DE69522734T2 - Fehlerindikator für ein Schutzbauelement - Google Patents

Fehlerindikator für ein Schutzbauelement

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Schutzbauteile mit vier alternierenden Halbleiterschichten, vom Typ eines Thyristors, eines gatelosen Thyristors, oder einer mono- oder bidirektionellen (Ein- bzw. Zwei-Richtungs-) Shockley-Diode.
  • Derartige Schutzbauteile werden in verschiedenen Anordnungen verwendet, und Ausbildungen derartiger Schutzbauteile sind in den folgenden Patenten und Patentanmeldungen der Anmelder in beschrieben: US-A-5 274 524, US-A-5 243 488, EP-A- 490 783, US-A-5 272 363, EP-A-542 648, EP-A-561 721, F392/14 793 (B1712, B1713, B1731, B1810, B1841, E1958, B2072).
  • Bei diesen Schutzbauteilen sind verschiedene Verbesserungen bzw. Vervollkommnungen vorgenommen worden, zur Verbesserung ihrer Schutzfunktion, d. h. um den Kipp-Schwellwert genauer zu bestimmen und/oder diesen Schwellwert programmier- bzw. steuerbar zu machen, sowie zur Verbesserung ihrer Betriebszuverlässigkeit. Somit finden diese Schutzbauteile zunehmend stärkere Anwendung aufgrund ihrer Einschalt-Eigenschaften (die Spannung an ihren Anschlüssen fällt während der Dauer eines Überlast-Zustandes auf einen sehr niedrigen Wert ab), ihrer daraus folgenden kleinen Abmessung sowie der Geschwindigkeit ihrer Umschaltung. Insbesondere finden sie Anwendung zum Schutz von Telefonleitungen.
  • In bekannter Weise kann man eine undidirektionelle bzw. Ein-Richtungs-Shockley-Diode mit einer Gleichrichtanordnung verwenden, oder eine bidirektionelle bzw. Zwei-Richtungs- Shockley-Diode in Anordnung zwischen den beiden Adern der Telefonleitung, oder auch eine Dreiecks- bzw. Delta-Anordnung oder eine Sternanordnung von Shockley-Dioden, wobei ein erster Anschluß mit einem ersten Leiter der Telefonleitung verbunden ist, ein zweiter Anschluß mit einem zweiten Leiter der Telefonleitung und ein dritter Anschluß mit einer Bezugsspannung, üblicherweise Masse.
  • Da jedoch für die Schutzbauteile vernünftige Abmessungen eingehalten werden sollen, werden diese Bauteile so vorgesehen, daß sie eine vorgegebene maximale Überlast-Energie auszuhalten vermögen. Jenseits dieser Energie besteht die Gefahr einer Zerstörung des Schutzbauteils. Die Schutzbauteile sind so ausgebildet und ausgelegt, daß diese Zerstörung einem Kurzschluß des Schutzbauteils entspricht. In der Tat könnte ja, wenn die Zerstörung einem offenen, unterbrochenen Stromkreis entspräche, die zu schützende Schaltung zerstört werden.
  • Die vorliegende Erfindung soll einen einfachen und raschen Nachweis der Zerstörung eines Vier-Schicht-Schutzbauteils gestatten.
  • Die Information über die Zerstörung kann an die unmittelbare Nachbarschaft des Bauteils geliefert werden, was in Telefonzentralen nützlich sein kann, wo eine große Anzahl von Leitungen zusammenkommt und wo in einfacher bequemer Weise unmittelbar auf einer Tafel angezeigt werden kann, wenn das einer der Leitungen zugeordnete Schutzbauteil defekt ist, um rasch eine Wartung vorzunehmen.
  • Diese Information betreffend eine Zerstörung kann aber auch auf Entfernung verfügbar gemacht werden.
  • Die vorliegende Erfindung setzt sich auch zum Ziel, einen einfachen und raschen Nachweis jedes Übergangs eines Vier- Schicht-Schutzbauteils in den Leitungszustand zu ermöglichen.
  • Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 unter Schutz gestellt ist, eine Modifizierung eines Schutzbauteils durch Zufügung eines zusätzlichen pn-Übergangs und Zuordnung einer Vorspann- und Detektionsschaltung zu diesem zusätzlichen pn-Übergang vor, derart daß ein Strom in diesem pn-Übergang fließt, wenn einer der aktiven pn-Übergänge des Schutzbauteils zerstört ist. Das Nachweis- bzw. Detektionssystem übersetzt dann diesen Stromdurchgang in ein Informationssignal, beispielsweise ein Leuchtsignal unter Verwendung einer Licht emittierenden Diode, oder in ein fernübertragbares Signal mittels einer beliebigen Stromnachweisschaltung und zugeordneter Übertragungsschaltung.
  • Näherhin sieht die vorliegende Erfindung vor einen Detektor zum Nachweis eines Fehler-bzw. Störzustands vom Typ eines p/n-Übergang-Kurzschlusses in einem Halbleiter-Schutzbauteil mit vier alternierenden Halbleiterschichten, von welchen eine der Mittelschichten einem Halbleitersubstrat niedrigen Dotierungspegels und von einem ersten Leitfähigkeitstyp entspricht, wobei das Bauteil in dem Substrat außer den verschiedenen seine Schutzfunktion konstituierenden Bereichen wenigstens einen zusätzlichen Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der mit einem Test- bzw. Prüfanschluß verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß der Test- bzw. Prüfanschluß über einen Stromdetektor mit einer Spannungsquelle verbunden ist, deren Potential größer bzw. kleiner als die Ruhespannung jedes der Anschlüsse des Bauteils ist, je nachdem das Substrat vom N- bzw. vom P-Typ ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Schutzbauteil eine bidirektionelle oder Zwei-Richtungs- Shockley-Diode, welche zu beiden Seiten eines Substrats eines ersten Leitfähigkeitstyps Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, in welchen jeweils Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind, wobei die Bareiche des ersten Leitfähigkeitstyps in Projektion im wesentlichen komplementär zueinander sind, wobei die zusätzlichen Bereiche in der Oberseite des Substrats zur gleichen Zeit wie der in dieser Oberseite des Substrats ausgebildete Bereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Schutzbauteil geeignete Schichten zur Bildung eines Aggregats von Zwei-Richtungs-Shockleydioden in Dreiecks- bzw. Deltaschaltung aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Schutzbauteil geeignete Schichten zur Bildung eines Aggregats von Zwei-Richtungs-Shockleydioden in Sternschaltung aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Schutzbauteil geeignete Schichten zur Ausbildung eines oder mehrerer Schutzbauteile mit gesteuerter Kippspannung aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß dar Stromdetektor eine Elektrolumineszenz- Diode ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß dar Detektor Mitteln zum Zählen der Anzahl von Überlastzuständen zugeordnet ist.
  • Diese und weitere Ziele, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden nicht-einschränkenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele im einzelnen dargelegt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:
  • Fig. 1A in schematischer Schnittansicht ein Halbleiter- Bauteil, das eine bidirektionelle oder Zwei-Richtungs-Shockley-Diode bildet,
  • Fig. 15 das allgemein verwendete Symbol zur Bezeichnung einer bidirektionellen bzw. Zwei-Richtungs-Shockley-Diode,
  • Fig. 2A eine stark schematische symbolische Ersatzdarstellung des Bauteils nach Fig. 1A,
  • Fig. 2B in schematischer Form die Zuordnung eines Fehlerdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bauteil aus Fig. 1A,
  • Fig. 3 die Verwendung eines Fehlerdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung in Zuordnung zu einer Stern- oder Dreieck- bzw. Delta-Anordnung von bidirektionellen Snockley- Dioden,
  • Fig. 4 in Schnittansicht eine gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierte bidirektionelle bzw. Zwei-Richtungs- Shockley-Diode,
  • Fig. 5 in Schnittansicht ein Bauteil, in welchem eine Dreieck- bzw. Delta-Anordnung von gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierten bidirektionellen Shockley-Dioden inkorporiert ist,
  • Fig. 6 in Schnittansicht ein Bauteil, das eine Sternanordnung von gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierten bidirektionellen Shockley-Dioden darstellt,
  • Fig. 7A in Schnittansicht eine gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierte unidirektionelle bzw. Ein-Richtungs- Shockley-Diode,
  • Fig. 7B das Ersatzschaltbild der nicht-modifizierten Schaltung von Fig. 7A,
  • Fig. 7C ein anderes Ersatzschaltbild des gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierten Bauteils nach Fig. 7A,
  • Fig. 8A eine Anordnung aus einer unidirektionellen Shockley-Diode mit gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierter anti-paralleler Diode,
  • Fig. 8B ein Ersatzschaltbild des Bauteils aus Fig. 5A vor Modifizierung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 9A in schematischer Schnittansicht ein Bauteil, das einen Thyristor mit durch einen Transistor geregelter Schwellwertspannung und mit einer gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierten anti-parallelen Diode bildet, sowie
  • Fig. 9B ein Ersatzschaltbild des Bauteils aus Fig. 9A vor Modifizierung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 1A zeigt in Schnittansicht ein herkömmliches Halbleiterbauteil mit einer bidirektionellen bzw. Zwei-Richtungs- Shockley-Diode. Dieses Bauteil ist ausgehend von einem Substrat S eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet, der im folgenden als N-Typ angenommen wird. Von der Ober- und von der Unterseite des Substrats her sind P-Bereiche P1 bzw. P2 ausgebildet. In etwa der Hälfte der Fläche des Bereichs P1 ist ein N-Bereich N1 ausgebildet, und in im wesentlichen der Hälfte der Fläche des Bereichs P2 ist ein N-Bereich N2 ausgebildet; die Bereiche N1 und N2 sind in Projektion im wesentlichen zueinander komplementär. Die Bereiche N1 und N2 sind in herkömmlicher Weise mit Kurzschluß-Löchern (Emitter- Kurzschlüssen) versehen. Die Gesamtheit der Bereiche N1 und P1 ist mit einer Metallisierung a1 überzogen und die Gesamtheit der Bereiche N2 und P2 mit einer Metallisierung a2. Nicht bezeichnete Isolierschichten, üblicherweise aus Siliziumoxid, sind zur Begrenzung des Kontakts zwischen den Elektroden a1 und a2 und dem Substrat S bestimmt. Üblicherweise sind an den Grenzflächen zwischen den Bereichen P1 und P2 und dem Substrat S gegenüber den Bereichen N1 bzw. N2 N&spplus;-Bereiche vorgesehen, zur genauen Festlegung der Auslöse- bzw. Triggerschwelle der Shockley-Dioden.
  • Der linke Teil von Fig. 1A entspricht einer Shockley-Diode P2-S-P1-N1, deren Metallisierung a2 die Anode bildet. Der rechte Teil von Fig. 1A entspricht einer Shockley-Diode P1-S-P2-N2, deren Metallisierung a1 die Anode bildet.
  • Wenn die Elektrode a1 positiv bezüglich der Elektrode a2 ist, bildet der Übergang S(N&spplus;)-P2 den Sperrübergang, der in einen Lawinendurchbruchzustand übergeht, um eine Schutzfunktion zu gewährleisten, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden a1 und a2 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Wenn, umgekehrt, die Metallisierung a2 positiv bezüglich der Metallisierung a1 ist, bildet der Übergang S(N&spplus;)-P1 den Sperrübergang, der in einen Lawinendurchbruchzustand übergeht, wenn die Spannung zwischen den Elektroden a2 und a1 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
  • Im Falle einer übermäßigen positiven Überlast an der Metallisierung a1 kann der pn-Übergang zwischen dem Substrat S und dem Bereich P2 zerstört werden, d. h. dauerhaft leitend bleiben. Umgekehrt besteht im Falle einer übermäßigen positiven Überspannung an der Metallisierung a2 für den pn-Übergang zwischen dem Substrat S und dem Bereich P1 die Gefahr der Zerstörung und damit des Verbleibs in dauerhaftem Leitungszustand.
  • Man kann es so betrachten, daß die statische Arbeits- und Wirkungsweise des Bauteils aus Fig. 1A dem Schaltschema nach Fig. 2A entspricht, das aus zwei entgegengesetzt gerichteten Lawinendurchbruchdioden D1 und D2 besteht, wobei die erste dem pn-Übergang P1-S und die zweite dem pn-Übergang S-P2 entspricht. Dabei ist daran zu erinnern, daß das Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn es in den Kipp- bzw. Umkehr-Zustand übergeht, keine Lawinendurchbruchdioden- Charakteristik besitzt, sondern eine Thyristor-Charakteristik, d. h. daß die Spannung an seinen Anschlüssen auf einen deutlich unterhalb seiner Kippspannung liegenden Wert absinkt. Somit gibt das Schaltschema nach Fig. 2A das Bauteil gemäß Fig. 1A nur sehr unvollkommen wieder. Es kann jedoch zur Erklärung der vorliegenden Erfindung dienen, unter der Voraussetzung, daß, wie weiter oben erwähnt, falls das Bauteil nach Fig. 1A als Folge einer Überlast zerstört wird, dies gleichbedeutend damit ist, daß eine der Lawinendurchbruchdioden D1 und D2 einem Kurzschluß entspricht.
  • Wie in Fig. 2B veranschaulicht, sieht die vorliegende Erfindung vor, das Substrat S, welches der gemeinsame Punkt der Kathoden der Dioden D1 und D2 ist, mit dar Kathode einer Detektionsdiode D zu verbinden, die durch eine Gleichspannungsquelle V in Reihe mit einem Stromdetektor 10 positiv vorgespannt ist. Die Spannungsquelle V ist so gewählt, daß sie positiv bezüglich dem Ruhepotential der Metallisierungen a1 und a2 ist. Falls beispielsweise die Shockley-Doppeldiode eine Telefonleitung schützen soll, besitzt der Anschluß a1 ein Potential von -48 V und der Anschluß a2 ein Potential nahe Massepotential, allgemein ein leicht negatives Potential. Somit reicht es aus, daß die Spannung V leicht positiv ist, damit, falls die eine oder die andere von den Dioden D1 und D2 kurzgeschlossen wird, ein Strom in der Diode D fließt. Dieser Strom wird durch den Detektor 10 nachgewiesen, der ein Alarmsignal erzeugt, gegebenenfalls über eine Fernübertragungsschaltung. In einer einfachen Ausführung ist der Detektor 10 eine unmittelbar benachbart dein Bauteil angeordnet Elektrolumineszenz-Diode, zur Anzeige des Fehlerzustands.
  • Die vorstehend für die Diode D und die Spannungsquelle V angegebenen Polaritäten hängen vom Leitfähigkeitstyp des Substrats S ab. Falls dieses Substrat vom P-Typ wäre, hätten die Dioden D1 und D2 die entgegengesetzte Polarität, derart daß die Diode D und das Potential V negativer als das Ruhepotential der Anschlüsse a1 und a2 sein müßten.
  • Zur Ausübung der vorliegenden Erfindung könnte man an dem Bauteil nach Fig. 1A eine Kontaktnahme mit dem Substrat und eine äußere Diode vorsehen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, die Diode D in das Bauteil gemäß Fig. 1A einzubeziehen, wie nachstehend ersichtlich,
  • Allgemeiner gesprochen eignet sich die vorliegende Erfindung zur Anwendung bei verschiedenen Typen von Schaltungsanordnungen, welche in monolithischer Form wenigstens eine Shockley-Diode enthalten.
  • Fig. 3 gibt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild ähnlicher Art wie in Fig. 2A einer Anordnung von bidirektionellen oder Zwei-Richtungs-Shockley-Dioden in Stern- oder in Dreieck- bzw. Delta-Form wieder. Die sperrenden pn-Übergänge, welche in Lawinendurchbruchzustand übergehen können, entsprechen Zener-Dioden D1, D2, D3 in Anordnung zwischen Anschlüssen a1, a2 und G und dem Substrat S. Die Diode D ist mit diesem Substrat S verbunden. Herkömmlicherweise ist der Anschluß G mit Masse verbunden. Man gewährleistet auf diese Weise einen Schutz gegen eine Überspannung zwischen den Leitern a1 und a2 oder gegen eine Überspannung zwischen einem dieser Leiter und Masse.
  • Fig. 4 veranschaulicht in schematischer Schnittansicht eine bidirektionelle oder Zwei-Richtungs-Shockley-Diode ähnlich der in Fig. 1A, in welcher eine Diode D gemäß der vorliegenden Erfindung integriert wurde. In dieser Zeichnungsfigur sind gleiche Elemente wie in Fig. 1A mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die N&spplus;-Bereiche sind nicht wiedergegeben. In der Oberseite des Substrats werden P-Bereiche P3 ausgebildet, gleichzeitig mit dem Bereich P1, und diese Bereiche P3 bilden zusammen mit dem Substrat S die Diode D. Es können ein oder mehrere Bereiche P3 vorgesehen werden. Mit diesen Bereichen P3 fest verbundene Metallisierungen 11 entsprechen der Anode der Diode D, und sie bilden einen Test- oder Prüfanschluß, der mit einer Vorspann- und Stromdetektorschaltung verbunden werden kann.
  • Fig. 5 veranschaulicht eine Anwendung der vorliegenden Erfindung bei der Ausbildung bzw. Herstellung eines Netzes von bidirektionellen Shockley-Dioden in Dreieck- bzw. Delta- Anordnung. In dar Oberseite das Substrats sind Bereiche P1 und P2 ausgebildet. In der Unterseite ist ein Bereich F4 ausgebildet. Bereiche N1 und N2 nehmen im wesentlichen die Hälfte der Oberseite der Bereiche P1 und P2 ein. Ein Bereich N4 nimmt im wesentlichen die Hälfte der Oberfläche des Bereichs P4 ein, wobei der Bereich N4 in Projektion im wesentlichen komplementär bezüglich der Bereiche N1 und N2 ist. Eine erste vertikale bidirektionelle bzw. Zwei-Richtungs-Shockley-Diode wird durch die Bereiche N1-P1-S-P4-N4 zwischen den Metallisierungen a1 und G gebildet, eine zweite vertikale bidirektionelle Shockley-Diode wird von den Bereichen N2-P2-S-P4-N4 zwischen den Metallisierungen a2 und G gebildet, und eine dritte laterale bidirektionelle Shockley- Diode wird von den Bereichen N1-P1-S-P2-N2 zwischen den Metallisierungen a1 und a2 gebildet. Das Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt des weiteren einen in der Vorderseite des Substrats ausgebildeten Bereich P3, ähnlich den Bereichen P1 und P2. Wiederum kann man mehrere Bereiche P3 in solcher Verteilung vorsehen, daß der Zugangswiderstand zwischen der Diode P3-S und dem potentiell zerstörbaren pn- Übergang minimalisiert wird.
  • Fig. 6 stellt eine Konfiguration mit drei bidirektionellen oder Zwei-Richtungs-Shockley-Dioden in Sternanordnung dar. In der Oberseite des Substrats S sind drei Bereiche P1, P2, P4 ausgebildet. In Ausrichtung mit in den Bereichen P1, P2 und P4 ausgebildeten Bereichen N1, N2 bzw. N4 sind Bereiche PS, P6 bzw. P7 ausgebildet. Jeder der Bereiche N1, N2, N4 nimmt im wesentlichen die Hälfte der Oberfläche jedes der Bereiche P1, P2 bzw. P4 ein. Die Rückseite ist mit einer Metallisierung 12 überzogen, die nicht mit einer äußeren Elektrode verbunden ist. Eine derartige Anordnung ist bereits in den oben erwähnten Patenten und Patentanmeldungen beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in der Oberseite des Substrats zusätzlich Bereiche P3 diffundiert, wobei diese Bereiche P3 mit dem Substrat S die Diode D gemäß der Erfindung bilden.
  • Man erkennt, daß die vorliegende Erfindung sich nicht nur zur Anwendung bei Systemen mit bidirektionellen Shockley- Dioden eignet, sondern auch bei anderen Schutzsystemen mit vier Schichten.
  • Fig. 7A stellt eine unidirektionelle bzw. Ein-Richtungs- Shockley-Diode dar, die von einem Ausgangssubstrat S vom N-Typ gebildet wird, dessen Unterseite eine P-Schicht P2 aufweist und dessen Oberseite einen P-Bereich P1 umfaßt, in welchem ein N-Bereich N1 ausgebildet ist, der in herkömmlicher Weise wie in den vorhergehenden Fällen mit Kurzschluß- Löchern versehen ist. Der Bereich N1 ist mit einer Kathoden- Metallisierung K überzogen, die Unterseite mit einer Anoden- Metallisierung A. Das herkömmliche Symbol einer derartigen unidirektionellen Shockley-Diode DS ist in Fig. 73 wiedergegeben. Wie in Fig. 7C veranschaulicht, kann diese Shockley-Diode wie folgt konstituiert gedacht werden: Zwischen den Anschlüssen K und A liegen eine Diode 15 entsprechend dem Übergang N1-P1, eine Lawinendurchbruchdiode 16 entsprechend dem Bereich P1-S. und eine Diode 17 entsprechend dem Übergang S-P2. Gemäß der Erfindung wird die Hinzufügung einer mit dem Substrat S verbundenen Diode D vorgeschlagen. Diese Diode D wird durch einen in der Oberseite ausgebildeten Bereich P3 gebildet, der fest mit einer Prüf- bzw. Testmetallisierung 11 verbunden ist.
  • Fig. 8A veranschaulicht den Fall, wo das Vier-Schicht-Bauteil aus einer unidirektionellen Shockley-Diode DS in antiparalleler Anordnung über einer Diode 20 besteht. Die Oberseite des Substrats S vom N-Typ umfaßt einen P-Bereich P1, dessen Fläche im wesentlichen zur Hälfte von einem mit Emitter-Kurzschlüssen versehenen N-Bereich N1 eingenommen wird. Auf seiner Rückseite ist in Ausrichtung mit dem Bereich N1 ein Bereich P2 ausgebildet, der übrige Teil der Rückseite ist von stark dotierten N-Typ (N&spplus;). Man erhält somit eine unidirektionelle Shockley-Diode entsprechend den Bereichen P2-S-P1-N1 und eine aus den Bereichen P1-N-N&spplus; gebildete Diode in anti-paralleler Anordnung. In der Oberseite ist ein P-Bereich P3 ausgebildet, der mit dem Substrat S die Diode D gemäß der Erfindung bildet.
  • Fig. 9A entspricht einer Realisierung der in Fig. 9B veranschaulichten Schaltung. Ihr Mittelteil ist im Wesentlichenidentisch mit den Hauptteil des Bauteils aus Fig. 8A. Diesesmal bildet das Vier-Schicht-System N1-P1-S-P2 einen Thyristor, da mit der Schicht P1 eine Gate-Metallisierung 22 verbunden ist, die ihrerseits mit einem in einem Graben bzw. Kasten PS ausgebildeten Bereich N8 verbunden ist. Der Graben P8 ist mit einem Steueranschluß C verbunden, der in bekannter Weise den Schwellwert der Lawinendurchbruch-Auslösung des Thyristors N1-P1-S-P2 festzulegen gestattet. In der Oberseite des Substrats S ist ein Bereich P3 ausgebildet, der zusammen mit dem Substrat die Diode D gemäß der Erfindung bildet.
  • Das Vorstehende sind nur spezielle Anwendungs- und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Man kann die schematischen Anordnungen gemäß den Figg. 5 und 6 mit den Ausführungen von Bauteilen gemäß den Figg. 8 und 9 kombinieren. Des weiteren können auch komplexere Anordnungen von Shockley-Dioden oder von Thyristoren mit steuerbarer Triggerspannung in ein und demselben Substrat S realisiert werden.
  • Der Fehlerdetektor gemäß der Erfindung gestattet die Anzeige, daß ein permanenter Fehler bzw. Störzustand vorliegt, d. h. daß ein pn-Übergang definitiv in den Kurzschluß-Zustand übergegangen ist. Außerdem fließt in der Diode D bei jedem Durchgang einer Überlas - in dem Schutzbauteil ein Strom. Somit kann der Detektor gemäß der Erfindung einem logischen System zugeordnet werden, das eine Zählung der Zahl von Auslösungen des zugeordneten Schutzbauteils gestattet, was für die Betriebsüberwachung der zu schützenden Schaltung oder der Leitung, mit welcher die Schaltung verbunden ist, nützlich ist. Tatsächlich kann dies das Wartungspersonal zu Überlegungen hinsichtlich des Typs und der Häufigkeit von Störzuständen veranlassen, um gegebenenfalls Maßnahmen vorzusehen, um diesen Fehler- bzw. Störzuständen abzuhelfen. Darüber hinaus wird die Realisierung einer logischen Schaltung zur Analyse der Auslösungen bzw. Triggerungen durch den Umstand vereinfacht, daß einer dar Anschlüsse des Detektors 10 mit Masse verbunden sein kann.

Claims (8)

1. Detektor zum Nachweis eines Fehler-bzw. Störzustands vom Typ eines p/n-Übergang-Kurzschlußes in einem Halbleiter- Schutzbauteil mit vier alternierenden Halbleiterschichten, von welchen eine der Mittelschichten einem Halbleitersubstrat (S) niedrigen Dotierungspegels und von einem ersten Leitfähigkeitstyp entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in dem Substrat außer den verschiedenen seine Schutzfunktion konstituierenden Bereichen wenigstens einen zusätzlichen Bereich (P3) vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der mit einem Test-bzw. Prüfanschluß verbunden ist.
2. Verfahren zur Verwendung des Fehler- bzw. Stördetektors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Test- bzw. Prüfanschluß über einen Stromdetektor (10) mit einer Spannungsquelle verbunden ist, deren Potential (V) größer bzw. kleiner als die Ruhespannung jedes der Anschlüsse des Bauteils ist, je nachdem das Substrat vom N- bzw. vom P-Typ ist.
3. Fehler- bzw. Stördetektor nach Anspruch 1, in welchem das Schutzbauteil eine bidirektionelle oder Zweirichtungs- Shockleydiode ist, welche zu beiden Seiten eines Substrats (S) eines ersten Leitfähigkeitstyps Bereiche (P1,P2) des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, in welchen jeweils Bereiche (N1,N2) des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind, wobei die Bereiche (N1,N2) des ersten Leitfähigkeitstyps in Projektion im wesentlichen komplementär zueinander sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Bereiche in der Oberseite des Substrats zur gleichen Zeit wie der in dieser Oberseite des Substrats ausgebildete Bereich (P1) des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden.
4. Fehler- bzw. Stördetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzbauteil geeignete Schichten zur Bildung eines Aggregats von Zweirichtungs-Shockleydioden in Dreiecks- bzw. Deltaschaltung aufweist.
5. Fehler- bzw. Stördetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzbauteil geeignete Schichten zur Bildung eines Aggregats von Zweirichtungs-Shockleydioden in Sternschaltung aufweist.
6. Fehler- bzw. Stördetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzbauteil geeignete Schichten zur Ausbildung eines oder mehrerer Schutzbauteile mit gesteuerter Kippspannung (T, 20) aufweist.
7. Verfahren zur Verwendung des Fehler- bzw. Stördetektors nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromdetektor eine Elektrolumineszenz-Diode ist.
8. Verfahren zur Verwendung des Fehler- bzw. Stördetektors nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor Mitteln zum Zählen der Anzahl von Überlastzuständen zugeordnet ist.
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