DE2907732A1

DE2907732A1 - Thyristor

Info

Publication number: DE2907732A1
Application number: DE19792907732
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Voss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1979-02-28
Publication date: 1980-09-04
Also published as: CA1149969A; JPS55130166A; JPS6035833B2

Description

Thyristor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der einen zu einem Hauptthyristor gehörenden Hauptemitter und eine Steuerelektrode aufweist., mit einem in den Halbleiterkörper ntgrierten, zwischen Steuerelektrode und Hauptemitter angeordneten ersten Hilfsthyristor und mit einem zweiten Hilfsthyri stor.
Ein solcher Thyristor ist bereits beschrieben worden Die Hilfsthyristoren haben den Zweck, den über die Steuerelektrode eingespeisten Steuerstrom zu verstärken.
Für einige Anwendungsfälle genügt ein einziger Hilf sthyristor, für andere wiederum sind zwei Hilfsthyristoren erforderlich. Die Hilfsthyristoren sind in diesem Fall in Kaskade geschaltet.
Thyristoren können bekanntlich nicht nur über einen Steuerstrom gezündet werden, sondern auch über eine an die Hauptelektroden gelegte Uberspannung oder einen steilen Spannungsanstieg (du/dt-Zündung). Bei der dujdt-Zündung kann es zur Zerstörung des Thyristors kommen, wenn der durch die äußere Beschaltung des Thyristors aufgezwungene Laststrom so schnell ansteigt, daß der Thyristor lokal überhitzt wird, bevor eine nennenswerte Ausbreitung des Zündvorgangs stattgefunden hat. Um den Thyristor bei der du/dt-Zündung vor hohen Belastungen zu schützen, wurde vorgeschlagen, den Hilfsthyristor so zu dimensionieren, daß eine für den Hauptthyristor schädliche du/dt-Belastung zunächst den Hilfsthyristor zündet, dessen Laststrom dann die Zündung des Hauptthyristors einleitet. Da hierbei ein starker Steuerstrom für den Hauptthyristor zur Verfügung steht, setzt die Zündung des Hauptthyristors von vornherein auf einer größeren Fläche ein und eine Zerstörung des Thyristors durch hohe spezifische Belastung auf kleiner Fläche wird vermieden.
Solche Thyristoren mit gegen du/dt-Relastung empfindlichem Hilfsthyristor können jedoch in unerwünschter Weise bereits bei du/dt-Werten gezündet werden, die weit unterhalb der maximal zulässigen du/dt-Werte des Thyristors liegen, wenn zum Beispiel über den Zündübertrager bei der du/dt-Belastung eine Störladung in die Steuerleitung eingespeist wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß der Thyristor zwar einerseits zuverlässig gegen hohe Einschaltbelastungen bei der du/dt-Zündung geschützt ist, daß der Jedoch beim Auftreten von Störladungen im Steuerkreis nicht bereits bei du/dt-Belastungen gezündet werden kann, die unterhalb der zulässigen Grenze liegen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beide Hilf sthyristoren einander parallelgeschaltet sind und daß der zweite Hilfsthyristor so dimensioniert ist, daß er bei niedrigeren du/dt-Belastungen zündet als der erste Hilfsthyristor und der Hauptthyristor.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist also, für die Verstärkung des Zündstroms und für den Schutz gegen du/dt-Belastungen zwei verschiedene Hilfsthyristoren vorzusehen.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspriiche.
Die Erfindung wird an Hand dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 und 2 den Schnitt durch und die Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 3 und 4 den Schnitt durch und die Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 5 und 6 den Schnitt durch und die Aufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel.
In den Fig. 1 und 2 ist der Halbleiterkörper eines Thyristors mit seinen wesentlichen Einzelheiten dargestellt. Der Halbleiterkörper weist eine Basis 1 auf. Er hat einen Emitter 2, der mit einer Emitterelektrode 3 bedeckt ist. Auf der Basis 1 ist eine Steuerelektrode 7 angebracht Zwischen Steuerelektrode 7 und Emitter 2 liegt ein erster Hilfsemitter 4, der mit einer Hilfsemitterelektrode 6 kontaktiert ist. Der erste Hilfsemitter 4 gehört zum ersten Hilfsthyristor, während der Emitter 2 zum Hauptthyristor gehört. Neben dem ersten Hilfsemitter 4 ist ein zweiter Hilfsemitter 5 angeordnet, der zum zweiten Hilfsthyristor gehört. Der zweite Hilfsemitter 5 ist ganz von der Hilfsemitterelektrode 6 bedeckt. Die Hilfsemitter 4 und 5 sind vom Hauptemitter 2 umgeben.
Die Hilfsemitter 4 und 5 sind nun so dimensioniert, daß der zweite Hilfsthyristor mit dem zweiten Hilfsemitter 5 empfindlicher gegen du/dt-Belastungen ist als der erste Hilfsthyristor mit dem ersten Hilfsemitter 4. Dies läßt sich beispielsweise durch ein bestimmtes Verhältnis der Durchmesser der Hilfsemitter untereinander erzielen. Die genannte Zündbedingung wird immer dann erreicht, wenn für die Abmessungen der Emitter gilt: r2-r1 < r3, wo r1 und r2 die Innen- beziehungsweise Außenradien des Emitters 4 und r3 der Außenradius des Emitters 5 ist (zum Beispiel r1 = 2 mm, r2 = 3 mm und r3 = 3 mm).
Bei einer an den Hauptelektroden des Thyristors anliegenden du/dt-Belastung, die zur Zerstörung des Hauptthyristors führen könnte, wird der zweite Hilfsthyristor mit dem zweiten Hilfsemitter 5 im Zentrum gezündet. Der Laststrom des zweiten Hilfsthyristors fließt dann über die Hilfsemitterelektrode 6 in bekannter Weise zum Hauptemitter 2 und zündet diesen gleichmäßig. Damit kann der Hauptthyristor nicht zerstört werden. Der erste Hilfsthyristor wird dagegen durch die gleiche du/dt-Belastung nicht gezündet, da er auf Grund seiner anderen Dimensionierung gegenüber du/dt-Belastungen unempfindlicher als der zweite Hilfsthyristor ist. Die Breite r2-r1 des ersten Hilfsemitters kann, bezogen auf die Breite des zweiten Hilfsemitters, in weiten Grenzen frei gewählt werden, solange die oben angegebene Bedingung eor, füllt ist. Dadurch kann sichergestellt werden, daß der erste Hilfsthyristor nicht du/dt-zündet, selbst wenn während der du/dt-Belastung aus der Steuerleitung ein Störstrom in die Steuerelektrode 7 fließt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß die Hilfsemitterelektrode 8 im Bereich des zweiten Hilfsthyristors eine Ausnehmung 9 aufweist. Der pn-Übergang des zweiten Hilfsemitters 10 ist mit 11 bezeichnet. Sein Innenrand tritt innerhalb der Ausnehmung 9 konzentrisch zu dieser an die Oberfläche des Halbleiterkörpers. Der Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der ersten besteht darin, daß hier im Prinzip ein linienförmiger Zündbereich entlang des Emitterinnenrandes möglich ist, während in der ersten Anordnung die Zündung im Zentrum punktförmig erfolgt, wodurch die Stromdichten sehr hoch werden können, was im Hinblick auf die di/dt-Belastbarkeit ungünstig ist. Die genannte Zündbedingung wird für 2 2 r32-r42 erreicht (r4 =Innenradius von 10).
In den Fig. 5 und 6 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, 4 dargestellt. Dieses unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß ein dritter Hilfsemitter 14 vorgesehen ist, der zwischen erstem und zweitem Hilfsemitter liegt. Die zweite Hilfsemitterelektrode ist mit 12 bezeichnet. und weist eine Nase 13 auf, die einem Teil des pn-Ubergangs des dritten Hilfsemitters 14 gegenüberliegt. Die erstem und drittem Hilfsemitter gemeinsame#Hilfsemitterelektrode ist mit 15 bezeichnet.
Der zweite und dritte Hilfsemitter sind in Kaskade geschaltet. Diese Anordnung hat den Zweck, den besonders zerstörungsgefährdeten zweiten Hilfsthyristor schnell durch den dritten Hilfsthyristor zu entlasten. Die Breite der Nase kann eventuell so eingestellt werden, daß der zweite Hilfsthyristor nicht vor dem dritten Hilfsthyristor zündet, sondern lediglich als Zündstromverstärker für den dritten Hilfsthyristor dient. Bei der Struktur nach den Fig. 5, 6 ist dann der erste Hilf sthyristor gegenüber du/dt-Belastungen wesentlich unempfindlicher als die aus dem zweiten und dritten Hilfsthyristor gebildete Kaskade.
5 Patentansprüche 6 Figuren Leerseite

Claims

Patentanspruche 1. Thyristor mit einem Haibleiterkörper, der einen zu einem Hauptthyristor gehörenden Hauptemitter und eine Steuerelektrode aufweist, mit einem in den Halbleiterkörper integrierten, zwischen Steuerelektrode und Hauptemitter angeordneten ersten Hilfsthyristor und mit einem zweiten Hilfsthyristor, 2 a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß beide Hilfsthyristoren (1, 4, 5) einander parallelgeschaltet sind und daß der zweite Hllfsthyristor (1, 5) so dimensioniert ist, daß er bei niedrigeren du/dt-Belastungen zündet als der erste Hilfsthyristor (1, 4) und der Hauptthyristor (1, 2).
2. Thyristor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beide Hilfsthyristoren (1, 4, 5) getrennte Hilfsemitter (4, 5) und eine gemeinsame Hilfsemitterelektrode (6) haben.
3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zum zweiten Hilfsthyristor gehörende zweite Hilfsemitter (5) scheibenförmig ausgebildet ist und von der Hilfsemitterelektrode (6) vollständig bedeckt ist (Fig. 1, 2).
4. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t s daß die HilSsemitterelektrode (8) im Bereich des zweiten Hilfsthyristors eine kreisförmige Aussparung (9) aufweist, daß der zum zweiten Hilfsthyristor gehörende zweite Hilfsemitter (10) ringförmig ausgebildet ist, und daß sein innerer Rand (11) innerhalb der Aussparung (9) konzentrisch zu dieser an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt (Fig. 3, 4).
5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hauptemitter (2) beide Hilfsemitter (4, 5, 10) umgibt.