DE3118353A1

DE3118353A1 - Thyristor mit abschaltbarem emitter-kurzschluss

Info

Publication number: DE3118353A1
Application number: DE19813118353
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.rer.nat. 8041 Haimhausen Platzöder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-12-09

Description

Thyristor mit abschaltbarem Emitter-Kurzschluß
Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der eine außenliegende, mit einer ersten Elektrode versehene n-Emitterschicht, eine außenliegende, mit einer zweiten Elektrode versehene p-Emitterschicht und zwei an diese jeweils angrenzende Basisschichten enthält, mit einem an einer Grenzfläche des Halbleiterkörpers angeordneten, abschaltbaren Emitter-Kurzschluß, der den pn-Übergang zwischen einer der beiden Emitterschichten und der angrenzenden Basisschicht wahlweise niederohmig überbrückt, bei dem die n-Emitterschicht oder p-Emitterschicht in eine Mehrzahl von streifenförmigen Emitterzonen aufgeteilt ist, die jeweils mit untereinander leitend verbundenen Teilen der ersten bzw. zweiten Elektrode versehen sind, mit einer Mehrzahl von streifenförmigen, untereinander leitend verbundenen Kurzschlußelektroden, die neben den Emitterzonen liegen und Teile der angrenzenden Basisschicht,-die sich bis zur Grenzfläche des Halbleiterkörpers erstrecken, innerhalb der letzteren kontaktieren, und bei dem die Kurzschlußelektroden über einen Feldeffekttransistor (FET) mit den genannten Teilen der ersten bzw.
zweiten Elektrode verbunden sind, nach Patent .. . ....
(Aktenzeichen P 29 45 391.6).
Im Hauptpatent wird der genannte Feldeffekttransistor dazu benutzt, die Kurzschlußelektroden mit den ersten bzw. zweiten Elektroden zu verbinden und dadurch einen Kurzschluß zwischen Emitterschicht und angrenzender Basisschicht zu erzielen. Ist der Thyristor eingeschaltet, so kann durch Zuschalten der Kurzschlüsse erreicht werden, daß der Thyristor gelöscht wird. Dieser Effekt hat seinen Grund darin, daß ein derart großer Teil des durch den Halbleiterkörper fließenden Stroms unter Umgehung der Emitterschichten in die Kurzschlußelektroden abfließt, daß die Summe der Stromverstärkungen im Thyristor c 1 wird. Der Thyristor wird damit gelöscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Thyristor nach Hauptpatent so weiterzubilden, daß das Anschalten der Kurzschlüsse mit noch weniger Aufwand möglich ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drain-Source-Strecke des FET unmittelbar und ohne Zwischenschaltung einer Spannungsquelle zwischen den Kurzschlußelektroden und den Teilen der ersten bzw. zweiten-Elektrode liegt.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert: Der in der Figur dargestellte Thyristor weist einen Halbleiterkörper mit Halbleiterschichten 1 bis 4 abwechselnden Leitungstyps auf, die beispielsweise aus dotiertem Silicium bestehen. Die außenliegende n-leitende Schicht 1 besteht aus Emitterzonen 1a bis ld und wird als n-Emitterschicht bezeichnet. Die außenliegende p-leitende Schicht 4 ist die p-Emitterschicht. Die p-leitende Schicht 2 und die n-leitende Schicht 3 sind Basisschichten. Die p-Emitterschicht 4 ist mit einer Anodenelektrode 5 und einem Anschluß A versehen. Die Emitterzonen 1a bis 1d können als einander parallelliegende Streifen ausgebildet sein. Auf-der p-Basisschicht 2, die sich bis zu einer Grenzfläche F des Halbleiterkörpers erstreckt, sind Kurzschlußelektroden 7, 8, 9 angeordnet, die ebenfalls streifenförmig ausgebildet sind und zwischen den oben genannten Emitterzonen 1a bis 1d liegen. Die Kurzschlußelektroden 7, 8 und 9 können durch eine die Emitterzonen und die Kurzschlußelektroden umgebenden Ring oder Halbring 6 elektrisch miteinander verbunden sein. Die Emitterzonen 1a bis 1d sind durch Teile 10, 11, 12 und 13 einer Kathodenelektrode kontaktiert. Diese Teile sind der Form der Emitterzonen angepaßt und daher ebenfalls im wesentlichen streifenförmig. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in der Figur sämtliche Elektroden schraffiert dargestellt.
Die Kurzschlußelektroden 6 bis 9 sind direkt und ohne eine Spannungsquelle mit einem Anschluß, z. B. dem Source-Anschluß eines Feldeffekttransistors (FET) 14 verbunden. Der andere Anschluß des FET, z. B. der Drain-Anschluß ist direkt mit dem Kathodenanschluß K und mit den Teilen 10, 11, 12 und 13 der Kathodenelektrode verbunden. Die Elektroden 6 bis 9 dienen auch als Steuerelektroden für den Thyristor und sind mit einer Zündimpulsquelle Z verbunden.
Liegt am Thyristor eine Spannung in Vorwärtsrichtung, d. h. an der Kathode K liegt negatives und an der Anode A positives Potential und ist der FET 14 gesperrt, so kann der Thyristor durch einen positiven Zündimpuls aus der Zündspannungsquelle Z gezündet werden. Damit fließt Strom von der Anode durch den Halbleiterkörper in die n-Emitter und zur Kathode K. Soll der Thyristor ausgeschaltet werden, so wird der FET 14 Uber seinen Gate-An- schluß leitend gesteuert. Damit werden die Kurzschlußelektroden 6 bis 9 mit den Elektroden 10 bis 13 elektrisch verbunden.
Ein Teil des Thyristorstroms fließt nun unter Umgehung der Emitterzonen 1a bis 1d über den FET 14 zum Kathodenanschluß E. Dieser Teil ist um so größer, je kleiner der Widerstand des FET im eingeschalteten Zustand (RDS ON) ist. Soll der Thyristor ausschalten, so muß das Produkt aus Thyristorstrom und der Summe der Bahnwiderstände unter den Emitterzonen 1a bis 1d und dem Widerstand RDS ON kleiner als die am pn-Übergang zwischen den Emitterzonen und der p-Basisschicht 2 liegende Spannung sein. Dann vermindert sich die Emission von Ladungsträgern aus den Emitterzonen 1a bis 1d und der Thyristor wird gelöscht, wenn die Summe der Stromverstärkungsfaktoren c 1 wird.
Dies ist bei einer Emitter-Basisvorspannung von etwa 0,5 V der Fall. Die Spannung von 0,5 V läßt sich unterschreiten, wenn man die Emitterzonen sehr schmal macht und ihre Abstände klein hält, z. B. jeweils 1 mm oder weniger.
Bei üblichen Dotierungen unter den Emitterzonen von z. 3. 1 . 1016 bis 8 . 1017 Atome cm~3 läßt sich bei der angegebenen Breite der Spannungsabfall unter 0,5 V senken, wenn ein FET mit einem RDS ON t- 0,1 W>verwendet wird. Damit kann ein Abschaltstrom von 2 bis 3 A erzielt werden. Für höhere Abschaltströme muß RDS ON noch kleiner werden. Dies kann z. B. durch spezielle niedrigsperrende Leistungs-FET mit einer maximalen Sperrspannung VDS von z. B. 50 V oder weniger erreicht werden, da der RDS ON mit sinkender maximaler Sperrspannung überquadratisch abfällt. Mit wachsender Fläche des FET läßt sich der Durchlaßwiderstand noch weiter verringern.
1 Figur 3 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche Thyristor mit einem Halbleiterkörper, der eine außenliegende, mit einer ersten Elektrode versehene n-Emitterschicht (1), eine außenliegende, mit einer zweiten Elektrode (5) versehene p-Emitterschicht (4) und zwei an diese jeweils angrenzende Basisschichten (2, 3) enthält; mit einem an einer Grenzfläche (F) des Halbleiterkörpers angeordneten, abschaltbaren Emitter-Kurzschluß, der den pn-Ubergang zwischen einer der beiden Emitterschichten und der angrenzenden Basisschicht wahlweise niederohmig überbrückt; bei dem die n-Emitterschicht oder p-Emitterschicht in eine Mehrzahl von streifenförmigen Emitterzonen (la bis Id) aufgeteilt ist, die jeweils mit untereinander leitend verbundenen Teilen (10 bis 13) der ersten bzw.

zweiten Elektrode versehen sind; mit einer Mehrzahl von streifenförmigen, untereinander leitend verbundenen Kurzschlußelektroden (6 bis 9), die neben den Emitterzonen (1a bis 1d) liegen und Teile der angrenzenden Basisschicht (2), die sich bis zur Grenzfläche (F) des Halbleiterkörpers erstrecken, innerhalb der letzteren kontaktieren; und bei dem die Kurzschlußelektroden (6 bis 9) über einen Feldeffekttransistor (FET) (14) mit den genannten Teilen (10 bis 13) der ersten bzw. zweiten Elektrode verbunden sind, nach Patent .. . .... .. (Aktenzeichen P 29 45 391.6), dadurch gekennzeichnet, daß die Drain-Source-Strecke des FET (14) unmittelbar und ohne Zwischenschaltung einer Spannungsquelle zwischen den Kurz schlußelektro den (6. bis 9) und den Teilen (10 bis 13) der ersten bzw. zweiten Elektrode liegt.
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 der Durchlaßwiderstand des FET im eingeschalteten Zustand < 0,1 Q 0,1#ist.
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 die maximale Sperrspannung des FET höchstens 50 V beträgt.