DE2625917A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

Allmänna Svenska Elektrdska Aktiebolaget Västeras/ Schweden
Halbleiteranordnung
Sie vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Thyristor arbeitende Halbleiteranordnung zu entwickeln, bei dem die elek\._j.sch oder optisch erfolgende Zündung mit Hilfe eines äußeren Signals unterdrückt werden kann und der - bei entsprechender Dimensionierung mit demselben Signal auch gelöscht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung,
Figur 1a ein Halbleiteranordnung nach Figur 1 entsprechendes Ersatzschaltbild,
Figur 2 eine planare Halbleiteranordnung nach der Erfindung, die mehrere langgestreckte und parallel zueinander verlaufende Kathoden - und Steuerelektroden hat,
Figur 4 ein statisches Wechselstromrelais mit einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,
Figur 5 ein statisches Gleichstromrelais mit einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,
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Ei gor 6 eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung, die als Ausgangsstufe für ©±33©β " komplementäres KOS-Transistorkreis verwendet wird9
6a ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach Mgur 6
Fig. 1 zeigt einen Thyristor nach der Erfindung. Bisser besteht aus einem Halbleiterkörper aus Silizium, in dem abwecaselnd vier Schichten 1-4 verschiedener Leitungsarten angeordnet sindo Die R-leitende Schicht 1 ist die Kathodenexaitterschicht, die Schicht 2 ist die P= BasissGMcht des Thyristors9 di© SeMeht 5 seine l-Basisschieht und die ScMelat 1I- seine inod@n@sitt@rs©lsiclito Bin Betallkontafct 5 ist galvanised sit der ScMekt 1 Terbnnden imd ait eisern Kathodensuleiter-E versehen» Μσ£ gleich® Weis© ist ein Metallkontakt 6 auf der Schicht Br angss-'EsLEis'fe vjqS, mit einem imodensuleiter A versenen«, Für die Zufüh-= rung VOG Zündstros zwz ESayristor üheT des Sündanscnluß S dienen metallisehe Steuerkontakte 7 nnd ?Β Ο Um zwisehen der Metallschicht und der darunterliegenden P-Schicht einen guten onmschen Kontakt 2su erhalten5 sind die Pv-leitenden Schichten S und S0 raiter den Kontakten 7 und 7' angeordnet. Unter den naher an der Kathodenschicht 1 liegenden Teilen der Kontakte 7 und 7° sind die lf"-leitenden Schichten 9 und 9' angeordnet. Diese beiden Schichten stellen die Kollektorbereiche von zwei im Halbleiterkörper ausgebildeten Feldeffekttransistoren dar. Der Kathodenbereich 1 ist der Emitterbereich der Feldeffekttransistoren. Auf der Oberfläche des Ealbleiterkörpers sind zwischen dem Kathodenkontakt 5 und den Steuerkontakten 7 und 78 dünne Siliziumdioxidschichten 10 und 10° angeordnet. Auf diesen Schichten sind die
die sind
Metallkontakte 11 und 11° angeordnet„ mit dem Anschluß TB verbunden, über den die S teuer spannung für die Feldeffekttransistorteile zugeführt wird. Diese Teile arbeiten in der an sich bekannten Weise, daß
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bei fehlender oder negativer Spannung am Anschluß TB kein Strom zwischen dem Kollektorbereich und dem Emitterbereich 1 des beispielsweise linken Feldeffekttransistor in der Figur fließen kann. Wird auf den Anschluß TB dagegen eine Steuerspannung gegeben, die größer als ein bestimmter Schwellwert ist, so entsteht unmittelbar unter der Siliziumdioxidschicht 10 in der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein N-leitender Kanal. In diesem Kanal kann Strom von dem Kollektorbereich 9 zu dem Emitterbereich 1 fließen. Je höher die Spannung ist, die am Anschluß TB liegt, umso mehr Ladung wird in dem H-leitenden Kanal injiziert und einen umso niedrigeren Widerstand bietet der Feldeffekttransistor dem zwischen seinem Emitter und Kollektor fließenden Strom.
Zünden des Thyristors in Fig. 1 wird dem Steueranschluß S auf bebekannte Weise eine positive Spannung zugeführt. Wenn dem Sperranschluß TB keine Spannung oder eine unter dem Schwellwert liegende Spannung zugeführt wird, so werden die Feldeffekttransistoren, wie bereits erwähnt, nichtleitend. Der Steuerstrom, der dem Thyristor zugeführt wird, wird dann auf normale Weise vom Anschluß S über die Steuerkontakte 7 und 71 durch die P+-leitenden Bereiche 8 und 81 zur P-Basisschicht 2 fließen, von dort durch den Kathodenemitterübergang des Thyristors zur Kathodenschicht 1 und von hier über den Kathodenkontakt 5 zum Kathodenanschluß K. Dieser Strompfad ist durch die gestrichelte Linie a rechts in der Figur angedeutet. Der Strom führt zu einer Injektion von Elektronen von dem Kathodenbereich 1 zu dem sperrenden Mittelübergang und verursacht bei genügend hohem Steuerstrom die Zündung des Thyristors in bekannter Weise, das heißt der Thyristor geht in den leitenden Zustand über.
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Wird dagegen dem Sperranschluß TB eine über dem genannten Schwellwert liegende Spannung zugeführt, so werden die Feldeffekttransistorteile leitend, d.h. von dem Kollektorbereich 9-9' eines jeden Feldeffekttransistorteils kann ein Strom zu dessen Emitterbereich 1 fließen. Wird nun dem Steueranschluß S eine Steuerspannung zugeführt, so wird der Steuerstrom von den Steuerkontakten 7 bzw. 71 zu den N+-Bereichen 9 bzw. 9' fließen und von dort durch die unter den Siliziumdioxidschichten 10 und 10' ausgebildeten N-leitenden Kanäle zum Kathodenbereich 1, Von hier schließlich fließt der Steuerstrom durch den Kathodenkontakt 5 zum Kathodenanschluß K. In diesem Fall kann der Steuerstrom keine Elektrodeninjektion vom Kathodenbereich zu dem Mittelübergang des Kollektors bewirken, und eine Zündung des Thyristors kann daher nicht eintreten. Der Steuerstromweg von dem Steuerkontakt 71 zum Kathodenbereich 1 iat für diesen Fall rechts in der Fig.1 durch die gestrichtelte linie b angedeutet. Wie oben beschrieben,kann eine Zündung des Thyristors also dadurch verhindert werden, daß dem Sperranschluß TB ein äußeres Signal zugeführt wird.
Indessen kann der Sperranschluß TB entsprechend der Erfindung auch zum Löschen des Thyristors verwendet werden. Wenn bei leitendem Thyristor dem Sperranschluß TB ein solches Signal zugeführt wird, daß die Feldeffekttransistorteile leitende werden, so wird der Strom des Thyristors teilweise der mit c bezeichneten Strombahn links in Fig.1 folgen. Ein Teil des Thyristorstroms wird also von der P-Basisschicht 2 zu der P+-leitenden Schicht 8, durch den Steuerkontakt 7 zu dem N+- leitenden Bereich 9 und von dort durch den N-leitenden Kanal des Feldeffekttransistorteils zu dem Kathodenbereich fließen. Dieser Strompfad ist ein reiner Wirkwiderstand und sein Widerstandswert kann
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durch geeignete Dimensionierung und durch eine zweckmäßige Größe des Steuersignals an die Feldeffekttransistoren klein gemacht werden. An dem normalen Strompfad für den Thyristorstrom, d.h. direkt von der P-Basisschicht durch den Kathodenemitterübergang zum Kathodenbereich 1, entsteht dagegen ein Spannungsfall in der Größe von 0,5-1 V. Durch geeignete Dimensionierung kann man daher erreichen, daß ein so großer Teil des Arbeitsstromes des Thyristors durch den mit c bezeichneten Strompfad fließt, daß der restliche Thyristorstrom eine unzureichende Elektroneninjektion von dem Kathodenbereich bewirkt und der Thyristor folglich den leitenden Zutand nicht länger aufrechterhalten kann, sondern in den nichtleitenden Zetand übergeht. Es ist nicht möglich, eine exakte Dimensionierung zu nennen; es kann jedoch allgemein gesagt werden, daß, je dichter der Kathodenbereich 1 und die Steuerelektrode 7 zueinander liegen, umso kleiner der Widerstand des Strompfads wird. Entsprechend stärker wird der Thyristor strom vom FeIdeffekttransistorteil vorbei an dem injizierenden Kathodenemitterübergang nebengeschlossen, wodurch es möglich wird, auch einen relativ hohen Arbeitsstrom des Thyristors zu löschen.
Die Feldeffekttransistorteile sind in ELg. 1 als normalerweise nicht leitende Feldeffekttransistoren dargestellt. Sie können aber auch als normal leitende Feldeffekttransistoren ausgebildet sein, d.h. mit einem ständig vorhandenen N-leitenden Kanal unter der Siliziumdioxidschicht. Durch eine genügend hohe negative Spannung am Sperranschluß TB werden die Transistoren dann aus ihrem normal leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand übergeführt. In diesem Zustand sind also Zündung und Arbeit in dem Leitzustand möglich. Wird dem Sperranschluß TB dagegen keine Spannung oder eine negative Spannung zuge-
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führt, so sind die Feldeffekttransistoren in diesem Fall leitend, und die Zündung eines nicht bereits gezündeten Thyristors wird verhindert, und ein bereits gezündeter Thyristor wird gelöscht.
Fig. 1a zeigt ein Ersatzschaltbild der Halbleiteranordnung nach Fig.1, und wie diese Halbleiteranordnung in einen Laststromkreis eingeschaltet werden kann. Der Thyristorteil der Halbleiteranordnung erscheint als Thyristor T, der in Reihe mit einer Last L an eine Gleichspannungsquelle P, N angeschlossen ist. Die Anschlußpunkte A, K, S und TB des Thyristors stimmen mit den in Fig. 1 gezeigten Anschlüssen überein. Der Feldeffekttransistorteil FET der Halbleiteranordnung arbeitet als ein zwischen dem Steueranschluß S und dem Eathodenanschluß K angeschlossener Feldeffekttransistor mit dem Steueranschluß TB. Mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführung des Feldeffekttransistorteils wird ein genügend hohes positives Signal am Anschluß TB die Zündung des Thyristors T verhindern und den Thyristor löschen, wenn er sich im leitenden Zustand befindet.
Der Thyristor nach Fig. 1 kann kreissymmetrisch aufgebaut sein, mit dem Kathodenbereich 1 und dem Kathodenkontakt im Zentrum, wobei die Bereiche 8, 9 und 10 sowie die Kontakte 7 und 11 konzentrische Ringe um den Kathodenbereich bilden. Vorzugsweise werden jedoch die Bereiche 8 und 9, der Bereich 1 und ebenfalls die Kontakte 7? 11 und 5 verhältnismäßig schmal und langgestreckt ausgeführt. "Langgestreckt" bedeutet hier, daß die Abmessung der genannten Teile senkrecht zur Zeichenebene wesentlich größer ist als der Abstand zwischen den Teilen bzw. deren Breite in der Zeichenebene.
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Auf einem Teil der oberen Fläche des Siliziumkörpers, der nicht für Kontakte bzw. für die Feldeffekttransistorteile verwendet wird, ist auf an sich bekannte Weise ein schützender Siliziumdioxidüberzug angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in vier Punkten.
Erstens ist sie in Planartechnik ausgeführt, und der Anodenbereich 4· ist aus diesem Grunde auf der oberen Fläche der Scheibe angeordnet. Ein kräftig P-dotierter Bereich 4-· ist im Bereich 4 unter dem Anodenkontakt 6 angeordnet, um einen guten widerstandsarmen Anschluß zu erzielen.
Zweitens ist der Thyristor so angeordnet, daß er auf optischem Wege gezündet werden kann. Der Mittelübergang des Thyristors (zwischen den Schichten 2 und 3) ist aus diesem Grunde ein Stück nach links vom Steuerkontakt 7 verlängert. Auf diesen Teil des Thyristors fallendes Licht wird auf bekannte Weise Ladungsträger an dem im Sperrzustand sperrenden Mittelübergang erzeugen und hierdurch eine Zündung des Thyristors veranlassen. Durch ein genügend hohes positives Signal am Anschluß TB können die Feldeffekttransistorteile auf gleiche Weise wie anhand von Fig.1 beschrieben leitend gemacht werden, wobei der optisch erzeugte Ladungsträgerstrom an dem injizierenden Kathodenemitterübergang vorbeigeleitet und dadurch eine Zündung verhindert wird. Auf entsprechende Weise wie in Fig.1 kann der Thyristor durch
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durch ein positives Signal am Anschluß TB aus dem leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand übergeführt werden.
Drittens ist die Halbleiteranordnung in bei Planarkomponenten bekannter Weise mit einem Schutzring 13 versehen, der Leckströme längs der Siliziumoberfläche vehindert.
Der Thyristor kann ebenso wie der Thyristor in Fig. 1 mit Hilfe eines positiven Signals am Steueranschluß S gezündet werden. Dieser Anschluß kann natürlich auch fortgelassen werden, so daß der Thyristor nur auf optischem Wege gezündet werden kann.
Viertens ist im Halbleiterkörper ein N -leitender Bereich 14 vorhanden, der mit einem Metallkontakt 15 versehen ist, welcher am Anschluß TB angeschlossen ist. Bei normaler (positiver) Spannung am Anschluß TB arbeitet der PN-Übergang zwischen den Schichten 14 und 2 in Sperrrichtung. Die Durchbruchs spannung für diesen Übergang ist so gewählt, daß sie unter der höchstzulässigen Spannung an den dünnen Siliziumdioxidschichten 10 und 10' liegt. Hierdurch dient der PN-Übergang 14-2 als Schutzdiode, die das Auftreten schädlicher Überspannungen über den genannten Siliziumdioxidschichten verhindert.
Auf an sich bekannte Weise ist ferner ein Schutzbereich 16, der kräftig P-dotiert ist, zwischen der Schutzdiode und dem Anodenteil des Thyristors angebracht.
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Hg. 2a zeigt das Ersatzschaltbild für die Anordnung nach Hg. 2 und deren Anordnung in einem Laststromkreis. Wie man sieht, stimmt dieses Ersatzschaltbild mit dem nach Fig. 1a überein, abgesehen davon, daß die Schutzdiode D zwischen den Steueranschluß TB des Feldeffekttransistorteils und den Steueranschluß des Thyristors angeschlossen ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Um einen genügend niedrigen Widerstandswert des überbrückenden Stromweges durch den Feldeffekttransistorteil zu erhalten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Thyristor in eine Anzahl parallel miteinander arbeitender Einheiten aufzuteilen. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung besteht aus zwei derartigen parallelarbeitenden Teilen. Die Teile werden durch die gestrichelte Linie d-d getrennt. Die links dieser Linie liegende Einheit ist mit der in Fig. 1 gezeigten identisch und führt dieselben Bezugszeichen wie Figur 1. Der recht der gestrichelten Linie liegende Teil ist mit dem links liegenden Teil identisch, führt jedoch die Bezugszeichen 21 bis 31 statt 1 bis 11. Der P+-leitende Bereich, der mit 9' und 28 bezeichnet ist, ist ebenso wie die Metallkontakte 71 und 27, für beide Teile gemeinsam.
Die in der oberen Fläche des.Siliziumkörpers angeordneten Bereiche 8, 9, 1, 8', 91 usw. und deren Metallkontakte 7, 11, 5, 11', 71 usw., sind als schmale Streifen mit großer Länge senkrecht zur Zeichenebene ausgeführt. Durch die genannte Aufteilung in mehrere parallel arbeitende Einheiten erreicht man, wie leicht ersichtlich, daß die in Fig.1 gezeigten Strompfade d und c so kurz werden, wie dies bei einem Thyristor mit vorgegebenem Querschnitt möglich ist. Hierdurch erreicht
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man, daß der Widerstand dieser Strombahnen einen kleinstmöglichen Wert annimmt, wodurch die Fähigkeit des Feldeffekttransistorteils, den Thyristor zu löschen, bzw. seine Zündung zu verhindern, so hoch wie möglich wird.
Die Anschlüsse zwischen den verschiedenen Metallkontakten sind in Fig.3 nur schematisch gezeigt. Wie in der Figur angedeutet, können diese Anschlüsse aus separaten Leitungsdrähten aufgebaut werden. Vorzugsweise werden sie jedoch in der in der Planartechnik bekannten Weise ausgeführt, d.h. als auf der Oberfläche des Siliziumkörpers aufgebrachte Metallschichten, die mit den Metallkontakten verbunden sind, die miteinander und mit einem äußeren Anschluß verbunden werden sollen. Fig.3 zeigt zwei parallelarbeitende Teile. Es kann jedoch, abhängig von der Große des Thyristors, eine beliebig große Anzahl, parallelarbeitender Teile angeordnet werden. Falls erwünscht, kann auch der Anodenkontakt A auf der Oberfläche des Siliziumkörpers auf gleiche Weise, wie gezeigt, angeordnet werden.
Bei einem Thyristor, der sich in der Praxis sehr bewährt hat, betrug die Dicke der Siliziumscheibe 200/um. Der PN-Übergang zwischen den Schichten 2 und 3 lag 15/um unter der Oberfläche der Scheibe, und der Übergang zwischen den Schichten 3 und 4- lag 150/tun unter der Oberfläche. Die Bereiche 8, 9, 1 usw. hatten eine Dicke von ca. 1,5 /um. Die Breite des Bereiches 8 betrugt 15/im, die des Bereiches 9 ca. 20/um, die des Bereiches 1 betrug 30/um und die des Bereiches 81 betrugt 20/um. Der Bereich 9'-28 hatte eine Breite von 10/um. Der Abstand zwischen den Bereichen 9 und 1 betrug ca. 7?5/Um* ebenso der Abstand zwischen dem Bereich 1 und dem Bereich 8'. Der Dotierungsgrad
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der in den Figuren mit P und N bezeichneten Schichten betrug ca. 1018-1020 At/cm2, der N-Schicht 3 1O15-1O15 At/cm5 und der Schicht 2 1016-101^ At/cm^. Die Dicke der Sxliziumdioxidschicht 12 betrug ca. 2/im. und die der Siliziumdioxidschichten 10, 10' usw. 0,1/um.
Die Metallkontakte 7j 11? 5 usw. bestanden aus aufgedampftem Aluminium mit einer Dicke von ca. 2/um. Die Länge der Schichten 8, 9» 1 usw. senkrecht zur Zeichenebene des Papiers betrug 250/um. Um die Zündung des [Thyristors zu blockieren, waren ca. 5-10 V am Anschluß TB erforderlich. Ein Belastungsstrom bis zu ca. 0,5 Ampere jonnte mit einer Spannung von ca. 40 V am Anschluß TB gelöscht werden.
Der oben beschriebene Thyristor entüelt sieben parallelarbeitende Teile, von denen jedes mit einer Hälfte der in Fig. 3 gezeigten Anordnung identisch war.
Fig. 4 zeigt, wie ein statisches Wechselstromrelais mit Hilfe einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung aufgebaut werden kann. Das Relais enthält zwei antiparallel geschaltete Thyristoren T1 und T2, einen für jede Stromrichtung, die in Reihe mit einer Last L an die Klemmen V und 0 einer Wechselspannung angeschlossen sind. Jeder Thyristor kann in der in Figur 2 und 2a gezeigten Weise optisch gezündet werden und ist mit einer Schutzdiode D 1 bzw. D2 versehen. Die Halbleiteranordnung kann in Planartechnik in einem einzigen Siliziumkörper ausgeführt werden oder, falls erwünscht, in zwei getrennten Körpern einen für jeden Thyristor. Die Anordnung hat sechs Anschlüsse: B und C für den Laststrom, S 1 und S 2 für ein eventuelles Steuersignal sowie TB1 und TB2 für die Zuführung von Sperrsignalen zu den Feldeffekttransistorteilen. Zwischen B und S1 liegt ein variabler Wider-
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stand E1 und zwischen TB1 und C ein fester Widerstand R3. Auf gleiche Weise sind die Widerstände R2 und R4 an der anderen Hälfte der Anordnung angeschlossen. Eine nicht gezeigte lichtquelle, z.B. eine separate oder eine in die HaTbleiterkapsel montierte Leuchtdiode, ist vorgesehen, um die Thyristoren zwecks ihrer Zündung mit Licht geeigneter Wellengänge zu bestrahlen. Der Strom zur Leuchtdiode ist also das Eingangssignal des Relais, und durch die optische Kopplung erhält man eine galvanische Trennung zwischen dem Eingangs- und Ausgangssignal des Relais. Während der Halbperiode, in der die Spannung an der Klemme V positiv ist, erhält Anschluß TB2 über den Widerstand R4 ein positives Signal, das über FET2 eine Zündung des Thyristors verhindert, selbst wenn ihm Licht zum Zünden zugeführt wird. Nur wenn die Wechselspannung an den Klemmen V-O nahe Null ist, wird die Spannung zum Feldeffekttransistor so niedrig, daß die Überbrückung des KathodenemitterÜbergangs aufgehoben wird und der Thyristor T2 zünden kann. Hierdurch erreicht man, daß der Thyristor unabhängig von der Phasenlage des Beginns der Zündlichtzuführen in Bezug auf die Wechselspannungsperiode stets bei einem Nulldurchgang dieser Wechselspannung zündet. Da der Thyristor bei demjenigen Fulldurchgang erlöscht, der als nächster dem Zeitpunkt folgt, in dem die Zuführung des Zündlichtes aufhört, wird die Last stets von einer ganzzahligen Anzahl von Halbperioden beaufschlagt. Hierdurch erreicht man eine bedeutende Verminderung der Störungen, die das Relais anderenfalls erzeugen würde. Die Zündempfindlichkeit des Thyristors wird durch den Widerstand R 2 eingestellt. Die Funktion des Thyristors T 1 mit zugehörigemFeldeffekttransistor, Widerstand und zugehöriger Schutzdiode ist mit der Funktion des Thyristores D2 identisch.
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Figur 5 zeigt ein statisches Gleichstromrelais, das mit Hilfe eines Halbleiterelementes nach der Erfindung aufgebaut ist. Das gestrichelte Rechteck enthält die Teile, die zweckmäßigerweise (ebenso wie in Fig. 4-) in einer einzigen Kapsel untergebracht werden. Das somit gebildete Element hat die sechs Anschlüsse A, E, S, TB, F und G. Der Thyristor T liegt, wie in Fig. 2a, in Reihe mit der Last L an den Gleichspanmmgsklemmen P und N. Ein im Halbleiterkörper gebildeter Fototransistor TR hat die Anschlüsse F und G. Eine nicht gezeigte Lichtquelle z.B. eine Leuchtdiode, strahlt Licht auf den Transistor TR und den Thyristor R. Der Widerstand R 5 liegt zwischen den Anshlüssen S und G, und der Widerstand R6 zwischen den Anschlüssen P und F. Die Anschlüsse F und TB einerseits und die Anschlüsse G und K andererseits sind miteinander verbunden. Die der Leuchtdiode zugeführte Spannung ist das Eingangssignal des Relais. Wenn eine solche Spannung auftritt, gibt die Leuchtdiode Licht ab. Dieses Licht tifft den Transistor TR, der dann einen niedrigen Durchlaßwiderstand annimmt. Die Anschlüsse F und TB nehmen dann ein niedriges Potential an, so daß das Feldeffekttransistorteil FET nichtleitend wird. Die Zündung des Thyristors T wird also möglich und geschieht durch das von der Leuchtdiode ausgesandte Licht, welches auch den Thyristor trifft. Wenn das Eingangssignal des Thyristors verschwindet, beendet die Leuchtdiode ihre Lichterzeugung. Der Transistor TR nimmt dann einen hohen Widerstand an, und an dem Anschluß F erscheint ein hohes Potential. Der Feldeffekttransistorteil FET wird leitend und überbrückt den Kathodenemitter-Übergang des Thyristors, wodurch der Thyristor gelöscht wird. Mit Hilfe des Widerstandes R 5 kann die Zündempfindlichkeit des Thyristors auf einen zweckmäßigen Wert eingestellt werden.
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Die Figuren 6 und 6a zeigen, wie ein Thyristor nach, der Erfindung angeordnet werden kann, um die Ausgangsstufe einer komplementären MOS-Trsnsistorstufe zu bilden= Hierdurch erhält man die Möglichkeit, das Belastungsvermögen eines MOS-Kreises auf einfache Weise stark zu erhöhen. Der Thyristor T besteht aus den Schichten 1,2, 3 und Μία Hg0 6 mit dem Kathodenkontakt 5 und dem Anodenkontakt 6. Der Steu= eranschluß 7 steht über die Schicht 9 in Wirkwiderstandsverbindung mit der Schicht 2«, Die Bereiche 1 und 8 bilden Kollektor und Emitter des Feldeffekttransistors FMP 6c, der, wenn dem Steueranschluß TB^ ein positives Signal zugeführt wird, den Kathodenemitterubergang des Thyristors überbrückt. Ein anderes Feldeffekttransistorteil FET 5 überbrückt den Anodenemitterübergang des Thyristors« Dieser besteht aus den Bereichen 49 und 4 sowie der Steuerelektrode 51- Bei einer genügend hohen negativen Spannung an der Elektrode 51 mit dem Anschluß TBA erhält man unter der Elektrode einen P-leitenden Kanal und damit eine leitende Verbindung zwischen den Bereichen 4 und Der Metallkontakt 47 und die NT~leitende Schicht 48 ergeben eine Wirkwiderstands-Verbindung zwischen dem Berdch 49 und der Schicht Die Steuerelektrode 7 ist über einen invertierenden Verstärker 52 an den Knotenpunkt N angeschlossen, und die Steuerelektrode 51 des Feldeffekttransistors FET 5 ist ebenfalls über einen invertierenden Verstärker 53 an diesen Knotenpunkt angeschlossen. Diese beiden Verstärker werden vorzugsweise auf bekannte Weise so ausgeführt, daß sie in ein und demselben Halbleiterkörper, wie die Anordnung im übrigen, integriert sind. Eine positive Spannung am Knotenpunkt N macht FET 6 und FET 5 leitend und die Steuerelektrode 7 negativ. Die Zündung des Thyristors wird verhinderts und ein leitender Thyristor wird gelöscht. Eine negative Spannung am Knotenpunkt M macht die
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Feldeffekttransistorteile FET 5 und FET 6 nichtleitend und gibt eine positive Steuerspannung an die Steuerelektrode 7 des Thyristors, so daß der Thyristor gezündet wird. Die Spannung am Knotenpunkt N wird von den Feldeffekttransistoren FET 3 und FET 4 gesteuert, die ihrerseits von dem Eingangssignal an den Anschluß I gesteuert werden. Der Feldeffekttransistor FET 3 besteht aus den Schichten 60 und 62, die seinen Kollektor und Emitter bilden, den Metallkontakten 61 und
63 sowie der Steuerelektrode 65, die auf der Siliziumdioxidschicht
64 angebracht ist. Der N+-dotierte Bereich 75 bildet eine Wirkwiderstandsverbindung zwischen dem Kontakt 61 und der N-Schicht 3· Ein negatives Eingangssignal erzeugt einen P-leitenden Kanal unter der Oxidschicht 64 und macht den Feldeffekttransistor FET 3 leitend. Der FET4 besteht aus den Schichten 67 und 68 mit den Kontakten 72 und 71 sowie der Steuerelektrode 70, die auf der Oxidschicht 69 angebracht ist. Ein positives Signal am Anschluß I macht diesen Feldeffekttransistor leitend. Der Bereich 74- ergibt eine Wirkwiderstandsverbindung zwischen der Elektrode 72 und der Schicht 66, in der der FET4 angeordnet;ist. Die Schaltung wird in der in Figur 6a gezeigten Weise an die Gleichspannungsklemmen P,Nangeschlossen. Dabei liegen einerseits die beiden Feldeffekttransistoren FET 3 und FET 4 in Reihe an der Gleichspannungsquelle, und andererseits liegen der Thyristor T und die Last L in Reihe an der Gleichspannungsquelle.
Ein positives Eingangssignal bei I macht den FET 3 nichtleitend und den . FET 4 leitend, wobei der Knotenpunkt N eine negative Spannung erhält. Diese negative Spannung macht die FET 5 und FET 6 nichtleitend und gibt über den Verstärker 52 einen positiven Steuer-
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strom an den Thyristor, der dabei zündet und Strom an die Last gibt«, Ein negatives Eingangssignal bei I macht den ' FET 3 leitend und den FET 4 nichtleitend, wobei der Knotenpunkt H" eine positive Spannung erhält. Diese positive Spannung macht die FET 5 und FET 6 leitend, wobei die beiden Emitterübergänge des Thyristors überbrückt und der Thyristor gelöscht wird. Mit Hilfe einer äußerst kleinen Leistung, die dem Eingang I zugeführt wird, kann Herdurch ein relativ großer Belastungsstrom gesteuert werden.
Ein Thyristor nach der Erfindung kann in verschiedenen an sich bekannten S tr omridit er schaltungen verwendet werden, beispielsweise in einem konventionellen brückengeschalteten Stromrichter. Bei einem solchen Stromrichter wird der Thyristor am Ende jeses Leitintervalles gelöscht (kommutiert), wobei der Thyristorstrom auf Null sinkt und während der dem Sicherheitswinkel entsprechenden Zeit negativ wird, welche Zeit für den Abtransport der im Thyristor vorhandenen Ladungsträger erforderlich ist. Danach kann die Sperrspannung ohne Gefahr einer erneuten Zündung an den Thyristor gelegt werden. Dadurch, daß man bei jeder Kommutierung, sobald der Strom negativ geworden ist (oder eventuell etwas früher), wenigstens einen der Emitterübergänge des Thyristors mit Hilfe des Feldeffekttransistors kurzschließt, kann die Sperrspannung ohne Gefahr einer unerwünschten Zündung früher angelegt werden, als es bisher möglich war. Hierdurch wird beispielsweise eine wesentliche Steigerung der höchsten ArteLtsfrequenz des Thyristors ermöglicht. Während des Leitintervalls des Thyristors muß der Feldeffekttransistor in diesem Fall nichtleitend sein, d.h. der genannte Emitterübergang darf nicht kurzgeschlossen sein.
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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE
1. / Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit vier Schich-
ten, die abwechselnd P- und N-leitender Art sind, welche Schichten einen Thyristor bilden, wobei die beiden äußeren Schichten mit den benachbarten Schichten Emitterübergänge bilden, sowie mit einem im Halbleiterkörper integrierten Feldeffekttransistorteil zur Überbrükkung eines der Emitterübergänge, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor und der Emitter des Feldeffekttransistors aus Bereichen gleicher Leitungsart bestehen, daß der eine dieser Bereiche aus der Emitterschicht neben dem überbrückten Emitterübergang besteht und der andere dieser Bereiche über eine Wirkwiderstandsverbindung mit der an die Emitterschicht grenzenden Schicht verbunden ist.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine in den Halbleiterkörper integrierte Schutzdiode zur Begrenzung der Spannung zwischen dem Steueranschluß des Feldeffekttransistors und dem Halbleiterkörper enthält.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine längliche, schmale Emitterschicht, eine im wesentlichen parallel zu dieser liegende schmale Steuerelektrode und ein zwischen der Elektrode und der Emitterschicht angeordnetes Feldeffekttransistorteil enthält.
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4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, daß si© mehrere Emitterschichten und zwischen diesen angeordnete S^euerelektroden enthält und daß zwischen federn Paar, das aus einer Emitterschicht und einer neben dieser angeordneten Steuerelektrode besteht, ein Feldeffekttransistorteil angeordnet ist.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor optisch zündbar ist.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine integrierte, komplementäre Metalloxidtransistorstufe enthält, daß der Thyristor eine Steuerelektrode zur Zündung des Thyristors enthält und daß ein Glied zur Übertragung des Ausgangssignals der MetalloxLdtransistorstufe an die Steuerelektroden des Thyristors und des Feldeffekttransistorteils vorhanden ist, wobei dann, wenn das Ausgangssignal auf der einen Seite eines bestimmten Wertes liegt, der Steuerelektrode des Thyristors Zündstrom zugeführt und die Überbrückung des Emitterübergangs aufgehoben wird, und dann, wenn das Ausgangssignal auf der anderen Seite des genannten Wertes liegt, die Zündstromzufuhr aufgehoben und der Emitterübergang überbrückt wird.
7· Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Emitterübergängen Feldeffekttransistorteile zur Überbrückung der Übergänge vorhanden sind.
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