DE4007979A1 - ELECTRONIC SWITCH WITH A LIGHT-SENSIBLE SEMICONDUCTOR - Google Patents
ELECTRONIC SWITCH WITH A LIGHT-SENSIBLE SEMICONDUCTORInfo
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- H01L31/1836—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe comprising a growth substrate not being an AIIBVI compound
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
Abstract
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem elektronischen Schalter, der einen lichtempfindlichen Halbleiter und eine Lichtquelle aufweist, die bei der Aktivierung den Halbleiter ausleuchtet und bewirkt, daß der letztgenannte leitend wird.The invention relates to an electronic switch, the a photosensitive semiconductor and a light source which illuminates the semiconductor upon activation and causes the latter to become conductive.
Lichtempfindliche Halbleiter sind bekannt und brauchen nicht näher beschrieben werden. Die Haupteigenschaft derartiger Halbleiter ist ihr Vermögen, von einem elektrisch nicht-leitenden Zustand mit hohem Widerstand zu einem elektrisch leitenden Zustand mit geringem Widerstand überzugehen, wenn sie mit Licht ausgeleuchtet werden.Photosensitive semiconductors are known and do not need be described in more detail. The main feature of such Semiconductors are their assets, from an electrically non-conductive one High resistance state to an electrically conductive To pass state with low resistance when using light be lit up.
Materialien, die heutzutage oder bei der industriellen Anwendung von lichtempfindlichen Halbleitern eingesetzt werden, sind beispielsweise folgende: Silicium, Kohlenstoff, Germanium, Galliumarsenit, Siliciumcarbid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, Indiumphosphit und Kaliumphosphit. Diese üblichen lichtempfindlichen Halbleiter können in verschiedenen elektronischen Einrichtungen, wie beispielsweise bei Schaltern, eingesetzt werden, und sie sind im allgemeinen mit "Verunreinigung" dotiert, bei denen es sich beispielsweise um folgende handeln kann: Kobalt, Kupfer, Chrom, Gold, Eisen, Sauerstoff, Silber und Zink.Materials used today or in industrial applications of photosensitive semiconductors are used For example, the following: silicon, carbon, germanium, Gallium arsenite, silicon carbide, cadmium selenide, cadmium sulfide, Indium phosphite and potassium phosphite. These usual photosensitive Semiconductors can be used in various electronic devices, such as switches, are used, and they are generally doped with "impurity" in which it may be, for example, cobalt, copper, Chrome, gold, iron, oxygen, silver and zinc.
Elektronische Schalter, die einen lichtempfindlichen Halbleiter aufweisen, sind beispielsweise in den US-PS 43 01 362, 43 47 437, 44 38 331, 44 90 709, 45 77 114 und 46 95 733 beschrieben. In diesen Patenten sind unterschiedliche Ausgestaltungsformen von Schaltern beschrieben. Sie weisen alle eine Lichtquelle und einen lichtempfindlichen Halbleiter auf, der mit zwei, im Abstand angeordneten Elektroden versehen ist. Die Halbleiter sind aus den verschiedensten Materialien hergestellt, und die Lichtquelle ist im allgemeinen ein Laser.Electronic switch, which is a photosensitive semiconductor are disclosed, for example, in US-PS 43 01 362, 43 47 437, 44 38 331, 44 90 709, 45 77 114 and 46 95 733 described. In these patents are different embodiments of Described switches. They all have a light source and a light-sensitive semiconductor, with two, at a distance arranged electrodes is provided. The semiconductors are from the made of various materials, and the light source is generally a laser.
Wenn bei einem gegebenen Halbleiter eine gewisse Vorspannung bzw. Gittervorspannung an die Elektroden eines lichtempfindlichen Schalters angelegt wird, gestattet der Halbleiter nicht, daß elektrischer Strom zwischen den Elektroden fließt, und der Schalter nimmt seine "Aus"-Stellung ein. Wenn aber die Lichtquelle Lichtenergie auf den Bereich des Halbleiters richtet, der zwischen den Elektroden liegt, wird der Halbleiter elektrisch leitend und der Schalter nimmt seinen "Ein"-Zustand ein. Der Hauptvorteil derartiger Schalter dieser Bauart ist darin zu sehen, daß sie einen elektrischen Strom sehr schnell ein- oder ausschalten können.If, for a given semiconductor, some bias or Grid bias to the electrodes of a photosensitive Switch is applied, the semiconductor does not allow that electric current flows between the electrodes, and the Switch assumes its "off" position. But if the light source Directed light energy to the region of the semiconductor, the between the electrodes, the semiconductor is electrically conductive and the switch assumes its "on" state. The The main advantage of such switches of this type is to see that they turn on or off an electric current very quickly can turn off.
Ein Nachteil der bekannten lichtempfindlichen Schalter und insbesondere der Schalter, die in den vorstehend genannten sechs US-PS beschrieben sind, ist darin zu sehen, daß sie nur die Fähigkeit haben, elektrische Versorgungseinheiten zu schalten, die Spannungen unter einigen kV, beispielsweise bis zu 3-5 kV haben. Sie können daher nicht bei elektrischen Einrichtungen eingesetzt werden, bei denen höhere Spannungen erforderlich sind.A disadvantage of the known photosensitive switch and in particular the switch mentioned in the above six US-PS can be seen that they only the Have the ability to switch electrical supply units, the voltages below a few kV, for example, up to 3-5 kV to have. You can not therefore use electrical equipment be used, where higher voltages are required.
Die Erfindung zielt daher hauptsächlich darauf ab, einen elektronischen Schalter bereitzustellen, der mittels Licht aktivierbar ist und der die Fähigkeit hat, hohen Spannungen und elektrischen Strömen mit niedriger Amperezahl standzuhalten und/oder zu schalten. Hierbei handelt es sich um elektrische Versorgungseinheiten, die eine Spannung von wenigstens 30 kV und eine Amperezahl von weniger als 0,2 A haben. Ferner soll nach der Erfindung ein sehr kompakt ausgelegter und ein sehr wirtschaftlich arbeitender lichtempfindlicher Schalter für hohe Spannungen und geringe Amperezahlen bereitgestellt werden. Auch soll die Auslegung derart getroffen sein, daß ein lichtempfindlicher Schalter bereitgestellt wird, welcher mit einer hohen Frequenz arbeiten kann.The invention therefore aims primarily to a to provide electronic switch, by means of light is activatable and has the ability to withstand high voltages and electric currents with low amperage and / or switch. This is electrical Supply units having a voltage of at least 30 kV and have an amperage less than 0.2A. Furthermore, should after the invention is a very compact and a very economical working photosensitive switch for high Voltages and low amperages are provided. Also the design should be such that a photosensitive Switch is provided, which with a high Frequency can work.
Es hat sich nunmehr gezeigt, daß in gewisser Weise dotierte Cadmiumschwefel-Selenidhalbleiterverbindungen eine gewünschte Kombination jener Eigenschaften haben, gemäß denen bei der Verwendung als Halbleiter bei einem lichtempfindlichen Schalter der letztgenannte elektrische Versorgungseinheiten mit hoher Spannung und niedriger Amperezahl schalten kann, wobei der Schalter kompakt ausgelegt ist und billig herzustellen ist. Ferner kann er bei einer hohen Frequenz arbeiten.It has now been shown that doped in some ways Cadmium sulfur selenide semiconductor compounds a desired Combination of those properties, according to which at the Use as a semiconductor in a photosensitive switch the latter electric power units with high Voltage and low amperage can switch, the Switch is designed compact and cheap to manufacture. Furthermore, he can work at a high frequency.
Nach der Erfindung wird ein elektronischer Schalter angegeben, der einen lichtempfindlichen Halbleiter und eine Lichtquelle aufweist, die bei der Aktivierung den Halbleiter ausleuchtet und bewirkt, daß derselbe leitend wird, wobei der lichtempfindliche Halbleiter ein Sintergemisch ist, das in Gew.-% 53 bis 74% Cadmium, 16 bis 24% Selen, 8 bis 14% Schwefel, 0,1 bis 1% Chlor und 0,005 bis 0,1% Kupfer aufweist.According to the invention, an electronic switch is indicated, a photosensitive semiconductor and a light source which illuminates the semiconductor upon activation and causes it to become conductive, the photosensitive Semiconductor is a sintered mixture containing 53% to 74% by weight. Cadmium, 16 to 24% selenium, 8 to 14% sulfur, 0.1 to 1% Chlorine and 0.005 to 0.1% copper.
Der Halbleiter liegt vorzugsweise in Form einer Haftschicht auf einem elektrisch isolierenden Substrat vor. Der Halbleiter ist mit im Abstand angeordneten Elektroden versehen, an die im Gebrauchszustand die Schaltung angeschlossen wird, die mit dem Schalter zu steuern ist. Die Elektroden können zwei haftende, im Abstand angeordnete Elektrodenschichten auf der gesinterten Halbleiterschicht aufweisen, oder das Substrat kann mit zwei haftenden, in Abstand angeordneten Elektrodenschichten versehen sein, und die haftende, gesinterte Halbleiterschicht kann über den Elektrodenschichten und dem Substrat zwischen denselben aufgebracht werden. Im letztgenannten Falle liegen die Elektrodenschichten unter der Halbleiterschicht.The semiconductor is preferably in the form of an adhesive layer an electrically insulating substrate. The semiconductor is provided with spaced electrodes to which in In use, the circuit is connected to the Switch is to control. The electrodes can be two adhesive, in the Spaced electrode layers on the sintered Semiconductor layer, or the substrate can with two adhesive, spaced electrode layers provided be, and the adherent, sintered semiconductor layer can over the electrode layers and the substrate between them be applied. In the latter case, the electrode layers are located under the semiconductor layer.
Die Elektrodenschichten können aus irgendeinem geeigneten, elektrisch leitenden Material hergestellt werden. Bevorzugte Materialien sind beispielsweise Silber, Indium und Aluminium und Harze, beispielsweise Epoxyharze, die mit einem oder mehreren dieser Metalle gefüllt sind.The electrode layers may be made of any suitable, electrically conductive material can be produced. preferred Materials include, for example, silver, indium and aluminum and Resins, for example, epoxy resins containing one or more these metals are filled.
Gemäß einem weiteren Gedanken nach der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Schalters nach der Erfindung bereitgestellt, welches sich dadurch auszeichnet, daß eine Masse aus einem feinverteilten Pulvergemisch zubereitet wird, das in Gew.-% 35 bis 55% Cadmiumselenid, 35 bis 55% Cadmiumsulfid, 5 bis 15% Cadmiumchlorid und 0,01 bis 0,1% Kupferchlorid, ein Bindemittel und eine flüchtige Flüssigkeit aufweist, welche einen Überzug aus der Masse auf einem elektrisch isolierenden Substrat bilden, und daß der Überzug getrocknet wird, der getrocknete Überzug bei einer Temperatur von 540°C bis 800°C zur Bildung einer Haftschicht des lichtempfindlichen Halbleiters auf dem Substrat gesintert wird und daß haftende, im Abstand angeordnete Elektrodenschichten entweder auf oder unter der Halbleiterschicht vorgesehen werden, und daß dem beschichteten Substrat eine Lichtquelle zugeordnet wird.According to another idea of the invention is a Method for producing an electronic switch according to Invention, which is characterized in that a mass of a finely divided powder mixture prepared containing in% by weight 35 to 55% cadmium selenide, 35 to 55% Cadmium sulfide, 5 to 15% cadmium chloride and 0.01 to 0.1% Copper chloride, a binder and a volatile liquid which has a coating of the mass on an electrical form insulating substrate, and that the coating dried is the dried coating at a temperature of 540 ° C to 800 ° C to form an adhesive layer of the photosensitive Semiconductor is sintered on the substrate and that adhering, im Spaced electrode layers either on or under the semiconductor layer are provided, and that the coated Substrate is assigned a light source.
Die Bildung der gesinterten Halbleiterschicht kann nach Maßgabe üblicher Sintertechniken erfolgen, welche an sich bekannt sind.The formation of the sintered semiconductor layer may be as appropriate conventional sintering techniques are done, which are known per se.
Um die gewünschte Lichtempfindlichkeit und die elektrischen Eigenschaften bei dem gesinterten Halbleiter zu erhalten, müssen die feinverteilten Pulvermaterialien ihre höchste Reinheit von beispielsweise 99,99% oder größer haben, und die Größe der Pulverteilchen sollte vorzugsweise kleiner als 3 µm sein.To the desired photosensitivity and the electrical To obtain properties in the sintered semiconductor must the finely divided powder materials their highest purity of for example, 99.99% or greater, and the size of the Powder particles should preferably be smaller than 3 μm.
Geeignete Bindemittel und flüchtige Flüssigkeiten zur Zubereitung der Masse sind an sich bekannt. Im allgemeinen wird es bevorzugt, Ethylcellulose als Bindemittel einzusetzen. Andere geeignete Bindemittel umfassen jedoch beispielsweise Leinsamenöl und Celluloseacetat. Bevorzugte, flüchtige Flüssigkeiten sind organische Flüssigkeiten. Geeignete organische Flüssigkeiten umfassen beispielsweise Turpineol, Aceton und Ethanol, wobei das erstgenannte im allgemeinen bevorzugt eingesetzt wird. Das Bindemittel ist vorzugsweise einer in Gew.-% gemessenen 10%igen Lösung in der flüchtigen Flüssigkeit vorhanden. Das Verhältnis von Bindemittel/flüchtiger Flüssigkeit-Lösung in der Masse hängt natürlich von der gewünschten Viskosität der Masse ab, die ihrerseits von dem Verfahren zum Beschichten des Substrats mit der Masse abhängig ist, welches zur Anwendung kommt. Bei vielen Anwendungsfällen ist eine Masse geeignet, die etwa 15 Gew.-% einer Lösung aus Bindemittel/flüchtiger Flüssigkeit enthält.Suitable binders and volatile liquids for preparation the mass are known per se. In general, it is preferred Use ethylcellulose as a binder. Other suitable However, binders include, for example, linseed oil and Cellulose acetate. Preferred volatile liquids are organic liquids. Suitable organic liquids include, for example, turpineol, acetone and ethanol, the the former is generally preferred. The Binder is preferably a 10% by weight measured in wt .-% Solution in the volatile liquid present. The relationship of binder / volatile liquid solution in the mass hangs Of course, from the desired viscosity of the mass, the in turn from the method of coating the substrate with depends on the mass, which is used. In many Applications, a mass is suitable, which is about 15 wt .-% a solution of binder / volatile liquid.
Geeignete Verfahren zur Ausbildung einer Schicht aus der Masse auf dem Substrat umfaßt beispielsweise das Siebdrucken, Sprühen, Spinnen und das Sedimentieren. Das Siebdrucken ist ein äußerst genaues Verfahren, das eine Schicht mit einer gleichmäßigen, ebenen Oberfläche und einer Dicke von 10 bis 50 µm in Abhängigkeit von der Maschengröße erzeugt. Dieses Verfahren wird im allgemeinen bevorzugt angewandt.Suitable methods for forming a layer of the composition on the substrate comprises, for example, screen printing, spraying, Spinning and sedimenting. Screen printing is an extreme exact procedure that a layer with a uniform, flat surface and a thickness of 10 to 50 microns depending generated by the mesh size. This procedure is used in generally preferred.
Geeignete elektrische Isoliersubstratmaterialien sind beispielsweise Aluminiumkeramikwerkstoffe, geschmolzenes Siliciumoxid und "Pyrex"-Glas (Warenzeichen). Das beschichtete Substrat wird dann getrocknet, um die flüchtige Flüssigkeit zu entfernen, vorzugsweise durch Erwärmen in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 100°C etwa 10 min lang. Suitable electrical insulating substrate materials are, for example Aluminum ceramics, fused silica and "Pyrex" glass (trademark). The coated substrate then becomes dried to remove the volatile liquid, preferably by heating in an oven at a temperature of about 100 ° C for about 10 minutes.
Der getrocknete Überzug wird dann in einer im wesentlichen inerten Atmosphäre bei einer Temperatur von 540°C bis 800°C gesintert. Hierzu wird das beschichtete Substrat vorzugsweise in einen Behälter eingebracht, durch den ein Stickstoffstrom (oder der Strom eines anderen inerten Gases), das einen kleinen Sauerstoffanteil, vorzugsweise zugegeben in Form von Luft, durchgeleitet werden kann, und der Behälter wird in einen geeigneten Ofen oder Sinterofen, vorzugsweise einen Elektroofen, eingebracht. Der Anteil der Luft in dem Inertgas/Luftgemisch beläuft sich in geeigneter Weise auf 1 bis 2 Vol-%. Das Inertgas/Luftgemisch wird durch den Behälter relativ langsam in einer Menge von beispielsweise 2 bis 6 l/h durchgeleitet.The dried coating is then in a substantially inert atmosphere at a temperature of 540 ° C to 800 ° C. sintered. For this purpose, the coated substrate is preferably in introduced a container through which a stream of nitrogen (or the flow of another inert gas), which is a small Oxygen content, preferably added in the form of air, can be passed, and the container is in one suitable furnace or sintering furnace, preferably an electric furnace, brought in. The proportion of air in the inert gas / air mixture is suitably 1 to 2 vol%. The Inert gas / air mixture is through the container relatively slowly in an amount of, for example, 2 to 6 l / h passed.
Der Ofen wird allmählich auf die Sintertemperatur beispielsweise über einen Zeitraum von 30 min hinweg erwärmt, und er bleibt auf der Sintertemperatur etwa 45 bis 150 min, vorzugsweise 45 bis 120 min lang. Die Sintertemperatur erscheint nicht als kritisch. Wenn die Temperatur wesentlich niedriger als 540°C ist, kann die Schicht nicht gesintert werden, und wenn sie größer als 800°C ist, zersetzt sich die Schicht. Beste Ergebnisse erhält man bei Sintertemperaturen von 540°C bis 700°C.The oven will gradually increase to the sintering temperature, for example heated for a period of 30 minutes, and he stays on the sintering temperature about 45 to 150 minutes, preferably 45 to For 120 minutes. The sintering temperature does not appear critical. If the temperature is much lower than 540 ° C, the Layer can not be sintered, and if it is greater than 800 ° C is, the layer decomposes. Best results are obtained at Sintering temperatures of 540 ° C to 700 ° C.
Die so erhaltenen gesinterten Schichten sind fest, haftend und chemisch stabil. Eine Abnahme der Dicke erfolgt während des Sinterungsvorganges, und die abschließenden Dicken liegen im allgemeinen im Bereich von 5 bis 25 µm in Abhängigkeit von der Anfangsdicke der Schicht. Auch tritt während der Sinterung immer ein Gewichtsverlust auf, und die abschließende chemische Zusammensetzung des Halbleiters kann etwas in Abhängigkeit von der Sintertemperatur und in Abhängigkeit von der Sinterzeit variieren.The sintered layers thus obtained are solid, adhesive and chemically stable. A decrease in thickness occurs during the Sinterungsvorganges, and the final thicknesses are in the general in the range of 5 to 25 microns depending on the Initial thickness of the layer. Also always occurs during sintering a weight loss on, and the final chemical Composition of the semiconductor can be somewhat dependent on the sintering temperature and depending on the sintering time vary.
Die gesinterte Halbleiterschicht wird dann mit zwei im Abstand angeordneten Elektroden versehen, die beispielsweise aus Silber, Indium oder Aluminium oder einem Epoxidharz, der mit einem dieser Metalle gefüllt ist, hergestellt sein können. Die Elektroden können auf dem Halbleiter entweder (a) durch Aufdampfen des Elektrodenmetalls auf der Oberfläche des Halbleiters oder (b) durch Aufdampfen des Elektrodenmetalls auf der Oberfläche des Halbleiters oder (b) durch Siebdrucken des gefüllten Epoxyharzes auf die Oberfläche oder (c) durch Pressen einer Folie aus Metall auf die Oberfläche des Halbleiters gebildet werden.The sintered semiconductor layer is then spaced at two arranged electrodes arranged, for example, made of silver, Indium or aluminum or an epoxy resin with one of these Metals filled, can be made. The electrodes may be deposited on the semiconductor either (a) by vapor deposition of the Electrode metal on the surface of the semiconductor or (b) by vapor deposition of the electrode metal on the surface of the Semiconductor or (b) by screen printing of the filled epoxy resin on the surface or (c) by pressing a sheet of metal be formed on the surface of the semiconductor.
Von diesen drei Verfahrensweisen werden im allgemeinen die Verfahrensweisen (a) und (b) bevorzugt. Bei beiden Verfahrensweisen wird der Bereich zwischen den Elektroden abgedeckt, bevor das Elektrodenmaterial auf die Oberfläche des Halbleiters aufgebracht wird. An das Verfahren (a) schließt sich im allgemeinen eine kurze Wärmebehandlung an, die, wenn Silber oder Aluminium verwendet wird, beispielsweise das Erwärmen der Elektrodenschicht in Stickstoff bei 300°C während 20 min umfaßt. Das Verfahren (b) macht es erforderlich, daß der Epoxyharz in Luft beispielsweise auf 150°C 35 min lang erwärmt wird, um die Schicht auszuhärten.Of these three procedures, in general, the Procedures (a) and (b) are preferred. In both procedures the area between the electrodes is covered before the Electrode material applied to the surface of the semiconductor becomes. The process (a) is generally followed by a short heat treatment, which, if silver or aluminum is used, for example, the heating of the electrode layer in nitrogen at 300 ° C for 20 minutes. The process (b) For example, it requires that the epoxy resin be in air, for example is heated to 150 ° C for 35 minutes to cure the layer.
Ein weiteres Verfahren, mittels dem der Halbleiter mit zwei, im Abstand angeordneten Elektroden versehen wird, umfaßt die Ausbildung der Elektroden als Schichten auf dem elektrisch isolierenden Substrat mit Hilfe irgendeiner der zuvor beschriebenen Verfahrensweisen, während zugleich der Bereich zwischen den Elektroden abgedeckt wird. Dann wird die Halbleiterschicht über den Elektroden und dem Bereich des Substrats zwischen diesen ausgebildet.Another method by which the semiconductor with two, im Provided spaced electrodes, includes the Formation of the electrodes as layers on the electric insulating substrate using any of the previously described Procedures, while at the same time the area between the Electrodes is covered. Then, the semiconductor layer is over the electrodes and the area of the substrate between them educated.
Der elektronische Schalter nach der Erfindung kann eine Vielzahl von Gestalten annehmen. Aus Gründen der Kompaktheit wird es bevorzugt, daß die Halbleiterschicht und das Substrat die Form eines hohlen Zylinders haben soll. Ferner wird es bevorzugt, daß die Halbleiterschicht auf der Innenseite des hohlen Zylinders vorgesehen wird und daß die Lichtquelle sich auf der Längsachse des Zylinders anordnen läßt. The electronic switch according to the invention can be a variety of characters. For the sake of compactness it will preferred that the semiconductor layer and the substrate are the shape to have a hollow cylinder. Further, it is preferred that the semiconductor layer on the inside of the hollow cylinder is provided and that the light source is on the longitudinal axis of the cylinder.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Lichtquellen kann eingesetzt werden. In bevorzugter Weise werden ein oder mehrere lichtemittierende Dioden (Leuchtdioden; LED) oder eine Glimmentladungslampe oder -röhre verwendet, welche ein Licht abgeben, das eine Wellenlänge von 500 bis 900 nm hat. Geeignete Leuchtdioden umfassen hochwirksame, rote Leuchtdioden mit einer Spitzenemission von etwa 660 nm bei sichtbarem Rotlicht und einem Beobachtungswinkel von 140°, sowie Infrarotleuchtdioden, die eine Spitzenemission von 830 nm abgeben und einen Beobachtungswinkel von größer als 30° haben.A variety of different light sources can be used become. Preferably, one or more light-emitting Diodes (LEDs) or a glow discharge lamp or tube, which emit a light, the one Wavelength of 500 to 900 nm has. Suitable light-emitting diodes include high-efficiency, red light emitting diodes with a peak emission of about 660 nm in visible red light and a Observation angle of 140 °, as well as infrared light emitting diodes, the give off a peak emission of 830 nm and an observation angle greater than 30 °.
Geeignete Entladungslampen sind beispielsweise Neonentladungslampen und -röhren.Suitable discharge lamps are, for example, neon-discharge lamps and tubes.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des Halbleiters/Substrats und der Schalteranordnungen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigtFurther details, features and advantages of the invention result from the description below of preferred embodiments of the semiconductor / substrate and the switch assemblies with reference to the attached drawing. It shows
Fig. 1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform umfassend einen Halbleiter/ein Substrat, Fig. 1 is a plan view of a preferred embodiment comprising a semiconductor / a substrate,
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view taken along line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view taken along the line III-III in Fig. 1,
Fig. 4 eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer zylindrischen elektronischen Schaltanordnung, Fig. 4 is a sectional view of a first preferred embodiment of a cylindrical electronic switch assembly,
Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 5 is a sectional view taken along line VV in Fig. 4,
Fig. 6 eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer zylindrischen elektronischen Schalteranordnung und Fig. 6 is a sectional view of a second preferred embodiment of a cylindrical electronic switch assembly and
Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig. 6. Fig. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in Fig. 6.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 weist eine Halbleiter- Substratanordnung eine gesinterte, lichtempfindliche Halbleiterschicht (1), welche auf einem ebenen, elektrisch isolierenden Substrat (2) aufgetragen ist, und im Abstand angeordnete, elektrisch leitende Elektroden 3 A und 3 B auf. Die Halbleiterschicht 1 hat die vorstehend angegebene Zusammensetzung Cd/Se/S/Cl/Cu. Der elektronische Schalter, der in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, weist eine haftende, gesinterte, lichtempfindliche Halbleiterschicht 11 und ein isolierendes Substrat 12 in Form eines hohlen Zylinders sowie zwei ringförmige Elektroden 13 A und 13 B am jeweiligen Ende des Zylinders auf. Der Schalter weist ferner eine Lichtquelle 14 auf, welche von einer Entladungsröhre gebildet wird, die ein Licht mit einer Wellenlänge von 500 bis 900 nm liefert. Die Lichtquelle 14 ist längs der Achse der Zylinder 11/12 angeordnet. Die Halbleiterschicht 11 hat die vorstehend genannte Zusammensetzung Cd/Se/S/Cl/Cu.Referring to FIGS. 1 to 3, a semiconductor substrate assembly comprises a sintered photosensitive semiconductor layer (1) which is applied to a planar, electrically insulating substrate (2), and spaced apart, electrically conductive electrodes 3 A and 3 B on. The semiconductor layer 1 has the above-mentioned composition Cd / Se / S / Cl / Cu. The electronic switch shown in Figs. 4 and 5 is shown, an adherent sintered photosensitive semiconductor layer 11 and an insulating substrate 12 in the form of a hollow cylinder, and two annular electrodes 13 A and 13 B at each end of the cylinder. The switch further comprises a light source 14 formed by a discharge tube which provides a light having a wavelength of 500 to 900 nm. The light source 14 is arranged along the axis of the cylinder 11/12 . The semiconductor layer 11 has the above-mentioned composition Cd / Se / S / Cl / Cu.
Der in den Fig. 6 und 7 gezeigte elektronische Schalter weist eine hohle, zylindrische Halbleiterschicht 21 und ein isolierendes Substrat 22 ähnlich der Halbleiterschicht 11 und dem Substrat 12 der vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsform auf. Bei dieser Ausführungsform jedoch haben die Elektroden die Form von zwei länglichen Streifenelektroden 23 A und 23 B, die längs diametral gegenüberliegender Erzeugenden des Zylinders 21 angeordnet sind. Die Schalteranordnung weist ferner sechs Leuchtdioden 24 auf, die längs der Achse des Zylinders 21/22 angeordnet sind. Die Halbleiterschicht 21 hat die vorstehend genannte Zusammensetzung Cd/Se/S/Cl/Cu. The electronic switch shown in Figs. 6 and 7 has a hollow cylindrical semiconductor layer 21 and an insulating substrate 22 similar to the semiconductor layer 11 and the substrate 12 of the above-mentioned preferred embodiment. In this embodiment, however, the electrodes are in the form of two elongated strip electrodes 23 A and 23 B extending along diametrically opposed generatrices of the cylinder are arranged 21st The switch assembly further includes six light emitting diodes 24 disposed along the axis of the cylinder 21/22 . The semiconductor layer 21 has the above-mentioned composition Cd / Se / S / Cl / Cu.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der elektronischen Schalter näher beschrieben, die in den Fig. 4 und 5 sowie 6 und 7 gezeigt sind. Eine Gittervorspannung wird an die Elektroden (13 A-13 B, 23 A-23 B) angelegt. Kein Strom fließt, solange die Lichtquelle 14,24 nicht eingeschaltet ist, und sobald sie aktiviert wird, fließt der Strom.The operation of the electronic switches shown in Figs. 4 and 5, and Figs. 6 and 7 will be described below. A bias is applied to the electrodes (13 A - 13 B, 23 A - 23 B) is applied. No current flows as long as the light source 14,24 is not turned on, and as soon as it is activated, the current flows.
Die dargestellten elektronischen Schalter können äußerst kompakt ausgelegt sein. Die Eigenschaften der beschriebenen Halbleiter sind derart gewählt, daß die Schalter sicher bei Spannungsimpulsen von bis zu 30 kV oder mehr mit einem Abstand zwischen den Elektroden von 10 oder 20 mm betrieben werden können.The illustrated electronic switches can be extremely compact be designed. The properties of the semiconductors described are chosen so that the switches safely at voltage pulses of up to 30 kV or more with a distance between the Electrodes of 10 or 20 mm can be operated.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden die nachstehenden Beispiele angegeben, bei denen sich alle Prozentangaben als Gew.-% verstehen, es sei denn, daß dies zusätzlich abweichend hierzu erwähnt ist.For a more detailed explanation of the invention, the following Examples given where all percentages as % By weight, unless otherwise deviating this is mentioned.
Ein Pulvergemisch hat die folgende Zusammensetzung ("erste Zusammensetzung"):A powder mixture has the following composition ("first composition"):
Dieses Pulvergemisch wurde geformt und dann trocken in einer mechanischen Mühle, wie einer Superfeinmühle, gemahlen, um ein homogenes Gemisch zu erhalten, bei dem alle Teilchen kleiner als 3 µm waren.This powder mixture was molded and then dry in one mechanical mill, like a super fine mill, ground to a to obtain a homogeneous mixture in which all particles are smaller than 3 microns were.
Eine 10%ige Lösung aus Ethylcellulose in Turpineol wurde mit dem Pulvergemisch vermischt. Die Lösungsmenge belief sich auf 15% der kombinierten Gewichte aus Lösung und Pulvergemisch. Das Vermischen wurde fortgesetzt, bis man eine gleichmäßige Masse bzw. Paste erhielt.A 10% solution of ethyl cellulose in Turpineol was used with the Mixed powder mixture. The solution amount was 15% the combined weights of solution and powder mixture. The Mixing was continued until a uniform mass or paste received.
Die Masse wurde auf die Oberfläche eines hochdichten 96%igen Aluminiumoxidkeramiksubstrats jener Sorte aufgebracht, die zur Herstellung von Dickfolienschaltungen mittels Seidensiebdruck verwendet wird. Das Substrat hatte die Abmessungen von 5 cm × 3,5 cm × 0,05 cm, und die Masse wurde aufgedruckt, um eine viereckige Fläche von 5 cm × 3 cm zu bedecken. Ein Siebmaterial mit 48 µm (305 mesh) wurde verwendet, woraus man eine Schicht der Masse mit einer Dicke von etwa 15 µm erhielt.The mass was on the surface of a high-density 96% Alumina ceramic substrate of the kind applied to Production of thick film circuits by means of silk screen printing is used. The substrate had the dimensions of 5 cm × 3.5 cm × 0.05 cm, and the mass was printed to a square area of 5 cm × 3 cm to cover. A sieve material 48 μm (305 mesh) was used to make one layer the mass was obtained with a thickness of about 15 microns.
Das beschichtete Substrat wurde in einen Ofen eingebracht und 10 min lang auf 100°C erwärmt, um das Turpineol zu verdampfen.The coated substrate was placed in an oven and Heated to 100 ° C for 10 minutes to evaporate the Turpineol.
Eine der vorstehend beschriebenen Masse ähnliche Masse wurde zubereitet, die aber die folgende Zusammensetzung aus anorganischen Bestandteilen hatte ("zweite Zusammensetzung"):A mass similar to the mass described above was prepared, but having the following composition of inorganic Had ingredients ("second composition"):
Diese Masse wurde mittels Seidensiebdruck aufgedruckt, um zwei Streifen mit einer Breite von 3 mm und einer Länge von 4,5 cm zu bilden, welche die langen Ränder der zuvor gedruckten Schicht um 1,5 mm überlappten.This mass was printed by silk screen printing to two Strip with a width of 3 mm and a length of 4.5 cm too forming the long edges of the previously printed layer 1.5 mm overlapped.
Der Zweck dieser Streifen war, einen besseren elektrischen Kontakt zwischen der gesinterten Halbleiterschicht und den Indiumelektroden (siehe nachstehende Ausführungen) zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß Zusammensetzungen, die mehr als 45% Cadmiumsulfid enthalten und einen relativ geringen Anteil an Kupfer haben, zu einem besseren elektrischen Kontakt als Zusammensetzungen führen, die 45% oder mehr Cadmiumselenid enthalten und einen höheren Anteil an Kupfer haben.The purpose of these strips was to get a better electrical Contact between the sintered semiconductor layer and the Indium electrodes (see below). It has been found that compositions containing more than 45% Contain cadmium sulfide and a relatively small proportion of Have copper, for better electrical contact than compositions lead containing 45% or more cadmium selenide and have a higher percentage of copper.
Das beschichtete Substrat wurde zu dem Ofen zurückgebracht und 10 min lang bei 100°C erwärmt, um das Turpineol aus den gedruckten Streifen zu verdampfen.The coated substrate was returned to the oven and Heated at 100 ° C for 10 min to print the turpineol from the printed Strip to evaporate.
Das beschichtete Substrat wurde dann in einen Pyrex-Glasbehälter eingebracht, der eine obere Abdeckung aus demselben Material hat. Gas könnte in ein Ende des Behälters über ein Pyrex-Glasrohr eingeleitet und am gegenüberliegenden Ende über einen Spalt zwischen dem Behälter und der oberen Abdeckung abgeleitet werden. Diese Anordnung wurde in einen elektrisch beheizten Ofen eingebracht.The coated substrate was then placed in a Pyrex glass container introduced, the top cover of the same material Has. Gas could enter one end of the container via a Pyrex glass tube introduced and at the opposite end over a gap derived between the container and the top cover become. This arrangement was placed in an electrically heated oven brought in.
Vor der Erwärmung wird reiner Stickstoff durch den Behälter mit einer Durchflußmenge von 4,5 l/h 20 min durchgeleitet, um die Luft herauszuspülen, die zu Beginn vorhanden war. Der Ofen wird dann innerhalb eines Zeitraumes von 50 min auf 580°C aufgewärmt, und zugleich wird die Durchleitung von reinem Stickstoff fortgesetzt. Wenn einmal die Temperatur von 580°C erreicht ist, wird ein kleiner Luftanteil, d. h. 1 Vol-%, dem Stickstoff zugegeben, und dieser Mischstrom wird mit einer Durchflußmenge von etwa 4,5 l/h fortgesetzt durchgeleitet. Die Temperatur von 580°C wurde 60 min lang aufrechterhalten, und am Ende dieses Zeitraumes wurde der Ofen ausgeschaltet und über einen Zeitraum von 60 bis 90 min hinweg abkühlen gelassen. Der Strom des Gemisches aus Stickstoff/Luft wird fortgesetzt aufrechterhalten, bis sich der Ofen auf unter 150°C abgekühlt hat. Anschließend könnte Luft durch den Ofen zur Beschleunigung der Abkühlung geblasen werden.Before heating, pure nitrogen is passed through the container a flow rate of 4.5 l / h 20 min passed to the Rinse out air that was present at the beginning. The oven will then warmed to 580 ° C over a period of 50 minutes, and at the same time the passage of pure nitrogen continued. Once the temperature reaches 580 ° C, is a small proportion of air, d. H. 1% by volume, the nitrogen added, and this mixed stream is at a flow rate continued from about 4.5 l / h. The temperature of 580 ° C was maintained for 60 minutes, and at the end of this Period, the stove was turned off and over a period of time allowed to cool for 60 to 90 minutes. The stream of Mixture of nitrogen / air continues to be maintained, until the oven has cooled to below 150 ° C. Subsequently could air through the oven to speed up the cooling be blown.
Die erhaltene gesinterte Schicht war fest, haftend und chemisch stabil. Es war eine Verminderung der Dicke der Schicht von etwa 40% vorhanden. Untersuchungen der Oberfläche des gesinterten Materials mit Hilfe des Elektronenmikroskops zeigten, daß die letzte hauptsächlich aus großen Körnern von etwa 9 µm bestand, die an den Korngrenzen miteinander verschmolzen waren.The obtained sintered layer was solid, adherent and chemical stable. It was a reduction in the thickness of the layer of about 40% available. Investigations of the surface of the sintered Materials with the help of the electron microscope showed that the last consisted mainly of large grains of about 9 μm, which were fused together at the grain boundaries.
Die chemische Zusammensetzung der gesinterten, ersten Zusammensetzung war wie folgt:The chemical composition of the sintered, first composition was as follows:
Indium wurde dann auf die Randabschnitte der langen Seiten des Substrats zur Bildung der Elektroden aufgedampft. Hierzu wurde eine Metallmaske aufgelegt, um die gesamte erste, gesinterte Zusammensetzung um eine 1 mm breite Randzone der zweiten Zusammensetzung auf jeder Seite der ersten Zusammensetzung abzudecken. Dann wurde Indium unter Verwendung einer üblichen Metallaufdampfvorrichtung aufgedampft, um das abgedeckte Substrat zu überziehen. Die Maske wurde dann sorgfältig entfernt. Die Dicke des Indiumüberzugs belief sich auf 0,5 µm. Das beschichtete Substrat wurde in einen Ofen eingebracht und 15 min lang auf 160°C erwärmt, um zu bewirken, daß Indium an der Oberfläche der gesinterten, zweiten Zusammensetzung schmilzt.Indium was then applied to the marginal sections of the long sides of the Substrate evaporated to form the electrodes. For this was a metal mask placed around the entire first, sintered Composition around a 1 mm wide edge zone of the second composition on each side of the first composition. Then indium was made using a conventional metal vapor deposition apparatus evaporated to the covered substrate cover. The mask was then removed carefully. The fat of the indium coating was 0.5 μm. The coated one Substrate was placed in an oven and allowed to stand for 15 minutes 160 ° C heated to cause indium on the surface of sintered, second composition melts.
Das Endprodukt hatte daher ein Band aus der ersten Zusammensetzung mit einer Breite von etwa 27 mm (zwischen den langen Seiten des Substrats), einen Streifen der zweiten Zusammensetzung mit einer Breite von etwa 1 mm auf jeder Seite desselben und einen Indiumelektrodenstreifen mit einer Breite von etwa 3 mm auf der anderen Seite der zweiten Zusammensetzung, welcher sich entlang den Längsrändern des Substrats erstreckte.The final product therefore had a ribbon of the first composition with a width of about 27 mm (between the long sides of the substrate), a strip of the second composition a width of about 1 mm on each side thereof and one Indium electrode strips with a width of about 3 mm on the other side of the second composition, which is along the longitudinal edges of the substrate extended.
Zur Bildung eines Schalters wurden sechs Leuchtdioden (LED) für sichtbares Licht an einem Teil der gedruckten Schaltungsplatte angebracht, die Abmessungen von 5 cm × 3,5 cm hatte, wobei die Leuchtdioden in zwei Reihen mit je drei in Breitenrichtung der Platte angeordnet waren. Jede Reihe wurde mit der Mitte mit 1,75 cm von jedem Ende angeordnet, und die Leuchtdioden waren in gleichmäßigen Abständen in Längsrichtung der Reihe gesehen angeordnet. Jede Reihe von drei Leuchtdioden war elektrisch in Reihe geschaltet, und die beiden Reihen wurden parallel geschaltet, um eine gemeinsame Antriebsverbindung zu bilden. Die Anordnung der Leuchtdioden wurde auf der Oberfläche des Halbleiters auf dem Substrat mit einem Abstand von 3 mm von der Oberfläche des Oberteils jeder Leuchtdiode angebracht. Die Anordnung aus der Leuchtdiodenplatte und dem beschichteten Substrat wurde in einen starren Kunststoffrahmen gebracht, der das beschichtete Substrat von den Leuchtdioden elektrisch isolierte. Die elektrischen Anschlüsse wurden mit den Indiumelektroden an jedem Rand des Substrats hergestellt. Die Gesamtanordnung wurde dann in Transformatoröl getaucht, um ein Überschlagen an der Fläche der Halbleiterschicht zu verhindern.To form a switch, six light emitting diodes (LED) for visible light on a part of the printed circuit board attached, the dimensions of 5 cm × 3.5 cm, the Light-emitting diodes in two rows of three each in the width direction Plate were arranged. Each row was with the middle 1.75 cm from each end, and the light-emitting diodes were in uniform intervals seen in the longitudinal direction of the row arranged. Each row of three light-emitting diodes was electrically in Row connected, and the two rows were connected in parallel, to form a common drive connection. The Arrangement of light-emitting diodes was on the surface of the semiconductor on the substrate with a distance of 3 mm from the surface the upper part of each LED attached. The order from the light emitting diode plate and the coated substrate placed in a rigid plastic frame that coated the Substrate electrically isolated from the light-emitting diodes. The electrical Connections were made with the indium electrodes on each edge of the substrate. The overall arrangement was then in Transformer oil immersed to a rollover on the surface of the Prevent semiconductor layer.
Die eingesetzten Leuchtdioden waren hocheffektive Rotleuchtdioden mit einer Spitzenemission von 660 nm sichtbarem Rotlicht und einem Beobachtungswinkel von 140°. Ihre Lichtabgabe bei einem Strom von 20 ma belief sich auf 200 mcd (0,2 Candela [Platineinheit]). Beim Betrieb mit pulsierendem Strom belief sich die Lichtabgabe bei 100 ma Impulsen in typischer Weise auf 1 Candela bei 25°C.The light-emitting diodes used were highly effective red light-emitting diodes with a peak emission of 660 nm visible red light and an observation angle of 140 °. Your light output at one Current of 20 ma amounted to 200 mcd (0.2 candela [board unit]). When operating with pulsating current, the Light output at 100 ma pulses typically to 1 candela at 25 ° C.
Die elektrischen Eigenschaften des Schalters sind nachstehend angegeben.The electrical characteristics of the switch are below specified.
Die folgenden Eigenschaften wurden mit dem Schalter aufgezeichnet, der in Transformatoröl bei einer Temperatur von 25°C eingetaucht wurde und insgesamt unbeleuchtet war.The following properties were recorded with the switch, in transformer oil at a temperature of 25 ° C was immersed and was unlit overall.
Wenn eine Gleichspannung von 30 kV an den Halbleiterkontakten anlag, wurde ein Strom von weniger als 2 µA festgestellt. Dies entspricht einem Schalterdunkelwiderstand von größer als 15 000 Megaohm.When a DC voltage of 30 kV at the semiconductor contacts a current of less than 2 μA was detected. This corresponds to a switch dark resistance greater than 15,000 megohms.
Der elektrische Durchschlag des Halbleiters trat bei einer Gleichspannung von 35 bis 40 kV bei Tests auf, die an einigen Proben vorgenommen wurden.The electrical breakdown of the semiconductor occurred at a DC voltage from 35 to 40 kV in tests on some Samples were taken.
Der Schalter konnte hohen Spannungsimpulsen in der Form standhalten, die bei einer Benzinmotorzündspule mit einer Stärke von wenigstens 35 kV erzeugt wurden, und einer Impulswiederholungsrate von 200 l/s.The switch was able to withstand high voltage pulses in the mold, in a gasoline engine ignition coil with a thickness of at least 35 kV were generated, and a pulse repetition rate of 200 l / s.
Die folgenden Eigenschaften wurden mit dem Schalter erfaßt, der in Transformatoröl bei einer Temperatur von 25°C eingetaucht war, und es ergaben sich die folgenden Ausleuchtbedingungen.The following features were detected with the switch that immersed in transformer oil at a temperature of 25 ° C was, and it resulted in the following lighting conditions.
Diodendurchlaßstrom, Stromimpulse von 3 ms Dauer und Stärken von größer als 0,15 mit einer Impulswiederholungsfrequenz von 50 l/s.Diode forward current, current pulses of 3 ms duration and strengths of greater than 0.15 with a pulse repetition frequency of 50 l / s.
Eine Gleichspannung mit 500 V wurde als Gittervorspannung an die Halbleiterschichtkontakte angelegt, und die vorstehend genannten Durchlaßstrombedingungen wurden an den Dioden erfüllt, wodurch bewirkt wurde, daß Stromimpulse in einer Vorspannungsschaltung von 500 V erzeugt wurden. Diese Impulse hatten die folgenden Eigenschaften:A DC voltage of 500 V was used as a grid bias to the Semiconductor layer contacts applied, and the above Forward current conditions were met at the diodes, thereby has been caused that current pulses in a bias circuit of 500V were generated. These pulses had the following Properties:
Ein Zündspulenausgang mit hoher Ansprechschwelle (H. T.) wurde in Reihe zu den Elektroden der Halbleiterschicht derart geschaltet, daß der Schalter die einzige Impedanz für den Strom in der Schaltung darstellt. Die Zündspule wurde so ausgelegt, daß ein Impuls des Zündstromes zu einem Zeitpunkt erzeugt wurde, der mit der Mitte der Zeitdauer des LED-Durchlaßstromimpulses übereinstimmte, d. h. der Zündstromimpuls trat zu dem Zeitpunkt auf, an der impulsbetriebene Schalter den Zustand mit geringstem Widerstand einnimmt und jeden Impuls weiterleitet.An ignition coil output with high threshold (H.T.) has been installed in Row connected to the electrodes of the semiconductor layer such that the switch is the only impedance for the current in the Circuit represents. The ignition coil was designed so that a Pulse of the ignition current was generated at a time with the middle of the duration of the LED forward current pulse coincided, d. H. the ignition pulse occurred at the time the pulse-operated switch the state with the least resistance occupies and forwards every impulse.
Die Grundwellenform des Stromimpulses, der mittels der Schaltung erzeugt wurde, war so beschaffen, daß ein Anstieg auf einen Spitzenstrom innerhalb einer Zeitperiode von 75 ms auftrat und dann ein allmählicher Abfall auf einen Strom von Null während einer Zeitperiode von 1,5 ms bei einer Impulswiederholungsrate von 50 l/s auftrat.The basic waveform of the current pulse generated by the circuit was created so that a rise to one Peak current occurred within a period of 75 ms and then a gradual fall to a current of zero during a time period of 1.5 ms at a pulse repetition rate of 50 l / s occurred.
Die Spitzenströme wurden durch Änderung des Zündspulenprimärstroms und in einem stärkeren Maße durch Änderung der Bauart der Zündspule variiert.The peak currents were changed by changing the ignition coil primary current and to a greater extent by changing the design of the Ignition coil varies.
Eine gesinterte Halbleiterschicht wurde auf einem Aluminiumoxidsubstrat wie beim Beispiel 1 ausgebildet, wobei aber die folgenden Änderungen vorgenommen wurden.A sintered semiconductor layer was formed on an alumina substrate as in Example 1, but with the following Changes were made.
Die anorganische Materialzusammensetzung war wie folgt:The inorganic material composition was as follows:
Es wurde nur diese Zusammensetzung eingesetzt (d. h. eine zweite anorganische Zusammensetzung wurde bei diesem Beispiel nicht verwendet).Only this composition was used (i.e., a second inorganic composition did not become in this example used).
Das Substrat bestand aus demselben Material und hatte dieselben Abmessungen wie beim Beispiel 1. Die Masse wurde aber mittels Siebdruck aufgebracht, um ein Viereck mit Abmessungen von 3 cm × 2 cm zu bilden.The substrate was made of the same material and had the same Dimensions as in Example 1. The mass was but by means of Screen print applied to a square with dimensions of 3 cm × 2 cm to build.
In der Sinterungsstufe belief sich der Prozentsatz der Luft im Stickstoff/Luftgemisch auf 2 Vol-%, und die Sintertemperatur belief sich auf 540°C. In the sintering stage, the percentage of air in the Nitrogen / air mixture to 2% by volume, and the sintering temperature amounted to 540 ° C.
Indium wurde auf den gesinterten Halbleiter zur Bildung der Kontaktschichten aufgedampft, die längs der Breite des Substrats verlaufen und jeweils von einer kurzen Seite des Substrats ausgehen, um sich mit der Halbleiterschicht um 1,5 mm zu überlappen.Indium was deposited on the sintered semiconductor to form the Contact layers vapor deposited along the width of the substrate run and each from a short side of the substrate go out to overlap with the semiconductor layer by 1.5 mm.
Das fertig beschichtete Substrat hatte daher im allgemeinen den Aufbau, der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist, und wies eine Halbleiterschicht von etwa 2,0 cm Breite und einer Länge von 2,7 cm mit Indiumkontakten auf, die längs der Breite der Schicht verliefen und sich an dem Rand mit der letztgenannten um 1,5 mm an jedem Ende überlappten.The finished coated substrate therefore had generally the structure shown in Figs. 1, 2 and 3, and had a semiconductor layer about 2.0 cm wide and 2.7 cm long with indium contacts extending along the Width of the layer ran and overlapped at the edge with the latter by 1.5 mm at each end.
Diesem beschichteten Substrat wurden zwei Neonglühentladeröhren als Lichtquelle zugeordnet. Hierbei handelt es sich um im Handel erhältliche Neonanzeigeleuchten. Die beiden Neonröhren wurden so angeordnet, daß die Längserstreckung jeder Röhre derart gerichtet war, daß sie sich über die Breite des Halbleiters erstreckte und einen Abstand hatte, so daß die Mittelachse der Röhren in einem Abstand von 1 cm von den Elektroden und 1 cm oberhalb der Oberfläche des Halbleiters lag. Ein kleiner, ebener Reflektor wurde über den Neonröhren angeordnet, um die Ausleuchtung der Oberfläche zu verstärken.To this coated substrate were two neon glow discharge tubes assigned as a light source. This is in the trade available neon display lights. The two neon tubes were like that arranged that the longitudinal extent of each tube directed so was that it extended across the width of the semiconductor and had a distance so that the central axis of the tubes in a distance of 1 cm from the electrodes and 1 cm above the Surface of the semiconductor was. A small, flat reflector was placed over the neon tubes to illuminate the Reinforce surface.
Jede Neonröhre wurde in Reihe geschaltet, und die Stromwellenform, die zum Betreiben der Neonröhre verwendet wurde, war die gleiche wie beim Beispiel 1, abgesehen davon, daß der Spitzenstrom auf 20 mA limitiert war.Each neon tube was connected in series, and the current waveform, which was used to operate the neon tube was the same as Example 1, except that the peak current was limited to 20 mA.
Die folgenden Eigenschaften wurden mit diesem Schalter aufgezeichnet, der in Transformatoröl bei einer Temperatur von 25°C eingetaucht war und insgesamt im dunklen Bereich war. Bei einer Gleichspannung von 30 kV, die an den Halbleiterschichtkontakten anlag, wurde ein Strom von weniger als 1 µA aufgezeichnet, was einem Schaltersperrwiderstand von größer als 30 000 Megaohm entsprach.The following properties were recorded with this switch, in transformer oil at a temperature of 25 ° C was immersed and overall was in the dark area. At a DC voltage of 30 kV at the semiconductor layer contacts An electrical current of less than 1 μA was recorded a switch blocking resistor greater than 30,000 megohms corresponded.
Der elektrische Durchschlag des Halbleitermaterials trat bei einer Gleichspannung von 37 bis 39 kV bei Tests auf, die mit einigen Proben durchgeführt wurden.The electrical breakdown of the semiconductor material occurred a DC voltage of 37 to 39 kV in tests with some samples were carried out.
Der Schalter konnte hohen Spannungsimpulsen in einer solchen Form standhalten, welche mittels einer Zündspule erzeugt wurden und eine Größe von wenigstens 32 kV und eine Impulswiederholungsrate von 200 l/s hatten.The switch could be high voltage pulses in such a Withstand form, which were generated by means of an ignition coil and a size of at least 32 kV and a pulse repetition rate of 200 l / s.
Die Schaltereigenschaften wurden mit dem Schalter, der in
Transformatoröl bei einer Temperatur von 25°C eingetaucht war
und unter den folgenden Ausleuchtbedingungen aufgezeichnet:
Neonstrom, Stromimpulse von 3 ms Dauer und Größe von größer als
0,02 bei einer Impulswiederholungsfrequenz von 50 l/s.The switch characteristics were recorded with the switch immersed in transformer oil at a temperature of 25 ° C and under the following illumination conditions:
Neon current, current pulses of 3 ms duration and size of greater than 0.02 at a pulse repetition frequency of 50 l / s.
Es wurde eine Gleichspannung als Gittervorspannung von 500 V an die Halbleiterschichtkontakte angelegt, und es herrschten die vorstehend angegebenen Stromverhältnisse an den Neonröhren, um Stromimpulse in einer Schaltung mit einer Vorspannung von 500 V zu erzeugen. Die Eigenschaften dieser Impulse sind nachstehend angegeben:It was a DC voltage as a grid bias of 500 V at the semiconductor layer contacts applied, and prevailed the above indicated current conditions on the neon tubes to Current pulses in a circuit with a bias voltage of 500V to create. The characteristics of these pulses are below stated:
Ein H. T.-Ausgang (Ausgang mit hoher Ansprechwelle) der Zündspule wurde in Reihe zu den Elektroden der Halbleiterschicht derart geschaltet, daß der Schalter die einzige Impedanz im Stromkreis darstellt. Die Zündspule war so ausgelegt, daß ein Impuls einer Zündspannung zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, der mit der Mitte der Zeitdauer des Neonstromimpulses übereinstimmt, d. h. der Zündstromimpuls trat an der Stelle auf, an der impulsbetriebene Schalter in einem Zustand mit dem geringsten Widerstand war und jeden Impuls durchließ.A H. T. output (high response wave output) of the Ignition coil became in series with the electrodes of the semiconductor layer switched so that the switch the only impedance in Circuit represents. The ignition coil was designed so that a Pulse of an ignition voltage is generated at a time, the coincides with the middle of the duration of the neon current pulse, d. H. the ignition impulse occurred at the point at the pulse-driven Switch in a state with the least resistance was and let every impulse through.
Die Grundwellenform des Stromimpulses, der mittels der Schaltung erzeugt wurde, zeigte einen Anstieg auf den Spitzenstrom innerhalb eines Zeitraumes von 75 µs und dann einen progressiven Abfall auf einen Strom von Null während einer Zeitperiode von 1,5 ms bei einer Impulswiederholrate von 50 l/s.The basic waveform of the current pulse generated by the circuit was generated, showed an increase on the peak current within a period of 75 μs and then a progressive one Decay to zero current during a period of time 1.5 ms at a pulse repetition rate of 50 l / s.
Die Spitzenströme wurden durch Änderung des Zündspulenprimärstromes in einem stärkeren Maße durch Änderung der Bauart der Zündspule variiert.The peak currents were changed by changing the ignition coil primary current to a greater extent by changing the design of the Ignition coil varies.
Zusammenfassend wird ein elektronischer Schalter angegeben, der einen lichtempfindlichen Halbleiter 1, 11, 21 und eine Lichtquelle 14, 24 aufweist, die bei ihrer Aktivierung den Halbleiter ausleuchtet und bewirkt, daß der letzte leitend wird, wobei der lichtempfindliche Halbleiter ein gesintertes Gemisch ist, das in Gew.-% 63 bis 74% Cadmium, 16 bis 24% Selen, 8 bis 14% Schwefel, 0,1 bis 1% Chlor und 0,005 bis 0,1% Kupfer aufweist.In summary, an electronic switch is provided which comprises a photosensitive semiconductor 1, 11, 21 and a light source 14, 24 which, when activated, illuminate the semiconductor and cause the latter to become conductive, the photosensitive semiconductor being a sintered mixture in% by weight of 63 to 74% cadmium, 16 to 24% selenium, 8 to 14% sulfur, 0.1 to 1% chlorine and 0.005 to 0.1% copper.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CHAMPION SPARK PLUG BELGIUM S.A., BINCHE, PERONNES |
|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: GRUENECKER, A., DIPL.-ING. KINKELDEY, H., DIPL.-IN |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |