SE437313B - Styrbar halvledarlikriktare innefattande organ for begrensning av styrbasskiktets storpotential - Google Patents

Description

7ao9ooz~2 p l0 15- 20 25 30 35 .vid intilliggande mellanskikts kant uppträdande potentialen medelst en ohmsk kontaktering det strålningskänsliga omrâdet.

Genom detta kompensationsförfarande uppnås en avkop- - pling av den optiska tändningskänsligheten'från störtänd- känsligheten, eftersom den vid intilliggande mellanskikt vid kanten uppträdande potentialen inte pâverkas genom instrâl- ning av optisk tändenergi men genom störströmmarna såsom förklarats ovan.

Genom de uppträdande störströmmarna kan det intilliggande mellanskiktets_störpotential anta stora värden. Det intillig- gande mellanskiktets använda kantpotential skall nu så exakt som möjligt motsvara mellanskiktets maximalt uppträdande poten- tial inom n+-emitterskiktets strålningskänsliga område, efter- som skillnader mellan dessa potentialer verkar såsom otillräck- lig kompensation och halvledarlikriktaren då fortfarande är störtändningskänslig. Vid mycket ljuständningskänsliga halv- ledarlikriktare av det beskrivna slaget uppkommer således också en speciellt hög störpotential i det intilliggande mellan- skiktet, som endast kan kompenseras genom en motsvarande hög, det strålningskänsliga området påverkande potential. Vid de uppträdande höga potentialerna är inställningen av den störpotentialen kompenserande potentialen förknippad med svårigheter, såsom förklaras närmare i det följande. _ Vid effektkomponenter av ovanbeskrivet slag uppträder exempelvis du/dt-krav på över 1000 VÅps (vid 1250), som framkallar störströmmar med en kapacitiv strömtäthetstopp på några mA/mmz; Vid komponenter utan störpotentialkompensation uppgår den tillåtna potentialökningen i intilliggande mellan- skikt relativt n+-emitterskiktet vid l25°C till under 0,4 V.

I Å andra sidan måste för en optisk tändning av komponenten vid ungefär 25°C den optiskt genererade styrströmmen leda till en potentialhöjning på ungefär 0,7 V. Skall således en tändninge- känslig struktur, (exempelvis 0,5 mA/mm2 optisk genererad styrströmtäthet) motstå en du/dt-störning på ungefär 2000 VÅps, måste störpotentialer i storleksordningen 7V kompenseras, var- vid kompensationsspänningen följaktligen måste uppgå till mer än 6,6 V. Emellertid måste överkompensation undvikas för att komponenten fortfarande skall kunna tändas i stigande spännings- flanker. 10 15 20 25 30 35 40 7809003-2 Ovanstående värden för störpotentialen ligger i prak- tiken på grund av oundvikliga teknologiska toleranser ofta ännu högre. Det är både svårt att "träffa" kompensations- potentialen och tekniskt komplicerat att alstra densamma med erforderlig storlek (selektiv inetsning av ett område med de- finierat ytmotstånd).

Vidare är-även en optiskt tändbar halvledarlikriktare känd, som uppvisar en fyrskiktsstruktur, vid vilken mellan katodelektroden och styrbaselektroden är anordnad en resistans genom vilken den optiska tändningskänsligheten och även stör- tändkänsligheten är inställbara. En relativt hög resistans ger en motsvarande hög tändkänslighet, eftersom redan små styr- strömmar (både optiskt genererade och störströmmar) alstrar en motsvarande hög styrbaspotential. På grund av sin störtänd- känslighet vid de tekniskt erforderliga optiska tändkänslighe- terna, användes denna halvledarliktiktare endast i ett litet effektområde (SCR MANUAL 1972, General Electric Comp., sid. 414 -417). e Slutligen är även genom en styrström tändbara halvledar- likriktare kända, som är utrustade med en tändelektrod, vid vilken tändningen sker genom styrströmmen (Dynamische Probleme der Thyristortechnik, VDE-Verlag GmbH, Berlin l97l, sid. 128-138).

Dimensioneras en dylik halvledarlikriktare för små styr- effekter, är denna motsvarande tändningskänslig även i du/dt-störningsfallet.

Uppfinningen har till uppgift att vid högt tändningskäns- liga, styrbara halvledarlikriktare av godtycklig konstruktiv utformning med hög du/dt-belastning och motsvarande höga stör- potentialer i styrbasskiktet uppnå en kompensation av dessa störpotentialer och att vid redan störningskompenserade styr- bara halvledarlikriktare förenkla kompensationen. ' Donna uppgift löses enligt uppfinningen med den i patent- kravets 1 kännetecknande del angivna åtgärden.

Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningsföremålet framgår av underkraven.

Den genom uppfinningen uppnådda fördelen består speciellt däri att genom begränsningen uppnås bara relativt låga stör- och kompensatíonspotentialer, så att avstämningskänsligheten minskas kraftigt. En ytterligare fördel består i att intilliggande mellanskikts kantelektroder nu på grund av den ringa, av densamma levererade kompensationspotentialen speciellt fördelaktigt kan _._.___.í_:._____._.._..__--r, .- , _ , _ ,._-..._._.. _ :flíÜOR ÛUÅL|TY l0 15 20 25 30 _35 40 då-dvaoaoozfz användas såsom styrelektrod. Detta är vid kända störpotential- kompenserade, ljuständbara halvlevarlikriktare försvårat genom de höga, vid denna elektrod uppträdande kompensationspotentia- lerna, som kräver en relativt högohmig avdelning av denna elektrod, så att en påtändning via denna elektrod inte är möj- lig med relativt låga spänningar. En ytterligare'fördel består i att kompensationspotentialen inte längre behöver tas ut från halvledarlikriktarens kantområde och således stor frihet före- ligger vid dess konstruktion. _Uppfinningen förklaras närmare i anslutning till på bifogade ritning schematiskt âtergivna utföringsexempel. Därvid visar: fig. I fig. 2 fig, 3a fig. 3b fig. 4 fig. 5 fig. 6 fig. 7 fig. så fig. 9 ett snitt genom en ljusstyrbar halvledar- likriktare enligt uppfinningen tvâ diagram med vid uppträdande av störströmmar _vid halvledarkroppen uppkommande stör- och kom- pensationspotentialer och deras begränsning, en känd utformning av en icke störníngspotential- kompenserad, ljusstyrbar halvledarlikriktare i snitt I halvledarlikriktare enligt fig. 3a med en störpotentialkompensation_ I ett diagram för förtydligande av arbetssättet för halvledarlikriktaren enligt fig. 3b en ytterligare utföringsform av_en ljus- styrbar störpotentialkompenserad halvledar- likriktare sett uppifrån och i snitt ett potentialdiagram till utföringsformen enligt fig. 5 _ en utföringsform av en strömtändbar, stör- potentialkompenserad halvledarlikriktare i .snitt diagram med vid uppkomst av~störströmmar vid halvledarkroppens enligt fig. 7 upp- kommande stör- och kompensationspotentialer och deras begränsning _ utformningen av en vid halvledarlikriktarna använd integrerad halvledardiod. G Halvledarlikriktaren l enligt fig. l består av ett första n+-emitterskikt 2 med en första ringformad huvudelektrod 3, som QUALIH f\íiñüiñí\\\n I \ \ 10 15 20 25 30 35 40 nu 780900342 även ger ohmsk kontakt med ett intilliggande p-styrbasskikt, efter vilket följer ett n-skikt 5, till vilket ansluter sig ett andra p+-emitterskikt 6 med en andra huvudelektrod 7. n+-emitterskiktet 2 har ett för en ljusstrâlning 8 utsatt omrâde 9 med en ringelektrod 10. I kanten på p-styrbasskiktet 4 är anordnad en ringelektrod ll, som via en ledning l2 är förbunden med elektroden 10 för n+-emitterskiktets 2 område 9.

Vid uppkommande av du/dt~störströmmar eller framspärr- strömmar uppkommer i p-styrbasskiktets 4 mittdel en störpo- tential wca , som medför en störtändning. För att undvika detta ges n+-emitterskiktets 2 tändområde 9 ett ungefär mot störpo- tentialen Qcap potential uppträder vid kantelektroden ll och anslutes via ledningen l2 och elektroden 10 till n+-emitterskiktets 2 om- svarande kompensationspotential Wcomp. Denna råde 9. _ Den ovan beskrivna utföringsformen av halvledarlikriktaren och dess funktionssätt är kända.

Enligt uppfinningen begränsas nu p-styrbasskiktets 4 störpotential Wcap. Detta kan ske på olika sätt. Vid halvledar- likriktaren enligt fig. l är styrbasskiktet 4 i närheten av n+-emitterskiktets 2 strâlningskänsliga område 9 försett med en ringelektrod 13, som via en komponent 14 med icke-linjär karakteristik är förbunden med n+-emitterskiktets 2 huvud- elektrod 3. Komponentens icke-linjära ström/spännings-karakteris- tik har därvid valts så att under en given spänning föreligger ett stort differentiellt reservmotstånd, som emellertid är mindre ovanför nämnda i förväg givna spänning. Komponenten 14 kan exempelvis vara en kisel-pn~diod. _Halvledarlikriktarens 1 funktionssätt förklaras nu närmare i anslutning till de i fig. 2 återgivna diagrammen. För lättare förståelse har i fig. l streckat antytts de mellan området 9 och elektroden l3 liggande ytmotstånden Ra, Rb med tillhörande genomsnittliga reservkapacitanserna Ca, Cb för pn-övergångens motsvarande områden (mellan 4 och 5) samt mellan kantelektroden ll och huvudelektroden 3 antytts ett ytmotstånd Rk med kapacitans Ck.

I diagrammen har återgivits den en önskad tändning framkallande tändpotentialen W den en icke önskad opt' tändning framkallande störpotentialen Wcaø, kompensationspo- tentialen W för störpotentialen och störpotentialens comp begränsning W relativt halvledarkroppen. lim írl// / om P nnv ivaosooz-2å kilo 20 25- 30 35 40 "kompensationspotentialen W I fig. 2 a har antagits en störpotential Wcap med sådan storlek att den visserligen är motkopplad kompensationspoten- tialen W com? men ännu icke behöver begränsas.

Med WE har de mellan emitterkortslutningarna uppträdande störpotentialerna antytts, som inte har någon inverkan.

Den optiska tändpotentialen Wopt har sin nöllpunkt vid innerkanten 15 (fig. l) av den på nollpotential liggande huvudelektroden 3. Genom en sig anslutande etsad fördjupning 16 inställes den optiska tändpotentialens W begynnelseförlopp, opt som inte ändrar sig över elektroden 13, men som sedan stiger relativt brant och i halvledarkroppens mitt uppnår sitt maximum, dvs en tändgräns på ungefär 0,7 V. ' Den optiska tändpotentialen Qopt stiger således i -början relativt flackt och sedan väsentligt brantare. Anledningen till detta förlopp förklaras närmare i anslutning till diagrammet enligt fig. 2b.

Störpotentialen Wcap har sin nollpunkt också vid huvudf elektrodens 3 innerkant 15, stiger till elektroden 13 relativt brant, stannar sedan utmed densamma på samma höjd och stiger sedan ytterligare till ett maximum a. Störpotentialen Wcap är vid en här antagen störning större än den optiska tändpotentialen W opt och skulle således leda till en icke önskad tändning.

Detta förhindras genom den från kantelektroden ll uttagna , som lyfter-n+-emitterskiktets comp 2 område 9 till närheten av störpotentialen Qca? så att mellan -detta område 9 och p-styrbasskiktets 4 intilliggande del endast består en potentialdifferens b, som är mindre än den erforder- liga tändpotentialen, så att halvledarlikriktaren inte tänder trots att en störpotentíal Qcap föreligger, som är större än den för önskad tändning erforderliga optiska tändpotentialen W opt' Strömmen genom dioden 14 antar vid en potential Wli värden, som uppnår samma storlekordning som tvärströmmarïa i p~basskiktet 4 och överskrider dessa ovanför Wlim. Beroende på den använda diodens typ, varierar strömmen inom ett potential- område É 0,1 V kring faktorer mellan 50 och 2500 (vid 300°K) så att denna approximering av en referenspotential är motiverad.

I det i fig. 2a antagna fallet antar emellertid nu störpoten- tialen Wcap vid begränsningsstället ett värde c under Qli , så m att diodens 14 effekt blir försumbart liten.V 10 15 20 25 30 35 40 7809003-2 Någon begränsning av störpotentialen av Wcap inträder således icke.

I fig. 2b antas att i p-styrbasskiktets 4 mittdel upp- cap, som är flera gånger större än den enligt fig. 2a. Störpotentialen W'c träder en störpotentialw' ap motkopplas en kom- pensationspotential @' , så att på nytt en potential- com differeens b mellan n+-emitterskiktets 2 område 9 och p- styrbasskiktets 4 mittdel erhålles, som inte leder till tändning. I Enligt uppfinningen begränsas störpotentialen. Såsom framgår av fig. 2b är denna störpotential W'ca så stor att vid ringelektroden 13 uppträder en sådan potential@'cap, som är större än wlim, att dioden 14 blir ledande och därigenom den höga störpotentialen W' begränsas till den lägre ca störpotentialen W“cap' lim. Således behöver.kompensationspo- Comp endast anta _värdet $"COmp. Återigen verkar mellan p-styrbasskiktets 4 mittdel och n+-emitterskiktets tentialen W' 2 område 9 endast potentialdifferensen b mellan störpotential- en wucap, lim kan leda till tändning. , som inte och kompensationspotentialen W"c0mp Störpotentialens W' kurvform är bestämd genom cap, lim_ ytmotstånden Ra, Rb med tillhörande ersättningskapacitanser Ca, Cb och dioden 14 (fig. l). Kapacitanserna Ca och Cb erhålles genom områdena för den mellersta pn-övergången och avger vid störning störströmmarna Ica, Ich. Ersättningskapaci- tanserna Ca, Cb står i ett förhållande på ungefär l:l0.

Störströmmen I andel Ica (fig. 2b) av störpotentialen Q" Cá flyter över ytmotståndet Ra, vars spännings- x Ra inte begränsas av dioden 14, så att andelen S cap' lim alltefter störningens storlek också blir olika stor. Eftersom dioden 14 ligger parallellt med ytmotståndet Rb (elektroderna 10, 3) blir, när diodens 14 egen potential wlim uppnås eller överskrides vid elektroden 10, dioden 14 ledande och begränsar således + Icb) x R den av (I b resulterande spänningsandelen B av cap, lim (fig' 2)' Genom en bestämd utformning av områdets 9 geometri och den till detta område hörande mittdelen av intilliggande p- styrbasskikt 4 (etszon l6, placering av elektroden 13) Cap' limbegränsning @lim inte påverkar även den optiska potentialen Wo Ca störpotentialen Q" uppnås vidare att störpotentialens Q" pt. Såsom fram- n/pafiíii” i QUALYTY 7809003-2 10 15 20 _.25 30 35 40 går av fig. Zb är det optiska potentialförloppets wopt och störpotentialförloppets kurvformer klart olika. , wncap, lim Den genomnittliga bredden av det optiska tändpotentialförloppets 90 t del C är mindre än den genomsnittliga bredden av störpotentialförloppets Q" _ andel S. Begränsningspoten- cap, lim _ - tialen Qïim kan således sänkas, exempelvis ungefär till punktenflfllim, utan att därmed även uppkommer en begränsning av den optiska tändpotentialen Qopt. Därigenom är det även möjligt att med den optiska tändpotentialen Qopt något överskrida tändgränsen,fför att på så sätt uppnå en snabb inkoppling av halvledarlikriktaren. Eftersom störpotentialens.

Q "caè"lim begränsning_enbart har placerats i dess undre ökningsområde och andelen S lämnats opåverkad, påverkas den optiska tändpotentialen Wopt, även om den blir större än potentialen Wii , inte ofördelaktigt av begränsningen.

Störpotentïalen har således minskats avsevärt utan att, den optiskt tändpotentialen påverkats.

'Genom möjligheten att välja begränsningspotentialen Q'lim kan såsom-begränsningsmedel även användas metallhalvledardioder, exempelvis Schottky-dioder, utan att den optiska tändkänsligheten minskas. p I Den kända optiska tändbara halvledarlikriktaren enligt fig. 3a har fyrskiktsstruktur med ett n+-emitterskikt 30, ett p-styrbasskikt_3l, ett n-huvudbasskikt 32 och ett p~emitter- skikt 33. n+-emitterskiktet 30 är försett med en katodelektrod 34, p-styrbasskiktet 31 med en styrbaselektrod 35 och p-emitter- skiktet 33 med en anodelektrod 36. Ljusinstrâlningen 37 sker från sidan i områae se av skikten 31, 32. nïemitterskiktet 30 utgör komponentens tändbara område. . ' ' ' Katodelektroden 34 ligger på nollpotential och anodelektro- -den 36 på positiv potential. Mellan katodelektroden 34 och styr- *baselektroden 35 är.anordnad en resistans 39, exempelvis 500 Ohm, varigenom den optiska tändkänsligheten och även störtändkänslig- heten är inställbara. Såsom redan nämnts är denna halvledar- likriktare relativt störningständbenägen.

Genom åtgärden enligt uppfinningen kan vid en dylik halv- ledarlikriktare ett relativt högt motstånd 39 väljas, så att hög optisk tändkänslighet vid samtidig hög dn/dt-störsäkerhet uppnås genom begränsning av störpotentialen och kompensation av den kvarvarande störpotentialen. 10 15 20 25 30 35 40 7809003-2 Enligt fig. 3b är för kompensation av p-styrbasskiktets 31 störpotential anordnad en av en kondensator 40 och en resistans 41 bestående RC~krets, varvid kondensatorn 40 är kopp- lad till anodelektroden 36 och katodelektroden 34 samt resistansen 41 till katodelektroden 34 och nollpotentialklämman 42. RC- kretsen är anpassad till interna kapacitanser och tvärmotstånd i komponenten. I Begränsningen av styrbasskiktets 31 störpotential sker medelst en diod 14, som är kopplad parallellt med den till styrbaselektroden 35 och klämman 42 anslutna resistansen 39.

Genom RC-kretsen 40, 41 âstadkommes i du/dt-störningsfall en extern, kapacitiv ström och således en kompensationspotential W comp' förlöper i samma riktning. Denna vid resistansen 41 uppträdande» som motsvarar p-styrbasskiktets 31 störpotential och kompensationspotential WC påverkar n+-emitterskiktets 30 elektrod 34 så att detta :ïïkt påföres en potenttial, som mot- svarar riktningen av styrbasskiktets störpotential. På detta sätt förhindras en tändning.

Eftersom kondensatorn 40 har fast kapacitans medan pn- övergångskapacitansen av skikten 31 och 32 är spänningsberocnde, väljes ett lämpligt medelvärde för kondensatorns 40 kapacitans.

Potentialkompensationen förbättras genom potentialbegräns- ningsdioden 14, eftersom skiktets 31 du/dt-störpotential, som skall kompenseras, sänkes väsentligt. Kondensatorn 40 och resistan sen 41, som befinner sig i lastkretsen, kan således genom an- vändning av den potentialbegränsande dioden 14 dimensioneras väsentligt mindre.

Begränsningens funktionssätt beskrives närmare i anslutning till fig. 4.

På ordinatan har inritats tändströmmen och på abskissan 'den mellan klämman 42 och elektroden 35 uppträdande spänningen.

Vidare återges motståndets 39 strömkarakteristik IR, diodens 14 strömkarakteristik ID och strömförloppet IG för den av resistansen 39 och dioden 14 bestående kombinationen.

Såsom framgår av diagrammet uppträder upp till ungefär 0,5 V ännu ingen effekt från diodens sida (ung. 0,5 mA) respektive från kombinationen diod och motstånd (ung 1,5 mA). Uppnås en potential på 0,6 V, vilket svarar mot den valda begränsningspotentialen Wlim, blir dioden 14 fullt ledande och en ström större än 3,0 mA flyter. :aafif QUALHY 10 15 20 250 30 35 40 507809003-20 10 'Uppträder vid styrbaselektroden 35 således ungefär 0,5 V och antas att vid ersättningsresistanserna Ra uppkommer en ytterligare potential på ungefär 0,2 V, tändes halvledarlikrikta- ren visserligen (ungefär 0,7 V), men genom genom dioden 14 sker, ingen märkbar påverkan av den optiska tändkänsligheten, efter- som kombinationen av diod 14 och resistans 39 vid 0,5 V leder en ström IG på ungefär 1,4 mA, vilken är endast oväsentligt större än den enbart genom resistansen 39 flytande strömmen IR (ungefär 1,0 mA)- .

Effekten av kombinationen diod 14 och resistans 39 uppträder lförst vid 0,6 V på styrbaselektroden 35, och störpotentialen begränsas till detta värde._ Den vid resistansen 41 vid du/dt-störningsfall uppkommande kompensationspotentialen måste således i huvudsak endast utjämna den vid ersättningsmotståndet Ra uppkommande extra störpoten- tialen. 7 7 ' ,Därmed bortfaller restriktioner avseende resistansens 39 dimensionering, så att densamma kan väljas relativt stor. Däri- genom erhålles en relativt hög optisk tändkänslighet. lill klämmorna 44, 45 kan exempelvis på känt sätt anslutas en stvrbar effekthalvledarlikriktare, för vilken den enligt uppfinningen optiskt_tändbara tyristbrn utgör en extern "gate-förstärkare",_således en primärt tänd pilottyristor.

,Den ljuständbara halvledarlikriktaren l enligt fig. 5 skiljer sig från den enligt fig. l genom att kompensations-I potentialen ïëomp inte uttas från halvledarkroppens kant utan från ett ställe, där en potential uppkommer, som i och för sig är alldeles för liten för kompensation av den höga uppträdande störpotentialen Wcap men genom den tillämpade störpotentialbe- gränsningen har fullt tillräcklig storlek. - a Genom störpotentialens begränsning erhålles således möjlig- heten att för kompensation av densamma välja praktiskt taget godtyckliga och endast förhållandevis små kompensationspotentialer avgivande ställen på styrbasskiktet 4,-vars potential påföres n+-emitterskiktets 2 för ljusinsläpp utsatta område.

Halvledarlikriktaren l skiljer sig vidare från den enligt fig. l genom ett sammanhängande n+-emitterskikt 2 med samman- hängande områden 51, 52, varvid instrålningsområdet 51 inte längre är skilt från totalområdet 52, så att tändutbredningen även kan ske genom bärardiffusion från området 51 till området \__\ / ;: /sflffíí9ñ 10 15 20 25 30 35 40 7809003-2 ll 52 och således vid små vid likriktaren pâförda klämspänningar kan diffundera ut. I Trots att vid en dylik halvledarlikriktare uppträder endast relativt låga kompensationspotentialer och således egentligen endast en relativt ringa ljuskänslighet kan uppnås på grund av att störpotentialerna måste hållas nere, kan nu uppnås en hög ljuskänslighet. Höga störpotentialer uppträder nämligen nu icke längre på grund av begränsningen, eftersom de bibringats en storlek, som motsvarar de kompensationspotentialer som kan er- hållas.

Kompensationspotentialens storlek vid elektroden 53 är given genom ersättningsmotstånden Rkl och Rkz, med vilka parallell- kopplats ett ytterligare ersättningsmotstånd Rk3, som bildas genom n+-emitterskiktets 2 sammanhängande områden 51, 52 och inte kan väljas stort.

För kompensationspotentialen vid elektroden 53 föreligger således en RC-kombination, som består av ersättningskapacitansen Ck och de parallellkopplade ersättningsmotstånden Rkl, 2, 3.

Elektroden 53 har U-form och tjänstgör samtidigt såsom sekvensgate med följande funktionssätt: Med 54 har tändomrâdet av halvledarens optiskt tända del betecknats. Har detta område 54 blivit ledande under hög drift- 'spänning, uppträder genast även en motsvarande stor ström och tändområdet 54 erhåller en stor del av denna ström från elek- troden 53 via en förbindning 55 och en i instrålningsområdet 54 befintlig elektrod 56, varvid denna ström verkar såsom styr- ström för resterande halvledarriktaren och tänder densamma ut- med elektrodens 53 hela kant, så att tändningen i denna stora ytterkant sörjer för att halvledarlikriktaren med endast ringa tidsfördröjning (under lips) övertar lastströmmcn och således av- lastar det optiska området 54.

Tätt intill området 54 är på det mot ytan dragna styrbas- skiktet 4 anordnat en det optiska området 54 delvis omgripande elektrod 57, till vilken är ansluten en styrbasskiktets 2 stör- potential begränsande diod 14, vilken via en ledning 59 är förbunden med katodelektroden 3. Analogt uppträder också en omgripande potentialbegränsning av detta område 54. Även n-huvudbasskiktet 5 är i ett mycket smalt område 80 uppdraget till ytan, varigenom uppnås att i skiktet 4 nedan- för området 54 alstrade optiska strömmar endast kan flyta i emitterkortslutningens 82' riktning. Motriktado flöden förhindras. 10 15 20 25 30 35 40 78090031-2 12 _Nedan förklaras närmare halvledarlikriktarens verknings- sätt i anslutning till diagrammet i fig. 6.

Såsom framgår uppträder vid störning utan begränsning en relativt hög kapacitiv störpotential Qca med i det när~ maste parabolisk ökning (halvparabel) medan kompensationspo- är relativt låg. Den optiska potentialen W tentialen $ opt _ comp *har liksom störpotentialen Qcap i det närmaste halvparaboliskt förlopp.

' Genom diodens 14 potentialbegränsning Wlím fastställes störpotentialen tentialen Wlim, vilken exempelvis vid användning av en Si-pn-diod ligger vid ungefär 0,5 - 0,6 V. 7 I exemplet antas att den optiska potentialen $0pt är något högre än begränsningspotentialen qïím, så att_den optiska po- tentialen Gßpt begränsas något men icke i sitt maximum.

När dioden 14 finns, flyter en kapacitiv ström Iq både genom ersättningsresistansen Rqz och den därmed seriekopplade dioden l4 och via ersättningsresistansen Rql till elektroden 3.

Utan diod 14 skulle strömmen Iq enbart flyta till ersättnings- iskulle upp- cap som i huvudsak resistansen Rql, så att en större störpotential W komma. Den del A av störpotentialen W'¿ap, skall kompenseras, är således avsevärt mindre än den olimiterade störpotentialen Wcap. p _ næ-emitterskiktets 2 tvärkonduktans ger ersättningsmotstândet Rk3, som ligger parallellt med ersättningsmotstånden Rkl' 2.

Därigenom överföras från elektroden 53 via ledningen 55 en ström till elektroden 56, vilken avledes via n+-emitterområdena_5l, 52 till katodelektroden 3. Därigenom uppkommer i området 51 mellan elektroderna 56 och 3 en ortsberoende kompensationspotential Comp, som har sin nollpunkt vid områdets 5l av katodelektroden f 3 täckta ställe och som via ett genom etsning av dess skiktstjock- lek förtunnat område 81 ökar till elektroden 56 och sedan för- blir konstant. ' _ Nollpunkterna för styrbasskiktets 4 potential ligger i» emitterkortslutnigarna 82. Speciellt ligger styrpotentialernas Q och cap inte nödvändigtvis på samma ställe som kompensationspotentialen <9comp' _ Den genom styrströmmen tändbara halvledarlikriktaren enligt fig. 7 överensstämmer med undantag av n+-emitterskiktets 2 mitt- i uunlïn >PJ/__/_,_. 10 15 20 25 30 35 7809003-2 13 del 60 och p-styrbasskiktet 4 överens med utföringsformen enligt fig. 1. d - Vid halvledarlikriktaren enligt fig. 7 är i det tänd- bara området mellan det innersta ringformade n+-området 61 av n+-emitterskiktet 2 en del 60 av p-styrbasskiktet Ä uppåt- dragen. Denna del 60 är försedd med en tändelektrod 63, vid vilken tändningen sker genom en styrström Ig. Denna exempel- vis av en elektronisk brytare 64 inmatade positiva styrström Ig flyter i området 60 till p-styrbasskiktet 4.

I delen 60 råder ingen potentialdifferens. Analogt erhålles en vid sin spets tillplattad tändpotential Wz, såsom framgår enligt fig. 8a, b.

I diagrammen har samma störpotentialer 0 , W' t , W" Cap Cap Cap, lim, kompensationspotentialer Wcomp, @lc°mp, @“comP och begräns- ningspotentialer Wlim, W'lim antagits, som vid diagrammet enligt fig. 2. I motsvarighet därtill uppträder med avseende av stör- spänningspotentialernas kompensation och deras begränsning samma effekt som vid den optiskt tändbara halvledarlikriktaren enligt fig. 1. ' ap vid ring- elektroden l3 inte uppnår diodens 14 egen begränsningspotential Q lim $cap sker. _ I fig. 8b har störpotentialen @'cap en sådan storlek att I fig. 8a antas åter att störpotentialen WC och att således ingen begränsning av störpotentialen en begränsning av densamma är meningsfull och sker genom dioden 14. Såsom framgår av diagrammen beröres tändpotentialen Qz inte genom begränsningen, och således försämras inte tändkänsligheten.

I du/dt-fall kan det hända att på grund av den styrbara halvledarlikriktarens koppling en extra kapacitiv störström in- kopplas via tändelektroden 63, varigenom störpotentialen ökas ytterligare. Genom en ringa överkompensation kan denna stör- inkoppling göras overksam.

Såsom komponent med icke-linjär karakteristik kan användas en halvledardiod, vars inkopplingsfördröjningstid måste vara så kort att ingen dynamisk överhöjning av begränsningspotentialen W lim uppträder.

Dioden kan vara utförd såsom hybrid eller integrerad kom- ponent. ___»ff ' r//J ïfëoon 10 15 20 zsi vsoaoøs-2, '14 Föreligger en hybrid komponent, är en termisk koppling med halvledarlikriktaren ändamålsenlig, eftersom härigenom begränsningspotentialen Qífin och minimitändpotentialen av halvledarlikriktarens styrbas varierar i samma riktning som temperaturen. _ *Såsom integrerad komponent erbjuder sig för dioden 14 en metallhalv1edardiod,_som kan bildas av metallelektroderna 13, 35, 57 (fig. l, 3, 5) och det därunder liggande halvledar- materialet. På grund av p-diffusionen, genom vilken styrbasskikf ¿tet 4 i allmänhet âstadkommes,.kan det vara erforderligt, att i elektrodområdet göra skiktet tunnare (etsning) för att uppnå en lämplig karakteristik. g__ .

Halvledardioden kan även bildas genom ett indiffunderat skikt, såsom detta schematiskt antytts i fig._9, där exempelvis en del av halvledarkroppen enligt fig. l ätergivits.

Dioden 14! bildas genom ett ringformigt indiffunderat n*-skikt 84, som är försett med en eiektrod 85; Det måste emellertid förhindras att de störströmmar, som skall avledas, leder till en störtändning på grund av elektron- injektion från skiktet 84. Detta kan förhindras genom att p-styrbasskiktet 4 i omrâdet under skiktet 84 dopas speciellt kraftigt, eftersom därigenom elektrontransportfaktorn kraftigt minskas. i Störtändningen kan också förhindras genom att en hög täthet av rekombinationscentra åstadkommes i halvledarkroppen i skiktets 84 område E, vilket exempelvis kan ske genom lokal bestrålning med högenergetiska elektroner (energi över l.MeV). 0 AUTYr ÛIIU

Claims (3)

10 15 20 30 7809003-2 15 PATENTKRAV

1. Styrbar halvledarlikriktare (1) med ett flertal skikt med olika ledningstyp, varvid de båda ytterskik- ten är försedda med huvudelektroder och ett av de såsom elektron- ellerthål-emitter utförda ytterskikten upp- tändbart område (9), vilket vid uppträdande av störströmmar pàföres en kom- visar ett genom tillförd styreffekt pensationspotential, i samma riktning som intilliggande styrbasskikts (4, 31) störpotential i det genom styr- effekten primärt tända området, k ä n n e t e c k - av ett en ickelinjär karakteristik uppvisande, separat eller i halvledarkroppen integrerat element (14, 14'), vilket är förbundet med styrbassiktet (4, 31) och med halvledarlikriktarens (1) katodsidiga anslutninge- kontakt (3, 42) och tjänstgör för begränsning av styr- basskiktets (4, 31) störpotential.

2. Halvledarlikriktare enligt krav 1, n a d k ä n - n e t e c k n a t V i tändomràdet (9) intill belägna ytmotstànd (ersätt- ningsmotstånd-Rb) inom området för det till ytan kom- mande styrbasskiktet (4) och genom dimensionering av till därav, att genom dimensionering av detta område hörande kapacitanser (ersättningskapaci- tans Cb) tändpotentialförloppet har en genomsnittlig bredd som är smalare än bredden av det begränsade stör- potentialförloppet samt att begränsningen har placerats i störpotentialförloppets ökningsområde. _

3. Halvledariikriktare enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att elementet (14, 14') med ickelinjär karakteristik utgöres av en halvledar- diod med kort inkopplingsfördröjningstid.