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Selengleichrichter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Seletgleichrichter mit wesentlich verbesserten elektrischen Eigenschaften und auf ein Verfahren zur Herstellung von solchen Gleichrichtern.
Es ist bekannt, dass Selengleichrichter im allgemeinen au ? einer metallischen Grundplatte, einer auf diese aufgebrachten Selenschicht und einer auf der Selenschicht befindlichen Deckelektrode bestehe. In der an die Deckelektrode angrenzenden Schicht des Selens bildet sich die sogenannte Sperrschicht aus, die wesentlich die elektrischen Eigenschaften des Gleichrichters bestimmt. Zur Verbesserung der Gleich- richtereigenschaftenwurden auch schon zwischenselen und Grundplatte Zwischenschichten eingeschaltet, die eine Verringerung des Übergangswiderstandes von der Grundplatte zum Selen bewirken.
Zur Frhöhung der Sperrfähigkeit können auf das Selen künstliche Sperrschichten aus nichtleitenden Stoffen aufgebracht oder die Selenoberfläche vor dem Aufbringen. der Deckelelektrode mit Salzen, Lösungen oder Flüssigkeiten zur Verbesserung der Sperreigenschaften behandelt werden.
Es ist weiterhin bekannt, dem Selen Stoffe zuzusetzen, die eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Selens bewirken. Durch'Zusätze dem Deckelektrodenmetall kann die Ausbildung der Sperrschicht günstig beeinflusst werden. Als Zusatz zum Selen haben sich insbesondere Halogene und Halogenverbindungen bewährt, während zur Erhöhung der Sperrfähigkeit dem Deckelektrodenmetall geringe Mengen von Thallium zugesetzt werden. Es sind auch Selengleichrichter bekannt, bei denen sich zwischen dem Selen und der Deckelektrode eine dünne Schicht aus einem der Metalle Thallium, Indium oder Gallium oder einer Legierung davon befindet. Derartige Zwischenschichten erhöhen ebenfalls die Sperrfähigkeit der Gleichrichterplatte.
Die bekannten Selengleiclirichter weisen jedoch noch den Nachteil auf, dass der Widerstand der Selenschicht verhältnismässig hoch ist. Durch die zuvor genannten Zusätze z11m Seien konnte zwar der Widerstand vermindert werden, jedoch gelang es nicht, den Durchlasswiderstand der Gleichrichterplatte kleiner als etwa 2, 5 - 3, 5 Ohm cm 2 zu machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Durchlasswiderstand des Gleichrichters zu vermindern, ohne die andern Gleicrrichtereigenschaften zu verschlechtern.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass dem Selen zusätzlich zu den bekannten Halogenzusätzen Gallium zugesetzt wird.
Durch diese Zusätze wird überraschenderweise eine wesentliche Verminderung des Selenwiderstandes und damit eine ausserordentliche Qualitätssteigerung der Glfichrichterplatten erzielt, ohne die Sperreigenschaften zu verschlechtern, wie das bei den bekannten, leitfähigkeitserhöhenden Zusätzen der Fall ist. Der Durchlasswiderstand des Selens kann durch diese Massnahme bis auf 1 Ohm cm ! gesenkt werden. Wenn man bedenkt, dass zum Gleichrichten höherer Spannungen zahlreiche Gleichrichterplatten hintereinandergeschaltet werden müssen, so kann man ermessen, dass sich durch diese Massnahme eine wesentliche Verminderung des Widerstandes einer Gleichrichtersäule ergibt.
Es hat sich gezeigt, dass zur Erzielung eines niedrigen Widerstandes der Selenschicht die zugesetzte Galliummenge bis zu 10 mg% betragen kann, d. h. 10 mg Gallium auf 100 g Selen. Besonders vorteilhaft ist die Kombination von Chlor und Gallium im Selen, wobei der Chlorgehalt zweckmässigerweise um 15 mg% gewählt wird.
Ein weiterer Fortschritt wird erzielt, wenn nur ein Teil der Selenschicht mit Gallium versetzt wird.
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Zweckmässigerweise wird die Selenschicht aus mehreren Schichten aufgebaut, von denen die an der Grundplatte liegende Selenschicht, bzw. eine Schicht, die nahe der Grundplatte liegt, mit Gallium versetzt wird. Die Selenschicht kann z. B. aus zwei Teilschichten bestehen, von denen die an der Grundplatte liegende Schicht Gallium enthält, während die an der Deckelektrode liegende Schicht galliumfrei ist. Es muss noch betont werden, dass neben dem Gallium auch ein Halogen, zweckmässigerweise Chlor, im Selen vorhanden sein muss, um die erstrebte Wirkung zu erzielen. Die galliumfreien Selenschichten enthalten nur den Halogenzusatz.
In einer theoretischen Arbeit über die Widerstände von Selen wurde zwar bereits Selen mit Gallium zusatz untersucht. Es wurde dort jedoch festgestellt, dass lediglich der Widerstand des reinen Selens er- reicht wurde. Auch soll Indium dieselbe Wirkung haben. Selenschichten mit gleichzeitigem Zusatz von Halogen und Gallium wurden jedoch noch nicht untersucht und das gemäss der Erfindung erzielte Ergebnis ist trotz der bekannten Untersuchungen völlig überraschend und wird nur mit Gallium erzielt.
In vielen Fällen erweist sich ein Selengleichrichter von besonderem Vorteil, dessen Selenschicht aus drei Teilschichten besteht, deren mittlere Gallium enthält. Zweckmässig wird jedoch die an der Grundplatte liegende galliumfreie Selenschicht dünner bemessen als die an der Deckelektrode liegende galliumfreie Selenschicht. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn sich auf der Grundplatte eine 15-20 u dicke Selenschicht befindet, darauf eine etwa 10 J. L starke mit Gallium versetzte Selenschicht, auf der sich wieder eine galliumfreie 30 - 40 P starke Selenschicht befindet.
Die beschriebenen Schichtenfolgen von galliumfreien und galliumhalligen. Seien können auch mehrmals wiederholt werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Konzentration des Galliums in der Selenschicht von der Grundplatte zur Deckelektrode hin abnimmt. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass die Konzentration des Galliums stetig abnimmt, oder dass die Gallium-Konzentration der einzelnen gaJ1iumhaltigen Schichten zur Deckelektrode hin abnimmt. In jedem Fall ist es jedoch wichtig, dass die an der Deckelektrode an liegende Selenschicht möglichst wenig oder kein Gallium enthält.
Das Einbringen des Galliums in die Selenschicht geschieht am besten durch gleichzeitiges Aufdampfen von Gallium und Selen. Es hat sich gezeigt, dass diese beiden Stoffe aus getrennten Verdampfern verdampft werden müssen, um zu dem gewünschten Ergebnis zu kommen. An Stelle von metallischem Gallium können auch Galliumverbindungen in das Selen eingebracht werden. Zweckmässigerweise veiwendet man. hiezu Halogenverbindungen des Galliums wie z. B. Galliumchlorid. Durch zeitweises Einschalten der Heizung des Galliumverdampfers kann die gewünschte Verteilung des Galliums in der Selenschicht erzielt werden.
Wenn der erfindungsgemässe Aufbau noch mit weiteren Massnahmen kombiniert wird, die den Übergangswiderstand zwischen dem Selen und der Grundplatte herabsetzen, so erzielt man besonders niederohmige Gleichrichterplatten. Besonders vorteilhaft ist die an sich bekannte Einschaltung von Zwischenschichten zwischen der Grundplatte und dem Selen. Dies kann beispielsweise eine auf die Grundplatte aufgedampfte Wismutschicht sein oder eine Selenschicht, die z. B. auf einer vernickelten Eisengrundplatte durch Aufbringen einer geringen Selenmenge und Erhitzen auf Temperaturen von etwa 3000 C hergestellt wird.
Zur Erhöhung der Sperrfähigkeit kann es sich zweckmässig erweisen, diesen Aufbau noch durch eine an sich bekannte künstliche Sperrschicht, beispielsweise aus einem geeigneten Lack, zu vervollständigen.
Eine solche Sperrschicht wird in bekannter Weise durch Aufbringen eines Lackes auf die oberste Selenschicht vor dem Aufbringen der Deckelektrode erzeugt.
An Hand der Figuren soll der Aufbau von Gleichrichterplatten gemäss der Erfindung noch einmal kurz erläutert werden.
Im einfachsten Fall, wie er in Fig. l schematisch dargestellt ist, besteht die Gleichrichterplatte aus einer metallischen Grundplatte 1, einer Selenschicht 2, die Gallium und Halogen enthält und einer metallischen Deckelektrode 3. Es soll gleich betont werden, dass die Schichtdicken der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt sind und keinen Massstab für die tatsächlichen Dickenveihalinisse darstellen. Zur Hervorhebung der galliumhaltigen Selenschicht ist diese schraffiert.'
Nach Fig. 2 besteht die Selengleichrichterplatte aus der Grundplatte 1, der gallium- und halogenhaltigen Selenschicht 2a, der halogenhaltigen Selenschicht 2b und der Deckelektrode 3.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Selenschicht aus drei Teilschichten, von denen die Schicht 2a galliumhaltig und halogenhaltig und die Schichten 2b nur halogenhaltig sind. Die Ausführungsform nach Fig. 4 gleicht im Prinzip dem Aufbau nach Fig. 3, jedoch ist zwischen der Grundplatte 1 und der untersten Selenschicht eine Zwischenschicht, beispielsweise aus Wismut, eingeschaltet.
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Die Gleichrichterplatte nach Fig. 5 besteht schliesslich aus einer metallischen Grundplatte 1, beispielsweise aus Eisen, einei auf dieser befindlichen metallischen Zwischenschìcht 1b, z. B. aus Nickel, einer Selenschicht 10, beispielsweise aus Nickelselenid, der halogenhaltigen Selenschicht 2b, der halogen-und galliumhaltigen Selenschicht 2a, auf der sich eine halogenhaltige Se1epschicht 2b befindet.
Zwischen der Deckelektrode 3 und der obersten Selenschicht ist eine künstliche Sperrschicht 4, beispielsweise aus einem geeigneten Lack, angebracht.
Es soll noch betont werden, dass weitere bekannte Massnahmen zur Verbesserung der Gleichrichtereigenschaften angewendet werden können. Die elektrische Formierung der Gleichrichterpl ? tten gemäss der Erfindung wird in zweckmässiger Weise bei höherer Temperatur, etwa zwischen 600 und 800C vorge-
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was an sich oekannt ist.
Die Erfindung ist nicht allein auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selengleichrichter, bei dem durch leitfähigkeitserhöhende Zusätze zur Selenschicht der Widerstand in Durchlassrichtung stark herabgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmenge der Selenschicht, mit Ausnahme einer dünnen, an die Deckelektrode angrenzenden Schicht, neben Halogen Gallium enthält.