DE2809564C3

DE2809564C3 - Steuerbarer Halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE2809564C3
Application number: DE2809564A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fukui; Shin Kimura; Yoshio Katsuta Terasawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1981-01-22
Also published as: US4214254A; DE2809564A1; SE7802656L; DE2809564B2; SE428981B; JPS53110483A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit Steüerverstärküng der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 35 26 815 bekannten ArL

Wird zwischen Steueranschluß und Kathode eines Steuerbaren Halbleitergleichrichters, beispielsweise eines Thyristors, eine Triggerspannung angelegt, um einen Steuerstrom fließen zu lassen, wobei die Durchlaßspannung zwischen Anode und Kathode Hegt, so schlagen die pn-Obergänge des gesteuerten Halbleitergleichrichters über und es fließt ein Strom zwischen Anode und Kathode. Die Änderung des Zustandes des Thyristors aus seinem spe/renden in seinen leitenden Zustand wird als Einschalten des Thyristors bezeichnet.

Das Einschalten des Thyristors beginnt mit dem Einschalten der kleinen, an der Oberfläche der Kathode und in nächster Näho zum Steueranschluß befindlichen kleinen Fläche und die eingeschaltete oder leitende Fläche dehnt sich dann über den gesamten Thyristor

aus. Ist daher die Anstiegsgeschwindigkeit-pdes Stroms in Durchlaßrichtung in einem frühzeitigen Zeitpunkt des Einschaltens groß, so fließt durch einen kleinen leitenden Bereich ein hoher Strom in Durchlaßrichtung, so daß die Stromdichte sehr hoch wird und der Leistungsverlust in diesem Bereich sehr groß werden kann, wodurch der Thyristor in extremen Fällen zerstört wird.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, weist der aus der US-PS 35 26 815 bekannte Thyristor einen Hilfsthyristorbereich auf. Hilfsthyristorbereich und Hauptthyristorbereich sind miteinander integriert und im gleichen Halbleitersubstrat parallelgeschaltet. Durch das Triggersignal wird zunächst der Hilfsthyristorbereich eingeschaltet und der Einschaltstrom, d. h. der durch den Hilfsthyristorbereich fließende Strom wird als Triggersignal zum Einschalten des Hauptthyristorbereichs benutzt. Der in dem frühzeitigen Stadium des Einschaltvorgangs in Durchlaßrichtung gerichtete Strom teilt sich somit auf den Haupt- und den Hilfsthyristorbereich auf. Daher wird die Schaltenergie auf beide Bereiche verteilt, so daß die mögliche

Stromanstiegsgeschwindigkeit — im frühzeitigen Stadium des Einschaltvorgangs beträchtlich erhöht werden kann.

Durch immer höher werdende Anforderungen an Gleichrichter mit höherer Durchbruchspannung, größerem Stromführungsvermögen und höherer Schaltgeschwindigkeiten sind jedoch weitere Verbesserungen bei derartigen Thyristoren mit verstärkendem Steueranschluß notwendig. Es hat sich nämlich gezeigt, daß, wenn bei derartigen Thyristoren der Hauptthyristorbereich lediglich mit einem Hilfsthyristorbereich in seiner Nähe versehen ist, im Hilfsthyristorbereich und in seiner Nachbarschaft leicht ein elektrischer oder thermischer Durchbruch stattfindet, so daß die mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit j-i nicht ausreichend erhöhl werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen steuerbaren Halbleitergleichrichter so auszubilden, daß sich eine ausreichend hohe StrOfflänstiegsSeschwindigkeit^ierreichenläßt,

dl

■'■'■ Diese Aufgabe Wird durch die im' kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs i angegebenen Merkmale gelöst

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die vom Hilfsthyristorbereich, wo die Einschaltfläche lokal konzentriert werden kann, verbrauchte Schallcnefgie

abgesenkt werden, so daß die mögliche Stromänderungsgeschwindigkeit ^ während des Einschaltvorganges beträchtlich erhöht werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ι des erfindungsgemäßen Halbleitergleichrichters sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3, wobei die Erzeugung von Rekombinationszentren durch radioaktive Bestrahlung deshalb bevorzugt wird, weil die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristorbe- κι reich, die ein geringes Volumen haben, selektiv mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gesteuert werden muß.

Dabei ist es aus der DE-OS 25 34703 bei einem Thyristor mit Steuerverstärkung an sich bekannt, zur Verbesserung der Abschalleigenschaften die Konzentration an Rekombinationszentren im Hauptthyristor durch entsprechende Eindiffusion von Gold oder Platin größer als im Hilfsthyristor zu machen. Weiter ist aus der US-PS 36 71 821 ein Thyristor mit Steuerverstärkung bekannt, bei dem anstelle einer Hilfssteuerelektrode benachbart zur Hilfsemitterzone eine Zone hoher Leitfähigkeit und entgegengesetzten Leitungstyps vorgesehen ist und in diese Zone ebenso wie in die Hilfsemitterzone Gold eindiffundiert ist, wodurch der infolge des zwischen diesen Zonen bestehenden pn-Überganges auftretende Sperrwiderstand reduziert wird. Schließlich ist es aus Elektronik 160, Nr. U.S. 329 an sich bekannt, bei Halbleitern die Lebensdauer der Minoritätsträger durch radioaktive Strahlung zu beein- jo flüssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Draufsicht auf einen Thyri- js stör mit Steuerverstärkung,

Fig. 2 den Querschnitt H-Il der F ig. 1,

F i g. 3 ein Ersatzschaltbild für einen Thyristor mit Steuerverstärkung,

F i g. 4 zum Vergleich in einem Diagramm den Verlauf von Strom und Spannung in einem frühzeitigen Stadium des Einschaltvorganges bei einem herkömmlichen und einem Thyristor gemäß F i g. 1 bis 3,

F i g. 5 die Abhängigkeit der Schaltenergie von der Lebensdauer der Ladungsträger in der n-Ieitenden v, Basisschicht des Hilfsthyristorber^iches,

F i g. 6A, 7A, 8A Querschnitte abgewandelter Ausführungen des steuerbaren Halbleitergleichrichters und

Fig. 6B, 7B. 8B Draufsichten der Halbleitergleichrichter der Fig. 6A, 7 A bzw. 8A. -₎₀

F i g. I und 2 zeigen die Draufsicht bzw. den Querschnitt eines Thyristors mit Steuerverstärkung. Gemäß Fig. 1 und 2 besteht ein scheibenförmiges Halbleitersubstrat 1 aus Silicium mit zwei Hauptflächen Il und 12 auf den einander gegenüberliegenden Seiten T₁ aus vier Halbleiterschichten, nämlich einer p-leitenden Emitterschicht Pi, einer n-leitenden Basisschicht Nn einer p-leitenden Basisschicht P«und einer n-leitenden Emitterschicht Ni. Die η-leitende ritnittcrschichi Ni besteht aus einem Hauptemitterbereich Ni , und einem bo von diesem durch die p-leitende Basisschicht Pe isolierten Hilfsemitlerbereich Nm, dessen Fläche Meiner ist als die des Bereichs Nm, Die p-leitende Emitterschicht Pn und die n-leitendc Basisschicht Nn bilden einen ersten pn-übergang /1, die n-Ieitende b5 Basisschicht Λ/«und die p-lcitende Basisschicht Pnbilden einen zweiten pn-übergang J₂, und die p-leilende Basisschicht Pn und die Gleitende Emitterschicht Abeinen dritten pn-übergang Ji. Eine auf der einen Hauptoberfläche 11 des Halbleitersubstrats 1 befindliche Anode 2 steht in ohmschem Kontakt mit der p-leitenden Emitterschicht Pi. Die auf der anderen Hauptfläche 12 des Siliciumsubstrats 1 befindliche Kathode 3 steht in ohms hem Kontakt mit dem Hauptemitterbereich Nt ι üer n-leitenden Emitter schicht Ne. Auf der Hauptoberfläche 12 befindet sich ein Steueranschluß 4, der in ohmschem Kontakt mit der p-leitenden Basisschicht Pb steht. Die Steuerelektrode 4 ist bezüglich des Hilfsemitterbereichs Νε> auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptemitterbereichs Neι angeordnet. Ein Hilfssteueranschluß 5 auf der Hauptoberfläche 12 des Siliciumsubstrats 1, nämlich der p-leitenden Ba.sisschicht Pb, ist vom Hauptemitterbereich Ne ι getrennt und umgibt diesen. Der Hilfssteueranschluß 5 steht elektrisch mit der Oberfläche des Hilfsemitterbereichs Ne₂ auf der Seite des Hauptemitterbereichs Ne ι Verbindung. Der Hauptthyristorbereich Tm besteht aus den Teilen der vier Schichten P_t, N_& P_B und Nt ι auf der rechten Seite dt; gestrichelten Linie X der F ι g. 2. Der Hilfsthynsturbereich Τ_Λ auf der linken Seite der gestrichelten Linie X besteht aus einem Teil der vier Schichten P_f, N₃. Pb und N_{t 2}. Die Schichten P₁, /Va und Pb sind gemeinsam Bestandteile des Haupt- und des ^:tilfsthyristorbereichs 7\,bzw. T₄.

Die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristorbereich T₄ ist kürzer als die der Ladungsträger im Hauptthyristorbereich Tm. Beispielsweise wird der Hauptthyristorbereich 7"₄ selektiv einer geeigneten Strahlung ausgesetzt, so daß Rekombinationszentren erzeugende Strahlungsschäden entstehen.

Die Auswirkung der Verminderung der Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristorbereich T_A wird im folgenden anhand des vorstehend beschriebenen Thyristors erläutert.

Wird zwischen Steueranschluß 4 und Kathode 31 eine Triggersignalspannung angelegt, wenn zwischen Anode 2 und Kathode 3 eine Spannung in Durchlaßrichtung anliegt, so fließt der Steuerstrom über den Hilfsemitterbereich M 2. den Hilfssteueranschluß 5 und über den Hauptemitterbereich Ne\ zur Kathode 3 (Pfeil i). Da hierbei die Dichte Jλ des in den Hilfsemitterbereich Nt 2 fließenden Sreuerstroms und die Dichte />,i des in den Hauptemitterbereich Ni 1 fließenden Steuerstroms derart bestimmt sind, daß /.»< //», wird zunächst der Hilfsthyristorbereich T\ eingeschaltet, so daß der durch einen Pfeil i₂ angedeutete Strom in Durchlaßrichtung fließt. Darauf wird durch den in Durchlaßrichtung gerichteten Strom die größere Fläche des Hauptthyristorbereichs Tm gegenüber dem Hilfssteueranschluß 5 eingeschaltet, so daß in Durchlaßrichtung ein Strom i, fließt. Somit wird bei dem Thyristor der in Durchlaßri.lit.jng fließende Strom in dem frühzeitigen Stadium des Einschaltvorganges in /wei Komponenten unterteilt, die durch den Hilfsthyristorbereich 7'₄ bzw. den Hauptthyristorbereich Tm fließen. Infolgedessen wird die Schalteneigie durch den Hilfs- und den Hauptthyristorbereich 7"t b^w. Tm aufgeteilt, so daß die mögliche

Stromanstiegsgeschwindigkeit -p verbessert werden kann,

Bei einem Thyristor mit Hilfsthyristorbereich, bei dem die Lebensdauer der Ladungsträger nicht wie oben angegeben gesteuert wird₍ treten leicht eine elektrische und thermische Zerstörung bzw, Durchbruch im Hilfsthyristorbereich und in seiner Nähe auf, so daß die Stromanstiegsgeschwindigkeit-2-i nicht ausreichend er-

di

höhl werden kann. Der Grund hierfür ist folgender. Die ist, der Anstieg der Stromänderungsgeschwindigkeil mögliche Strorrianstiegsgeschwihdigkeil -ρ des Thyfi- 5-1 des Ahodcnsfroms von einer Erhöhung des in

stors mit Steuerverstärkung wird, wird je nach dem, welche größer ist, durch die vom anfänglich leitenden ■> Bereich des Hilfsthyristorbereichs T,₍ bzw. vom anfänglich leitenden Bereich des Hauptthyristorbcrcichs T,\ verbrauchte Schaltenergie begrenzt Daher müssen ztir Vergrößerung der Stromanstiegsgeschwindigkeit^die

anfänglich leitenden Flächen des Hilfs· und des Hauptthyristors T.\ bzw. 7\/ entsprechend ihrem Energieverbrauch vergrößert werden. Da für den Hauptthyristorbereich T\i als Steuerstrom ein großer in Durchlaßrichtung fließender Strom /2 ausgenutzt wird, der durch den Hilfsthyristor T.\ fließt, kann die anfänglich leitende Fläche leicht durch Vergrößerung der Umfangslänge des Hauptemitters Ni \ gegenüber der Hilfssteuerelektrode 5 vergrößert werden. Wird aber die Umfangsfläche des Hilfsemitters Ne2 gegen 2» den Steueranschluß 4 einfach vergrößert, wird für den Hilfsthyristor T,\ ein höherer Steuerstrom gebraucht. Darüber hinaus kann die anfänglich leitende Fläche aus den noch zu beschreibenden Gründen kaum vergrößert werden. Wenn nämlich bei einem Thyristor mit Stcuerverstärkung der Hilfsthyristor T₁ eingeschaltet wird und der Anodenstrom (/2. F i g. 2) vom Hilfssteueranschluß 5 zur Kathode 3 fließt, so fällt zwischen Hilfssteueranschluß 5 und Kathode 3 eine Spannung ab. Der Steuerstrom (/;. F i g. 2) nimmt mit steigendem jo Spannungsabfall ab. In extremen Fällen kann sich sogar die Richtung des Steuerstroms Z₁ umkehren. Ist daher im Hilfsthyristor T.\ gegenüber dem Steueranschluß 4 die Einschaltverzögerung ungleichmäßig und wird mit dem Steuerstrom i\ eingeschaltet, so erfolgt wegen des j3 Steuerstroms in den Teilen des Hilfsthyristors T.\ keine Einschaltung, wo die Einschaltung mit einer Verzögerung beginnen soll, so daß die gesamte anfänglich leitende Fläche nicht vergrößert werden kann. Wenn die Stromanstiegsgeschwindigkeit jj des Anodenstroms ^w

prhnht wirH ctpicrt phpncn rif>r ^nanniinasahfoll ywi-

sehen Hilfssteueranschluß 5 und Kathode 3. so daß die Abnahme des Steuerstroms beschleunigt und die anfänglich leitende Fläche weiter verringert wird. «

Der in Durchlaßrichtung durch den Hilfsthyristor Τ_Λ fließende Strom /2 fließt nicht nur vor und während der Einschaltung des Hauptthyristors Tm, sondern fließt auch als Komponente Z₁ des Anodenstroms (/2 + /1) nach dem Einschalten des Hauptthyristors Tm weiter. Infolgedessen -Ära bei sich erhöhender Anstiegsgeschwindigkeit des Anodenstroms ^p die Komponente i₂,

d. h. der in Durchlaßrichtung fließende Strom erhöht Daher wird im anfänglich leitenden Bereich des Hilfsthyristors T₄, dessen anfänglich leitende Fläche kaum vergrößert wird, die größte Schaltenergie verbraucht. Da weiter der in Durchlaßrichtung fließende Strom /2 durch den Teil der p-leitenden Basisschicht P_B fließt, der sich zwischen dem Hilfssteueranschluß 5 «> und der Kathode 3 befindet, und außerdem in seitlicher Richtung längs des Hauptemitterbereichs Neι fließt, ist die dort infolge des erhöhten, in Durchlaßrichtung fließenden Stroms /> erzeugte Wärme nicht vernachlässigbar.

Wie erwähnt, ist bei einem Thyristor mit Steuerverstärkung, bei dem die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristor nicht in geeigneter Weise eingestellt Durchlaßrichtung durch den Hilfsthyristor Τ_Λ fließenden Stroms ii begleitet so daß leicht elektrische und thermische Zerstörungen öder Durchbrüche auftreten.

Dagegen tritt bei einem Thyristor gemäß Fig. I und 2, bei dem die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristörbereich vermindert ist, die beschriebene Schwierigkeit nicht auf; Der Grund hierfür ist folgender.

Fig.3 zeigt das Ersatzschaltbild eines Thyristors mit verstärkendem Steueranschluß gemäß Fig. I und 2. In Fig.2 ist mit Ren der Widerstand des Teils der p-leitenden Basisschicht Pn zwischen Steueranschluß 4 und Hilfscmitterbcreich Ni 2 und mit Rr. 2 der Widerstand der Schicht Pp zwischen dem Hilfssteueranschluß 5 und dem Hauptemitterbereich Ni 1 bezeichnet. Mit R.\ und Kt sind der Widerstand bzw. die Spannungskompohente des Hiifsthyrisiorbereichs Τ_Λ im frühzeitigen Studium des Einschaltvorgangs bezeichnet. Die Widerstandskomponentc R^ ist entsprechend der Menge der Ladungsträger in der η-leitenden Basisschicht Nu veränderlich, die erhöht wird, wenn der Steuerstrom I₁, und der Strom in Durchlaßrichtung /.»in den Hilfsthyristor Τ_Λ fließen. Die Spannungskomponenle Kt ist die unter dem Einfluß des Steuerstromes /₍, und des Stroms i,\ in Durchlaßrichtung unveränderliche Komponente. Ähnlicci kann der Hilfsthyristor Tm als Widerstand Rm und Spannungskomponente K\/dargestellt werden.

Versuche und Untersuchungen haben gezeigt, daß die Widerstandskomponenten R.\ und Rm des Hilfs- bzw. Hauptthyristors Τ_Λ bzw. Tm in Abhängigkeit von der Menge der Ladungsträger in der n-Ieitenden Basisschicht Nn veränderlich sind, die sich proportional zum Integral des Steuerstroms U, und des Stroms /4 erhöhen. Die Werte sind angenähert durch folgende Gleichungen gegeben:

Ji₀ di + //,,df

Ji₀ df + //,,df + //.„df

worin K\ und K2 Proportionalkonstanten sind, die entsprechend der Lebensdauer der Ladungsträger in der n-Ieitenden Basisschicht Nb bzw. p-leitenden Basisschicht P_n veränderlich sind. Ist die Lebensdauer der Ladungsträger kurz, so ist die Menge der in der η-leitenden Basisschicht N_n angesammelten Ladungsträger gering, so daß die Proportionalkonstanten K, und K2 groß werden.

Setzt man die Werte der Proportionalkonstanten K₁ und K₂ und anderer erforderlicher Größen in die Gleichungen 1 und 2 ein, so läßt sich durch Berechnung der Ströme an den verschiedenen Punkten des Ersatzschaltbildes der Fi g. 3 ermitteln, daß die Lebensdauer Tnb der Ladungsträger in der n-leitenden Basisschicht Nb des Hilfsthyristors T_A kurzer als die entsprechende Lebensauer tnb des Hauptthyristors T,_u wird, wobei der Strom i_A im Hilfsthyristor T_A geringer wird. Weiter kann der Strom /4 in Durchlaßrichtung auch vermindert werden, indem der Widerstand /?_f;₂ der p-Ieitenden Basisschicht Pb zwischen Hauptemitterbereich Mti und HflfssteueranschluB 5 erhöht wird, in diesem Fall ist jedoch die Auswirkung der Verminderung des Stroms /₄ in Durchlaßrichtung nicht zufrieden-

stellend, weil die Steueranordnung die Erhöhung des Widerstandes R_(;i begrenzt,

Bei einem Thyristor mit Steuerverstärkung können die durch den Hilfs- und den Hauptthyristor T₁ bzw. T\_t fließenden Ströme l.\ bzw. /'u nicht getrennt gemessen werdet Entsprechend werden zur Messung der Ströme L\ und ki zwei thyristoren mil je einem Steueranschluß beftdtzt und die Hilfssteueranschiüsse der beiden Thyristoren werden kurzgeschlossen. Durch Kombination des Hilfsthynstors des einen Thyristors rmt dem Hauptthyristor des anderen thyristors können die Ströme /₍ und /_A/ durch den Hilfs- bzw. Hauptthyristor Ty bzw. Tm sowie die Spannung V_Fam Hauptthyristor 7a/ gemessen werden. Die Meßergebnisse sind in F i g. 4 dargestellt. Γη Fig.4 bedeuten die Kurven A_v und B\ den Verlauf der Spannung V_F in Durchlaßrichtung und die Kurven A₁ und B₁ den Verlauf des Stroms U in Durchlaßrichtung. Die Kurven A _v und A₁ gelten für den Faii, daß die Lebensdauer r.vnuer Ladungsträger in eier h-leitenden Basisschicht Nb im Haupt- und Hilfsthyristor Tu bzw. f₄ gleich 40 jis und die Kurven B_v und B₁ dem Fall, daß die Lebensdauer r/v_ß des Hauptthyristors 7a/ gleich 40 μ5, jedoch die Lebensdauer τ_Νβ des Hilfsthyristors Ta gleich 31 μ5 ist. Aus Fig.4 ist daher klar, daß der in Durchlaßrichtung fließende Strom /.₍ durch den Hilfsthyristor Ta vermindert werden kann, wenn die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristor Ta kürzer als die der Ladungsträger im Hauplthyristor7\/ist.

Bei dem Thyristor gemäß F i g. I und 2 kann also die ir.. Hilfsthyristorbereich T_A verbrauchte Energie, wo die anfänglich leitende Fläche ziemlich leicht lokalisiert wird, verringert werden. Entsprechend steigt die im Hauptthyristor Tm verbrauchte Schaltenergie. Da aber die leitende Fläche des Hauptthyristors 7;_wim frühzeitigen Stadium des Einschaltvorgangs wegen der Vergrößerung der Umfangslänge des Hauptemitterbereichs Νε ι gegen den Hilfssteueranschluß 5 sehr groß ist, kann der Anstieg der im Hauptthyristor T_M verbrauchten Schaltenergie auf einen geringen Wert begrenzt

werden. Infolgedessen kann die mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit Ul von einem herkömmlichen

dt

Wert von 300A/ns auf mehr ΘΟΟΑ/μβ verbessert werden.

Bei der Aüsfühfungsforrn der Fig. 1 Und 2 wird die Lebensdauer der Träger im Hilfsthyristor auf der linken Seite der gestrichelten Linie X verkürzt. Es ist jedoch Vorzuziehen, daß die Lebensdauer der Ladungsträger in dem! Teil des Substrats^ der sich mit den Projektion des Hilfseriiitterbereichs Nr2 iri Richtung senkrecht ztir Hauptfläche 12 deckt und die Lebensdauer der Ladungsträger in der Nachbarschaft dieses Teils kürzer ist als die Lebensdauer der Ladungsträger im Hauptthyristor T\i. Der Ausdruck »Nachbarschaft« bedeutet hier einen Bereich innerhalb eines Abstandes vom 3fachen der Diffusionslänge der Ladungsträger, parallel zur Hauptflächc 12 vom Rand des oben definierten Teils geriiesscrt.

fn den F i g. 6A, 6B bis 8A, 8B sind die schematischen Schnitte bzw. Draufsichten weiterer Ausführungsformen gezeigt.

Bei der Ausführungsform der Fig.6A und 6B befindet sich der Steueranschluß 4 in der Mitte des Halbleitersubstrats 1; der Hilfs- und der Hauptemitterbereich Ni 2 und Nn sind in Form eines den Steueranschluß umgebenden Ringes ausgebildet.

Bei der in der F i g. 7A und 7B gezeigten Ausführungsform ist der Hilfsthyristor Ta im Randbereich des Substrats 1 angeordnet; der Hilfsemitterbereich N^₂ ist als den Steueranschluß 4 umgebender Ring ausgebildet.

Bei der Ausführungsform der Fig.8A und 8B steht der Steueranschluß 4 in Kontakt mit dem Teil der p-leitenden Basisschicht Pr, der sich zwischen dem Haupt- und dem Hilfsemitterbereich AAn bzw. Nfi befindet.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1, 2, 7A, 7B und 8A, 8B ist der Hilfssteueranschluß 5 nicht ringförmig, sondern längs eines Teils des Umfangs des Hauptemitterbereichs /v> ι verlängert.

030 264/327

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleitersubstrat (1) mit zwei Hauptflächen (11,12) und bestehend aus vier kontinuierlich zwischen den beiden Hauptfiächen ausgebildeten, abwechselnd p- und η-leitenden Schichten, von denen die jeweils aneinander angrenzenden zwischen sich einen pnübergang bilden, wobei die eine Hauptfläche (12) aus freiliegenden Oberflächen einer äußersten Schicht (Ne) und einer Zwischenschicht (Pg) und die andere Hauptfläche (11) aus der freiliegenden Oberfläche der anderen äußersten Schicht (Pe) besteht, und die eine äußerste Schicht aus einem Hauptbereich (Ne ι) ι? und einem Hilfsbereich (Ne 1) besteht, der eine kleinere Fläche aufweist als der Hauptbereich und von diesem durch die eine Zwischenschicht (Pg) getrennt ist. mit einem ersten Hauptanschluß (3), der tut" der einen Hauptoberfläche (12) des Halbleiterlubstrass (1) ausgebildet ist und in ohmschem Kontakt mit dem Hauptbereich steht, mit einem »weiten Hauptanschluß (2) auf der anderen Haupt-Bäche (11) des Halbleitersubstrats (1), der mit der anderen äußersten Schicht (Pr) in ohmschem Kontakt tteht, mit einem auf der einen Hauptoberfläche (12) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildeten Steueranlchluß (4), der in ohmschem Kontakt mit einem Teil der einen Zwischenschicht (Pb) in der Nachbarschaft des Hilfsbereichs (Ne 2) steht, und mit einem auf der einen Hauptfläche (12) des Halbleitersubstrats tusgebilc~ten Hilfssteueranschluß (5), der auf der •inen Zwischenschicht (TV längs des Umfanges des Hauptbereichs (Ne i) angeordnet ist und von dem ein Teil in ohmschem Kontakt mit dem Hilfsbereich (Ne 2) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lebensdauer der Ladungsträger in dem Teil des Substrats (1), der mit der Projektion des Hilfsbefeichs (Nf;2) in Richtung senkrecht zur einen Hauptoberfläche (12) fluchtet, und die Lebensdauer der Ladungsträger in einem Bereich in der Nähe dieses Teils innerhalb eines Abstandes vom 3fachen der Diffusionslänge der Ladungsträger kürzer i;' als die der Ladungsträger in dem Teil des Substrats (1), der mit einer Projektion des Hauptbereichs (Ne\) in 4ί Richtung senkrecht zur einen Hauptfläche (12) ftuchtet.

2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Lebensdauer der Ladungsträger in den Teilen des w Substrats (1) durch unterschiedliche Konzentration in die Lebensdauer verkürzendem Material ent-Iteht.

3. Halbleitergleichrichter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche « Lebensdauer der Ladungsträger in den Teilen des Substrats (1) durch unterschiedliche Konzentration In Rekombinationszentren entsteht, die durch testrahlung mit radioaktiven Strahlen gebildet sind.

60