DE946367C

DE946367C - Halbleiter in elektrischen Stromkreisen und Geraeten

Info

Publication number: DE946367C
Application number: DES5619D
Authority: DE
Inventors: Paul Duffing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-02-03
Filing date: 1940-02-03
Publication date: 1956-08-02

Description

Halbleiter in elektrischen Stromkreisen und Geräten Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter in elektrischen Stromkreisen und Geräten, bei denen der Spannungsabfall am Halbleiter betriebsmäßig mehr als 300 V betragen kann. Derartige Halbleiter können Stromübergangsstellen für regelbare oder feste Belastungswiderstände bilden bzw. als Schalt: stücke bei Schaltgeräten für einmalige oder periodische Schaltungen angewandt werden.
Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß zwischen der in der Tat vorhandenen (wahren) und der scheinbaren Kontaktfläche zu unterscheiden ist. Werden zwei Kontaktstücke mit parallel zueinander verlaufenden Flächen aufeinandergelegt, so findet die gegenseitige Berührung der Kontaktflächen und somit die Stromübertragung nicht auf der gesamten Fläche, sondern an einzelnen Punkten statt, da es praktisch nicht möglich ist, mathematisch genau planparallele Flächen herzustellen. Die wahre Kontaktfläche ist hierbei gegenüber der scheinbaren Kontaktfläche sehr klein, so daß die Stromdichte an der Berührungsfläche vielmals größer ist als die mittlere, z. B. durch Berechnung festgestellte Stromdichte. In Fig. i und 2 sind mit i und 2 flache Kontakte, mit a, b, c, d die einzelnen Stromübergangsstellen und mit 3 der Spalt zwischen den Kontal@tflächen bezeichnet. Geht man von der Grenze zwischen der Berührungsstelle (z. R a) und Spalt 3 in der Spaltrichtung senkrecht zur Grenzlinie weiter, so kann man feststellen, daß auf der einen Fläche die Spannung (Schrittspannung) ansteigt, während auf der gegenüberliegenden Grenzfläche, die durch den Spalt 3 von der ersten getrennt ist, die Spannung (vgl. die die Spannungswerte wiedergebenden Pfeile in Fig.2) bei Verwendung von Kontaktflächen aus gleichwertigem Werkstoff ebenfalls in gleicher Größe, jedoch im entgegengesetzten Sinne, ansteigt. Es findet sich daher eine bestimmte Entfernung von der Grenze, an der die Potentialdifferenz so groß wird, daß eine Entladung durch den Spalt 3 beginnt. Diese Grenzspannung liegt bei .etwa 300 Volt und ist in Fig. 2 durch den Doppelpfeil p angegeben. Die Grenzfläche a (tatsächliche Berührungsfläche) (bzw. b bzw. c bzw. d) ist somit von einem Saum s umgeben, in dessen Bereich keine Entladungen auftreten.
Die Erfindung bezweckt, derartige auf Feldkonzentrationen zurückzuführenden Entladungen bei Stromübergangsstellen bzw. Kontakten aus Halbleitern (Widerstandsmaterial, Mischleiter aus Metallen und/oder Halbleitern und Nichtleitern; aus Metallen und Nichtleitern besteh=ende Mischungen, bei denen z. B. in ein aus keramischem Stoff, Kunststoff, Kunstharz od. dgl. bestehendes Gerippe Metalle eingebettet oder die Leiter und Nichtleiter im pulverförmigen Zustande vermengt und gepreßt sind, z. B. Metallkohle, Graphitkohle od. dgl.) mit Sicherheit zu vermeiden. Hierbei zeichnet sich die Erfindung im wesentlichen dadurch aus, daß die die Stromübergangs= bzw. Kontaktstelle bildende Berührungsfläche der Halbleiter so fein unterteilt ist, daß der Spannungsanstieg längs der Kontaktfläche, hervorgerufen durch die Stromausbreitung in der Nähe der Berührungspunkte, zu keiner höheren Spannungsdifferenz zwischen den beiden Stromübergangsflächen als 3001 Volt führt.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann eine derartige Unterteilung beispielsweise dadurch erfolgen, daß man in dem aus halbleitendem Werkstoff bestehenden Kontaktstück od. dgl. Rillen 1o vorsieht, die z. B. rechteckige Flächen 11 entstehen lassen. Mit A, B, C, D sind dabei die Berührungsstellen bezeichnet, an denen der Stromübergang erfolgt. Durch eine derartige Ausbildung der Stromübergangsstellen wird ein Überschreiten der Grenzspannung mit Sicherheit vermieden. Dabei kann nur einer der Kontakte bzw. sowohl der Kontakt als auch der mit demselben zusammenwirkende Gegenkontakt in der angegebenen Weise ausgebildet werden. Statt eine in Fig. 3 angegebene Aufteilung der Stromübergangsstellen bzw. der Kontaktflächen vorzunehmen, können diese Flächen in irgendeiner beliebigen anderen Weise aufgeteilt werden. So können zur Stromübertragung z. B. durch Pressen hergestellte, in Abständen voneinander liegende zylindrische, teilkugel- bzw. kegelförmige oder prismatische Vörsprünge 2z nach Fig. 4 oder entsprechende Vertiefungen vorgesehen werden.
Die hier 'behandelten Bauarten können für nur einen oder mehrere, z. B. zwei zusammenwirkende Kontakte (Kontakt und Gegenkontakt, Kontakte und Überbrückung usw.) angewendet werden. In der vorstehend angegebenen Weise können z. B. Abhebe-, Schleif-, Wälz- oder beliebige andere Kontakte mit geradlinigen oder gewölbten Kontaktflächen bzw. Drehpunktslagerungsstellen (z. B. Messerschaltern) od. dgl. ausgebildet werden.
Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die Vorschläge der Erfindung können auch unabhängig von diesen einzeln, gemeinsam oder in beliebigen Kombinationen mit Vorteil verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Halbleiter in elektrischen Stromkreisen und Geräten, bei denen der Spannungsabfall am Halbleiter betriebsmäßig mehr als 30o Volt betragen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromübergangs- (bzw. Kontakt-) Stelle bildende Berührungsfläche der Halbleiter so fein unterteilt ist, daß der Spannungsanstieg längs der Kontaktfläche, , hervorgerufen durch die Stromausbreitung in der Nähe der Berührungspunkte, zu keiner höheren Spannungsdifferenz zwischen den beiden Stromübergangsflächen als 300 Volt führt.
2. Halbleiter in elektrischen Stromkreisen und Geräten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnenTeilberührungsflächen durch Anordnung von Rillen oder von Vertiefungen bzw. Erhöhungen beliebiger Form entstehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 223 165, 472 109, 635 491; Elektrotechnische Zeitschrift, 1929, S. 1167.