DE2716874C2

DE2716874C2 - Thyristor

Info

Publication number: DE2716874C2
Application number: DE2716874A
Authority: DE
Inventors: Armand Pasquale Schenectady N.Y. Ferro; Victor Albert Keith Elnora N.Y. Temple
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-04-19
Filing date: 1977-04-16
Publication date: 1983-02-03
Also published as: FR2349216B1; DE2716874A1; JPS52138880A; JPS5641180B2; FR2349216A1; CA1089111A; SE424485B; US4012761A; SE7704360L; GB1515836A

Description

Die Erfindung betrifft einen Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Thyristor der vorgenannten Art ist in der DE-OS 07 696 beschrieben. Bei diesem Thyristor liegt zwischen einem Hauptemitter und einer Steuerelektrode ein erster Hilfsemitter und zwischen dem ersten Hilfsemitter und dem Hauptemitter ein zweiter Hilfsemitter. Der Zweck dieser Anordnung ist es, den Aufwand für die Steuerstromquelle klein zu halten und trotzdem eine sichere Zündung des Hauptthyristors durch einen hohen Steuerstrom zu gewährleisten.

Von dem vorgenannten Thyristor ausgehend, liegt der Erfindung nach der DE-OS 24 07 696 die Aufgabe zugrunde, diesen Thyristor so weiterzubilden, daß er bei Belastungen mit extremen Stromsteilheiten an keiner Stelle zerstört wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verhältnis der der Steuerelektrode zugekehrten wirksamen Randlängen von erstem Hilfsemitter zu zweitem Hilfsemitter einerseits und von Tweitem Hilfsemitter zum Hauptemitter andererseits so aufeinander abgestimmt ist, daß vor einer Zündung am ersten Hilfsemitter eine Zündung am zweiten Hilfsemitter und danach am Hauptemitter eingeleitet wird. Aus der Beschreibung ergibt .ich, daß die Zündung des Thyristors nach der DE-OS 24 07 696 durch Einspeisen eines Steuerstromes in die Steuerelektrode eingeleitet wird. Durch die vorgenannte Bemessung der wirksamen Randlängen vom erstem zu zweitem Hilfsemitter und zweitem Hilfsemitter zum Hauptemitter wird erreicht, daß der erste Hilfsthyristor nicht zuerst zündet, sondern nur als Zündstromverstärker für den zweiten Hilfsthyristor wirkt.

Demgegenüber lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Thyristor der eingangs genannten Art beim Einsetzen eines Lawinendurchbruchs ein gesteuertes Einschalten des Thyristors in Abhängigkeit von zunehmenden Randstromdichten sicherzustellen. Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Patentansprucnes 1 gelöst

Zum Schutz von Thyristoren gegenüber Zerstörung durch eine die Durchbruchsspannung übersteigende Spannung war ei; bisher üblich, parallel zum Anoden- und Steuerelektrodenanschluß ein weiteres Element mit einer vorhersagbaren Spannungsdurchbruchscharakteristik vorzusehen, so daß der Strom in diesem Element bei einer Spannung fließt, die kleiner als die Durchbruchsspannung des Hauptthyristors ist. Auf diese Weise wird ein Thyristor veranlaßt, beim Anlegen eines Steuerelektrodensignals zu zünden, wobei die Spannung kleiner als diejenige Spannung ist, die anderenfalls die Zerstörung des Thyristors zur Folge hätte.

Obwohl diese Schutzart in vielerlei Hinsicht wirkungsvoll ist. besitzt sie einige Grenzen, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden. So ist es z. B. oft der Fall, daß der Hauptthyristor und das Schutzelement verschiedene und voneinander unabhängige Toleranzen haben, da beide praktisch unabhängig voneinander hergestellt werden, obwohl dies nicht notwendig ist. Es ist daher oftmals erforderlich, bei dem Schutzelement eine Durchbruchsspannung festzulegen, die etwas kleiner ist als dies im idealen Fall wünschenswert ist. Dies ermöglicht Schwankungen sowohl in dem geschützten Thyristor als auch in dem Schutzelement.

Es ist nicht ungewöhnlich, daß Thyristoren desjenigen Typs, auf den sich die Erfindung erstreckt, mit externen Schutzschaltungen versehen sind, die das an den Thyristor anlegbare maximale Potential um bis zu ein Drittel reduzieren. Auf diese Weise kann fast mit Gewißheit verhergesagt werden, daß der geschützte Thyristor durch die Schutzschaltung eingeschaltet wird, bevor eine Zerstörung aufgrund von Überspannung eintritt.

Es ist selbstverständlich unerwünscht, die Hochspan* nungs-Durchbruchseigenschaften auf diese Weise zu opfern, sofern dies nicht absolut notwendig ist. Ferner ist eine äußere Schutzschaltung oftmals teuer sowohl

bezüglich der H"--te!lung als auch bezüglich der erhöhten Komplexität, die aus der Anwendung der Schutzschaltung bei geschützten Thyristoren folgt.

Von Voss, P, wurde z. B. in der Zeitschrift Solid-State Electronics, 1974, Band 17, S. 655 bis 661 vorgeschlagen, den Schutz innerhalb eines Thyristors dadurch zu erzielen, daß als Hilfsmittel die η-Basis eines Auslösethyristors mit einer höheren Konzentration als die η-Basis des Hauptthyrii tc-rs dotiert wird. Dadurch wird die Durchbruchsspannung des Auslösethyristors erhöht, und es soll sichergestellt sein, daß der Einschaltvorgang im Bereich des Auslösethyristors erfolgt Ein derartiger Aufbau zur Schaffung eines eigengeschützten Thyristors hat den Nachteil, daß er sich schwierig verwirklichen läßt. Zumindest ist ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich, um die Donatorkonzentration im Bereich der Steuerelektrode des Auslösethyristors zu erhöhen. Im ungünstigsten Fall könnte ein Thyristor gemäß der von Voss mitgeteilten Lehre eine vollständig andere Herstellungstechnologie zu seiner Herstellung benötigen, wodurch sich ein Ansteigen der Kosten über diejenigen Kosten ergib*, die zur Erzielung der Vorteile hinnehmbar sind, vorausgesetzt daß Vorteile erzielbar sind.

Gegenüber dem von Voss vorgeschlagener. Thyristor hat der eigengeschützte Thyristor nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß er keine zusätzlichen äußeren Komponenten benötigt

Dadurch können bei dem eigengeschützten Thyristor nach der Erfindung der Hauptthyristor und dessen Schutzbereich gleichzeitig und mit denselben Verfahrensschritten hergestellt werden, die für einen ungeschützten Thyristor erforderlich sind, wodurch eine höhere Präzision bei der Zuordnung dieser beiden Teile erzielbar ist Folglich sind auch die Kosten für die Herstellung im we-sentlichen die gleichen wie für den entsprechenden ungeschützten Thyristor.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Thyristors sind Gegenstand der Unteransprüche. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeige

Fig. 1 einen ungeschützten Thyristor gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung;

F i g. 2 einen eigengeschützten Thyristor gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung:

F i g. 3 einen eigengeschützten Thyristor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

F i g. 4 einen eigengeschutzten Thyristor gemäß nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der eigengeschützte Thyristor gemäß F i g. 1 weist einen Hilfszündbereich 44 an seinem äußeren Umfang auf. Der Thyristor der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, umfaßt vier Schichten und er hai im wesentlichen eine scheibenförmige Gestall. Ein elektrisch leitender Kortakt 12 ist ohmsch mit einer Schicht 14 vom p-Leitfähigkeitstyp verbunden, die die Anodeiischicht des Thyristors darstellt. Die p-Schicht 14 kann herkömmlicherweise aus Silizium oder alternativ aus irgendeinem der bekannten Halbleitermaterialien bestehen. Über die Anodenschicht 14 vom p-Typ liegt eine Basisschicht 16 vom η-Typ, wobei sich zwischen diesen beiden Schichten ein erster Halbleiterübergartg 18 ausbildet. Eine Basisschicht 20 vom p-Typ Hegt über der Basisschicht 16 vom η-Typ und bildet zwischen den Schichten 16 und 20 einen zweiten Halbleiteiiibergang 22. Der bisher beschriebene Thyristor hat einen herkömmlichen Aufbau, dessen Herstellung Und dessen Eigenschaften bekannt sind. Die genauen Konzentrationen des Dotierungsmaterials bei der p-Basis, der n-Basis und der Anodenschicht können je nach den speziell gewünschten Eigenschaften in gewissem Maße varäeren.

Ein Zündbereich 24 liegt über der Basisschicht 20 vom p-Typ und ist im wesentlichen im Zentrum der Anordnung angeordnet Der genaue Aufbau des Zündbereichs 24 kann von der beispielhaft dargestellten

ίο allgemein runden Form abweichen und kann tatsächlich irgendeine der bekannten Zündbereichsstrukturen haben. Die genaue Form des Zündbereichs 24 und des zugehörigen Auslösethyristorbereichs 26, der eine n-Emitterschieht 28 und eine mit einem Kontakt 32 versehene Elektrode 30 einschließt bestimmen die Eigenschaften des Zündbereichs des Thyristors. Rechteckförmige, kreisförmige, isolierte Zündbereiche. Sperrschicht-Zündbereichf?, lichtempfindliche Zündbereiche und andere bekannte Zündbereictisstrukturen lassen sich in geeigneter Weise in Verbindung mit beliebigen Thyristoron einsetzen.

Der Hauptthyristorbereich um.^Jt eine allgemein ringförmige Emitterschicht 34 vom n-Leitfähigkeitstyp die die p-Basisschicht 20 überlagert. Die Metallisierung 36 bildet einen ohmschen Kontakt zum Emitter 34 und stellt die Elektrode dieses Bereiches dar.

Obv ohl nicht dargestellt, sei darauf hingewiesen, daß die Emitterschicht 34 und die darüber liegende Metallisierung 36 mit an sich bekannten Emitterkurz-Schlußverbindungen versehen sein können. Solche Kurzschlußverbindungen können wie gewünscht eingesetzt werden, um die aus ihnen herrührenden Vorteiie zu erzielen, ohne die durch diese Erfindung erzielbaren Vorteile zu beeinträchtigen. Derartige Kurzschlußverbindungen sind im allgemeinen vorhanden und so angeordnet, daß sie der Hauptthyristorbereich 34 gegenüber Einschaltströmen weniger empfindlich machen als den Auslösethyristorbereich 26 und den Hilfsauslösethyristorbereich 38.

Der Hilfsauslösethyristorbereich 38 läuft um den Hauptthyristorbereich 34 herum und schließt eine Schicht 40 vom n-Leitfähigkeitstyp und eine Metallisierung 42 ein. die über der Schicht 40 angeordnet ist. Unter Bezugnahme auf den Thyristor 10 in Fig. 1 sei darauf hingewiesen, daß der Hilfsauslösethyristorbereich 38 und der Auslösethyristorbereich 26 in be.^ug auf den Hauptthyristorbereich 34 des Thyristors Spiegelbilder voneinander darstellen. Der Radius des Hilfsauslösethyristorbereichs 38 ist größer als derjenige des

Auslösethvnstorbereichs 26. da der Bereich 38 außerhalb des Auslösethyristorbereichs 26 liegt, der sich innerhalb des Haupuhyristorbereiches 31 befindet. Der Hilfszündbereich 44 läuft um den Hilfsauslösethyristoibereich 38 und liegt überderp-Basisschicht 20.

Un.er Bezugnahme auf F i g. I sei darauf hingewiesen, daß der Thyristor 10 ferner einen negativ abgeschrägten Randbereich an der Außenseite der Halbleiterscheibe aufweist. Wie bekannt ist, wird durch die Abschrägung des Randes die elektrische Feldstärke am Rand reduziert und die Fnddurchbruchsspannung des Thyristors erhöht. Der Thyristor 10 hat einen ersten negativ abgeschrägten Bereich 46 und einen zweiten Bereich 48 mit einem anderen AbschrägungswihkeL Ef sei bemerkt, daß sich die zur Bestimmung optimaler Abschrägungs-

winkel bekannten Verfahren geeignet anwenden lassen, Der Hilfsauslösethi.Tistörbereich 38 hat einen zweiten elektrischen Kontakt 50, der mit der Metallisierung 42 verbunden ist.

Beim Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode 42 des Hilfsauslösethyristorbereichs 38 und der auf dem Hauptthyristorbefeich 34 angeordneten Elektrode 36 werden elektrische Felder im Innern des Halbleiter^ materials erzeugt. Es wurde festgestellt, wie sigH entweder experimentell oder analytisch leicht bestätigen läßt, daß die maximalen elektrischen Felder trotz des abgeschrägten Randbereichs, (vgl. Fig. 1) in der Nähe des Randes der Anordnung auftreten. Leckströme, die als Ergebnis der hohen elektrischen Feldstärken in der Nähe des Randbereiches des Thyristors fließen, werden dazu verwendet, den Hauptkörper des Thyristors in gesteuerter Weise einzuschalten; diese Leckströme werden auf diese Weise daran gehindert, die Zerstörung des Thyristors als Ergebnis von Stromdichten herbeizuführen, die die Kapazität des Thyristors, diese Ströme zu verteilen, überschreiten.

Es ist bevorzugt, daß der Thyristor bezüglich der Durchbruchspannung so ausgelegt ist. daß das maximale elektrische Feld mit Sicherheit an der Peripherie des Thyristors und auf alle Fälle außerhalb des Hilfsauslösethyristorbereiches 38 auftritt Selbst wenn Ungleichförmigkeiten im Thyristor vorhanden sind, die die Durchbruchsspannung beeinflussen, läßt sich dies einfach durch Wahl eines größeren Abschrägungswinkels für den Bereich 46 erreichen. Im allgemeinen ist eine derartige zweckgerichtete Absenkung der Durchbruchsspannung des Randbereiches nicht erforderlich. Es wird angenommen, daß Strom entsprechend dem Pfeil 52 (vgl. Fig. 1, linker Rand) zu fließen beginnt. Es sei bemerkt, daß beim Anlegen einer Überspannung an den Thyristor 10 der Strom längs des Pfades 52 und anschließend unter dem Hilfszündbereich 44 und dem Hilfsauslösethyristorbereich 38 zu fließen beginnt Wenn der Strom eine ausreichende Größe erreicht hat, schaltet sich der Hilfsauslösethyristorbereich 38 ein, und es folgt ein Einschalten des Hauptthyristorbereichs 34. Dabei wird angenommen, daß die Auslöse- oder Hilfsthyristoren wie üblich eine größere Einschaltempfindlichkeit als der H->.uptthyristorbereich 34 haben. Beim Einschalten des Hauptbereichs 34 des Thyristors 10 nimmt bekanntlich der Widerstand unter dem Hauptbereich in einem solchen Maße ab, daß die Fläche des unter dem Hilfsauslösethyristor 38 liegenden Thyristors und der Hilfszündbereich 44 sich ausschalten, wodurch sich der darunter fließende Strom im wesentlichen auf null verringert

Weiter sind die elektrischen Kontakte 32 und 50 des Auslösethyristorbereichs 26 und des Hüfsauslösethyristorbereichs 38 durch irgendein geeignetes Mittel miteinander verb-nden. um die Einschaltfläche des Thyristors für entweder ein äußeres Steuerelektrodensigna] oder ein aufgrund des Einsetzens des Lawinendurchbruchs erzeugtes internes Steuerelektrodensignal zu erhöhen. Die Kontakte 32 und 50 lassen sich elektrisch durch irgendein bequemes und bekanntes Verfahren, z. B. durch einen äußeren Draht etc. elektrisch miteinander verbinden. Es ist jedoch vorteilhaft eine Verbindung der z. B. in F i g. 2 gezeigten Art vorzusehen.

Der eigengeschützte Thyristor gemäß F i g. 1 hat daher den Vorteil, daß der ursprüngliche Leckstrom beim Einsetzen des Lawinendurchbruchs das Bestreben hat den Thyristor bei großer Einschaltfläche einzuschalten.

Der Thyristor nach F i g. 2 ist sowohl als Draufsicht als auch als Querschnitt dargestellt Der allgemein mit bezeichnete Thyristor der F i g. 2 ist dem Thyristor nach Fig. 1 ähnlich. Die übereinstimmenden Teile sind daher mit denselben Bezugsziffern versehen. Es ist ein elektrisch leitendes Grundplättchen 12 vorhanden, daß sich dazu eignet, thermischen und elektrischen Kontakt mit dem Thyristor 60 aufrecht zu erhalten. Eine Halbleiterschicht 14 vom p-Typ liegt in thermischen und elektrischem Kontakt damit auf dem Grundplättchen 12. Eine zweite Haibleilerschicht 16 liegt auf der Schicht 14 und besteht aus Halbleitermaterial des n-Leitfähigkeitstyps. Die Schichten 14 und 16 bilden zwischen sich einen ersten Halbleiterübergang 18. Eine zweite Schicht 20 vom p-Leitfähifjkeitstyp liegt auf der Schicht 16 und bildet einen Halbleiterübergang 22 zwischen sich und der Schicht 16. Die Schichten 16 und 20 können als n-Basisbereich bzw. p-Basisbereich des Thyristors bezeichnet werden. Der Zündbereich 24 ist etwa im Zentrum des Thyristors vorgesehen und nach einem bekannten Verfahren aufgebracht. Der Zündbereich 24 ist vom Auslösethyristorbereich 62 umringt Dieser Auslösethyristorbereich 62 weist einen kreisförmigen Ring vom η-Typ auf, der nachfolgend als Emitter 64 des Auslösethyristorbereiches bezeichnet ist und über der p-Basisschicht 20 liegend dargestellt ist. Es sei bemerkt, daß der Emitter 64 leicht durch Diffusion herstellbar ist, wobei er sich dann von der Oberfläche der p-Basiszone 20 nach unten erstreckt, den Halbleiterübergang 22 dabei jedoch nicht berührt.

Eine Metallisierung 66 liegt über der Emitterschicht 64 und erzeugt an deren äußerem Umfang 64 eine Kurzschlußverbindung zur p-Basis 20. Die Metallisierung 66 hat im allgemeinen eine ringförmige Gestalt und enthält speichenförmige Ansatz.¹; 68 und 70, die sich nach außen in Richtung auf den Umfang des Thyristors 60 erstrecken. Während der Thyristor 60 mit drei speichenförmigen Ansätzen dargestellt ist, die sich von der Metallisierung 66 nach außen zur Peripherie des Thyristors hin erstrecken, sei darauf hingewiesen, daß auch eine andere Anzahl und Form der Ansätze gewählt werden kann. Es muß jedoch bei dieser Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Ansatz vorhanden sein, und es kann wünschenswert sein, zwei, drei, vier oder mehr Ansätze vorzusehen, um die Einschaltfläche zu vergrößern, wie noch erläutert werden wird. Die Ansätze 68, 70 verbinden den Hilfsauslösethyristorbereich 72 mit dem Auslösethyristorbereich 62.

Der Hilfsauslösethyristorbereich 72 hat sowohl eine Metallisierung 74 als auch eine Hilfsemitterschicht 76 vom n-Leitfähigkeitstyp. Die Metallisierung 74 liegt über dem n-Emitter 76. Der Hilfsauslösethyristorbereich 72 wird an seiner äußeren Peripherie von der Metallisierung 78 umgeben, die als Zündbereic". des Hilfsauslösethyristorbereichs bzw. als Hilfszündbereich arbeitet Der Hauptkörper des Thyristors 60 hat eine Emitterschicht 80 vom η-Typ, und eine darüber liegende Metallisierung 82, die den Kathodenanschluß des Thyristors darstellt Es sei bemerkt daß die beiden Leistungsanschlüsse des Thyristors durch den Kathodenanschluß 82 und die Anodenmetallisierung 12 gebildet werden.

Für die normale Triggerung des Thyristors erfolgt die Verbindung zum Zündbereich 24.

Wie schon in Verbindung mit dem Thyristor nach F i g. I ausgeführt, werden beim Anlegen einer Spannung zwischen Anoden- und Kathodenkontakt 12 und 82 elektrische Felder in den dazwischen liegenden Halbleiterschichten erzeugt, wobei die stärksten Felder im allgemeinen im Randbereich außerhalb des Hilfszündbereichs 78 auftreten. Wird die angelegte Span-

nung erhöht, so beginnen Leckströme zu fließen, deren Stärke rasch zunimmt, wenn man sich der Lawinendürchbrüchsspannung des Thyristors nähert. Wenn Strom in der p-Basisschicht 20 unter dem Hilfsaüslösethyristorbereich "2 fließt, hat dieser das Bestreben, sich einzuschalten. Wenn sich der Hilfsauslösethyristorbereich 72 einschaltet, wird dabei der Hauptemitter 80 eingeschaltet. Da der HilfsäUslösethyristorbereich 72 e)ekt('«ch mit dem Auslösethyristorbereich 62 verbunden ist, wird der Hauptemitter 80 des Thyristors im wesentlichen¹ gleichzeitig sowohl von seinem inneren als auch äußeren Rand her eingeschaltet. Wie unter Bezugnahme auf den Draufsichtteil der F i g. 2 erkennbar ist, wird der Einschaltvorgang ferner im Bereich der sich radial nach außen erstreckenden Ansätze 68 und 70 erfolgen. Es sein darauf hingewiesen, daß diese größere Einschaltfläche unabhängig davon verwirklicht ist, ob der Thyristor durch beim Einsetzen des Lawinendurchbruchs fließende Leckströme oder durch ein von außen cntvv'sdsr sn den Zündbereich 24 oder, sn όζτ¹ Hilfszündbereich 78 angelegtes Zündsignal getriggert wird.

Mit Ausnahme der an die Ansätze 68 und 70 angrenzenden zusätzlichen Einschaltfläche entspricht der Betrieb des Thyristors nach Fig. 2 demjenigen des Thyristors nach Fig. 1, und die entsprechende, in Verbindung mit der Fig. 1 vorgenommene Beschreibung, trifft gleichermaßen auf den Thyristor 60 zu.

Fig.3 zeigt eine Thyristorausführung nach der Erfindung, die bei einem randgesteuerten Thyristor einsetzbar ist. Der allgemein mit 90 bezeichnete Thy ,stör hat den Metallkontakt 12, die Anode 14 aus Halbleitermaterial des p-Typs, die n-Basis 16 und die p-Basis 20, die alle dieselbe Zusammensetzung und Funktion haben wie die entsprechend bezeichneten Schichten und Kontakte der F i g. 1 und 2. Die Halbleiterübergänge 18 und 22 entsprechen auf ähnliche Weise den gleich bezeichneten Merkmalen nach F i g. 1 und 2.

Die Anordnung der Metallisierung für die Zündbereiche, die Anordnung des Auslöseemitters, des Hilfsauslöseemitters und des Hauptemitters des Thyristors 90 unterscheidet sich in gewisser Weise von denen bei den Thyristoren der F i g. 1 und 2 und wird nachfolgend in den wesentlichen Einzelheiten erläutert:
Der Hauptemitter der Anordnung 90 hat eine n-Emitterschicht 92, die über der p-Basisschicht 20 liegt. Die n-Emitterschicht 92 stellt einen kontinuierlichen Emitterbereich mit einem Zündbereich dar, der am Rand des Emitterbereichs angeordnet ist und nicht zentral liegt, wie das bei den Thyristoren 10 und 60 der Fall war. Eine Kathodenmetallisierung 94 liegt über der n-Emitterschicht 92 und bildet einen Kathodenanschluß für den Thyristor 90. Obwohl nicht dargestellt, sei darauf hingewiesen, daß der Hauptthyristorbereich 96 Emitterkurzschlüsse aufweisen kann, die in bekannter Weise herstellbar sind und durch die n-Emitterschicht 92 zur p-Basisschicht 20 verlaufen.

Der Zündbereich 98 liegt direkt über der p-Basisschicht 20 und stellt einen Anschluß dar, an dem eine normale Einschaltspannung an den Thyristor 90 angelegt wird. Der Zündbereich 98 wird von einem ringförmigen Auslösethyristorbereich 100 umringt, der einen Emitter 102 und eine darüber liegende Metallisierung 104 aufweist Obwohl der Auslösethyristorbereich 100 in Fig.3 mit einer allgemein kreisrunden Form dargestellt ist, sei darauf hingewiesen, daß sich auch andere Zündbereichsstrukturen verwenden lassen. So läßt sich z. B. ein ovaler oder wurstförmiger Zündbereidh in einen Thyristor mit dem nilgemeinen Aufbau des Thyristors 90 benutzen, Wobei eine etwas reduzierte Zündbereichsfläche benutzt wird, um die Fläche des HaUptthyristorbereichs zu maximieren. In ähnlicher Weise lassen sjch lineare, rechteckförmige, lichtempfindliche oder beliebige an sich bekannte Arten von Zündbereichen einschließlich Sperrschicht-Zündbereichen verwenden.

ίο Der Hilfsauslösethyristorbereich 106 umgibt den Auslösethyristorbereich 100 und den Zündbereich 98 feilweise und isoliert den Zündbereich wirksam vom Hauptthyristorbereich. Die Metallisierung 104 über der Emitterschicht 102 umgibt unter Bildung eines Hilfszündbereichs den Thyristor und liefert eine lange Einschaltleitung für den Hilfsauslösethyristorbereich

106. der seinerseits eine ähnlich lange Einschaltleitung für den Hauptthyristorbereich % darstellt.

Der Thyristor 90 hat wie schon die Thyristoren 10 und fin pinpn ahgesrhrägten Randbereich. Die Abschrägung am Rand dient zur Erhöhung der Durchbruchsspannung. Unter Hinweis auf F i g. 3 ist es ersichtlich, daß die Leckströme, die beim Einsetzen des Lawinendurchbruchs fließen, und deren Fluß am Rand erwartet wird, den Thyristor in einer von zwei Arten einschalten. Sofern die Leckströme unter dem Zündbereich 98 zu fließen beginnen, wird zuerst der Auslösethyristorbereirh 100 und dann durch den mit dem Auslösethyristorbereich 100 verbundenen Hilfsauslösethyristorbereich 106 der Hauptthyristorbereich % eingeschaltet. Sofern hohe Leckströme zuerst außerhalb des Auslösethyristorbereichs 100 fließen, wird der Zündvorgang durch den Hilfsauslösethyristorbereich 106 eingeleitet. In beiden Fällen erfolgt der Einschaltvorgang in gesteuerter Weise, wodurch ein zerstörender Lawinenspannungsdurchbruch vermieden wird.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform entspricht, die jedoch für eine Triggerung des Thyristors mittels Licht geeignet ist Der Thyristor, allgemein mit 110 bezeichnet, hat im wesentlichen alle Teile des Thyristors 60 nach Fig.2, wobei mit gleichen Bezugsziffern versehene Teile die gleichen Funktionen erfüllen. Auf dem leitenden elektrischen Kontakt 12 befinden sich die Halbleiterschichten 14, 16 und 20 in der genannten Reihenfolge, zwischen denen die Halbleiterübergänge 18 und 22 ausgebildet sind. Die Schichten 14, 16 und 20 bestehen aus Halbleitermaterial vom p-, bzw. n- bzw. p-Typ. Ein lichtempfindlicher Zündbereich 112 erstreckt sich von der Oberfläche der p-Halbleiterschicht 20 in die Schicht 20 hinein in Richtung auf den Übergang 22, berührt diesen jedoch nicht

Die Tiefe des lichtempfindlichen Zündb ;reichs 112 ist genügend groß, um rasch Ladungsträger in der Nähe

des Übergangs 22 zu erzeugen und um das Vorhandensein der Triggerstrahlung zu gewährleisten, die auf den lichtempfindlichen Zündbereich 112 auftrifft Ein elektrischer Kontakt 114 von im allgemeinen ringförmiger Gestalt umgibt den lichtempfindlichen Zündbereich 112 und sorgt für das gleichförmige Einschalten des Auslösethyristorbereichs 62. Der Ring 114 kann auch entfallen.

Der lichtempfindliche Zündbereich 112 wird auf an sich bekannte Art und Weise hergestellt und er kann passiviert, poliert oder in irgendeiner anderen Weise behandelt werden, um seine Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Die genauen Eigenschaften des lichtempfindlichen Zündbereichs 112 lassen sich in bekannter Weise

Verändern und abwandeln.

Der Auslösethyristorbereich 62 wird Vom Hauptthyristorbereich des Thyristors 110 umgeben, wobei der Hauptthyristorbereich eine n-Emitterschicht 80 und über dieser Emitterschicht einen elektrischen Kontakt 82 aufweist.

Der Hauptemitter kann ffiit Emitterkurzschlüssen versehen seif/ Es wird darauf hingewiesen, daß der

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elektrische Kontakt 82 über den n-Emitterbereich 80 an örtlich festgelegten Stellen des Emitters mit der p-Halbleiterschicht ohmsch verbunden ist. Aufbau und Wirkungsweise der Emitterkurzschlüsse sind bekannt. Der restliche Teil des Thyristors 110 ist im wesentlichen identisch mit dem Thyristor 60 nach F i g. 2 und es wird insoweit auf die Beschreibung der Anordnung 60 verwiesen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor, bestehend aus einer Halbleiterscheibe, in der ein Hauptthyristorbereich, ein Auslösethyristorbereich, der wirkungsmäßig dem Hauptthyristorbereich zum Einschalten des Hauptthyristorbereichs zugeordnet ist, und ein Hilfsauslösethyristorbereich ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösethyristorbereich (26; 62; 100) einen Zündbereich (24; 98; 112) aufweist, iq daß der Hilfsauslösethyristorbereich (38; 72; 106) am äußeren Umfang des Hauptthyristorbereichs (34,36; 80,82; 96) angeordnet ist und einen Hilfszündbereich (44; 78; 104) enthält, und daß Einrichtungen (68, 70) vorgesehen sind, die die Emitterzonen des Auslösethyristorbereichs und des Hilfsauslösethyristorbereichs elektrisch miteinander verbinden.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösethyristorbereich (26; 62) im wesentlichen vom Hauptthyristorbereich (34,36; 80, 82) umringt wird.

3. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösethyristorbereich (100) und dessen Zündbereich (98) am Rand der Halbleiterscheibe (90) angeordnet sind.

4. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ZürrJbereich (24; 98) des Auslösethyristorbereichs (26; 62; 100) eine Elektrode innerhalb des Auslösethyristorbereichs umfaßt.

5. Thyristor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (68; 70) zur elektrischen Verbindung des Auslösethyristorbereichs (62) mit dem Hi.'fsauslö Jthyristorbereich (72) Elektroden (68, 70) enthalten, die sich vom Auslösethyristorbereich (62) du ^h den Hauptthyristorbereich (80,82) zum Hilfsauslösethyristorbereich (72) hin erstrecken und im Hauptthyristorbereich (80, 82) benachbart zu den Elektroden (68, 70) eine Einschaltfläche ausbilden.

6. Thyristor nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens zwei Elektroden (68, 70) vom Auslösethyristorbereich (62) zum Hilfsauslösethyristorbereich (72) hin erstrecken.

7. Thyristor nach Anspruch 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektroden (68, 70) radial vom Auslösethyristorbereich (62) nach außen zum Hilfsauslösethyristorbereich (72) erstrecken.

8. Thyristor nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (68, 70) einstückig mit der Halbleiter- so scheibe (60; 110) ausgebildet sind.

9. Thyristor irach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß er als licht zündbarer Thyristor (110) ausgebildet ist.

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