DE2747668A1 - Thyristor-bauelement - Google Patents

Thyristor-bauelement

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Description

P A T ti N T JO N >V ALTE
R. SPLANEMANN du B. REITZNER
Dim .-INIi. OII'L.-CHLM.
MÜNCHEN
J. RICHTER F. WERDERMANN ι>ιι-·ι -iNti. nuQ-fj^ 7668
HAMUUHU
2UOO HAMBURG 36
NEUER W*LL IO TEL. (04O) 34 OO 45 34 OO 56 TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG
UNSEREAKTE: B 77 179 DH
IHR ZEICHEN: PATENTANMELDUNG
PRIORITÄT:
1. November 1976
(Entspr. US-Anm. Serial No. 737 492)
BEZEICHNUNGs Thyristor-Bauelement
ANMELDERS
Electric Power Research Institute 3412 Hillview Avenue Palo Alto, Kalif, V.St.A.
ERFINDERS
Victor A.K. Temple
7 Reed Lane
Clifton Park, Ν.Ϊ., V.St.A.
INSPECTED
R09R?ß/0S1
Konten DeuUihe Bank AG. Hombure, Konto-Nr 6/10015 (BlZ 20070000) ■ Pool-.'tieckaml Hamburg, Konto Nr. 2620 80201 (BLZ 20O10020|
Die Erfindung betrifft ein Thyristor-Bauelement mit Katode, Anode, sowie mit einer ersten Basis mit einer Steuerelektrode, und mit einer zweiten Lasis, mit Eigenschutz gegen Ausfall durch Durchschalten bei Durchbruch.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Thyristor-Bauelement mit Eigenschutz gegen Durchschalten bei Durchbruch oder Durchschlag gerichtet, und insbesondere auf ein solches Bauelement, bei welchem der Eigenschutz durch Krümmungseffekte einer planeren Grenzschicht erzielt wird.
Der Haupt-Emitterbereich eines Thyristors ist sehr anfällig für den Ausfall durch Durchschlag beim Durchbruch, was durch überhöhte Spannung an diesen Bauelement eingeleitet wird. Die Lage des Durchbruchspunktes (gewöhnlich die Stelle des maximalen Lawinendurchbruchstroms) ist nicht beeinflußbar und befindet sich üblicherweise irgendwo unterhalb des Emitters der Katode, und dies viel eher als an einer etwas mehr erwünschten Stelle, wie beispielsweise unterhalb des Steuerelektrodengebietes des Bauelementes.
Eine vorbekannte Vorgehensweise zur Erreichung des Anfangsdurchbruchs unterhalb des Steuerelektrodengebietes wird in dem Artikel von Peter Voss in der Fachzeitschrift "Solid State Electronics11, Bd. 27, Seite 655, 1974, beschrieben. Dieser Artikel offenbart ein Basisgebiet, das sorgfältig vorbereitet wird, derart, daß seine höchste Donatorenkonzentration sich genau unterhalb der Steuerelektrodenkontaktierung befindet. Die Abhängigkeit des Lawinendurchbruchs von einer solchen Konzentration stellt sicher, daß der Durchbruch zuerst in diesem Gebiet erfolgt, und damit
R0Q826/Q 1M 1
das Bauelement geschützt wird. Bekanntermaßen ist die genaue Festlegung der Donatorenkonzentration schwierig.
Sin anderes Verfahren bezieht eine äußere Schaltungsanordnung ein, die zwischen Anode und Steuerelektrode des Thyristors geschaltet ist. Die Durchbruchspannung dieser äußeren Schaltung ist derart festgelegt, daß diese Schaltung selbst vor dem zu schützenden Haupt-Emitter des Thyristors in den Durchbruch Übergeht. So wird die Steuerelektrode des Bauelementes in üblicherweise ausgelöst. Dieses Verfahren ist jedoch kostspielig und erfordert zusätzliche Bauelemente.
Zwei andere laufende Anmeldungen derselben Anmelderin offenbaren und beanspruchen andere Möglichkeiten zur lokalen Absenkung der Durchbruchspannung in Transistor- und Thyristorstrukturen. Diese ziehen Nutzen aus der Tatsache, daß die Beziehung
o*M - 1
ein Kriterium für den Durebbruch darstellt, wobei *»C die Stromverstärkung in der Basisschaltung oder der Basis-Transportfaktor der Struktur ist, und M den Lawinen-Multiplikationsfaktor darstellt. In der einen genannten laufenden Anmeldung (Erfinder Temple und Baliza, US-Anm. Serial No. 737 4-92, eingereicht am 1.11.1976) ist die gewählte Steuerung der Ladungsträger-Lebensdauer in der Basiszone dafür eingesetzt, die Stromverstärkung>< zu erhöhen und die Durchbruchsspannung zu vermindern. In der anderen laufenden Anmeldung (Bebenfallβ der Erfinder Temple und Baliza, US-Anm. Serial No. 737 385» eingereicht am 1.11.1976) werden Vorätzungsverfahren dazu verwendet, eine stellenweise dünnere Basiszone zu schaffen. Die beiden obigen Möglichkeiten
809826/0511
leiden unter der Tatsache, daß das Bauelement anfälliger für das Durchschalten bei plötzlichen Spannungsänderungen dU/dt und bei thermischem Leckstrom wird, als wenn der Paktor M allein in stärkerem Maße abhängig von der Spannung gemacht wird. Dies erschwert den Einsatz in gewisser Weise, wenn man nicht eine Einbuße beim Ansprechen bei schnellen Spannungsänderungen dU/dt erleiden will.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Sicherstellung einer wünschenswerten Form des Durchschaltvorganges beim Durchbruch zu schaffen, zum Eigenschutz eines Thyristors gegen Ausfall beim Durchbruch·
Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene, erfindungsgemäße Thyristor-Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein halbleitendes Substrat eines ersten Leitungstyps mit planerer Oberfläche aufweist, das die genannte zweite Basis bildet, daß ein Gebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp die genannte erste Basis bildet, daß ein Einsatz durch die Oberfläche in das genannte Substratgebiet vom ersten ^eitungstyp hinein einen pn-übergang bildet, daß das genannte Gebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp ein Steuerelektrodengebiet und ein Emittergebiet für die genannte Katode aufweist, daß sich zumindest ein Teil des genannten pn-Ubergangs bis zur Oberfläche in der Nähe des genannten Steuerelektrodengebiets mit einem derartigen Krümmungsradius erstreckt, daß eine niedrigere Durchbruchscpannung im Bereich in der Nähe des genannten Steuerelektrodengebietes als beim Rest des Bauelements geschaffen wird.
Gemäß der obigen Aufgabenstellung wird also ein Thyristor-Bauelement
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27Λ7668
rait einem Eigenschutz gegen das Durchschalten beim Durchbruch geschaffen, wobei der Eigenschutz ein halbleitendes Substrat eines ersten Leitungstyps mit planerer Oberfläche umfaßt. Ein Gebiet vom entgegengesetzten Leitung3typ ist durch die Oberfläche in das Gebiet vom ersten Leitungstyp eingebracht und bildet damit einen pn-Ubergang, wobei der Thyristor ein Steuerelektrodengebiet und ein Emittergebiet für die Katode aufweist. Bei dem Gebiet entgegengesetzter Leitfähigkeit erstreckt sich zumindest ein Teil des pn-Ubergangs bis zur Oberfläche in der Nähe des Steuerelektrodengebietes und weist einen Krümmungsradius auf, der eine niedrigere Durchbruchspannung im Bereich in der Nähe des Steuerelektrodengebietes in bezug auf den Rest des Bauelementes schafft.
Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert« Es zeigen:
Pig. 1A-D: senkrechte Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 2: eine senkrechte Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3s eine Kurvendarstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 4- und 5: zusätzliche Kurvendarstellungen zum Verständnis des Grundgedankens der Erfindung.
Die Darstellungen in Fig. 1 A-D zeigen verschiedene Ausführungsformen von Vierschichtthyristoren. Diese Bauelemente schließen
R098?ß/OS11
ORIGINAL INSPECTED
eine Anode, eine Katode und eine Steuerelektrode ein, die mit A bzw. K und G bezeichnet sind. Die Anordnungen nach Pig. 1A-D und Pig. 2 sind allesamt kreisförmig, wobei die Mittellinie CT den Mittelpunkt des Kreises darstellt.
Es wird nunmehr auf Fig. 1A bezug genommen, dort ist ein Substratgebiet 10 vom n-Leitungstyp vorgesehen, in dessen Oberfläche ein Gebiet 12 vom p-Leitungstyp eingesetzt ist. Selbstverständlich kann eine entgegengesetzt oder komplementär dotierte Struktur, beispielsweise mit einem Substrat vom p-Leitungstyp, auch verwendet werden. n+-Gebiete 13 sind in das p-Gebiet 12 einegesetzt, darauf ist die Metallisierung 14- für die Katode angebracht. An der linken Kante des p-Gebietes 12 befindet sich eine Metallisierung 16 für das zugeordnete Steuerelektrodengebiet. Das p-Gebiet 12 bildet bildet mit dem Substrat 10 einen pn-übergang 17, wobei das Substratgebiet 10 ein aufwärts gewandtes Ende 18 aufweist, das sich zur Oberfläche 11 in dem Steuerelektrodengebiet erstreckt oder nahe der Steuerelektrodenfläche 16 liegt. Der Krümmungsradius dieses Teils 18 des pn-Ubergangs ist derart ausgelegt, daß gegenüber dem restlichen Bauelement in diesem Gebiet eine niedrigere Durchbruchspannung geschaffen wird.
Fig. 4 zeigt noch genauer das Verhältnis der Durchbruchspannung eines planaren Übergangs zu der Durchbruchspannung eines idealen eindimensionalen Übergangs in Abhängigkeit von dem normierten Krümmungsradius. Einzelheiten zur Herleitung dieser Kurve und die Vorgehensweise zur Erzielung einer geeigneten niedrigeren Durchbruchspannung wird in einem Artikel von M.S. Adler
und V.A,K. Temple mit dem Titel"Calculation of the Curvature Related Avalanche Breakdown in High Voltage Planar pn Junctions11
809826/0511
- ο . ? 7 ζ. / 6 δ 8
IEEE Transactions on Electronic Devices, 1975·
Jedoch ist nach Fig· 1A die äußere Kante oder der Umfangsrand des scheibenförmigen Bauelementes (dessen rechte Hälfte in der Zeichnung dargestellt ist) lediglich, wie bei 19 und 21 veranschaulicht, ein ebener übergang. Eine möglichst hohe Durchbruchspannung sollte an diesen äußeren Kanten erzielt werden, die die Hauptübergänge für den Betrieb in Durchlaßrichtung und in Sperrrichtung beim Thyristor bilden. Dies wird durch die Verwendung unterschiedlicher Abschrägungswinkel erreicht, wie bei 22 und 23 gezeigt wird· Die Auswirkung der Abschrägung ist in Fig. 5 veranschaulicht und wird in einem Artikel von M.S. Adler und V.A.K.Temple mit dem Titel NA General Method for Predicting the Avalanche Breakdown Voltage in Negative Bevelled Devices", IEEE Transactions on Electron Devices, 1976ι beschrieben.
Der übrige Teil des Thyristors nach Fig. 1A schließt eine Metallisierungsschicht 24 für die Anode zusammen mit einem Gebiet 26 vom p-Leitungstyp ein·
Der einzige wesentliche Bearbeitungsschritt, der zur Herstellung des Bauelements nach Fig. 1 A erforderlich ist, besteht in einer maskierten p-Diffusion.
Schließlich läßt das Bauelement nach Fig. 1 A ebenfalls einen zusätzlichen, wichtigen Parameter zur Steuerung der Durchbruchepannung zu. Dies ist der Abstand oder der Durchmesser 2R* zwischen den Abschlüssen des pn-Obergangs bei 18 an der Oberfläche. Je kleiner der Abstand 2R1 im Vergleich zu N minus der Ladungsträgerverarmungszone bei der Durchbruchspannung ist, umso weniger
809826/0511
ORIGINAL INSPECTED
- 10 - ΤΠ,'Κ, 3 8
treten die Wirkungen dor Krümmung hervor.
Pig. 1B unterscheidet sich von Fig. 1 A insofern, als sowohl die obere p-Diffusion, als auch die untere p-Diffusion, 12 bzw. 26* planar sind. Saher wird dieses Bauelement zuerst einen Lawinendur chbruch an der gewünschten Stelle in der Nähe des Steuerelektrodengebietes zeigen. An der rechten Kante wird nach Fig. 1B noch eine Abschrägung, wie bei 22 und 25 angedeutet, eingesetzt, um eine höhere Durchbruchspannung als unter dem Steuerelektrodengebiet bei 16 aufrechtzuerhalten.
Wo gewünscht wird, alle übergänge planar auszuführen, wie es in Fig. 1C und Fig. 1D bei den p-Gebieten 12* und 26" gezeigt wird, wäre das Verfahren mit einem Begrenzungsring mit einem "schwimmenden" Feld anzuwenden, und zwar entweder mit dem einzelnen Ring 27, wie in Fig. 1C gezeigt, oder den doppelten Ringen 28 und 29, wie in Fig. 1D gezeigt. Von oben gesehen, würden die Ringe 27, 28, konzentrisch angeordnet sein. Eine derartige Vorgehensweise mit Begrenzungsringen ist in dem Artikel von M.S. Adler und V.A.K. Temple, sowie A.P. Ferro "Breakdown Voltage for Planar Devices with a Single Field Limiting Ring", Proceedings of the IEEE, PESO,1975, beschrieben. Die Darstellung in Fig. 5 veranschaulicht die Wirkung des Feldringes. Im Fall der Ausführungsform nach Fig.1D zeigt die nachfolgende Tabelle I an, daß der innere Ring 29 die Durchbruch spannung zu höheren Werten bis zu 2700 V hin festlegt, was noch unterhalb der entsprechenden Spannung für die Kante von 2850 V liegt.
Fig. 2 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, wo einige der nachteiligen Wirkungen der Krümmung
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ORIGINAL INSPECTED
. r, . ?7i?3R8
am Inneren Steuerelektrodengebiet einer Behebung bedürfen. Dies wäre beispielsweise der Fall bei Strukturen für Hochspannung, wo andere Gesichtspunkte, wie beispielsweise Probleme bei der p-Diffusionsaaskierung oder der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung daran hindern, einen derart tiefen Übergang auszuführen und eine derart kleine Krümmung zu schaffen, wie es wünschenswert wäre. Genauer ausgeführt, bringt der Aufbau nach Fig. 2 ein Ätzverfahren zur Ladungsträgerentleerung, bei welchem der Umfangsbereich um das p-Gebiet 311 vie durch die Abmessungen Y. und Y2 angedeutet, auegeätzt wird. Bin derartiges Ätzverfahren wird in dem Artikel von V. A. K. Temple und N.S.Adler NA Simple Etch Contour for Near Ideal Breakdown Voltage in Plane and Planar P-N Junctions11, Proc. IEDM, 1975, beschrieben.
Die tatsächlichen Entwurfspararaeter, die für einen Hochspannungsthyristor unter Anwendung dieser Anordnung nach der Erfindung gelten, sind in der Tabelle I unter Angabe der zugehörigen Zeichnungsdarstellungen gezeigt. Ee ist festzustellen, daß in allen Fällen der Entwurf für die Ausführungsbeispiele optimiert worden ist, so daß die Durebbruchspannung für das mittige Gebiet um einige Hundert Volt unter der Durchbruchspannung für den Kantenbereich liegt.
Wenn auch die Darstellungen und Erläuterungen eine bestimmte Struktur mit kreisförmiger Geometrie betrafen, so gilt die Erfindung im übrigen auch für Strukturen mit komplementären Dotierungsprofilen und entsprechend ausgelegten ausgelegten nichtkreisförmigen Geometriene.
809826/0 B 11 OR»G"*AL INSPECTED
/A/ο ο 8
Tabelle I - Auslegung der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 auf einem Substrat vom n-Leitungstvp, Fremdstoffkonzentration 5*10 /cnr
Anordung nach ?baseübergang 0,178 Abstands Steuerelek Haupt
Tiefe,in mm 3x10 /cm werte trodengebiet thyristor
Oberflächen - in mm Law.-Durch- gebiet,
konzentration bruchspannung Law-Durch-
in V bruchspg.
in V
1. Pig.iA.B 0,178 16 3 R1-O,508 2420 tJP00
3x10 /cm (6 neg.
Abschräg.)
2. Pig. 1A,B 0,178 16 3 R1-O,191 2450 2800
(6° neg.
Abschräg.)
3. Pig.1A,B 0,178 16 j R1-O,127 2600
Abschrä«!)
4. Pig.iA,B 0,178 16 3 R„-0,064 2900 3250
(pos. Ab
schrägung)
5. Pig.iC 0,178 16 3 R.-0.508 2450 2700
X>0,064 (einzelner
FeldrinK)
6. Pig.iD 0,178 R.-0,508 2700 2850
3x10 /cnr X>0,064 (einzeln. (doppelter
X^-O,032 Feldring) Feldring)
7. Pig.2 R.-0,508 2450 , 3000
Y>0,064 (Entleerungs-
XJ-O,046 Ätzverfahr.)
^ 1 1
ORIGINAL INSPECTED

Claims (8)

  1. Λ.J Thyristor-Bauelement mit Katode,Anode, sowie mit einer ersten Basis mit einer Steuerelektrode, und mit einer zweiten Basis, mit Eigenschutz gegen Ausfall durch Durschalten bei Durchbruch, dadurch gekennzeichnet, daß es ein halbleitendes Substrat (10) eines ersten Leitungetyps mit planarer Oberfläche (11) aufweist, daa die genannte zweite Basis bildet, daß ein Gebiet (12) vom entgegengesetzten Leitungstyp die genannte erste Basis bildet, daß ein Einsatz (13) durch die Oberfläche (11) in das genannte Substratgebiet (10) vom ersten Leitungstyp einen pn-übergang (17) bildet, daß das genannte Gebiet (12) vom entgegengesetzten Leitungetyp ein Steuerelektrodengebiet (16) und ein Emittergebiet für die genannte Katode (K) aufweist, daß sich zumindest ein Teil (18) des genannten pn-Ubergangs (17) bis zur Oberfläche (11) in der Nähe des genannten Steuerelektrodengebietes (16) mit einem derartigen Krümmungsradius erstreckt, daß eine niedrigere Durchbruchspannung im Bereich der Nähe des genannten Steuerelektrodengebietes (16) als für den Rest des Bauelementes geschaffen wird.
  2. 2. Thyristor-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der genannte pn-übergang (17) bis zur Kante des genannten Substrats (1O) erstreckt, und Mittel (22,23}27i28,29) zur Maximierung der Durchbrachspannung des genannten pn-Ubergangs (17) an der genannten Kante vorgeseben sind.
  3. 3. Thyristor-Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel eine angeschrägte Substratschicht (22,23) einschließen.
    8 0982fi/0S11 ORIGINAL INSPECTED
    ?747668
  4. 4. Thyristor-Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel einen ringförmigen übergang mit "schwimmendem" Feld (27|28,29) um das Emittergebiet (31) für die Katode (K) herum einschließen.
  5. 5· Thyristor-Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel einen geätzten Umfang aber eich (Y,., X2) um das genannte Emittergebiet (31) die ^atode (K) einschließen.
  6. 6. Thyristor-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchspannung des genannten Steuerelektrodengebietes (16) zu höheren Werten hin festgelegt wird durch den Einsatz eines "schwimmenden" Begrenxungsrings (27), der sich in dem genannten Substrat (10), in der Nähe des genannten pn-Übergangs (17), an der genannten Oberfläche (11) befindet.
  7. 7. Thyristor-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchspannung des genannten Steuerelektrodengebiete (16) durch eine Ätzung von vorbestimmter Tiefe im genannten Steuerelektrodengebiet (16) zu höheren Werten hin festgelegt wird.
  8. B09B2B/0S 1 1
    ORIGINAL INSPECTED
DE19772747668 1976-11-01 1977-10-25 Thyristor-bauelement Pending DE2747668A1 (de)

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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5478092A (en) * 1977-12-05 1979-06-21 Hitachi Ltd Lateral semiconductor device
CH633907A5 (de) * 1978-10-10 1982-12-31 Bbc Brown Boveri & Cie Leistungshalbleiterbauelement mit zonen-guard-ringen.
JPS55133569A (en) * 1979-04-06 1980-10-17 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPS594075A (ja) * 1982-06-30 1984-01-10 Toshiba Corp サイリスタ
US4577208A (en) * 1982-09-23 1986-03-18 Eaton Corporation Bidirectional power FET with integral avalanche protection
US4555845A (en) * 1982-10-13 1985-12-03 Westinghouse Electric Corp. Temperature stable self-protected thyristor and method of producing
DE3465222D1 (en) * 1983-05-26 1987-09-10 Gen Electric Voltage breakover protected thyristor having field-containing layer in avalanche voltage breakover zone
EP0360036B1 (de) * 1988-09-20 1994-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Planarer pn-Übergang hoher Spannungsfestigkeit
DE59010078D1 (de) * 1989-03-14 1996-03-07 Siemens Ag Thyristor mit verbessertem Abschaltverhalten
US5500377A (en) * 1994-09-06 1996-03-19 Motorola, Inc. Method of making surge suppressor switching device
DE10250609B4 (de) * 2002-10-30 2005-12-29 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH Thyristorbauelement mit verbessertem Sperrverhalten in Rückwärtsrichtung
DE10250608B4 (de) * 2002-10-30 2005-09-29 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH Thyristorbauelement mit verbessertem Sperrverhalten in Rückwärtsrichtung
KR101745437B1 (ko) 2010-09-27 2017-06-09 에이비비 슈바이쯔 아게 바이폴라 넌-펀치-쓰루 전력 반도체 디바이스
CN105703481B (zh) * 2016-03-03 2018-03-30 南京南瑞继保电气有限公司 一种换流阀均压状态一致性统计方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1112301A (en) * 1964-07-27 1968-05-01 Gen Electric Controlled rectifier with improved turn-on and turn-off characteristics
US3562610A (en) * 1967-05-25 1971-02-09 Westinghouse Electric Corp Controlled rectifier with improved switching characteristics
US3566212A (en) * 1969-02-24 1971-02-23 Trw Semiconductors Inc High temperature semiconductor package
BE787597A (fr) * 1971-08-16 1973-02-16 Siemens Ag Thyristor
DE2141627C3 (de) * 1971-08-19 1979-06-13 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Thyristor
JPS4989488A (de) * 1972-12-26 1974-08-27
JPS529980B2 (de) * 1974-05-17 1977-03-19

Also Published As

Publication number Publication date
US4079403A (en) 1978-03-14
JPS6122474B2 (de) 1986-05-31
CA1080857A (en) 1980-07-01
SE7712251L (sv) 1978-05-02
JPS5380982A (en) 1978-07-17

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