DE3000890C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Festkörperrelais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Festkörperrelais dieser Art ist in der US-PS 39 95 174 beschrieben. Bei diesem bekannten Festkörperrelais wird an eine Leuchtdiode über Eingangsanschlüsse eine Steuerspannung angelegt, worauf diese eine entsprechende Lichtstrahlung erzeugt. Die Leuchtdiode ist mit einer Reihenschaltung aus Fotodioden optisch gekoppelt und bildet dadurch einen Optokoppler, der die Eingangsanschlüsse von Ausgangsanschlüssen elektrisch isoliert. Der Lastkreis des Festkörperrelais wird von den stromführenden Elektroden eines Feldeffekttransistors gebildet, die mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind. Die Fotodioden steuern infolge der optischen Kopplung die Gateelektrode des Feldeffekttransistors in Übereinstimmung mit der Steuerspannung an und ändern die Impedanz zwischen dessen stromführenden Elektroden entsprechend. Zum Schutz der Gateelektrode des Feldeffekttransistors ist parallel zu den Fotodioden ein Bauelement mit hoher Impedanz in Form einer Zenerdiode geschaltet.

Bei einem Festkörperrelais dieser Art tritt das Problem auf, daß der Feldeffekttransistor auch dann, d. h. ungewollt leitet, wenn eine an den Ausgangsanschlüssen anliegende Spannung negativ ist und daher Ladungsträger in das Substrat des Feldeffekttransistors injiziert. Dieses bekannte Festkörperrelais ist daher zum Schalten einer negativen Gleichspannung oder einer Wechselspannung nicht geeignet.

In der DE-OS 18 06 365 ist ein MOS-Feldeffekttransistor beschrieben, dessen Besonderheit darin besteht, daß sein Substrat über einen Kondensator an das Bezugspotential angeschlossen ist. Hierdurch soll erreicht werden, daß sich die Impedanz im nichtleitenden Zustand für Hochfrequenzsignale verbessert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Festkörperrelais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß es mit geringstmöglichem Aufwand zum Schalten von Spannungen unterschiedlicher Polarität gleich gut geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angebenen Maßnahmen gelöst.

Hierdurch wird erreicht, daß negative Spannungen an den Ausgangsanschlüssen des Festkörperrelais den Feldeffekttransistor nicht fälschlicherweise triggern. Erfindungsgemäß können daher selbst Spannungen unterschiedlicher Polarität sowie insbesondere Wechselspannungen sicher geschaltet werden, so daß das erfindungsgemäße Festkörperrelais einen großen Einsatzbereich zuläßt. Dieser große Einsatzbereich wird zudem mit nur wenigen zusätzlichen Bauteilen erzielt, weshalb sich der hierfür nötige Aufwand in Grenzen hält und die Herstellungskosten kaum nennenswert erhöht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 anhand eines schematischen Schaltplans eine Ausführungsform des Festkörperrelais;

Fig. 2 die räumliche Anordnung der Schaltelemente der in Fig. 1 schematisch gezeigten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung einer Leuchtdiode bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Leuchtdiode nach Fig. 4 bei einer Linie 6-6 in Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Teils der Leuchtdiode nach Fig. 4 bei einer Linie 7-7 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Anordnung von Fotodioden bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Fotodiodenanordnung in Fig. 7 bei einer Linie 9-9 in Fig. 7;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Isolierschicht- Feldeffekttransistoranordnung und

Fig. 10 einen Querschnitt durch die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform bei einer Linie 11-11 in Fig. 9.

Fig. 1 zeigt ein Festkörperrelais 10 mit einer Leuchtdiode 11, die eine Kathode 12 und eine Anode 13 aufweist. Das Festkörperrelais 10 weist weiter eine Anordnung 17 von Fotodioden 18 auf, die einander unterstützend in Reihe zwischen zwei Elektroden 19 und 20 geschaltet sind, wobei die Elektrode 19 mit der Anode der Fotodiode an dem einen Ende der Anordnung und die Elektrode 20 mit der Kathode der Fotodiode an dem anderen Ende der Anordnung verbunden ist. Außerdem weist das Festkörperrelais 10 einen Isolierschicht- Feldeffekttransistor 25 mit zwei stromführenden Elektroden 26 und 27, einer Gateelektrode 28 und mit einer Substratelektrode 29 auf. Der Isolierschicht- Feldeffekttransistor 25 kann entweder vom Anreicherungs- oder vom Verarmungstyp sowie entweder vom P-Kanal- oder vom N-Kanal-Typ sein. Transistoren vom N-Kanal-Typ sind jedoch wegen der höheren Leitfähigkeit vorzuziehen, die zwischen ihren Elektroden erzielt werden kann. zwei Eingangsanschlüsse 14 und 16 entsprechen den Spulenklemmen eines elektromechanischen Relais. Die Kathode 12 der Leuchtdiode 11 ist mit dem Eingangsanschluß 14 verbunden. Die Anode 13 der Leuchtdiode 11 ist über einen Widerstand 15 zur Strombegrenzung mit dem Eingangsanschluß 16 verbunden. Die Anordnung 17 der Fotodioden 18 ist gegenüber der Leuchtdiode 11 so angeordnet, daß die Fotodioden 18 die von der Leuchtdiode 11 ausgehende Strahlung empfangen. Die Elektrode 19 der Anordnung 17 ist mit der Gateelektrode 28 des Isolierschicht- Feldeffekttransistors 25 verbunden. Die Elektrode 20 der Anordnung 17 ist hingegen mit der Substratelektrode 29 des Isolierschicht- Feldeffekttransistors 25 verbunden. Die Substratelektrode 29 ist mit einem festen Bezugspotential verbunden.

Ferner sind zwei Ausgangsanschlüsse 31 und 32 vorgesehen. Der Ausgangsanschluß 31 ist mit der stromführenden Elektrode 26 und der Ausgangsanschluß 32 ist mit der stromführenden Elektrode 27 verbunden. Ein Entladungswiderstand 21 mit hoher Impedanz ist zwischen die Elektroden 19 und 20 geschaltet, um die Ladung an der Gateelektrode 28 abzuleiten, so daß die an ihr anliegende Spannung bei Beendigung des Stromflusses zwischen den Eingangsanschlüssen 14 und 16 abgebaut wird.

Im folgenden wird die Funktion des Festkörperrelais gemäß Fig. 1 näher erläutert. Dabei wird angenommen, daß der Isolierschicht-Feldeffekttransistor 25 vom N-Kanal-Anreicherungstyp ist. Wenn durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen den Eingangsanschlüssen 14 und 16 ein Strom bestimmter Stärke fließt, sendet die Leuchtdiode 11 Strahlung aus. Die Anordnung 17 der in Reihe geschalteten Fotodioden 18 erzeugt zwischen den Elektroden 19 und 20 eine Spannung, die der Summe der von den einzelnen Fotodioden entsprechend der empfangenen Strahlung erzeugten Spannungen entspricht und die zwischen der Gateelektrode 28 und der Substratelektrode 29 des Isolierschicht-Feldeffekttransistors 25 anliegt. Wenn die Gateelektrode 28 bezüglich der Substratelektrode 29 positiv ist, wird ein Kanal mit niedrigem Widerstand zwischen den Elektroden 26 und 27 gebildet, so daß der Stromkreis zwischen den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 geschlossen wird. Dies entspricht dem Schließen der Kontakte bei einem elektromechanischen Relais. Fließt kein Strom zwischen den Eingangsanschlüssen 14 und 16, so entsteht auch keine Spannung an den Elektroden 19 und 20 der Anordnung 17. Folglich ist die Impedanz zwischen den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 hoch. Dies entspricht einem offenen Kontakt bei einem elektromechanischen Relais.

Wenn der Isolierschicht- Feldeffekttransistor 25 nicht vom Anreicherungs-Typ, sondern vom Verarmungs-Typ ist und die gleiche Substratleitfähigkeit aufweist und wenn die Polarität der von der Fotodiodenanordnung 17 gelieferten Spannung, die zwischen der Gateelektrode 28 und der Substratelektrode 29 des Isolierschicht-Feldeffekttransistors 25 anliegt, umgekehrt ist, so ist die Impedanz zwischen den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 dann niedrig, wenn keine Spannung an der Gateelektrode des Transistors anliegt. Dies entspricht dem Schließen der Kontakte bei einem elektromechanischen Relais. Wird durch eine Steuerspannung an den Eingangsanschlüssen 14 und 16 hingegen eine Spannung der besagten umgekehrten Polarität an die Gateelektrode des Feldeffekttransistors vom Verarmungs-Typ angelegt, so ergibt sich eine hohe Impedanz zwischen den stromführenden Elektroden 26 und 27. Dies entspricht einem offenen Kontakt bei einem elektromechanischen Relais.

Das erfindungsgemäße Festkörperrelais ist sowohl dann einsetzbar, wenn eine Wechselspannung an den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 anliegt, als auch dann, wenn Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität an den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 anliegen. Hierzu ist die Substratelektrode 29 des Transistors 25 mit dem Bezugspotential der Schaltung verbunden. Zusätzlich sind zwei Gleichrichterdioden 35 und 36 vorgesehen. Die Anode der Diode 35 ist mit der Substratelektrode 29 und ihre Kathode ist mit der stromführenden Elektrode 26 verbunden. Die Anode der Diode 36 ist ebenfalls mit der Substratelektrode 29 bzw. dem Bezugspotential und ihre Kathode ist mit der stromführenden Elektrode 27 verbunden. Bei einem Anreicherungs-Feldeffekttransistor hat das Substrat P-Typ-Leitfähigkeit und die stromführenden Elektroden 26 und 27 haben N-Typ-Leitfähigkeit. Die Dioden 35 und 36 sind jeweils parallel zu den PN-Übergängen zwischen die jeweilige stromführende Elektrode und das Substrat geschaltet und in bezug auf ihre Vorwärtsleitfähigkeit so ausgesucht, daß sie bei einer niedrigeren Spannung als die PN-Übergänge des Feldeffekttransistors zu leiten beginnen. Bei Isolierschicht- Feldeffekttransistoren auf einem Siliciumsubstrat setzt die Vorwärtsleitung der PN-Übergänge bei ungefähr 0,6 V ein. Demgegenüber haben Silicium-Schottky-Dioden oder Germanium-Dioden mit PN-Übergängen eine Schwellenspannung für die Vorwärtsleitfähigkeit, die ein Bruchteil der Schwellenspannung für die Vorwärtsleitfähigkeit bei gebräuchlichen Silicium-PN-Übergängen ist. Sinkt beispielsweise die Spannung an dem Ausgangsanschluß 31 unter das Bezugspotential, so wird hierdurch die Diode 35 leitend, bevor der mit der Elektrode 26 verbundene PN-Übergang leitet, so daß hierdurch der Ausgangsanschluß 31 und auch die Elektrode 26 mit dem Substrat verbunden wird. Somit kann der Feldeffekttransistor 25 durch Anlegen einer genügend großen Spannung an die Gateelektrode 28 durchgeschaltet werden. Sinkt umgekehrt die Spannung an dem Ausgangsanschluß 32 unter das Bezugspotential, so leitet die andere Diode 36, so daß die Elektrode 27 jetzt mit dem Bezugspotential und dem Substrat 29 verbunden ist. Somit kann der Feldeffekttransistor 25 wieder durch Anlegen einer Spannung genügender Größe an die Gateelektrode 28 durchgeschaltet werden. Ohne die erfindungsgemäß geschalteten Dioden und ohne die genannte Vorwärtsleitfähigkeitscharakteristika würde eine an den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 angelegte Wechselspannung bewirken, daß der Feldeffekttransistor 25 auch ohne eine an die Gateelektrode 28 angelegte Spannung aufgrund der Injektion von Ladungsträgern aus der stromführenden Elektrode in das Substrat 29 leitet. Die Dioden 35 und 36 werden auch bei Feldeffekttransistoren vom Verarmungs-Typ so geschaltet.

Fig. 2 zeigt einen möglichen räumlichen Aufbau des in Fig. 1 gezeigten Festkörperrelais. Die den in Fig. 1 gezeigten Bauelementen entsprechenden Elemente sind in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das in Fig. 2 gezeigte Festkörperrelais weist eine Leuchtdiode 11, eine Anordnung 17 aus Fotodioden, einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor 25 und einen Widerstand 21 auf, die alle auf einem gemeinsamen Keramiksubstrat 40 montiert sind. Die Leuchtdiode 11 besitzt einen mit ihrer Anode verbundenen oberen Leiter 41 und einen unteren Leiter 42, der sowohl mit ihrer Kathode 12 als auch mit einem dünnen Glassubstrat 43 verbunden ist, welches die Leuchtdiode 11 trägt. Ein in Fig. 5 dargestellter PN-Übergang 11 a der Leuchtdiode 11 befindet sich näher bei dem unteren Leiter 42, der mit einer großen Öffnung versehen ist, damit das Licht durch ihn hindurchtreten kann. Eine Leitung 44 verbindet den unteren Leiter 42 und die Kathode 12 der Leuchtdiode 11 mit dem Eingangsanschluß 14. Eine Leitung 45 verbindet die Anode der Leuchtdiode 11 mit dem einen Anschluß des den Strom begrenzenden Widerstandes 15, dessen anderer Anschluß mit dem Eingangsanschluß 16 verbunden ist. Der Aufbau der Leuchtdiode 11 und die Art und Weise, in der sie hergestellt wird, wird nachfolgend anhand der Fig. 4, 5 und 6 beschrieben.

Die Anordnung der Fotodioden 18 weist ein polykristallines Substrat 46 auf, auf dessen obere Oberfläche eine Mehrzahl von Siliciumdioden aufgebracht ist, von denen jede einzelne vom Substrat und von jeder anderen mittels einer isolierenden dielektrischen Schicht aus Siliciumdioxid isoliert ist. Leitungen, die isoliert oberhalb der Oberfläche der Dioden verlaufen, verbinden unterschiedliche Elektroden von benachbarten Dioden, so daß eine Reihenschaltung aus Dioden zwischen den Elektroden 19 und 20 gebildet wird. Die untere Oberfläche des polykristallinen Siliciumsubstrats 46 der Diodenanordnung ist mit dem Keramiksubstrat 40 verbunden. Das tragende Glassubstrat der Leuchtdiode 11 ist auf die obere Fläche der Diodenanordnung 17 aufgeklebt, und zwar ausgerichtet zu den Dioden mittels einer Schicht aus transparentem Epoxyharz 49. Damit wird entsprechend der an den Eingangsanschlüssen 14 und 16 anliegenden Steuerspannung Licht in der Leuchtdiode 11 erzeugt, das durch das Glassubstrat 43 und die transparente Schicht aus Epoxyharz auf die Fotodiodenanordnung fällt und eine Spannung zwischen den Elektroden 19 und 20 erzeugt. Weitere Einzelheiten des Aufbaus der Fotodiodenanordnung und die Art und Weise ihrer Herstellung werden nachstehend in Verbindung mit den Fig. 7 und 8 näher beschrieben.

Der Isolierschicht-Feldeffekttransistor hat ein Substrat, das elektrisch mit einer Metallschicht 50 auf dem Substrat 40 verbunden ist und sowohl die Substratelektrode 29 der Anordnung als auch das Bezugspotential des Festkörperrelais darstellt. Der Feldeffekttransistor 25 weist ferner zwei leitende Plättchen 51 und 52, die leitend mit der Elektrode 26 bzw. 27 des Feldeffekttransistors 25 verbunden sind, sowie ein leitendes Plättchen 53 auf, das mit der Gateelektrode 28 des Feldeffekttransistors verbunden ist.

Das leitende Plättchen 51 ist mit dem Ausgangsanschluß 31 über eine Leitung 54 verbunden, während das leitende Plättchen 52 mit dem Ausgangsanschluß 32 über eine Leitung 55 verbunden ist. Ein mit dem Substrat 40 verbundenes leitendes Plättchen 56 erleichtert die Verbindung der verschiedenen Schaltungselemente des Festkörperrelais. Eine Leitung 57 a verbindet die Elektrode 19 und das leitende Plättchen 56. Eine Leitung 57 b verbindet die Elektrode 20 und die Metallschicht 50. Eine Leitung 58 verbindet das leitende Plättchen 53 der Gateelektrode und das leitende Plättchen 56. Eine Leitung 59 verbindet das eine Ende des Widerstandes 21 mit dem leitenden Plättchen 56. Eine Leitung 60 verbindet das andere Ende des Widerstandes 21 mit der Metallschicht 50.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Leuchtdiode 11. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung, in der der mit der Anode der Leuchtdiode 11 verbundene obere Leiter 41 und das Glassubstrat 43 zu sehen sind, auf das der mit der Kathode der Leuchtdiode verbundene untere Leiter 42 aufgebracht ist. Fig. 6 zeigt, daß derjenige Teil des unteren Leiters 42, auf dem die Leuchtdiode 11 sitzt, eine rechteckige Umrißlinie mit großen Öffnungen 61 und 62 aufweist, die den Durchgang des von der Leuchtdiode erzeugten Lichtes zu der Fotodiodenanordnung gestatten.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die Fotodiodenanordnung. Diese umfaßt ein polykristallines Substrat 46, dessen obere Oberfläche eine Mehrzahl von Siliciumdioxidnestern aufweist, von denen jedes eine Planardiode 18 enthält. Eine dünne Siliciumdioxidschicht 66 überdeckt jede der Dioden. Die anderen Stellen oberhalb der Diodenanordnung sind von einer dicken Siliciumdioxidschicht 67 bedeckt. Jede der Dioden weist ein P-leitendes Gebiet 68, das die Anode bildet, und ein darunterliegendes N-leitendes Gebiet 69 auf, das die Kathode der Diode bildet. In der dünnen Siliciumdioxidschicht oberhalb einer jeden Diode sind zwei Öffnungen 71 und 72 für den Zugang zu der Kathode und der Anode der Diode ausgebildet. Aluminiumleitungen 73 verbinden die Kathode einer Diode mit der Anode der benachbarten Diode in der in Fig. 8 gezeigten Weise, mit Ausnahme der Diode in der oberen rechten Ecke und der Diode in der unteren rechten Ecke der Anordnung. Das P-leitende Gebiet der Diode 18 in der oberen rechten Ecke der Anordnung ist an die Elektrode 19 angeschlossen, während das N-leitende Gebiet der Diode in der unteren rechten Ecke der Anordnung mit der Elektrode 20 verbunden ist.

Die in Fig. 7 und 8 gezeigte Fotodiodenanordnung wird folgendermaßen hergestellt: Ausgehend von einer Einkristall-Siliciumscheibe wird eine Mehrzahl von als "Mesas" bezeichneten Hochebenen auf der einen Oberfläche der Scheibe mittels der bekannten Maskierungs- und Ätztechniken ausgebildet. Die Mesas werden dann oxidiert, um die Siliciumdioxidnester 65 zu bilden. Der Platz zwischen den oxidierten Mesas wird anschließend mit polykristallinem Silicium unter Verwendung der bekannten Pyrolysetechnik aufgefüllt, um das Substrat 46 zu bilden. Anschließend wird die entgegengesetzte Fläche der Siliciumscheibe geschliffen, geläppt und geätzt, um die gezeigte Struktur auszubilden, bei der die Scheibe aus einkristallinem Silicium in eine Mehrzahl von Teilen geteilt wird, von denen jeder von dem polykristallinen Substrat 46 und von jedem anderen Teil isoliert ist. Die Standardplanarsiliciumtechnik wird eingesetzt, um die Planardioden herzustellen, die die gezeigte Struktur haben und von der dünnen Siliciumdioxidschicht 66 bedeckt sind, die ihrerseits mit der dicken Siliciumdioxidschicht 67 verbunden ist.

Die Fig. 9 und 10 zeigen einen Hochleistungs- Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit einem hohen Seitenverhältnis. Der Feldeffekttransistor 25 umfaßt eine Einkristallscheibe, die die Substratelektrode 29 bildet, in der ein erster Satz von N-leitenden Gebieten 26 mit fingerähnlichen Fortsätzen ausgebildet ist, zwischen die kammähnlich oder alternierend ein zweiter Satz von N-leitenden Gebieten 27 mit fingerähnlichen Fortsätzen geschoben ist. Auf der oberen Oberfläche des Substrats 29 hat das N-leitende Gebiet 26 von dem N-leitenden Gebiet 27 einen einheitlichen geringen Abstand, der dem Kanalabstand entspricht. Der Kanal erstreckt sich in Falten von einer Seite des Substrats zu der anderen. Der Kanal ist von einer dünnen Siliciumdioxidschicht 75 bedeckt, über der eine leitende Gateelektrode 28 entsprechend den gefalteten Kanalgebieten liegt. Ein metallischer Leiter 77 ist mit der fingerähnlichen Elektrode 26 und ein metallischer Leiter 78 ist mit der fingerähnlichen Elektrode 27 verbunden. Die gezeigte Anordnung wird beispielsweise von einer isolierenden Siliciumdioxidschicht bedeckt, in der Öffnungen für die Verbindungen zu den Leitern 77, 78 und 28 ausgebildet sind. Auf der isolierenden Schicht sind, wie in Fig. 2 gezeigt, Plättchen 51, 52 und 53 aufgebracht, die durch die Öffnungen in der Siliciumdioxidschicht mit den Leitern 77, 78 bzw. 28 verbunden sind.

Bei dem in den Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Festkörperrelais ist die aus Galliumarsenid bestehende Leuchtdiode 11 mit einer PN-Übergangsfläche von ungefähr 0,580 mm² über einer aus etwa 20 Planardioden bestehenden Anordnung mit dem in Fig. 7 und 8 gezeigten Aufbau angeordnet, wobei jede Diode eine Übergangsfläche von ca. 0,0067 mm² hat. Der auf einem Siliciumsubstrat aufgebaute Isolierschicht- Feldeffekttransistor vom Anreicherungs-Typ hat eine Kanallänge von 4 µm und ein Seitenverhältnis von 10 000. Die Kapazität zwischen der Gateelektrode und dem Substrat des Feldeffekttransistors beträgt ungefähr 60 Picofarad. Der Entladungswiderstand 21 hat ungefähr 15 M Ω. Wenn keine Steuerspannung an den Eingangsanschlüssen 14 und 16 anliegt, so beträgt die zwischen den Ausgangsanschlüssen gemessene Impedanz ungefähr 1000 M Ω. Nach dem Anlegen einer Steuerspannung verringert sich die Impedanz zwischen den Ausgangsanschlüssen nach 1 ms auf 2 Ohm. Nach dem Fortfall der Steuerspannung erreicht die Impedanz zwischen den Ausgangsanschlüssen nach 1 ms ihren ursprünglichen Wert.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wurden für die Dioden 35 und 36 Schottky-Dioden verwendet, deren Einsatzspannung für die Vorwärtsleitfähigkeit kleiner als die Einsatzspannung für die Vorwärtsleitfähigkeit an dem PN-Übergang des Isolierschicht-Feldeffekttransistors ist. Die Schottky-Dioden wurden auf dem Substrat 50 entsprechend Fig. 1 aufgebracht. Durch diese Maßnahmen ist das in den Fig. 2 und 3 gezeigte Festkörperrelais auch zum Schalten von Wechselspannungen geeignet.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Festkörperrelais ist ein Widerstand 21 zwischen die Gateelektrode und die Substratelektrode des Feldeffekttransistors geschaltet. Es versteht sich, daß dieser Widerstand durch ein aktives Bauelement, wie z. B. durch einen Transistor, ersetzt werden kann.

Der Feldeffekttransistor gemäß Fig. 1 benötigt einen symmetrischen Source- und Drainaufbau.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Festkörperrelais ist, daß die Verringerung der Lichtleistung der Leuchtdiode aufgrund von Alterung nicht die im eingeschwungenen Zustand in der Fotodiodenanordnung erhaltene Spannung beeinträchtigt. Die Verringerung setzt nur den Kurzschlußstrom herab, so daß die Zeit ansteigt, in der die Spannung im eingeschwungenen Zustand erreicht wird. Damit verändert die Verringerung der Leistung der Leuchtdiode nicht das Durchschalten des Transistors. Vielmehr wird nur diejenige Zeit verlängert, nach der der Transistor durchschaltet.

Da die Ausgangsspannung der Fotodiodenanordnung im eingeschwungenen Zustand im wesentlichen unabhängig von der Stromrichtung in der Fotodiodenanordnung und somit von der Lichtleistung der Leuchtdiode ist, ist das erfindungsgemäße Festkörperrelais auch für den Betrieb mit einer Steuer-Wechselspannung geeignet. Da jedoch die Lichtleistung gepulst ist, wird die Endspannung der Fotodiodenanordnung nicht so schnell wie beim Betrieb mit einer Steuer-Gleichspannung erreicht. Somit schaltet das Relais beim Betrieb mit einer Steuer-Wechselspannung langsamer als beim Betrieb mit einer Steuer-Gleichspannung. Natürlich muß die Wechselspannung eine geringere Spitzenspannung als die Durchbruchspannung der Leuchtdiode 11 aufweisen.

Claims (8)

1. Festkörperrelais mit einer mit zwei Eingangsanschlüssen verbundenen Leuchtdiode, die mit mehreren in Reihenschaltung miteinander verbundenen und parallel zu einer eine hohe Impedanz erzeugenden Einrichtung geschalteten Fotodioden optisch gekoppelt ist, welche die Gateelektrode eines Feldeffekttransistors bei einer an den Eingangsanschlüssen anliegenden Steuerspannung derart ansteuern, daß die Impedanz zwischen zwei stromführenden, jeweils mit einem Ausgangsanschluß verbundenen Elektroden des Feldeffekttransistors einen wesentlich anderen Wert als bei fehlender Steuerspannung hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (25) eine mit einem festen Bezugspotential verbundene Substratelektrode (29) aufweist, daß die Reihenschaltung der Fotodioden (18) zwischen die Gateelektrode (28) und die Substratelektrode (29) geschaltet ist und daß zwischen die Substratelektrode und jede der stromführenden Elektroden (31, 32) jeweils eine Gleichrichterdiode (35 bzw. 36) geschaltet ist, die zu dem Bezugspotential hin die gleiche Polung wie die mit ihr verbundene stromführende Elektrode hat und die bei einer wesentlich kleineren Spannung als diese Elektrode zu leiten beginnt.

2. Festkörperrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor (25) ist.

3. Festkörperrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschicht-Feldeffekttransistor (25) ein Anreicherungstyp ist.

4. Festkörperrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschicht-Feldeffekttransistor (25) ein Verarmungstyp ist.

5. Festkörperrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis des Isolierschicht-Feldeffekttransistors (25) sehr groß ist.

6. Festkörperrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Elektroden (31, 32) bezüglich eines Substrats (29) symmetrisch angeordnet sind.

7. Festkörperrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihenschaltung miteinander verbundenen Fotodioden (18) eine Planaranordnung aus Dioden bilden, die auf einem gemeinsamen Substrat (46) sitzen und voneinander dielektrisch isoliert sind.

8. Festkörperrelais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (46) aus polykristallinem Silicium mit einer Hauptoberfläche gebildet ist, daß die Fotodioden (18) jeweils einen Körper (69) aus Silicium des einen Leitfähigkeitstyps mit einer ebenen Oberfläche und ein Gebiet (68) des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweisen, das in der Nachbarschaft des größeren Teils der ebenen Oberfläche angeordnet ist, wobei der Körper (69), der von einer dünnen Schicht (65) aus Siliciumdioxid umgeben und unter Bildung einer koplanaren Oberfläche in das Substrat (46) eingebettet ist, die eine Elektrode und das Gebiet (68) des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps die andere Elektrode der jeweiligen Fotodiode (18) bildet, und daß zwei der Hauptoberfläche benachbarte Leitungen (73) vorgesehen sind, die die Fotodioden (18) in Reihenschaltung zwischen die Gateelektrode (28) und die Substratelektrode (29) schalten.