SE445083B - Styrelektrodreglerad halvledaranordning - Google Patents

Description

7.9 1' 0463-1-4 Fígurerna 1 och 2 visar en typisk styrelektrodreglerad halvledar- anordning enligt tidigare teknik i form av en släckbar tyrisgtor.

Det bör noteras att figurernas dimensioner är överdrivna för att förklara den konstrukticnsmässiga uppbyggnaden. I deni fig 1och 2 visade släckbara tyristornyär en kiselskiva 1 konstruerad med ett Pá-skikt 2, ett N1-skikt 5, ett Pa-skikt 4, ett Nz-slcikt 5 och ett Ifö-skikt 6. Vart och ettfav skikten P1, H1 och H2 har tillverkats* genom ett konventionellt förfarande. Först framställdes en kisel- skiva av svag N-typ. Sedan bringades P1 och Pz-skikten att växa över var och en av- skivans ändytor genom att diffundera gallium.

Efter detta bildades ett flertal katodskikt H2 och ett Nö-skikt bildadesgenom; diffusion av fosfor till ett givet djup. Sedan för- ångades ett alumíniumlager för att bilda en ohmsk elektrod. Mönstret hos Nz-skikten 5 och Nâ-skiktet kan även ha formen fav evolventa kur- vor , kamform- osv.

Såsom visas i fig1 är ett kamformat spår 12 bildat till ett givet djup på. en yta. av .Pà-skiktet 4 så att spåretablir mitt emot NZ-skikten 5, vart och ett av vilka är inriktat med skivans 1 längdriktning 'och fåtskilda från varandra. Ett kamformat metallskikt 8 är anordnat i 'botten av spâret12 för att utgöra ett andra styrelektrodaggregat 132.

Ett meta lliskt skikt 10 är anordnat på en yta av Nš-skiktet 6 för i att kortsluta Pz-skiktet 4 och Nö-skiktet 6. Metallskikt 9 ar anord- nade på Nz-skikten 5 och en överbryggandexblektrod (icke visad på rit- ningarna) måste vara monterad på. meta1lskikten9 för att bilda ett katodelektrodaggregat K. Ett metallskikt 7 är anordnat på den exponer- rade ytan av-Pá-skiktet 4 för att utgöra ett första styrelektrodagg- regat G1 och ett metalliskt skikt 11 är anordnat på. P1-skiktet för att bilda ett anodelektrodaggregat A.

Den i fig 1 och 2 visade släokbara tyristorn består av ett huvudtyris- tcrparti M, som. innefattar Pll-ekiktet 2, Nfskikt-et 5, PZ-skiktet 4 och Na-skiktet. 5, och ett hjälptyristorparti S som innefattar P1-skik- tet 2, lLl-skiktet 5, PZ-skiktet 4 och Nš-skiktet 6. Dessutom är en styrkraftkälle 13 kopplad mellan katodelektrodaggregatet K och det andra styrelektrodaggregatet G2 med hjälp av ett omkopplarelement 14. 7910463-4 När vid den i fig 1 och 2 visade anordningen enligt tidigare teknik tillföras en styrström mellan det första styrelektrodaggregatet G1 och katodelektrodaggregatet K under villkoret att framriktningsför- spänningen appliceras mellan anodelektrodaggregatet A och katod- elektrodaggregatet K tänds initiellt hjälptyristorpartiet S och' därigenom flyter den förstärkta strömmen från metallskiktet 10 till N2-skikten 5. Genom att den förstärkta strömmen flyter i N2-skikten 5 tändes hurudtyristorpartiet M.

Omkopplaren 14 slutes för att slå ifrån huvudtyristorpartiet M och därigenom flyter spärrströmmen från styrströmkällan 15-med hjälp av omkopplaren 14 metallagren 9, N2-skikten 5 och metallskiktet 8 hos det andra styrelektmfiaggregatet G2.

Genom strömmen från styrkraftkällan13 återvinna den inverterade motverkande spänningen i N2-P2-övergången ochttrömmen som flyter i huvudtyristorpartiet M avbrytas. I detta fall kan en övergång mellan N5-skiktet 6 och P2-skiktet 4 icke bringas åter till det icke-ledande tillståndet när hjälptyristcrpartiet S är ledande eftersom styrkraft- källans 13 spänning blott är applicerad på övergångarna hos N2-skikten 5 och P2 ifrån så länge som hjälptyristororganet S är ledande beroende på ström- men som tillförs till övergången mellan N2-skiktet 5 och P2-skiktet 4 -skiktet 4. Följaktligen kan huvudtyristorpartiet M icke slås Under dessa omständigheter uppträder en strönkoncentration vid R2P2- övergången i närheten av H3-skiktet 6 och såsom ett resultat förstöres N2P2-övergången termiskt.

Enligt anordningen enligt tidigare teknik 1 tig 1 och 2 är det följ- aktligen nödvändigt att slå till omkopplaren 14 för att slå från phuvudtyristorpartiet M efter konfirmering av hjälptyristorpartiets S icke-ledande tillstånd. Hjälptyristorns S frånoperation kan utföras genom att konstruera den så att spünningsfallet i hjälptyristorpar- tiet S är större än det hos huvudtyristorpartiet M. För att uppnå detta finns flera sätt, av vilka ett är att göra livslängden hos hjälptyristorn S kort i jämförelse med den hos huvudtyristorpartiet M genom att öka koncentrationen av gulddíffusion i hjälptyristorn S jämfört med den hos huvudtyristorpartiet M. i 7:9"1046~3-.-4 4 Ett annat sätt att öka. spänningsfallet hos hjälptyristorn S är att gare motståndet i ett område mellan metenskiktet _10 och mezellskik- tet 9 litet genom att etsa den exponerade ytan av Pz-skiktet 4. En släckbartyristor används ofta i en huvudkrets till en inverterings- eller växelriktarapparat, i synnerhet när en motor används såsom be- lastning på apparaten som utnyttjar den släckbara tyri-storn, och då måste styrströmmen tillföras kontinuerligt till styrelektroden hos den släokbara tyristorn såväl när denna är ledande som icke-ledande.

I synnerhet måste en styrströmgmed samma pulstid eller -längd som en belastningsström tillföras till den släckbara. tyristorn för att bibe- hålla dess ledande tillstånd. Vid frånslagning av 'den slaokbara ty- ristorn måste därför styrmnkopplaren 14 slås till efter en tidsperiod som motsvarar den tidsperiod som erfordras för latt slå. ifrån hjälpty- ristorpartiet S, för: att bryta den släckbara tyristorns huvndström.

En komplicerad-operation erfordras följaktligen för att manövrera kretsen och därför är en _släokbar tyristor icke tillämpbar för använd- ning såsom ett omkopplingselement vid operation med hög frekvens, eftersom frånslagstidenblir lång.

SE utläggningsskriften 402184 'beskriver en halvledaranordning som uppvisar ett hnfudtuisxozputi noen m; ngäiptyxiaterpufi. nes denna s: en diod gnslntengnellan en elektrod hos hjälptyrietorpartiet och en styr- elektrod. Dessutomförspänningareglerande organ anslutna mellan en katodelektrodeoch styrelektroden, och ett skikt är kortslutet till ett skikt genomeelektroden. Denna anordning, har den nackdelen att hjälptyristorpartiet återtënds genom strömmen som används för att slå. av-huvudtyristorpartiet och därigenom förstörs hjälptyristorpar- tiet, när. anordningar: har gjorts .icke-ledande, eftersom en katodöver- gång hosehjälptyristorpartiet förspännes genom nämnda ström. Således är det ett mycket betydande problem hos denna. halvledaranordning att förhindra-återtändningen av hjälptyristorpartiet när huvudtyriator- parti-et slås. av.- i Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en ny och för- bättradstyrelektrodreglerad halvledaranordning med en förstärknings- fmxktíon vid styrelektrodständning, som kan slås ifrån genom att till- föra en spärrspänningssignal. till ett hjälptyristorpartí S och sam- tidigt -till ett huvudtyristorparti FI.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en släck- bar tyristor som tillåter en hög strömderivata di/dt.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma en släckbar i tyristor, vid vilken frånslagstiden är kort. 5 i Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en styr- elektrodreglerad halvledaranordning, vilkens konetruktinn tillåter lätt uppnâende av de ovanstående syftena och funktionerna.

I enlighet med föreliggande uppfinning åstadkommas en styrelektrodreglerad halvledaranozdning innefattande de i kravets 1 kännetecknande del angivna elrdregen.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas_med nänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig 1 är en planvy av en styrelektrodreglerad halvledaranordning av tidigare känd typ, fig 2 är en sektionsvy' tagen utmed linjen II-II i fig 1, fig 3 är en planvy av ett första utförande av den styrelektrodreglerade halvledaranordningen enligt föreliggande uppfinning, fig 4 är en sektionsvy tagen utmed linjen IV-IV i ng 5, fig 5 är en planvy av en modifikation av den i fig 5 och 4 visade halvledaranordningen, fig 6 är en nektionsvy tagen utmed linjen VI-VI i fig 5, fig 7 är en planvy av ett andra utfö- rande av den styrelektrodreglerade halvledaranordningen enligt före- liggande uppfinning, Ei; 8 är en sektionsvy tagen utmed linjen VIII-VIII i fig 7, fi; 9 är en planvy av en atyrelektrodreglerad halv- ledarnnordning i ett tredje utförande enligt föreliggande uppfinning, och tig 10 är en tväreektionsvy i tig 9 tagen utmed linjen X-X i tig 9.

Beskrivning av föredragna utföranden Fig 5 och 4 visar ett första utförande av den med styrelektrod styrda halvledaranordningen enligt föreliggande uppfinning. Såsom i den i fig 1 och 2 visade anordningen enligt tidigare teknik innefattar en kuboid bricka eller skiva 1 ett grundläggande N1-skikt 5, som är av svag N-typ. ett P1-skikt 2, som är ett diffunderat område av P-typ, ett P2-skikt 4 och ett flertal N2 skikt 5 bildar med N1-huvudskiktet 5 ett huvudtyristorparti M. Ett N3-skikt 6 är dessutom anordnat i ytan av Pz-ekiktet 4 för att bilda ett Iljälptyristorparti S. I detta. utförande är ett flertal N2-skikt jämnt åtskilda utmed skivans 1 längd.

Metalliska skikt 9 är monterade på N2-skikten 5 för att bilda ett katodelektrodaggregat K. Ett kamformat spår 12 är anordnad på ytan av P2-skiktet 4. Spåret 12 består av ett överbryggande parti 12a utmed en sida av P2-skíktet 4 och ett flertal utsprång 12b, som sträcker sig från det överbryggande partiet I2a i riktning mot den andra sidan 7910463-14 ' av PZ-skiktet 4 och är inskjutna mellan Nz-skikten 5. Ett metallskikt 7 är anordnat på den relativt katcdelektrodaggregatet K motsatta sidan av ytan av Pz-skiktet 4 för att bilda ett första styrelektrodaggregat G1. Ett metallskikt 8 är anordnat i bottenpartietpav spåret 12 för att bilda ett andra styrelektrcdaggregat G2. Metallskiktet 8 är sam- mansatt av ett -överbryggande segment Ba och ett flertal utsprång Bb sträckande sig från det överbryggande segmentet 8a kring Nz-skikten 5. Nš-skiktet 6 är anordnat i Pz-skiktet 4 så. att det befinner sig mellan katodelektrodaggregatet K och det första styrelektrodaggre- gatet G1, och en metallelektrod 10 är anordnad pâlïz-skiktets 6 yta.

Såsom visas i fig 4 är ett yttre motstånd 15 kopplat mellan det andra styrelektrodaggregatet G2 och elektroden 10 så att strömmen genom hj-älptyristorpartiet S flyter genom de överbryggande segmenten Ba. och metallskiktets' 8 utsprång Bb och övergången mellan Pz-skiktet ágoch Na-skiktet 5 hos huvudtyristorpartiet M. En blockerinßdiod 16 är kopplad mellan katodelektrodaggregatet K och elektroden 10 så att en ström kan-flyta. från katodelektrodaggregatet K till elektroden 10 men icke i den omvända riktningen. En backspämzing appliceras på PzNz-övergàngen-hos huvudtyristorpartiet M och appliceras även sam- _ tidigt till Pzlïâ-övergången hos hjälptyristorn S. Elektroden 10 är nämligen anordnad på den exponerade ytan av Nš-skiktet 6 vilket ut- gör hjälptyristorn S, så. att den icke kortslutes till PZ-skiktet 4 och det yttre motståndet 15 är kopplat mellan metallskiktet 8 anord- nat-på Pz-skiktet 4 och elektroden 10. Dioden 16 är anordnad mellan katodelektrodaggregatet K och elektroden 10 för att förhindra en ström att flyta' från Nñ-skiktet 6 till huvudtyristorpartiets M katodelektrod- aggregat K. Ett styrelektrcdorgan iir-bildat av det första styr-elektroni- aggregatet .G1 och det andra styrelektrodaggregatet G2. En huvudelek- trod innefattas av-anodelektrodaggregatet A och katodelektrodaggre- gatetK. Ett förspänningsstyrorgan innefattar styrströmkällan 15, omkopplingselementet 14, motståndet 15 och dioden 16.

En anordning av det ovan beskrivna slaget tillverkades huvudsakligen enligt följande: Först framställdes en kiselskiva av N-typ med en resistivitet i stor- *leksordningen 50 -60 D. /cm. Skikten P1 och P2 bildades genom att diffundera gallium vid en temperatur på.. ca 125000 genom ett diffusions- förfarande. med slutet rör. I detta fall var diffusionsdjupen, dvs 7910463-4 tjocklekarna hos P1-skiktet och P2-skiktet 50;4m och ytdensiteterna hos P1-skiktet och P2-skiktet var i storleksordningen 1x1018atomer/cmö.

Oxidfilmer anordnades över båda ytorna pâ skivan och därefter avlägs- nades partiellt den på en yta av P2-skiktet anordnade oxidfilmen för att bilda ett förutbestämt diffusionsmönster. NZ-skikten och ett N5- skikt bildades genom selektiv diffusion av fosfor till regioner, i vilka oxidfilmen avlägsnats, så att ytdensiteten var i storleksord- ningen 1x102oatomer/cmä och diffusionsdjupet var 15 mikron. Bärar- livslängden i Nå-skiktet justerades dessutom för att erhålla ett givet värde genom att utföra gulddiffusion till detta från P1-skikt- sidan. Sedan graverades ett parti av P2-skiktet, som omger N2-skikten, till ett djup sträckande sig från 20 till 50/rm genom etsning för att ästadkomma ett metallskikt 8 âtskilt från metallskikten 9. De outnytt- jade partierna avlägsnades sedan efter förångning av aluminium över hela ytan av katodens sida för att åstadkomma elektroderna 7, 8, 9 och 10. En termiskt kompenserande kropp i form av en volframplatta anordnades på P1-skiktot genom legerad övergång genom att utnyttja aluminiumet och ytstabilisering utfördes genom ett avfasningsförfa- rande, en etsningsbehandling och genom en lackeringsbehandling på skivans periferiska parti för att erhålla fram- och backgenombrotts- spänningarna.

Kopplingen av motståndet 15 och dioden 16 kan bildas i det yttre partiet av ett omslutande hölje och det är även möjligt att inbegripa motståndet 15 och dioden 16 i en urtagning anordnad i en kopparpost avsedd att kontakteras med katodelektrodaggregatets metallskíkt 9.

Det är dessutom möjligt att ombesörja att metallskiktet Bb är i när- heten av och/eller i . Nä-skiktet för att göra hjälptyristorpartiets S frånslagsoperation säker.

Ehuru en sidostyrelektrodkonstruktion visas i det ovan beskrivna ut- förandet bör vidare noteras att föreliggande uppfinning icke är be- gränsad härtill och modifikationer kan uppnås i enlighet med förekom- mande behov.

När under drift en styretröm tillförs mellan det första styrelektrod- aggregatet G1 för att slå till anordningen och katodelektrodaggregatet K, under förutsättning att en framförspänning är applioerad mellan anodelektrodaggregatet A och katodelektrodaggregatet K, tänds hjälp- tyristorpartiet S och därígenonflyter en ström i hjälptyristorparti- et S från anodelektrodaggregatet A till elektroden 10. Strömmen i 79 104631-41 8 hjälptyristorpartiet S flyter i en strömslinga bildad av metall- skjiktet 8, Pz-skiktet 4, Nz-skiktet 5 och katodelektrodaggregatet K.

Strömmängden somflyter i Nš-skiktet 6 'bestämmas av'det yttre motstån- det 15 och ett annat yttre motstånd (visas icke på ritningen). I detta fall är det möjligt att välja ett övergångsområde hos Ná-skiktet så att strömdensiteten är i storleksordningen 2 - 10 ampere/ cma och att inställa motståndsvärdet hos det yttremotståndet 15 så. att strömden- síteten hos strömmen som flyter från Pz-skiktet 4 till N-z-skikten 5 är från 1 till 5 A/cmz.

Strömmen som flyter i NZ-skiktend 5 tänder alla regioner av sidoytan av NZ-skikten 5 i närheten aveden andra styrelektrodens G2 metall- skikt 8 och därefter blir huvudtyristorn M, som består av skikten P1, H1, P2 och H2, ledande 'beroende på. överföring av den ström, som. har flutit i Nö-skiktet 6 till Nz-skikten 5.

Vid från-slag, av huvudtyristorpartiet M appliceras back- eller spärr- förspänningen på. det andra: styrelektrodaggregatet G2 med hjälp av Nz-skikten 5 och Pz-skiktet 4 från styrströmkällan' 13 genom slutande ave styromkopplaren 14 efter den ström som flyter från det yttre par- tiet till det första styrelektrodaggregatet G1. Hjälptyristorpartiet S slås ävenledes ifrån samtidigt; eftersom en backförspänning appli- ceras med hjälp .av dioden 16 via., en slinga bildadmedelst Nz-skiktet 6- Pz-skiktet 4- det andra .styrelektrodaggregatet G2.

Medelst »den ovan beskrivna, genom styrelektrod släokbara tyristorn erhölls följande experimentella data. Varje övergångsskikt och varje elektrodaggregat tillverkades genom. samma förfarande som anordningen enligt tidigare teknik. Den dielektriska hållfastheten var i stor- leksordningen 1200 volt 'och det yttre motståndet 15 var alster-leks- ordningene20 ohmför en släckbar tyristoremed en kapacitet vad avser styrbrytströmmen på. 500 ampere. En' 20 volt strömkälla 15 och en diod 16, vilkens strömkapacitet var i storleksordningen 5 ampere användes och för omkopplaren' 14 utnyttjades en höghastighetsomkopplingstransis- tor." Under dessa betingelser .tändes den medelst styrelektrod flytt- bara etyristorn gmom att tillföra en styrström under från 1 till 6 mikroselnmder och ett tillräckligt område av N2-skiktentändes. Det bekräftades .at-h anordningen var frånslagen inom en frånslagstid. i '79110463-4 9 storleksordningen 5 mikrosekunder med en belastningsström på 500 ampere även om, vid frånslagstidpunkten, omkopplaren 14 är tillslagen vid samma tidpunkt som strömmen genom den första styrelektroden G1 är frånslagen. I detta fall är den släckbara tyristorns frånslagstid nästan lika med den i det fall N5-skiktet är utfört fullständigt icke- ledande.

I enlighet med den styrelektrodreglerade halvledaranordningen i fig Sooh 4 kan styrströmmen regleras till storleksordningen från 0,1 am- pere till 0,5 ampere med hjälp av hjälptyristorpartiet S och det är dessntom onödigt att lämna en fördröjningstid mellan en tändsignal och en frânslagssignal. Följaktligen kan en kraftig ström brytas genom att tillföra en frånsignal omedelbart efter att tändníngssignalen app- licerats på den släckbara tyrístorn innan strömmen flyter därtill och följaktligen kan konstruktionena av styrkretsen förenklas. Dess- utom kräver icke anordningen enligt föreliggande uppfinning någon strömbegränsande reaktor, ehuru anordningen enligt tidigare teknike kräver den strömbegränsande reaktorn för att begränsa strömökningen inom tidsfördröjningsintervallet mellan tändningssignalen och från- signalen. " Fig 5 och 6 visar en modifiering av den i fig 3 och 4 visade, medelst styrelektrod släckbara tyristorn. Såsom bäst visas i fig 5 och 6 är en skiva 1a bildad med tallriksform. Ett skivformat metallskikt 7a är anordnat på ett centralt parti av en exponerad yta hos skivans 1a P2- skikt 4 för att bilda en första styrelektrod G1 hos styrelektrodor- ganet. Ett ringformigt spår 12c är anordnat på den yttre kanten av P2-skiktets 4 exponerade yta för att bilda det överbryggande partiet och ett flertal radiella slitsar 12d är anordnade så att de kommuni- cerar med spåret 12c och sträcker sig från detta i riktning mot ski- vans 1a centrala parti. Ett metalliskt skikt 8 är anordnat i botten- partiet av spåret 12 och metanskiktev e består av ett cirkulär-t aver- bryggande segment Bo anordnat i botten av spåret 12c och ett flertal utsprång 8d, som sträcker sig från det överbryggande segmentet 8c i riktning mot skivans 1a centrala parti för att bilda ett andra styr- elektrodaggregat G2. .p'7.

I avlden, andra' styrelektroden G2, närmare . 10 9 1 0463-4 _ Ett flertal sektorformade Nz-skikt Ba är gningar 12d och är åtskilda ett för- Ett flertal sektorformade metall- dessutom anordnade mellan angränsande framskjutande urta. utbestämt avstånd från varandra.. skikt 9a är .även anordnade på. NZ-skikten Se. för att bilda ett katod- -skikt 6a är anordnat koaxiellt kring det första styrelektrodaggregatet G1 och åtskilt från och loka- liserat mellan det första styrelektrodaggregatet Gm och katodelektrod- gformat metallskikt i form av en hjälp- elektrodaggregatK. Ett ringformat H3 aggregatet K och har ett rin elektrod 10a. för att bilda en hjälptyristor 3.

Såsom visas i figj och 4' är såledesdet andra. styret G2 anordnat på. en sida av phjälpkatodskiktetliy Styret G2 är beläget motsatt den första. styrelektrodenflv Huvudkatodskiktet H2 är likaledes väsentligen angivet bestämt genom utsprângen 813 med t BA. Euvudkatodskiktet H2 omgives här-igenom 5, såsom visas det *överbryggandep segnente sånär fsonpáp-ett partifsom är riktatpmot bjälpskiktet N i 115.3 oehe4. _ n medelst styrelektrod släckbar tyristor, Denna. släckbara. ty- Fig 7 och____8 illustrerar e trzyttjar föreliggande uppfinning. vilka är anordnade på ytorna som -ävenledes u ristor innefattar ett flertal spår 17, av Nz-skikten 5 nära-ett Ita-skikt Ga., ett flertal högdensitetsstör- ämnesområden 18, som är anordnade i Nz-skikten 5 lokaliserade i spå- ren 17, ett flertal metallskikt 19, vilka är anordnade på. högdensi- tetsstörämnesområdena 18, och ledare 20, som förbinder högdensitets- störämnesområdenaß med Nö-skikten 10a..

För att' vara, mer detaljerad är en parallellepipedisk eller tärninge- formad brioka » 1 sammansatt av ett Pz-skikt 2, ett Nf-skikt 3, ett PZ-skikt 4 och ett flertal rektangelformade lig-skikt 5; som är anord- nade på. pytanav Pz-skiktet 4 och åtskilda ettförultbestämt avstånd skivans 1 längdriktning. Ett kamformat spår 12 är anordna-i på ytan av Pz-skiktet 4. 'Spåret 12 består av ett brygg- N -skiktets 5 yta för erat vid ena ytan av 2 och ett flertal partier 12b från varandratztmed parti 112a., somfär lokalis att sträcka sig utmed längdriktningen, de sig från det .överbryggande partiet 12a i rik I-skiktet 4 tillsammans med Nz-skiktet 5. Ett den andra sidan av 'P2 metallskikt 8 är anordnat i spåret 12 och detta skikt består av ett är anordnat i det överbryggande par- 8b sträckande sig från det -skiktet 6a. Ett metall- sträckan tning mot överbryggande segment f8a, som tiet 12a., och ett flertal förlängningar överbryggande segmentet 8a i riktning mot H5 kt 'Ia är anordnat på. den andra sidoytan av Pa-skíktet 4 för att Ett Nö-skikt Ga är anordnat ski bilda ett första styrelektrodaggregat G1. på ytan av Pz-skiktet 4 nära den första styrelektroden G1 och utmed skivans 1 längd, och ett metallskikt 10a är anordnat på lïö-skiktet 6a för attbilda en hjälptyristor S. Ett flertal spår 17 är bildade 7910463-4 11 i ytorna av N2-skikten 5 mellan N2-skikten hos katodelektroden K och Nä-skiktet 6a. Ett flertal högdensitetsstörämnesområden 18 är bildade i spårens 17 bottenytor. Ett flertal ahmflniumelektroder 19 är anord- nade på områdena 18 och elektroderna 19 är vardera förbunden med elektroden 10a genom ledarna 20.

Vid den ovan beskrivna släckbara tyristorn är ett vid sidan av N5-skiktet 6a lokaliserat parti av H2-katodskiktet avlägsnat till den förutbestämda formen och till ett givet djup genom ett etsnings- förfarande för att bilda spåren 17. Högdensitetstörämnesområdena 18 är bildade genom diffusion av fosfor in i spårens 17 bottenyta för att åstadkomma en ohmisk förbindning. Aluminiumelektroderna 19 är åstadkomna samtidigt med metallskikten 7a, 9, 10a och Bb och där- efter har var och en av elektroderna 19 anslutits till elektroden 1Öa genom ledaren 20.

Vid anordningen enligt fig 7 och 8 tändes hjälptyristorpartiet S genom att tillföra en tändstyrström till det första styrelektrodagg- regatet G1 under förutsättning att framförs_pänningen är applicerad mellan anodelektrodaggregatet A och katodelektrodaggregatet K. När hjälptyristorpartiet S tändes flyter en ström från elektroderna 19 till metallskiktet 9 via lågresistansområdena 18, lågresistanspar- tíet av N2-skiktet 5, högresistansområdena 21 och N2-skikten 5.

Högresistansområdena 21 är bildade genom etsning av ytan av N2-skikten 5. Följaktligen förspänner strömmen från N5-skiktet 6a'i framriktning katod-emitterskikten, som är övergångar mellan NZ-skikten 5 och P2- skiktet 4, beroende på spänningsfallet i högresistansområdena 21.

Spänningsfallet i katod-emitterskikten förorsakar injicering av elek- troner e och därigenom tändes huvudtyristorpartiet-M innefattande M2-skikten 5 och därigenom tändes initiellt såsom de initiella tänd- ningsområdena motståndsomrâdena 21 och metallskiktens 9 ändpartier 22.

Vid frânslagning av huvudtyristorpartiet M hos den släckbara tyris- torn slutes förspänningsstyromkopplaren 14. Genomßlutande av omkopp- laren 14 appliceras en back- eller spärrförspänning på N2P2-övergång- arna från förspänningsstyrströmkällan 15 för att slå ifrån huvudtyris- torpartiet M och i detta fall förspännes även N3P2-övergångarna i backriktning genom spänningsfallen beroende på högresistanspartierna 21. Genom applicering av spärrförspänningen på N5P2-övergången göres hjälptyristorpartiet S icke-ledande. 7 9 110-14-63-4 i 12 Vid den med en styrelektrod släckbara, i fig 7 och 8 visade tyristorn är det uppenbart Watt, ehuru högresistansområdena21 är konstruerade genom att ombesörja spåren 17 Ng-skikten 5 intill Nš-skiktetq i enlighet med föreliggande uppfinning, högresistansområdena 21 kan anordnas på de partier av Nz-skikten som 'ar lokaliserade vid den mot- satta sidan av metallskikten 9. _ Fíg 9 och 10 illustrerar en annan styrelektrodreglerad halvledaranord- ning enligt föreliggande uppfinning. Vid den i' fig 9 och 10 visade, släckbara-"tyristorn- innefattar en tallriksformad skiva 1a även ett ig-skixt 2, ett in-skizç: 3, ett PZ-skikf 4 och en flera-n NZ-skikt 5aa.nordnade på en exponerad yta av Pz-skiktet 4. Ett spår 12 är an- ordnat på ytan av Pz-skiktet 12. Spåret 12 består av ett cirkulärt överbryggande parti 12c, som är anordnat på. periferin av Pz-skiktet 4, och ett 'flertal utskjutande partier 12d sträckande sig radiellt i riktning mot ett centralt parti av Pa-skiktet 4. Nz-skikten Se. är bil- dade i sektorformer, på. Pz-skíktet 4 utmed spåret 12. I _ vidden slåokbara tyristorn enligt fig 9 och 10 är de diffunderade om- råaena 1e (se figfz och' s) för omsk addition till aluniniumelektroaen 19 och ledaren 20 onödiga. Följaktligen är en urtagning 25 bildad i ett parti av NZ-skiktet Sa genom ett etsningsfórfarande för att bilda ett önskat motståndsområde 21. Ett isolerande material i form av en oxidfilm 26 är monterat över ytorna av Nš-skiktet 6a, partialområden 24 av Nz-skikten Sa och ett parti av Pz-skiktet 4 lokaliserat mellan Nz-skikten Sa-och Nš-skiktet- 6a.¿En ringformad elektrod 27_ är monte- rad pafytan av Nö-skiktet 6a och området 24 för att elektriskt för- binda Nö-skiktet 6a med Nz-skikten Sa. Det inses attmed den släck- bara tyristorn i fig 9 och 10 uppnås liknande funktioner och fördelar som de med den i fig 3 och 4 visade anordningen.

Såsom förklarats med hänvisning till de olika utförandena. ovan kan vid den styrelektrodreglerade halvledaranordningen i enlighet med föreliggande uppfinning hjälptyristorpartiet styras ögonblickligen när styrströmmen brytas vid släckning av den elektrodstyrda. halvledaran- ordningen. Följaktligenär det uppenbart att följande fördelar uppnås: 1. Ledkänslighetenfhos anordningen förbättras kraftigt i jämförelse med anordningar enligt tidigare teknik. I 79104463-4 13 2. Den medelst föreliggande uppfinning erhållna, släckbara tyristorn 'är prisbillig och vidsträckt applioerbar på en högfrekvensbelast- ning och på en högtransientströmbelastning, eftersom tillslage- ooh frånelagstiden är förkortade i jämförelse med en konventio- nell släckbar styrelektrodtyristor. 5. En ekonomisk släokbar tyristor med goda karakteristika kan er- hållas eftersom strömderivatan (di/dt) är stor. 4. Eftersom det icke är nödvändigt att minska övergångsområdet er- hålls en anordning med hög prestanda utan att minska dess ström- kapacitet. ' * Det ba: förstås att ae ovan 1 anar-j beskrivna utferandena blott illustrerar de involverade allmänna principerna; andra ntföranden kanfræmtagas som faller inom ramen för uppfinningen.

Claims (4)

7910463-4 14' Patentkrav

1. Styrelektrodreglerad halvledaranordning innefattande: ett grundläggande halvledarskikt (N1) av en första konduk- »tivitetstyp; ett första halvledarskíkt (P1) av en andra konduktivitets- typ förbundet med den ena sidan av nämnda grundläggande Skíkt; ett andra halvledarskikt (P2) av den andra konduktivitets- typen förbundet med motsatt sida hos nämnda grundläggande skikt och uppvisande en frilagd yta; en anodelektrod (A) ansluten till nämnda första skikt, ett halvledarhuvudkatod- och emitterskikt (N2) av nämnda första konduktivitetstyp anordnat i nämnda andra skikt (P2)-och uppvisande en frilagd yta; ett halvledarhjälpkatod- och emitterskikt (N3) av nämnda fiörsta konduktivitetstyp anordnat i nämnda andra skikt (P2), varvid sistnämnda emitterskíkt (N3) är anordnat på avstånd från och riktat mot nämnda huvudkatodemitter- skikt (NZ) och uppvisar en frilagd yta; en hjälpelektrod (10) som är anordnad ovanpå nämnda fri~ lagda yta hos hjälpkatodemitterskiktet (N3) och som ej är i kontakt med nämnda andra skikt (P2); en katodelektrod (K) som är förbunden med den frilagda ytan hos huvudkatodemitterskiktet (N2); en första styrelektrod (G1) förbunden med nämnda andra skikt (P2) på en sida av hjälpelektroden som är motsatt sidan där katodelektroden är belägen och i närheten av 7910463-4i 15 nämnda hjälpkatodemitterskikt (N3); en andra styrelektrod (G2) anordnad på den frilagda ytan hos det andra skiktet.(P2) på en sida av hjälpelektroden som är motsatt sidan på vilken den första styrelektroden är belägen, varvid den andra styrelektroden (G2) är så anordnad att den omger nämnda huvudkatodemitterskikt (N2) med undantag av ett parti av huvudkatodemitterskiktet som är riktat mot hjälpkatodemitterskiktet (N3); en förspänningsströmkälla (13) ansluten mellan nämnda katodelektrod (K) och den andra styrelektroden (G2) för att bringa en ström att flyta från nämnda förspânnings~ gströmkälla till huvudkatodemitterskiktet (NZ), till det 'andra skiktet (P2) och vidare till den andra~styrelektroden (G2) i avsikt att slå av ett huvudtyristorpartí enligt nedan; varvid det grundläggande, det första (P1), det andra (P2) och huvudkatodemitter (N2)-skiktet bildar nämnda huvudtyristorparti, samt varvid det grundläggande, det första (P1). det andra (P2) och hjälpkatodemitter (N3)- skiktet bildar ett hjälptyristorparti, k ä n n e t e c k n a d därav, att den styrelektrod- reglerade halvledaranordningen innefattar a) en diod (16) som är ansluten mellan katodelektroden (K) och hjälpelektroden (10) för att bringa en ström att flyta från förspänninqsströmkällan till hjälpkatod- emitterskiktet (N3), till det andra skiktet (P2) och vidare till den andra styrelektroden (G2) för att simul- tant slå av huvudtyristorpartiet och hjälptyristorpartiet, och b) ett motstånd (15) som är anordnat mellan den andra styrelektroden (G2) och hjälpelektroden (10) för att anbringa en backförspänning på hjälptyrístorpartiet när huvudtyristorpartiet slås till. n t791o4ss-4% 16

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t etc k n a d därav, att motståndet är ett yttre motstånd (15) som är anslutet mellan hjälpelektroden (10) ochdenandra styrelektroden (G2).

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det andra skiktet (P2) inkluderar ett spår (12) utformad däri runtom och åtskilt från huvudkatod- emítterskiktet-(N2), och att den andra styrelektroden (G2) är anordnad ovanpå nämna spår (12). .

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att spåret (12) och den andra styrelektroden (dz) är kamformade, att anordningen uppvisar ett flertal huvud- katodemitterskikt (NZ) anordnade mellan piggar hos det kamformade spåret (12) och hos den andra styrelektroden (G2). Sf Anordning enligt krav 3, vilken innefattar ett flertal huvudkatodemitterskikt (Sa), k ä n n e t e c k n a d därav, att spåret (12) uppvisar ett ringformigt parti (120) som omger nämnda flertal huvudkatodemitterskikt (Sa), och ett flertal sig radiellt sträckande partier (12d) som utsträcker sig mellan vart och ett av nämnda huvudkatodemitterskikt (Sa), att hjälpkatodemitterskiktet (6a) är anordnat radiellt innanför nämnda spår (12), och att den första styrelektroden (G1) är anordnad radi- ellt innanför hjälpkatodemitterskiktet (6a).