DE3527857C2

DE3527857C2 -

Info

Publication number: DE3527857C2
Application number: DE19853527857
Authority: DE
Inventors: Roland 7994 Langenargen De Schuhwerk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1985-08-02
Publication date: 1990-03-22
Also published as: DE3527857A1

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares, elektrisches Halbleiter- Flächenheizelement.The invention relates to a controllable, electrical semiconductor Surface heating element.

Heizelemente sind in verschiedener Ausführungsform und aus verschiedenen elektrischen Widerstandsmaterialien bekannt und für verschiedene Anwendungszwecke und verschiedene Temperaturbereiche und Spannungen vorgesehen.Heating elements are in different designs and made known and for various electrical resistance materials different applications and different temperature ranges and Tensions provided.

Ein Halbleiter-Flächenheizelement der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-AS 22 55 736 bekannt. Hierbei ist es bereits vorgesehen, bekannte Halbleiterbauelemente, wie bipolare Transistoren, Fet′s und MOS-Fet′s als Heizelemente einzusetzen.A semiconductor surface heating element of the type mentioned is already known from DE-AS 22 55 736. Here it is already provided known semiconductor devices, such as bipolar transistors, fet's and Use MOS fet's as heating elements.

Aus Ruge, R., Halbleitertechnologie, Springer-Verlag, 1984 Seite 246-251 und 302-311 ist es bereits bekannt in Verbindung mit einer elektrischen Heizvorrichtung die Halbleiterbauelemente mit ring- oder streifenförmigen Gate-Elektroden zu versehen.From Ruge, R., Semiconductor Technology, Springer-Verlag, 1984 page 246-251 and 302-311 it is already known in connection with an electrical Heater the semiconductor devices with ring or to provide strip-shaped gate electrodes.

Die bekannten Halbleiter-Flächenheizelemente verwenden demnach die Dioden- oder Transistorstrecke eines Halbleiters, um damit eine Heizwirkung hervorzurufen, wobei nach Art der Funktion eines Fet-Transistors durch das Potential am Gate der Stromfluß noch beeinflußt werden kann. The known semiconductor surface heating elements therefore use the Diode or transistor path of a semiconductor to make a To cause heating effect, depending on the type of function of a Fet transistor through the potential at the gate the current flow still can be influenced.

Nachteilig hierbei wird mit einem derartigen Flächenheizelement jedoch nur eine flächenhafte Wärmeabgabe erreicht.However, a disadvantage with this type of surface heating element only achieved an areal heat emission.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, ein steuerbares Flächenheizelement anzugeben, das eine nahezu punktuelle Wärmeabgabe ermöglicht.The object of the registration is based on the task of being controllable Surface heating element to indicate that an almost selective heat emission enables.

Zur Lösung der Aufgabe ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine ringförmig dotierte Gate-Elektrode von der einen Oberfläche eines Halbleiterplättchens bis zwischen 1/5 und 1/2 der Plättchendicke reicht, das innerhalb dieser Gate-Elektrode eine Source-Elektrode angeordnet ist, und daß sich auf der anderen Plättchenseite eine Drain-Elektrode befindet.To achieve the object, the invention provides that a ring-doped gate electrode from one surface of a Semiconductor wafer extends between 1/5 and 1/2 of the wafer thickness, a source electrode is arranged within this gate electrode and that there is a drain electrode on the other side of the plate located.

Das Wesen der Erfindung liegt demnach darin, daß nach Art der Funktion einer Röhre eine tiefe Dotierung innerhalb des Halbleiters vorgenommen wird, wodurch ein großer Stromfluß in der Tiefe eine gute Leistungsabgabe erreicht wird. Der Drain-Anschluß stellt hierbei die Kathode dar, während der Source-Anschluß die Anode ergibt und als Gitter der Gate-Anschluß verwendet wird.The essence of the invention is therefore that of the type of function a deep doping within the semiconductor a large current flow in the depth is a good one Power output is achieved. The drain connection provides the Cathode, while the source connection gives the anode and as a grid the gate connector is used.

Allerdings wird dem Wesen der Erfindung nach dort nicht etwa die Funktion eines sonst bekannt Fet-Transistors erreicht, wo durch das Potential am Gate der Stromfluß beeinflußt wird.However, according to the essence of the invention, there is not the Function of an otherwise known FET transistor achieved where by that Potential at the gate of the current flow is affected.

Bei der Erfindung wird demgegenüber das Gate von Stromfluß durchdrungen, wodurch am Gate nicht nur ein Potential anliegt, sondern dort ein echter Strom fließt. In dieser Art wird nach der Erfindung ein Heizelement geschaffen, wo der Stromfluß noch gesteuert werden kann, wenn zwischen Source und Gate ein Strom angelegt wird. Im Unterschied zu an sich bekannten Transistorstrecken wird bei der Erfindung ein Halbleiter vorgesehen, wo tiefe, ringförmige Elektroden angeordnet sind, wobei die ringförmigen Elektroden bis zu einer Tiefe von etwa der Hälfte in das Basismaterial hineinreichen.In contrast, in the invention, the gate of current flow penetrated, whereby not only a potential is present at the gate, but a real current flows there. In this way, according to the invention Heating element created where the current flow can still be controlled when a current is applied between the source and gate. In contrast to known transistor paths is used in the invention Semiconductors are provided where deep, ring-shaped electrodes are arranged, the annular electrodes to a depth of about half reach into the base material.

In einer Ausgestaltung sind auf dem Halbleiterplättchen ein Steuer- und ein Heizelement integriert.In one embodiment, a control and integrated a heating element.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn mehrere Basis-Heizelemente in Parallelschaltung auf einem Halbleiterplättchen vorgesehen sind. Das Halbleiter-Flächenheizelement ist hierbei vorteilhaft als Sperrschicht Feldeffekttransistor mit Volumenstromfluß ausgebildet.It is advantageous if several basic heating elements in Parallel connection are provided on a semiconductor wafer. The semiconductor surface heating element is advantageous as Junction field effect transistor formed with volume flow.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der kleinste mittlere Durchmesser bei ovaler Gate-Elektrode, bzw. der mittlere Abstand der parallelen Ektrodenbereiche der Gate-Elektrode etwa 20 Mikrometer und die Länge etwa das 5fache betragen.In a particularly advantageous embodiment, it is provided that the smallest average diameter with oval gate electrode, or the average distance between the parallel electrode regions of the gate electrode approximately 20 microns and the length is about 5 times.

Als Halbleitermaterialien können die üblichen, für elektronische Zwecke bekannten Materialien verwendet werden, z. B. Ge, GaAs und andere Materialien aus der III, IV oder V Gruppe des periodischen Systems insbesondere aber Si verwendet werden.The usual semiconductor materials can be used for electronic purposes known materials are used, e.g. B. Ge, GaAs and others Materials from the III, IV or V group of the periodic system but in particular Si can be used.

Das Plättchen kann als einfache Diode mit P/N-Übergängen oder einfach als Halbleiter-Strecke eingesetzt werden. Bei diesem Einsatz ist ggf. eine äußere Steuerung notwendig. Bevorzugt wird jedoch der Einsatz des Halbleitermaterials in Form von steuerbaren Elementen, wie bipolaren Transistorsen, Mehrschichtdiode wie Thyristor oder dgl., und insb. in Form von Sperrschicht- oder MOS-Feldeffekttransistoren.The tile can be as simple Diode with P / N junctions or simply used as a semiconductor path will. External control may be necessary for this application. However, the use of the semiconductor material in the form of controllable elements such as bipolar transistors, multilayer diodes such as Thyristor or the like, and in particular in the form of a junction or MOS field effect transistors.

Von besonderer Bedeutung ist dabei eine solche Strukturierung des Halbleiterelementes durch Dotierung und durch ausgewählte räumliche Anordnung der dotierten Bereiche derart, daß der Strom durch das Plättchenvolumen und nicht entlang der Oberfläche des Halbleiterelementes fließt.Such a structuring of the Semiconductor element by doping and by selected spatial Arrangement of the doped areas such that the current through the Platelet volume and not along the surface of the Semiconductor element flows.

In einer weiteren Ausgestaltung des Halbleiter-Flächenheizelementes ist es vorgesehen, daß es als einfache Halbleiterstrecke in Form eines Plättchens mit einer Dicke zwischen 300-600 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von etwa 400-500 Mikrometer, ausgebildet ist.In a further embodiment of the semiconductor surface heating element it provided that it was a simple semiconductor section in the form of a Platelets between 300-600 microns thick, preferably is in the range of about 400-500 microns.

Bei der Ausbildung des Flächenheizelementes mit ringförmigen Elektroden die bis zur Hälfte in das Material eindringen, ist hierbei die Ringelektrode die bevorzugt etwa oval ausgebildet ist, als Gate-Elektrode geschaltet die eine langgestreckte Source- oder Drain-Elektrode umgibt, während auf der gegenüberliegenden Fläche die dritte Elektrode angebracht ist. In dieser Anordnung können die Drain- und Source-Elektroden auch vertauscht werden.When forming the surface heating element with annular electrodes that penetrate half way into the material is the Ring electrode which is preferably approximately oval, as Gate electrode switched an elongated source or Drain electrode surrounds while on the opposite surface third electrode is attached. In this arrangement, the drains and source electrodes can also be interchanged.

Wichtig ist dabei, daß abhängig von der Anwendung bestimmter Abmessungen und Formen der dotierten Bereiche eingehalten werden, wie dies im einzelnen aus der Figurenbeschreibung hervorgeht.It is important that depending on the application of certain dimensions and forms of the doped areas are observed, as is described in the individual emerges from the description of the figures.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
Further advantageous refinements also result from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen näher er läutert.The invention will now be described with reference to a schematic Drawings in some embodiments he closer purifies.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein elektrischen Heizelement gemäß der Erfindung. Fig. 1 is a plan view of an electrical heating element according to the invention.

Fig. 1a ein allgemeines Ersatzschaltbild. Fig. 1a shows a general equivalent circuit.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Heizelement nach Fig. 1. FIG. 2 shows a longitudinal section through the heating element according to FIG. 1.

Fig. 2a ein Ersatzschaltbild zu diesem Heizelement. Fig. 2a shows an equivalent circuit to this heating element.

Fig. 3 ein Flächenheizelement, das aus einer Vielzahl parallel geschalteter elektrischer Heizelemente zusammengesetzt ist. Fig. 3 is a surface heating element which is composed of a plurality of electrical heating elements connected in parallel.

Fig. 4 die Anordnung des Heizelementes in Bezug auf die aufzuheizende Fläche eines Körpers oder Gegenstandes. Fig. 4 shows the arrangement of the heating element with respect to the surface of a body or object to be heated.

Fig. 5 eine Heizanordnung mit Heizelementen nach der Erfindung mit in jedem Heizelement integrierter Steuerung. Fig. 5 shows a heating arrangement with heating elements according to the invention with control integrated in each heating element.

Fig. 6 schematisch eine Parabolantenne mit Heizele menten gemäß der Erfindung. Fig. 6 schematically shows a parabolic antenna with Heizele elements according to the invention.

Fig. 7 eine Heizanordnung mit externer Steuerung. Fig. 7 shows a heating arrangement with external control.

Das Heizelement nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem Halb leiterplättchen aus Germanium oder Silicium. Das dargestellte Heizelement ist ein solches mit inte grierter Steuerung. Es weist eine Dicke von bevorzugt etwa 160 Mikrometer auf. Diese Dicke kann ggf. geringer oder größer sein und zwischen 100 und 250 Mikrometer liegen. Es ist im dargestellten Beispiel eine ringförmige Gate-Elektrode 2 vorgesehen, die durch einen dotierten Bereich bestimmt wird, der vorzugsweise bis etwa zu einem Viertel der Dicke H des Plättchens reicht. Die Tiefe kann auch zwischen 1/5 und der Hälfte der dicke H gewählt werden. Die ringförmige Gate-Elektrode 2 ist langgestreckt oder ovalförmig ausgebildet. Sie umgibt einen weiteren rechteckigen langgestreckten Elektrodenbereich 3, der im dargestellten Beispiel die Source-Elektrode darstellt. Auf der gegenüberliegenden Fläche des Halbleiterplätt chens ist die Drain-Elektrode 4 flächenmäßig aufgebracht.The heating element according to Fig. 1 and 2 consists of a semiconductor chip made of germanium or silicon. The heating element shown is one with integrated control. It has a thickness of preferably approximately 160 micrometers. This thickness may be less or greater and may be between 100 and 250 microns. In the example shown, an annular gate electrode 2 is provided, which is determined by a doped region which preferably extends up to about a quarter of the thickness H of the plate. The depth can also be chosen between 1/5 and half the thick H. The annular gate electrode 2 is elongated or oval. It surrounds a further rectangular, elongated electrode region 3 , which in the example shown represents the source electrode. On the opposite surface of the semiconductor chip, the drain electrode 4 is applied in terms of area.

Die Source- und die Drain-Elektrode 3, 4 können auch vertauscht sein.The source and drain electrodes 3 , 4 can also be interchanged.

Die bevorzugten Abmessungen sind folgende: Das Halbleiter plättchen weist eine Fläche unter 1 cm² auf. Bevorzugt liegt diese Fläche im Bereich von 50 mm² und 5 mm² und darunter. Die ringförmige Gate-Elektrode 2 weist bevor zugt Mittelwerte für den kleinsten Durchmesser oder die Breite B von etwa 20 Mikrometer und für den größten Durchmesser oder die Länge L von etwa dem Fünffachen oder mehr auf.The preferred dimensions are as follows: The semiconductor plate has an area of less than 1 cm ² . This area is preferably in the range of 50 mm ² and 5 mm ² and below. The annular gate electrode 2 preferably has mean values for the smallest diameter or width B of approximately 20 micrometers and for the largest diameter or length L of approximately five times or more.

Diese Abmessungen können in Abhängigkeit von dem ver wendeten Material, der Betriebsspannung, der Leistung und der gewünschten Temperatur variieren. Bei einer praktischen Ausführungsform haben sich jedoch diese Ab messungen besonders bewährt. Die Gate-Elektrode kann auch durch zwei langgestreckte, das gleiche Potential aufweisende Elektroden mit einem bevorzugten mittleren Abstand von 20 Mikrometer ausgebildet sein.These dimensions can vary depending on the ver used material, operating voltage, performance and the desired temperature vary. At a practical embodiment, however, these have measurements particularly proven. The gate electrode can also by two elongated, the same potential having electrodes with a preferred medium Distance of 20 microns.

Das Heizelement kann auch ohne integrierte Steuerung der Heizleistung als einfache Halbleiterstrecke ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Plättchendicke bevorzugt wesentlich größer und liegt zwischen 300 und 600 Mikro meter, bevorzugt zwischen 400 und 500 Mikrometer.The heating element can also be used without an integrated control of the heating power as a simple semiconductor section be. In this case the platelet thickness is preferred much larger and is between 300 and 600 micro meters, preferably between 400 and 500 micrometers.

Bei Verwendung eines Heizelementes mit integrierter Steuerung der Heizleistung ist es auch möglich eine Temperaturregelung in das Heizelement zu integrieren. In diesem Fall kann das Heizelement mit Vorteil inter mittierend so betrieben werden, daß es für eine kleine Zeitperiode als aktives Heizelement und in der nach folgenden kleinen Zeitperiode als Temperaturmeßsonde verwendet wird, welche Steuerimpulse für die integrierte Steuerung der Heizleistung des Heizelementes liefert. Der Wechsel erfolgt so rasch, daß die alternierende Be triebsweise sich nach außen nicht bemerkbar macht.When using a heating element with integrated Control of the heating output is also possible Integrate temperature control into the heating element. In this case, the heating element can inter be operated so that it is for a small Period as an active heating element and in the after following small period of time as a temperature probe is used, which control pulses for the integrated Control of the heating power of the heating element provides. The change is so quick that the alternating loading impulsive not noticeable to the outside.

Bei Ausbildung mehrere Elektrodengruppierungen auf einem gemeinsamen Halbleiterplättchen größerer Ausdehnung können Flächenheizungen mit oder ohne integrierter Steuerung ausgebildet sein. Fig. 3 zeigt ein Beispiel mit integrierter Steuerung. Die einzelnen Heizbereiche sind mit 15, das gemeinsame Halbleiterplättchen ist mit 16 bezeichnet. Die Gate-Elektroden sind hier zwei parallele Elektroden von gleichem Potential, welche die Drain- oder Source-Elektrode einschließen. Die Heizbereiche 15 sind parallel geschaltet. Mit solchen Flächenheiz anordnungen lassen sich Heizleistungen z. B. bis 100 Watt und darüber im Dauerbetrieb erreichen. Die Temperaturen bei ungesteuerten Heizelementen können bis etwa 300°C und darüber und bei gesteuerten Heizelementen bis etwa 200°C liegen.If several electrode groups are formed on a common semiconductor chip of larger extension, surface heating systems can be designed with or without an integrated control. Fig. 3 shows an example with integrated control. The individual heating areas are denoted by 15 , the common semiconductor wafer is denoted by 16 . The gate electrodes here are two parallel electrodes of the same potential, which enclose the drain or source electrode. The heating areas 15 are connected in parallel. With such surface heating arrangements, heating capacities can, for. B. up to 100 watts and above in continuous operation. The temperatures for uncontrolled heating elements can be up to about 300 ° C and above and for controlled heating elements up to about 200 ° C.

Jedes Halbleiterplättchen kann direkt auf eine die Wärme aufnehmende Metallfläche aufgelötet oder anderweitig aufgebracht werden. In diesem Fall kann eine äußere elek trische Isolierung notwendig sein.Each semiconductor chip can directly apply heat receiving metal surface soldered or otherwise be applied. In this case, an external elec trical insulation may be necessary.

Es wird jedoch bevorzugt, das Halbleiterplättchen unter Zwischenschaltung einer elektrisch isolierenden Schicht auf die Metalloberfläche aufzubringen. Als Material dafür hat sich vor allem Aluminiumnitrid als vorteilhaft er wiesen, das einen geringen Wärmedurchgangswiderstand aufweist.However, it is preferred to place the die below Interposition of an electrically insulating layer to apply to the metal surface. As a material for it aluminum nitride has proven to be particularly advantageous showed a low thermal resistance having.

In den meisten Fällen wird das Heizelement als Bauein heit ausgebildet, indem es in ein Metallgehäuse fest eingekapselt ist. Die Praxis hat gezeigt, daß bei Zwi schenschaltung einer Isolierschicht aus Aluminiumnitrid der thermische Widerstand zwischen Kristall- und Metall gehäuse der Baueinheit nur zwischen etwa 0,1 und 0,3°C pro Watt liegt. In most cases, the heating element is used as a building trained by being fixed in a metal case is encapsulated. Practice has shown that at Zwi Switching an insulating layer made of aluminum nitride the thermal resistance between crystal and metal housing of the unit only between about 0.1 and 0.3 ° C per watt.

Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 4 angedeutet. Danach ist zwischen Heizelement 6 und z. B. der Metall gehäusewand 8 eine elektrisch isolierende Schicht 7 aus Aluminiumnitrid angeordnet. Es kann - wie schon erwähnt - auch eine Einkapselung zwischen den Metall wänden 8 und 10 jeweils unter Zwischenschaltung der Isolierschichten 7 und 9 erfolgen.A corresponding arrangement is indicated in Fig. 4. Then between heating element 6 and z. B. the metal housing wall 8 an electrically insulating layer 7 made of aluminum nitride. It can - as already mentioned - also an encapsulation between the metal walls 8 and 10 each with the interposition of the insulating layers 7 and 9 .

Die Temperatur des einzelnen Heizelemtenes liegt deut lich unter der Glühtemperatur, was den verbreiteten Einsatz des Heizelementes ohne die Gefahr von Bränden oder dgl. gewährleistet. Aufgrund der integrierten Steuerung kann die Heizleistung jedes einzelnen Heiz elementes bei Bedarf stufenlos geregelt werden. Jedes einzelne Heizelement läßt sich als Massenartikel außer ordentlich einfach und billig herstellen. Dadurch wird es möglich Flächenheizungen für Raumheizungen von Woh nungen oder dgl. herzustellen.The temperature of the individual heating element is clear Lich below the annealing temperature, which is the most common Use of the heating element without the risk of fire or the like. Guaranteed. Because of the integrated Control can control the heating power of each individual heating element can be regulated continuously if required. Each single heating element can be mass-produced except produce neatly simple and cheap. This will it is possible surface heating for space heating from Woh to produce openings or the like.

Die sehr kleinen Abmessungen des einzelnen Heizelementes ermöglichen eine nahezu punktförmige Wärmezufuhr. Jedes Heizelement kann dabei mühelos auch an komplizierten Körpern oder mechanischen Konstruktionen angebracht werden. Auch im medizinischen Bereich, z. B. bei Augen operationen ist der Einsatz möglich.The very small dimensions of the individual heating element allow an almost punctiform supply of heat. Each Heating element can effortlessly even on complicated Bodies or mechanical structures will. Also in the medical field, e.g. B. with eyes operations are possible.

Durch die geringen Abmessungen kann unter Verwendung einer entsprechenden räumlichen Verteilung der einzelnen Heizelemente eine äußerst gleichmäßige und konstante Temperaturverteilung über einen mechanischen Körper, z. B. einen Wärmeradiator oder dgl. erzielt werden. Hierdurch wird es aber auch möglich in komplizierten und/oder hochempfindlichen Geräten, Maschinen oder dgl. Änderungen der Abmessungen oder der Raumlage durch Wärmeausdehnung durch gezielten Einsatz der Heizele mente an kritischen Stellen ausschalten. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 6. Die Empfindlichkeit des dort ge zeigten Sende- und Empfangssystems hängt von der Gleich förmigkeit der Geometrie des Parabolspiegels 30 und der Einhaltung einer genauen Zentrierung zwischen diesem und dem Sender und Empfänger 31 ab. Mit Hilfe von in den zwischen diesen beiden Teilen vorhandenen Streben integrierten Heizelementen 32, 33 kann jede Abweichung von der genauen Fokussierung thermisch über das Steuer gerät 35 ausgeglichen werden. Es könnten solche Heiz elemente auch gezielt über die Fläche des Spiegels 30 verteilt sein, um jede thermische Änderung seiner vorbe stimmten Geometrie auszusteuern.Due to the small dimensions, using an appropriate spatial distribution of the individual heating elements, an extremely uniform and constant temperature distribution over a mechanical body, e.g. B. a heat radiator or the like can be achieved. This also makes it possible in complex and / or highly sensitive devices, machines or the like. Changes in the dimensions or the spatial position due to thermal expansion by targeted use of Heizele elements at critical points. An example of this is shown in FIG. 6. The sensitivity of the transmission and reception system shown there depends on the uniformity of the geometry of the parabolic mirror 30 and compliance with exact centering between the latter and the transmitter and receiver 31 . With the help of integrated in the struts between these two parts heating elements 32 , 33 , any deviation from the precise focusing can be thermally compensated for via the control device 35 . Such heating elements could also be deliberately distributed over the surface of the mirror 30 in order to control any thermal change in its predetermined geometry.

Aufgrund der geringen räumlichen Abmessungen und der direkten Steuerbarkeit und der relativ hohen Wärmeleistung lassen sich bei Ersatz der üblichen elektrischen Heiz organe völlig neue Raum- und Hausbeheizungskonzepte bei der klassischen Raumheizungstechnik verwirklichen. Wie an dem Beispiel des Senders und Empfängers nach Fig. 6 gezeigt, können die Heizelemente aber auch gezielt für Schutzheizungen eingesetzt werden, und zwar auch für viele andere Zwecke in der industriellen Produktions- und Verfahrenstechnik. Auch im Bereich der Medizin elektronik, der Avionik und der Raumfahrt läßt sich das Miniatur-Heizelement in vielerlei Weise ökonomisch einsetzen.Due to the small spatial dimensions and the direct controllability and the relatively high heat output, completely new room and house heating concepts can be realized with classic room heating technology when conventional electrical heating elements are replaced. As shown in the example of the transmitter and receiver according to FIG. 6, the heating elements can also be used specifically for protective heating, and indeed for many other purposes in industrial production and process engineering. The miniature heating element can also be used economically in a variety of ways in the field of medical electronics, avionics and space travel.

Fig. 5 zeigt die Anwendung einer beliebigen Anzahl von parallel geschalteten Heizelementen nach Fig. 1 und 2, z. B. in der Raumheizung. Man erkennt, daß die Elektroden 3 und 4 (vgl. Fig. 1 und 2) der Heizelemente 12 an eine Spannungsquelle 13 angeschlossen sind, bei der es sich um eine Niederspannungsquelle oder um die übliche Netz spannung von 110 V oder 220 V handeln kann. Über eine Steuerleitung 14 wird den ringförmigen Gate-Elektroden 2 der Heizelemente 12 der Steuerimpuls, z. B. über einen Raumtemperaturfühler zugeleitet. Fig. 5 shows the application of any number of parallel heating elements according to Fig. 1 and 2, z. B. in space heating. It can be seen that the electrodes 3 and 4 (cf. FIGS. 1 and 2) of the heating elements 12 are connected to a voltage source 13 , which can be a low voltage source or the usual mains voltage of 110 V or 220 V. Via a control line 14 , the annular gate electrodes 2 of the heating elements 12 of the control pulse, for. B. supplied via a room temperature sensor.

Die Dotierungsdichte des Halbleiterelementes richtet sich unter anderem nach der Betriebsspannung. Die Be triebsspannung kann zwischen dem Niederspannungsbereich und einer Spannungshöhe entsprechend der üblichen Netz spannung gewählt werden. Je höher die Betriebsspannung ist, um so geringer wird man die Dotierung des Halb leiterelementes wählen mit der Folge einer entsprechen den Erhöhung des spezifischen Widerstandes.The doping density of the semiconductor element is directed among other things according to the operating voltage. The Be Driving voltage can be between the low voltage range and a voltage level corresponding to the usual network voltage can be selected. The higher the operating voltage the lower the doping of the half select the ladder element with the consequence of a match the increase in specific resistance.

Dabei wird die bekannte Erscheinung ausgenützt, daß bei geringer Dotierung der spezifische Widerstand mit der Temperatur ansteigt. Bei dem neuen Heizelement kann der spzifische Widerstand z. B. bei 250°C zweimal so hoch liegen, wie bei Raumtemperatur.The well-known phenomenon is exploited that with low doping the specific resistance with the temperature rises. The new heating element can the specific resistance z. B. at 250 ° C twice high as at room temperature.

Die Einkapselung des Heizelementes in ein Metallgehäuse ermöglicht eine anwendungsspezifische Ausbildung der Gehäuse und damit der Baueinheit. Dies erleichtert die Verwendung und den Einbau der Baueinheit.Encapsulation of the heating element in a metal housing enables application-specific training of Housing and thus the structural unit. This makes it easier Use and installation of the unit.

Wesentlich für die Verwendung als Heizelement ist der Volumen-Stromdurchfluß durch das Halbleiterelement. Für den Volumenstrom wiederum wesentlich ist die Ausbil dung des Halbleiterelementes in Verbindung mit den an wendungsspezifischen Abmessungen der verschiedenen Be reiche.The is essential for use as a heating element Volume current flow through the semiconductor element. In turn, the training is essential for the volume flow tion of the semiconductor element in conjunction with the application-specific dimensions of the different Be rich.

Das Heizelement kann bei der üblichen Netzspannung ver wendet werden. Dazu kann eine Halbwellen- oder Voll wellen-Gleichrichtungsschaltung eingesetzt werden. Es ist aber auch der Betrieb direkt mit Wechselspannung möglich, sofern dafür gesorgt wird, daß das Bezugsspan nungsniveau schaltungsmäßig in bestimmter Weise in Be ziehung zu dem Sinusverlauf der Wechselspannung gebracht wird. So kann das Bezugsniveau auf den Punkt des Über ganges zwischen den beiden Halbwellen eingestellt wer den. The heating element can ver at the usual mains voltage be applied. This can be a half wave or full wave rectification circuit can be used. It is also the operation directly with AC voltage possible if it is ensured that the reference chip circuit level in a certain way drawing to the sine wave of the AC voltage becomes. So the reference level can be on the point of over ganges between the two half waves the.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit liegt in Bereichen der Küchentechnik, z. B. Warmhalteplatten oder elektro nisch gesteuerte Kochtöpfe.Another use is in areas the kitchen technology, e.g. B. warming plates or electro nically controlled cooking pots.

Das Ersatzschaltbild nach Fig. 1a gibt das Steuerelement allgemein wieder. Mit b ist das integrierte Steuerele ment bezeichnet, das in Reihe mit dem Heizhalbleiter cc′ liegt. Nach Fig. 2a ist das Steuerelement als Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor ausgebildet. Gemäß Fig. 7 ist eine externe Steuerung ES für mehrere, parallel geschaltete Heizelemente a-d vorgesehen.The equivalent circuit diagram according to FIG. 1a generally represents the control element. With b , the integrated Steuerele element is designated, which is in series with the heating semiconductor cc ' . According to FIG. 2a, the control element is designed as a junction field-effect transistor. Referring to FIG. 7 is an external control ES for a plurality of parallel-connected heating elements a - d is provided.

Claims

1. Controllable, electrical semiconductor surface heating element, characterized in that an annular doped gate electrode extends from one surface of a semiconductor wafer between 1/5 and 1/2 of the wafer thickness, that a source electrode is arranged within this gate electrode, and that there is a drain electrode on the other side of the plate.

2. Surface heating element according to claim 1 characterized records that a control and a on the wafer Heating element are integrated.

3. surface heating element according to claim 1 characterized records that several basic heating elements in parallel a semiconductor chip are provided.

4. Heating element according to claim 1, characterized net that it acts as a junction field effect transistor with volume Current flow is formed.

5. Heating element according to one of claims 1-4 thereby ge indicates that the smallest mean diameter at oval gate electrode, or the mean distance of the parallel Electrode areas of the gate electrode about 20 microns and the length be about five times.

6. Heating element according to one or more of claims 1-5 characterized in that the platelet thickness in Range is 100 to 250 microns.

7. surface heating element according to claim 1 characterized records that it is a simple semiconductor path in the form of a Platelets with a thickness between 300-600 microns, preferably in Range of about 400-500 microns is formed.

8. surface heating element according to claim 1 characterized records that several identical electrode groups after one predetermined geometric pattern to form a surface heating arrangement are formed on a common semiconductor wafer.

9. surface heating element according to one of claims 1-8 thereby characterized in that the wafer made of semiconductor material at least on one side with the surface of the heat absorbing Component directly or preferably via an electrical insulating Layer with low thermal resistance is connected, especially via a layer of ALN.

10. surface heating element according to claim 1, characterized records that with the inclusion of an insulating layer in a Metal housing is firmly encapsulated.