DE3435464A1

DE3435464A1 - Rectifier diode

Info

Publication number: DE3435464A1
Application number: DE19843435464
Authority: DE
Inventors: Vesna Biallas; Klaus Dipl.-Ing. Dr. Heyke; Richard Dipl.-Ing. 7410 Reutlingen Spitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1986-04-10

Abstract

A rectifier diode is proposed which is preferably provided for use as a rectifier diode in motor vehicles. The rectifier diode is constructed as a multi-layer diode, like a zener diode. The basic material of the diode has a high doping level, and additional recombination centres are incorporated in the centre layer. In this way, a low power loss is obtained, as are greatly reduced current surges during the transition from the forward direction to the reverse direction. <IMAGE>

Description

Gleichrichterdiode Rectifier diode

Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Gleichrichterdiode nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits Gleichrichterdioden bekannt, die als Dreischichtelemente mit der + Schichtfolge p- n- n aufgebaut sind. Bei einer Spannungsumkehr von Flußrichtung in Sperrichtung fließt zunächst durch die in der Diode vorhandene Restladung ein erheblicher Sperrstrom, der nach Abbau dieser Restladung auf den statischen Sperrstromwert abnimmt. Die dabei auftretende hohe Stromsteilheit verursacht in einem induktiven Schaltkreis eine Überspannungsspitze, die der Gleichung IU#L.di/dt genügt. Diese Überspannungsspitzen treten beispielsweise auch in Kraftfahrzeugen im G#eichrichterstromkreis auf. Dort werden derartige Dioden zur Gleichrichtung der vom Drehstromgenerator erzeugten Wechselspannung eingesetzt. Damit keine Störungen im Radio oder in der Zündungselektronik oder in anderen elektronischen Einrichtungen der Kraftfahrzeuge auftreten, sind zusätzliche Entstörmaßnahmen notwendig. In die bekannten Gleichrichterschaltungen werden zusätzliche, verhältnismäßig teure Kondensatoren eingesetzt, um die entstehenden Überspannungsspitzen auf ein erträgliches Maß zu reduzieren.PRIOR ART The invention relates to a rectifier diode according to the genre of the main claim. There are already known rectifier diodes that are constructed as three-layer elements with the + layer sequence p- n- n. At a Voltage reversal from the flow direction to the reverse direction initially flows through the in the Diode existing residual charge a significant reverse current, which after this residual charge has been reduced decreases to the static reverse current value. The high rate of current steepness that occurs causes an overvoltage spike in an inductive circuit similar to that of the equation IU # L.di / dt is sufficient. These overvoltage peaks also occur in motor vehicles, for example in the rectifier circuit. There such diodes are used for rectification the alternating voltage generated by the alternator is used. So no disturbances in the radio or in the ignition electronics or in other electronic devices the motor vehicles occur, additional interference suppression measures are necessary. In the known rectifier circuits are additional, relatively expensive Capacitors used to reduce the resulting overvoltage peaks to a tolerable level to reduce.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Gleichrichterdiode mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine hohe Dotierung des Grundmaterials der mehrschichtigen Halbleiterdiode und durch den zusätzlichen Einbau von Rekombinationszentren die Fluß spannungen an den Schichtübergängen nur unwesentlich beeinflußt werden und gleichzeitig das Ausräumen der Ladungsträger in der Mittelschicht beim Sperren beschleunigt wird. Beim Übergang von Flußrichtung zur Sperrichtung tritt nur eine kleine Stromspitze auf, die eine deutlich kleinere Spannungsspitze erzeugt, so daß zusätzliche Entstörmaßnahmen zumindest in den meisten Fällen nicht mehr erforderlich sind. Die hohe Grunddotierung des für die Gleichrichterdiode verwendeten Halbleitermaterials und die Einfügung von Rekombinationszentren in deren Mittelschicht lassen sich. auf verhältnismäßig einfache Weise realisieren. Als Rekombinationszentren können in ein ndotiertes Grundmaterial beispielsweise Gold- oder Palladium-oder Platinatome eingebaut werden. Die derart ausgebildete Gleichrichterdiode hat nur geringe Durchlaßverluste, reduzierte Umschaltverluste - besonders wesentlich bei Anwendungen mit höheren Frequenzen - und geringere Stromspitzen beim Umschalten.Advantages of the Invention The rectifier diode according to the invention with the features of the main claim has the advantage that by a high Doping of the base material of the multilayer semiconductor diode and by the additional Incorporation of recombination centers the flux tensions at the layer transitions only are insignificantly influenced and at the same time the evacuation of the charge carriers in the middle class when locking is accelerated. At the transition from the direction of flow in the reverse direction there is only a small current peak, the significantly smaller one Voltage spike generated, so that additional interference suppression measures at least in most Cases are no longer required. The high basic doping of the rectifier diode used semiconductor material and the insertion of recombination centers in their Middle class let themselves. realize in a relatively simple way. As recombination centers can be in a n-doped base material, for example gold or palladium or Platinum atoms are incorporated. The rectifier diode designed in this way has only low transmission losses, reduced switching losses - particularly important for Applications with higher frequencies - and lower current peaks when switching.

Die Gleichrichterdiode ist bezüglich ihrer Schichtfolge vorzugsweise wie eine Z- Diode ausgebildet, bei der die 3 Dotierung der Mittelzone 2 1017 Ladungsträger pro cm beträgt.The rectifier diode is preferred with regard to its layer sequence designed like a Zener diode, in which the 3 doping of the central zone 2 1017 charge carriers per cm.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.

Zeichnung Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.DRAWING The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild eines Gleichrichterschaltkreises mit einer Gleichrichterdiode, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Gleichrichterdiode im Schnitt, Fig. 3 den Verlauf der Dotierung in der Gleichrichterdiode und Fig. 4 den Verlauf des Diodenstroms.1 shows the block diagram of a rectifier circuit with a rectifier diode, FIG. 2 shows a rectifier diode according to the invention in Section, FIG. 3 the course of the doping in the rectifier diode and FIG. 4 the Diode current curve.

Der in Fig. 1 dargestellte induktive Schaltkreis besteht aus einem Wechselspannungsgenerator G, einer Induktivität L, einer Gleichrichterdiode D und einem Lastwiderstand RL.The inductive circuit shown in Fig. 1 consists of one AC voltage generator G, an inductance L, a rectifier diode D and a load resistor RL.

Bei Drehstromgeneratoren können beispielsweise sechs Dioden jeweils paarweise als Gleichrichterdioden geschaltet sein. Der in Fig. 1 dargestellte induktive Schaltkreis stellt d-emgegenüber einen vereinfachten Schaltkreis dar.In three-phase generators, for example, there can be six diodes each be connected in pairs as rectifier diodes. The inductive shown in Fig. 1 On the other hand, circuit represents a simplified circuit.

Beim Kommutierungsvorgang werden die Dioden bzw. die Diode von Flußrichtung in Sperrichtung gebracht. Durch die dabei auftretenden Stromspitzen werden in der Induktivität L Spannungen induziert, die möglichst gering gehalten werden sollten, um Störungen zu vermeiden.During the commutation process, the diodes or the diode change direction brought in the blocking direction. Due to the current peaks occurring in the Inductance L induces voltages that should be kept as low as possible, to avoid interference.

In Fig. 2 ist die Schichtfolge einer Gleichrichterdiode angegeben, wie sie auch bei Z-Dioden (Zener-Dioden) verwendet wird. Die Gleichrichterdiode besteht aus einer p+-Schicht, einer n-Mittelschicht und einer n+-Schicht. Der Verlauf der Dotierung in diesen Schichten ist in Fig. 3 dargestellt.In Fig. 2 the layer sequence of a rectifier diode is given, as it is also used with Zener diodes. The rectifier diode consists of a p + -layer, an n-middle layer and an n + -layer. The history the doping in these layers is shown in FIG.

Dort ist die Anzahl der Ladungsträger z pro cm3 über der Schichtdicke d der Gleichrichterdiode aufgetragen. Die Mittelzone weist eine Dotierung von über ca. 10 Ladungsträger pro cm3 auf. In die mittlere n-Schicht werden zusätzliche Rekombinationszentren eingebaut, so daß die Lebensdauer der freien Ladungsträger in der Mittelschicht verkürzt wird.There is the number of charge carriers z per cm3 over the layer thickness d applied to the rectifier diode. the Central zone has a Doping of about 10 charge carriers per cm3. Be in the middle n-layer additional recombination centers built in, so that the lifetime of the free charge carriers is shortened in the middle class.

Mit unterbrochener Linie ist der Verlauf der Anzahl der Ladungsträger bei geringer Grunddotierung angegeben.The course of the number of charge carriers is shown with a broken line indicated with low basic doping.

Würde man bei einer Diode mit derart niedriger Grunddotierung zusätzliche Rekombinationszentren einbauen, so hätte dies zur Folge, daß in Durchlaßrichtung eine deutlich höhere Verlustleistung und damit eine starke Erwärmung der Diode auftreten würde. Die Bahnspannung würde im Bereich der Mittelschicht stark erhöht werden.If you would have additional with a diode with such a low basic doping Incorporate recombination centers, this would have the consequence that in the forward direction a significantly higher power loss and thus a strong heating of the diode occur would. The web tension would be greatly increased in the area of the middle class.

Bei hoher Grunddotierung bewirken die zusätzlichen Rekombinationszentren keine nennenswerte Erhöhung der Verlustleistung.In the case of a high basic doping, the additional recombination centers cause no significant increase in power loss.

In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf des Diodenstromes I dargestellt, bei dem zum Zeitpunkt t = 0 der Übergang von Flußrichtung in Sperrichtung erfolgt. Die verhältnismäßig kleine Stromspitze in Sperrichtung induziert wegen der geringeren Steilheit an ihrer Spitze eine verhältnismäßig kleine Spannung. Die unterbrochene Linie zeigt den Stromverlauf bei einer herkömmlichen Gleichrichterdiode, deren Spitze eine wesentlich größere Steilheit aufweist, wodurch auch entsprechend höhere Spannungen induziert werden.In Fig. 4 the time course of the diode current I is shown, in which at time t = 0 the transition from flow direction to reverse direction takes place. The relatively small current peak in the reverse direction is induced because of the lower Steepness at its tip a relatively small voltage. The interrupted one Line shows the current curve in a conventional rectifier diode, its tip has a much greater steepness, which means that correspondingly higher voltages be induced.

Es wird noch angemerkt, daß die erfindungsgemäße Gleichrichterdiode insbesondere für Stromdichten von > 100 A/cm2 vorgesehen ist, jedoch auch für andere Anwendungen eingesetzt werden kann.It should also be noted that the rectifier diode according to the invention is intended in particular for current densities of> 100 A / cm2, but also for other applications can be used.

Claims

Rectifier diode claims rectifier diode for current densities N 100 A / cm2 for inductive circuits acting as a semiconductor element with an external p-layer, an outer n-layer and an intermediate n- or p-middle layer is constructed, characterized in that the semiconductor base material and thus the middle layer is also highly doped and has additional recombination centers in it are built into the middle class.

2. rectifier diode according to claim 1, characterized in that a layer sequence is provided as in a Zener diode, and that the doping of the Central zone B is 1017 load carriers per cm3.

3. Rectifier diode according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the semiconductor base material is a silicon chip with high basic doping is, and that in the middle layer gold or P-alIadium or platinum atoms as recombination centers are built in.