DE3000891C2

DE3000891C2 -

Info

Publication number: DE3000891C2
Application number: DE3000891A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Numazu Shizuoka Jp Sueoka; Satoshi Tokio/Tokyo Jp Ishibashi
Original assignee: MEIDENSHA TOKIO/TOKYO JP KK
Current assignee: MEIDENSHA TOKIO/TOKYO JP KK
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1988-07-28
Also published as: DE3000891A1; SE7910463L; SE445083B; US4486768A; GB2039413A; GB2039413B; JPS5595362A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen abschaltbaren Thyri stor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher Thyristor ist aus der DE-AS 24 31 022 bekannt. Der Thyristor ist aus einem ringförmigen mehrschichtigen Halbleiterplättchen aufgebaut und weist auf der freien Oberfläche der P-Basisschicht mehrere in Sektoren unter teilte Hauptemitterschichten mit darauf angeordneten Metal lisierungen für eine Hauptkathode auf, ferner eine zentrale erste Steuerelektrode in Kontakt mit der P-leitenden Basisschicht, einesich daran anschließende konzentrische Hilfsemitterschicht mit einer darauf angeordneten und jeweils einen Kontakt zu der P-leitenden Basisschicht herstellenden Hilfskathode sowie eine längs des äußeren Randes des Halbleiterplättchens gelegene zweite Steuerelektrode, die über die Sektoren der Haupt emitterschichten trennende Stege mit der Hilfskathode verbunden ist.

Die Hilfskathode wird über eine externe Diode mit der ersten Steuerelektrode verbunden, so daß ein Steuerstrom nur von der Hilfskathode über diese Diode zur ersten Steuer elektrode fließen kann.

Der Thyristor wird mittels einer Steuerschaltung, die zwischen der ersten Steuerelektrode und der Hauptkathode liegt, ein- und auch ausgeschaltet, wobei diese Steuer schaltung zwei Stromquellen entgegengesetzter Polarität und einen Schalter aufweist, mit dem zum Ein- bzw. Ausschalten des Thyristors die erste Steuerelektrode über eine der beiden Stromquellen mit der Hauptkathode verbunden wird. Die externe Diode, die kein Teil der Steuerschaltung ist, ermöglicht es, den Steuerstrom für das Abschalten des Thyristors niedrig zu halten.

Dieser Thyristor liefert jedoch keine gewünschten kurzen Abschaltzeiten.

Aus "Dynamische Probleme der Thyristortechnik", VDE-Ver lag GmbH, Berlin, 1971, Seiten 128 bis 138, ist es bekannt, bei Thyristoren mit einem Haupt- und einem Hilfsthyristorteil die Kontaktzone der Hilfskathode auf die Hilfsemitterschicht zu begrenzen und die Hilfskathode mit einer äußeren Steuerelektrode zu verbinden, um auf diese Weise den Laststrom des Hilfsthyristors an einer von diesem entfernten Stelle als Zündstrom für den Hauptthyristor einzuspeisen. Eine gesteuerte Abschaltung solcher Thyristoren ist jedoch nicht möglich.

Aus der DE-OS 27 12 533 ist ein Thyristor mit einer Kathode und mehreren Steuerelektroden bekannt, die die Kathode umgeben. Durch diese Maßnahme soll vornehmlich die Zündcharakteristik des Thyristors verbessert werden, ohne daß die Löschcharakteristik verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausschalt zeit eines gattungsgemäßen abschaltbaren Thyristors zu verkürzen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß läuft durch die Einbeziehung der Diode in die Steuerschaltung des Thyristors und durch die aus schließliche Kontaktierung der Hilfskathode mit der Hilfsemitterschicht beim Abschalten des Thyristors ein Steuerstrom durch zwei Stromkreise, nämlich einen, der durch die Hauptkathode, die Diode, die Hilfsemitter schicht, die P-Basisschicht und die zweite, dem Abschalten dienende, Steuer elektrode definiert ist, und einen weiteren Stromkreis, der durch die Hauptkathode, die Hauptemitterschicht, die P-Basisschicht und die zweite Steuerelektrode definiert ist.

Hierdurch wird der Hauptthyristorteil des Thyristors durch das Steuerstromsignal an dem Hilfsthyristorteil praktisch gleichzeitig mit diesem abgeschaltet. Dieser Vorteil wird durch einen einfachen Aufbau des Thyristors und durch eine ebenfalls einfache externe Beschaltung der Anschlüsse des Thyristors erreicht.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform eines abschaltbaren Thyristors,

Fig. 2 einen Schnitt längs II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines abschaltbaren Thyristors,

Fig. 4 einen Schnitt längs IV-IV in Fig. 3.

Ein abschaltbarer Thyristor gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein rechteckiges Plättchen 1 aus vier Halbleiter schichten abwechselnden Leitungstyps auf, nämlich einer ersten P-leitenden P₁-Schicht 2, einer darüber liegenden N-leitenden N₁-Schicht 3, einer P-leitenden P₂-Basis schicht 4 mit einer freien Oberfläche und mehreren in dieser Oberfläche befindlichen N-leitenden Schichten, nämlich Hauptemitterschichten 5 (N₂) und eine Hilfsemitter schicht 6 (N₃). Auf der freien Oberfläche der P₂-Basisschicht 4 ist eine Metallisierung 7 für eine erste Steuerelektrode G ₁ vorgesehen, ferner ist in einer kammförmigen Vertiefung 12 aus einem zur einen Seite des Plättchens parallelen Teil 12 a und von diesen abzweigenden fingerförmigen Teilen 12 b eine ebenso ausgebildete Metallisierung 8 aus Teilen 8 a und 8 b vorgesehen, die den Anschluß einer zweiten Steuerelek trode G ₂ bildet. Die einzelnen Teile der Metallisierung 8 der zweiten Steuerelektrode G ₂ umgeben die Hauptemitter schichten 5 auf drei Seiten. Auf diesen Hauptemitterschich ten 5 sind Metallisierungen 9 aufgebracht, die den Anschluß einer Hauptkathode K bilden.

Auf der streifenförmigen Hilfsemitterschicht 6, die den Kammzinken der zweiten Steuereleketrode 8 gegenüberliegt und somit den Hauptemitterschichten 5 auf der vierten Seite gegenüberliegt, ist eine Metallisierung 10 mit entsprechen den Anschlüssen vorgesehen, die eine Hilfskathode bildet.

Auf der Unterseite der P₁-Schicht 2 ist eine Metallisierung 11 mit einem Anschluß zur Bildung einer Anode A aufge bracht.

Zwischen die Metallisierung 8 als Anschluß der zweiten Steuerelektrode G ₂ und die Metallisierung 9 als Anschluß der Hauptkathode K ist eine Reihenschaltung aus einer Steuerstromquelle 13 und einem Schalter 14 geschaltet; zwischen den Anschluß 8 der Steuerelektrode G ₂ und die Hilfskathode 10 ist ein äußerer Widerstand 15 geschaltet; ferner ist zwischen der Metallisierung 9 als Anschluß der Hauptkathode K und der Hilfskathode 10 eine Diode 16 in Durchlaßrichtung gelegen.

Die Schichten 2, 3, 4 und 5 bilden gemeinsam mit der Anode A und der Hauptkathode K einen Hauptthyristorteil M, die Schichten 2, 3, 4 und 6 definieren mit der Anode A und der Hilfskathode 10 einen Hilfsthyristorteil S.

Wesentlich für die Funktion des beschriebenen Thyristors ist, daß die Hilfskathode 10 ausschließlich Kontakt mit der Hilfsemitterschicht 6 hat und daß aufgrund der Diode 16 zwischen Hauptkathode K und Hilfskathode 10 nur ein Strom von ersterer zu letzterer fließen kann.

Zum Einschalten des Thyristors wird bei geöffnetem Schalter 14 und Anlegen einer Durchlaßspannung zwischen der Anode A und der Hauptkathode K der Hilfsthyristorteil S durch Anlegen eines Steuerstromes zwischen der Hauptkathode K und der Steuerelektrode G ₁ gezündet, wonach anschließend der Hauptthyristorteil aufgrund des Steuerstromes gezündet wird.

Zum Ausschalten des Thyristors wird der Schalter 14 geschlossen, wodurch auch der Hilfsthyristorteil S gleich zeitig ausgeschaltet wird. Dies erfolgt über eine von der Steuerstromquelle 13 gelieferte Sperr spannung, die durch die Diode 16 zwischen der Hilfskathode 10 und der zweiten Steuerelektrode G ₂ über die Hilfsemit terschicht 6 und die P₂-Basisschicht 4 wirkt.

Für einen abschaltbaren Thyristor mit einer elektrischen Durchschlagsfestigkeit von etwa 1200 Volt, einem Wider standswert von etwa 20 Ohm des äußeren Widerstandes 15 und einem Durchlaßstrom von 500 Ampere, wurden Ausschaltzeiten von etwa 5 µsec erreicht.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Variante des abschaltbaren Thyristors gemäß den Fig. 1 und 2 dargestellt. Gleichartige Elemente wie in Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Dieser Thyristor ist aus einem mehrschichtigen Halbleiterplättchen 1 a aufgebaut, wobei eine scheibenförmige Metallisierung 7 a in der Mitte der freien Oberfläche der P₂-Basisschicht 4 angeordnet ist, wobei mit dieser Metallisierung 7 a ein Anschluß für eine erste Steuerelektrode G ₁ verbunden ist. An der Außenkante der freien Oberfläche der P₂-Basisschicht 4 ist eine ringförmige Vertiefung 12 c vorgesehen, von der mehrere Radialschlitze 12 d ausgehen, die sich in Richtung auf das Zentrum des Plättchens 1 a erstrecken. Eine Metallisierung 8 a ist auf den Boden der Vertiefung 12 bzw. 12 c aufgebracht und besteht aus einem ringförmigen Teil 8 c und in Richtung auf das Zentrum des Halbleiterplättchens 1 a sich erstreckenden Fingern 8 d. Mit dieser Metallisierung ist ein Anschluß für eine zweite Steuerelektrode G 2 vorgesehen.

Weiterhin sind mehrere sektorförmige N-leitende Hauptemit terschichten 5 a (N₂) zwischen den fingerförmigen Vertiefungen 12 d vorgesehen, auf denen jeweils Metallisierungen 9 a aufgebracht sind, die gemeinsam zu einem Anschluß einer Hauptkathode K elektrisch verbunden sind. Eine ringförmige N-leitende Hilfsemitterschicht 6 a (N₃) ist koaxial um die erste Steuerelektrode G ₁ herum angeordnet, und zwar im Abstand zwischen dieser Steuerelektrode G ₁ und der Hauptkatho de K sowie einer ringförmigen Metallisierung 10 a, die eine Hilfskathode für den Hilfsthyristorteil bildet und wiederum nur mit der Hilfsemitterschicht 6 a (N₃) in Kontakt steht.

Der weitere Aufbau und die externe Beschaltung des Thyristors ist wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Claims

Abschaltbarer Thyristor mit einem Haupt- und einem Hilfsthyristorteil, aufgebaut aus vier Schichten abwech selnden Leitungstyps, bei dem eine P-leitende Basisschicht eine freie Oberfläche aufweist, und in dieser Oberfläche mehrere N-leitende Schichten als Kathodenemitterschichten für den Hauptthyristorteil, die Hauptemitterschichten, und eine N-leitende Schicht als Kathodenemitterschicht für den Hilfsthyristorteil, dieHilfsemitterschicht, ausgebildet sind, sowie auf dieser freien Oberfläche in Kontakt mit der P-Basisschicht eine erste und eine zweite Steuerelektrode und auf den Haupt- und Hilfsemitter schichten jeweils eine Haupt- und Hilfskathode angeordnet sind, wobei die Hauptemitterschichten jeweils auf drei Seiten von der ihnen allen gemeinsamen zweiten Steuerelektrode umgeben sind und ihrer jeweils vierten Seite gegenüber liegend die erste, dem Einschalten des Thyristors dienende Steuerelektrode und zwischen dieser und den Hauptemitterschichten die Hilfsemitterschichten angeord net sind, und mit einer Steuerschaltung, die zum Abschalten des Thyristors eine Steuerstromquelle und einen Schalter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskathode (10, 10 a) ausschließlich Kontakt mit der Hilfsemitterschicht (6, 6 a) hat, und daß die Steuerschal tung sich zwischen Hauptkathode (K) und zweiter Steuerelektrode (Ga) befindet und eine Diode (16, 16 a) aufweist, die so zwischen Hauptkathode (K) und Hilfskathode (10, 10 a) geschaltet ist, daß ein Strom nur von ersterer zu letzterer fließen kann.