich durch geometrische Dimensionierung und Dotierung zündempfindlich für eine niedrige Anregungsdichte ausgelegt so tritt auch eine unerwünschte Zündung bereits bei geringen Störströmen auf.

Aus der US-PS 36 97 833 ist der eingangs definierte lichtzündbare Thyristor mit Ausnahme der Emitter-Basiskurzschlüsse bekannt. Dieser Thyristor weist zur Verstärkung der eingeleiteten Zündung zusätzlich einen Hilfsthyristor auf, der von dem den Laststrom übernehmenden Hauptthyristor umgeben ist. Das Problem der Störströme wird in dieser Druckschrift nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lichtzündbaren Thyristor der eingangs genannten Art insbesondere im Zündbereich für Lichteinstrahlung empfindlich zu machen und gleichzeitig dafür zu sorgen, daß in diesem Bereich eine Störzündung durch kapazitive Ströme bei zu starker Spannungsanstiegsgeschwindigkeit oder durch erhöhte Sperrströme unterbleibt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Randbereich der Steuerbasiszone ein Kontakt vorgesehen ist, welcher in ohmscher Verbindung mit dem Kontakt des Zündbereichs der ersten Emitterzone steht, so daß bei etwa gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilten Störströmen der Zündbereich der ersten Emitterzone eine Potentialerhöhung der Steuerbasiszone erhält.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Thyristors beruht darauf, daß die Störströme gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilt sind und insbesondere auch im Randbereich fließen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung tritt an dem Kontakt im Randbereich der Steuerbasiszone bei Fließen eines Störstromes eine Potentialerhöhung auf, die etwa 50 bis 100% der maximalen unter dem Zündbereich auftretenden Potentialerhöhung der Steuerbasiszone isi. Zur Erzielung dieser Potentialerhöhung an dem Kontakt im Randbereich der Steuerbasiszone und damit im Zündbereich der Emitterzone wird der transversale Widerstand der Steuerbasiszone zwischen dem Kontakt im Randbereich der Steuerbasis-

zone und dem benachbarten Rand des Kathodenkon- \ takts entsprechend ausgelegt. Die erfjndungsgemäße ' Wirkung tritt jedenfalls dann auf, wenn bei der maximal möglichen d«/d (-Belastung des Thyristors das Potential : im Zündbereich der ersten Emitterzone um wenigstens ^ä 0,1 bis 0,2 Volt angehoben wird.

Die Störsicherheit des gesamten Thyristors kann dadurch erhöht werden, daß der Kathodenkontakt über den äußersten Bereich der übrigen Emitterzonen auf die Steuerbasiszone übergreift Zur Erhöhung der Zünd- w empfindlichkeit wird die Emitterzone im Zündbereich dünner als die übrigen Emitterbereiche gewählt, wie es bereits aus der US-PS 36 97 833 bekannt ist
Das Wesen der Erfindung soll anhand zweier Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

F i g, 1 einen lichtzündbaren Thyristor,
F i g. 2 den Verlauf des Potentials an verschiedenen Stellen des Thyristors bei Fließen eines Störstromes.

Der Thyristor 1 weist vier Zonen abwechselnd -·■ entgegengesetzten Leitungstyps in der Reihenfolge ; PNP auf, und zwar die zweite Emitterzone 2, die Hauptbasiszone 3 und die Steuerbasiszone 4. Die -^: N⁺-leitende erste Emitterzone ist in mehrere Bireiche J unterteilt, von denen der zentrale Bereich 5 zur ij Zündung des Thyristors dient Der innerhalb der gestrichelten Fluchtlinien in der Figur liegende Bereich des Thyristors wird im folgenden als Zündbereich bezeichnet und kann auch als Hilfsthyristor zur ''-- Zündung des verbleibenden Hauptthyristors aufgefaßt ' werden. Die übrigen Emitterbereiche 6 dienen zur *⁽⁾ ': Führung des Laststromes und sind mit einem Kathodenkontakt 7 versehen. Die zweite Emitterzone 2 ist mit dem Anodenkontakt 12 versehen. In dem Ausführungsbeispiel wurde ein kreisförmiger Zündbereich 5 angenommen, der von kreisringförmigen Emitterzonen i"¹ umgeben ist, die wiederum von einem kreisringförmigen Kathodenkontakt bedeckt sind. Der Kathodenkontakt 7 bildet gleichzeitig Kurzschlüsse zwischen den Emitterbereichen 6 und der Steuerbasiszone 4. Auf diese Weise wird bekanntlich (vgl. die DE-OS 25 11281) das « Auftreten von Störzündungen im Hauptthyristor weitgehend vermieden.

Der Zündbereich 5, dessen Emitterfläche zur Lichteinstrahlung dient, weist bei dem Ausführungsbeispiel einen ringförmigen, metallischen Kontakt 8 auf. Die Ljehtemstrahlung ist durch Pfeile symbolisch angedeutet Am Rand der Steuerbasiszone 4 befindet sich ein weiterer ringförmiger Kontakt 9, der über eine ohmsche Verbindung 10 mit dem Kontakt 8 in Verbindung steht Auf diese Weise wird erzielt, daß insbesondere beim Fließen eines Störstromes das Potential der Steuerbasiszone 4 am Ort des Kontaktes 9 gleichzeitig auch über den Kontakt 8 auf den N+-leitenden Zündbereich 5 übertragen wird.

Die Funktion des lichtzündbaren Thyristors gemäß der Erfindung soll anhand der F i g. 2 erläutert werden. Dort sind die Potentiale an drei Stellen des Thyristors aufgetragen, wie sie sich beim Fließen eines Störstromes einstellen. F i g. 2b zeigt den Verlauf des Potentials ψ\ in der Steuerbasiszone 4 unterhalb des Zündbereichs 5. Nimmt man das Kathodenpotential als Bezugspotential, so steigt das Potential in der Steuerbasiszone von der innersten Kurzschlußstelle 11 an, erreicht in der Mitte des Zündbereichs sein Maximum und fällt dann zu der entsprechenden Kurzschlußstelle auf de^r gegenüberliegenden Seite ab. Die Fig,2a und 2r zeigen den Potentialverlauf q>2, wie er sich bei der vorliegenden beispielsweisen Thyristorausführung vom Rand des Kathodenkontakts bis zu dem Rand des Thyristors einstellt Der Kontakt 9 wird nun an die Stelle der Potentialkurve gelegt, deren Potential zwischen 50 bis 100% des maximalen Potentials gemäß F i g. 2b beträgt Da dieses Potential auch an der Zone 5 ansteht wird es gegenüber dem unbelasteten Fall um den gleichen Betrag angehoben (gestrichelter Verlauf in F i g. 2b), so daß keine Injektion der Zone 5 über den zwischen den Zonen 4 und 5 gebildeten PN-Übergang stattfindet und somit eine Störzündung unterbleibt Die Potentialerhöhung im Zündbereich 5 der ersten Emitterzone wird bei gegebenem Störstrom durch den transversalen Bahnwiderstand zwischen dem Kontakt 9 und dem ihm gegenüberliegenden Rand des Kontaktes 7 bestimmt. Er läßt sich beispielsweise durch eine Querschnittsverminderung in diesem Bereich der Steuerbasiszone 4 einstellen und bewirkt in diesem Fall den relativ starken Anstieg des Potentials zwischen der gestrichelt eingezeichneten Fluchtlinien.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Ljchtzundbarer Thyristor mit eiiner ersten Emitterzone, einer dieser benachbarten Steuerbasiszone, einer Hauptbasiszone und einer zweiten Emitterzone, bei dem die erste Emitterzone in mehrere voneinander durch Anteile der Steuerbasiszone getrennte Bereiche unterteilt ist, von denen ein Bereich zum Zünden des Thyristors mittels Lichteinstrahlung dient und teilweise mit einem Kontakt versehen ist, und die übrigen Bereiche dieser Emitterzone mit einem Kurzschlüsse mit der Steuerbasiszone bildenden Kathodenkontakt versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich der Steuerbasiszone (4) ein Kontakt (9) vorgesehen ist welcher in ohmscher Verbindung (10) mit dem Kontakt (8) des Zündbereichs (5) der ersten Emitterzone steht so daß bei etwa gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilten Störströmen der Zündbereich (5) der ersten Emitterzone eine Potentialeriiöhung in der gleichen Richtung wie die unter dem Zündbereich (5) auftretende Potentialen höhung der Steuerbasiszone (4) erhält

2. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Potentialerhöhung im Zündbereich (5) der ersten Emitterzone etwa 50 bis 100% der maximalen, unter dem Zündbereich auftretenden Potentialerhöhung der Steuerbasiszone (4) beträgt

3. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Potentialerhöhung im Zündben'ich (5) durch den transversalen Widerstand der Steuerbasiszone (4) zwischen dem Kontakt (9) im Randbereich der Steuerbasiszone und dem benachbarten Rand des Kathodenkontaktes (7) bestimmt ist

4. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Kathodenkontakt (7) über den äußersten Bereich der übrigen Emitterzonen (6) auf die Steuerbasiszone (4) übergreift