DE1176282B - Selenium rectifier - Google Patents

Description

Selengleichrichter Die Erfindung betrifft einen Selengleichrichter mit je einer metallischen Schicht zwischen der Selenschicht und sowohl der Grundelektrode als auch der Gegenelektrode, bei dem die Dicke der Metallzwischenschicht zwischen der Grundelektrode und der Selenschicht 0,1 bis 0,5 Mikron beträgt.Selenium rectifier The invention relates to a selenium rectifier, each with a metallic layer between the selenium layer and both the base electrode and the counter electrode, wherein the thickness of the metal intermediate layer between the base electrode and the selenium layer 0.1 to 0.5 microns.

Der Aufbau der bisher bekannten Selengleichrichter besteht im wesentlichen aus einer Trägerelektrode, welche durch eine aus Metall oder Nichtmetall angefertigte Grundplatte gebildet ist, einer Schicht aus halbleitendem Selen, welche auch durch mehrere Schichten, die zu einem System zusammengeschlossen sind, ersetzt werden kann, und einer Gegenelektrode, welche vorwiegend aus einer Legierung besteht.The structure of the previously known selenium rectifiers consists essentially from a carrier electrode, which is made by one made of metal or non-metal Base plate is formed, a layer of semiconducting selenium, which is also through several layers that are combined to form a system can be replaced can, and a counter electrode, which consists mainly of an alloy.

Um eine gute Funktion des Selengleichrichters sicherzustellen, ist es nötig, einerseits einen guten ohmschen Kontakt zwischen der Trägerelektrode und dem Selen herzustellen und andererseits eine Sperrschicht mit einer hohen Sperrwirkung an der Berührungsfläche des Selens mit der Gegenelektrode auszubilden. Zur Erfüllung dieser beiden Forderungen werden zwei Metallzwischenschichten benutzt, die zwischen dem den Mittelteil des Gleichrichters bildenden Selen und der Grundelektrode an der einen Seite und zwischen dem Selen und der Gegenelektrode an der anderen Seite angeordnet werden. Die Dicke der auf die Grund- bzw. Trägerelektrode aufgebrachten Metallschicht ' also der Schicht, die später zwischen der Grundelektrode und der Selenschicht liegt, beträgt 0,1 bis 0,5 Mikron. Weiterhin ist es bekannt, die Gegenelektrode aus einer Zinn-Cadmium-Legierung zu bilden.In order to ensure good functioning of the selenium rectifier, it is necessary on the one hand to establish a good ohmic contact between the carrier electrode and the selenium and on the other hand to form a barrier layer with a high barrier effect on the contact surface of the selenium with the counter electrode. To meet these two requirements, two intermediate metal layers are used, which are arranged between the selenium forming the central part of the rectifier and the base electrode on one side and between the selenium and the counter electrode on the other side. The thickness of the coating applied to the base or base electrode metal layer 'that is the layer which is later between the base electrode and the selenium layer is 0.1 to 0.5 microns. It is also known to form the counter electrode from a tin-cadmium alloy.

Bei allen bisher bekannten Selengleichrichtern ist die Selenschicht oder deren System zwischen zwei Schichten mit voneinander verschiedener Zusammensetzung angeordnet. Von diesen bekannten Selengleichrichtern unterscheidet sich der Gleichrichter nach der Erfindung nun dadurch, daß die beiden Metallzwischenschichten aus gleichem Material und aus Metallen bestehen, die der dritten, vierten und fünften Gruppe und der fünften Reihe des Periodischen Systems der Elemente angehören, und daß diejenige Metallzwischenschicht, die zwischen der Selenschicht und der Gegenelektrode liegt, 20- bis 100mal dünner ist als die Metallzwischenschicht, die sich zwischen der Selenschicht und der Grundelektrode befindet.In all previously known selenium rectifiers, the selenium layer is or their system between two layers with a composition different from one another arranged. The rectifier differs from these known selenium rectifiers according to the invention now in that the two intermediate metal layers are made of the same Material and made of metals belonging to the third, fourth and fifth groups and belong to the fifth row of the Periodic Table of the Elements, and that the Metal intermediate layer, which lies between the selenium layer and the counter electrode, 20 to 100 times thinner than the metal intermediate layer that is between the selenium layer and the ground electrode is located.

Die Selengleichrichterzellen mit dem bisherigen Aufbau erreichen eine Sperrspannung im Bereich von 20 bis 30 Volt. Sie besitzen den Nachteil einer verhältnismäßig hohen Schwellenspannung von 0,5 bis 0,7 Volt. Bei dem Gleichrichter nach der Erfindung wird dieser Wert bis auf etwa 0,25 Volt herabgesetzt. Diese Spannung von 0,25 Volt erlaubt zwar nicht deren Anwendung für niedrige Spannungen, jedoch werden dadurch die Verluste wesentlich herabgesetzt und die zulässige Belastung wird erhöht. So ergibt sich eine Belastbarkeit in der Flußrichtung von über 250 mA/CM2, eine Schwellenspannung unter 0,2 V und eine Sperrspannung bis 30 V.The selenium rectifier cells with the previous structure achieve a reverse voltage in the range of 20 to 30 volts. They have the disadvantage of a relatively high threshold voltage of 0.5 to 0.7 volts. In the rectifier according to the invention, this value is reduced to about 0.25 volts. Although this voltage of 0.25 volts does not allow it to be used for low voltages, it significantly reduces losses and increases the permissible load. This results in a load capacity in the flow direction of over 250 mA / CM2, a threshold voltage below 0.2 V and a reverse voltage of up to 30 V.

Die Metallzwischenschichten können aus einer Legierung aus Wismut und Blei bestehen. Die Metallgegenelektrode kann aus einer Zinn-Cadmium-Legierung bestehen.The intermediate metal layers can be made from an alloy of bismuth and lead. The metal counter electrode can be made of a tin-cadmium alloy exist.

Charakteristisch für die angewandten Metalle oder Legierungen der Metalle der Zwischenschichten ist eine große Austrittsarbeit der Elektronen gegenüber dem Selen. Die Dicke der dünneren Zwischenschicht ist jedoch so zu wählen, daß der Einfluß der Gegenelektrode auf die Selenschicht zur Geltung kommt. Für das Austreten der Elektronen aus der Gegenelektrode soll jedoch eine kleinere Austrittsarbeit erforderlich sein als sie für die angeführten Metallzwischenschichten. gilt. Die optimalen Ergebnisse, die den gegebenen Forderungen entsprechen, werden dadurch erreicht, daß die Einflüsse aller Schichten gegenseitig ausgewogen bzw. kompensiert werden, denn alle Schichten bilden zusammen ein geschlossenes System. Die Erhöhung der Wirksamkeit einer Selengleichrichterzelle kann man durch bekannte Zusätze, wie Halogenide oder Thallium, erreichen, wodurch die Bildung einer guten Sperrschicht gefördert wird. Die mit einer Selenschicht bedeckten Platten werden einer Wärinebehandlung unterzogen und nachher mit einer Gegenelektrode bedeckt. Es folgt ein nachträgliches Erwärmen bis zum Schinelzpunkt der Gegenelektrode unter der gleichzeitigen Formierung durch den elektrischen Strom.Characteristic of the metals or alloys used Metals of the intermediate layers has a large work function compared to the electrons the selenium. However, the thickness of the thinner intermediate layer is to be chosen so that the Influence of the counter electrode on the selenium layer comes into play. For quitting however, the electrons from the counter electrode should have a smaller work function may be required than they are for the listed metal interlayers. is applicable. the optimal results, which correspond to the given requirements, are thereby achieves that the influences of all layers are mutually balanced or compensated because all layers together form a closed system. The increase the effectiveness of a selenium rectifier cell can be enhanced by known additives such as Halides, or thallium, achieve this, creating a good barrier layer is promoted. The panels covered with a layer of selenium are subjected to a heat treatment subjected and then covered with a counter electrode. It follows a subsequent heating up to the Schinelzpunkt the counter electrode under the simultaneous Formation by the electric current.

Die quantitativen technischen Ergebnisse der erfindungsgemäßen Selengleichrichter werden vor allem durch die gegenseitigen Dickenverhältnisse der Zwischenschichten bedingt.The quantitative technical results of the selenium rectifiers according to the invention are mainly due to the mutual thickness ratios of the intermediate layers conditional.

In dem Bereich des Dickenverhältnisses der beiden Zwischenschichten vom Verhältnis 1:20 bis zum Verhältnis 1:100 sind die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Selengleichrichterzelle für die industrielle Praxis von Bedeutung. Ohne Rücksicht auf die Möglichkeit der Ausnutzung in der Praxis könnte das Dickenverhältnis beider Zwischenschichten in einem Bereich gewählt werden, der gegeben ist durch die Spanne der theoretischen Grenzwerte von der gegen Null gehenden Dicke der dünneren Schicht bis zur gleichen Dicke beider Schichten. Wenn die Dicke der dünneren Schicht sich dem Nullwert nähert, erreicht die Schwellen- und die Sperrspannung den Maximalwert. Im Falle, daß die Dicke der beiden Zwischenschichten sich dem gleichen Wert nähert, erreichen die Schwellen- und die Sperrspannung den Minimalwert, und dann handelt es sich um ein unformierbares System, welches sich als ein ohmscher Widerstand benimmt.In the range of the thickness ratio of the two intermediate layers from the ratio 1:20 to the ratio 1: 100 , the properties of the selenium rectifier cell according to the invention are important for industrial practice. Regardless of the possibility of utilization in practice, the thickness ratio of the two intermediate layers could be selected in a range that is given by the range of theoretical limit values from the thickness of the thinner layer, which approaches zero, to the same thickness of both layers. When the thickness of the thinner layer approaches zero, the threshold and reverse voltages reach the maximum value. In the event that the thickness of the two intermediate layers approaches the same value, the threshold voltage and the reverse voltage reach the minimum value, and then it is a question of a non-deformable system which behaves as an ohmic resistor.

Die qualitativen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Selengleichrichters werden vor allem durch die chemische Zusammensetzung dieser Schichten und deren Zusätze beeinflußt, besonders was den Wert der Sperrspannung betrifft.The qualitative properties of the selenium rectifier according to the invention are mainly due to the chemical composition of these layers and their Additions affects, especially as regards the value of the reverse voltage.

Der Aufbau der erlindungsgemäßen Selengleichrichter wird in der Zeichnung im Schnitt wiedergegeben.The structure of the selenium rectifier according to the invention is shown in the drawing reproduced in section.

Auf der Trägerelektrode 5, die gewöhnlich aus Aluminium besteht, wird zwischen zwei gleichartigen Metallschichten, welche die Zwischenschichten 4 und 2 bilden, die Selenschicht 3 angeordnet, die beispielsweise aus einer oder mehreren Schichten besteht. Das Ganze wird am Ende durch eine Metallgegenelektrode 1, die zum Beispiel aus einer Zinn-Cadmium-Legierung besteht, bedeckt. Die Dicke der Zwischenschicht 2, welche zwischen der Gegenelektrode 1 und der halbleitenden Schicht 3 eingelegt wird, ist 20- bis 100mal dünner als die Dicke der entsprechenden Zwischenschicht4, welche zwischen der Grundelektrode 5 und der halbleitenden Schicht 3 eingelegt ist und eine Dicke zwischen 0,1 und 0,5 Mikron besitzt. The selenium layer 3 , which consists for example of one or more layers, is arranged on the carrier electrode 5, which usually consists of aluminum, between two similar metal layers which form the intermediate layers 4 and 2. The whole thing is covered at the end by a metal counter electrode 1, which consists for example of a tin-cadmium alloy. The thickness of the intermediate layer 2, which is inserted between the counter electrode 1 and the semiconducting layer 3 , is 20 to 100 times thinner than the thickness of the corresponding intermediate layer 4, which is inserted between the base electrode 5 and the semiconducting layer 3 and has a thickness between 0, 1 and 0.5 microns.

Durch die Zwischenschicht 2, welche gewöhnlich im Vakuum aufgetragen wird, kann das Metall der Gegenelektrode durch Diffusion hindurchdringen und auf diese Weise den Einfluß der Metalle der Gegenelektrode 1 auf die halbleitende Schicht 3 geltend machen, ohne Rücksicht darauf, ob die Zwischenschicht 2 als eine voll durchgehende oder rasterartige Schicht ausgebildet ist.Through the intermediate layer 2, which is usually applied in a vacuum, the metal of the counter electrode can penetrate by diffusion and in this way assert the influence of the metals of the counter electrode 1 on the semiconducting layer 3 , regardless of whether the intermediate layer 2 is full continuous or grid-like layer is formed.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Selengleichrichter mit je einer metallischen Schicht zwischen der Selenschicht und sowohl der Grundelektrode als auch der Gegenelektrode, bei dem die Dicke der Metallzwischenschicht zwischen der Grundelektrode und der Selenschicht 0,1 bis 0,5 Mikron beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallzwischenschichten (2, 4) aus gleichem Material und aus Metallen bestehen, die der dritten, vierten und fünften Gruppe und der fünften Reihe des Periodischen Systems der Elemente angehören und daß diejenige Metallzwischenschicht (2), die zwischen der Selenschicht (3) und der Gegenelektrode(1) liegt, 20- bis 100mal dünner ist als die Metallzwischenschicht (4), die sich zwischen der Selenschicht (3) und der Grundelektrode (5) befindet. 1. A selenium rectifier, each with a metallic layer between the selenium layer and both the base electrode and the counter electrode, wherein the thickness of the metal intermediate layer between the base electrode and the selenium layer 0.1 to 0.5 microns, characterized in that the two Metal intermediate layers (2, 4) consist of the same material and of metals belonging to the third, fourth and fifth group and the fifth row of the Periodic Table of the Elements and that the metal intermediate layer (2) between the selenium layer (3) and the counter electrode (1) is 20 to 100 times thinner than the metal intermediate layer (4), which is located between the selenium layer (3) and the base electrode (5) . 2. Selengleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschichten aus einer Legierung aus Wismut und Blei bestehen. 3. Selengleichrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallgegenelektrode (1) aus einer Zinn-Cadmium-Legierung besteht. 2. selenium rectifier according to claim 1, characterized in that the metal intermediate layers consist of an alloy of bismuth and lead. 3. selenium rectifier according to claim 2, characterized in that the metal counter electrode (1) consists of a tin-cadmium alloy. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 892 193; USA.-Patentschriften Nr. 2 195 245, 2 787 745.Documents considered: German Patent No. 892 193; USA. Patent Nos. 2,195,245, 2,787,745.