DE1464527B2 - Thermisch stabilisierte Halbleiteranordnung - Google Patents
Thermisch stabilisierte HalbleiteranordnungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die thermische Stabilisierung von Halbleiteranordnungen.
Bei vielen Halbleiteranordnungen, beispielsweise Leistungstransistoren, besteht bezüglich der Funktionsweise
eine wichtige Leistungsgrenze, die einer Art von thermischer Unstabilität zuzuordnen ist, bei der eine
Bündelung des Stromes auf punktförmige Bereiche erfolgt. Die betroffene thermische Unstabilität ist
nicht dem üblichen thermischen Durchgehen zuzuschreiben, bei dem eine Temperaturerhöhung einen
anwachsenden Strom von thermisch erzeugten Trägern in die Basisschicht bewirkt, was eine höhere Emission
und eine höhere Verlustleistung und damit wiederum ein weiteres Anwachsen der Temperatur hervorruft.
Die Erscheinungsform der betroffenen Unstabilität ist von solcher Art, bei der eine Tendenz zum Anwachsen
von Stromdichte und Temperatur in einem Flächenbereich des Bauelementes auf Kosten des in
den übrigen aktiven Flächenbereichen des Bauelementes fließenden Stromes ansteigt, während der Gesamtstrom
im wesentlichen konstant bleibt. Es entstehen sogenannte »Brennfiecken« (hot spots), welche
das Bauelement beschädigen oder zerstören können.
Hauptsächlich rührt die Unstabilität vom großen positiven Temperaturkoeffizienten des Stromflusses im
Bauelement her. Als Folge dieses großen Koeffizienten kann irgendeine zufällig vorhandene Fluktuation oder
Unvollkommenheit in der Halbleiteranordnung ein Anwachsen des Stromes in einem Teil des Elementes
gegenüber einem anderen Teil bewirken. Dieses Anwachsen des Stromes verursacht wiederum eine zusätzliche
Erwärmung und weiteres Anwachsen des Stromes. Im wesentlichen tritt eine Rückkopplung auf mit
darauffolgendem Anwachsen des Stromes in diesem Teil des Elementes. Mit dem Anwachsen des Stromes
setzen nichtlineare Effekte ein.
Hauptsächlich soll durch die vorliegende Erfindung eine Halbleiteranordnung geschaffen werden, bei der
örtliche »Brennflecken« auf ein Mindestmaß verringert sind.
Ferner soll durch die vorliegende Erfindung Vorsorge getroffen werden, den in einer Halbleiteranordnung
fließenden Strom bei bestimmten Betriebsbedingungen gleichmäßig über die Fläche zu verteilen.
Durch die vorliegende Erfindung soll ferner das Problem gelöst werden, bei bestimmten Betriebsbedingungen
die Temperaturen über die die Leistung aufnehmende Fläche einer Halbleiteranordnung auf
nahezu gleichen Werten zu halten.
Durch die vorliegende Erfindung soll ferner die thermische Unstabilität an defekten Stellen einer
Halbleiteranordnung wesentlich vermindert werden.
Ferner soll durch die vorliegende Erfindung die von statistisch verteilten Fluktationen herrührende thermische
Unstabilität in einer Halbleiteranordnung vermindert werden.
Durch die vorliegende Erfindung soll ferner eine Halbleiteranordnung zum Betrieb bei Gleich- und
Wechselstrom geschaffen werden, bei der der Strom über einen ausgedehnten Bereich der Basiszone verteilt
ist und diese weiter entfernt vom Basiskontakt unter der Emitterzone durchdringt.
Schließlich soll durch die vorliegende Erfindung eine Halbleiteranordnung geschaffen werden, in der die
Stromdichte für eine vorgegebene Größe des Gesamtstromes zur Verminderung der mit hoher Stromdichte
verbundenen nichtlinearer Effekte und Einbuße an Emitterergiebigkeit verringert ist.
Aus der deutschen Patentschrift 559 707 war bekannt,
zwischen den beiden Elektroden eines Trockengleichrichters außer der Gleichrichterschicht eine als Vorschaltwiderstand
dienende Widerstandsschicht anzu-
5 ordnen. Diese Widerstandsschicht dient zur Vermeidung der bei Gleichrichterschichten von sehr geringer
Dicke bestehenden Gefahr, daß diese Schichten an einzelne Stellen mechanisch verletzt oder elektrisch
durchgeschlagen werden.
ίο Die Erfindung betrifft dagegen ein thermisch stabilisiertes
Halbleiterbauelement mit einer Widerstandsschicht zwischen der emittierenden Zone und einer
flächenförmigen Kontaktelektrode, an der die Zuleitung zur emittierenden Zone angebracht ist. Zur Verminderung
der von örtlichen »Brennflecken« (hot spots) herrührenden thermischen Unstabilitäten wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß auf der emittierenden Zone im thermisch gutleitenden Kontakt eine ·
Widerstandsschicht aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizient des Widerstandes
angeordnet ist.
Die Widerstandsschicht stellt einen gegenkoppelnden Widerstand in thermischem Kontakt mit der Emitterzone
dar und gewährleistet eine gute Linearität.
Aus der Zeitschrift »Elektronische Rundschau«, Nr. 7 (1961), S. 3, war zwar bekannt, beim Schalten'
großer Ströme bei parallelbetriebenen Transistoren den Gesamtstrom durch kleine Emitterwiderstände
möglichst gleichmäßig auf alle Transistoren aufzuteilen. Durch eine derartige Schaltungsmaßnahme
wird zwar die thermische Stabilisierung einej^liiehrzahl
parallelgeschalteter Transistoren, nicht aberdie Stabilisierung eines einzelnen Transistors unter Ausschaltung
des eingangs geschilderten Effektes erreicht, wie im folgenden näher erläutert wird.
Es ist von Vorteil, einen Widerstand mit einem relativ hohen positiven Temperaturkoeffizient des Wider- ,
Standes zu verwenden, so daß der Spannungsabfall .· zwischen Emitterkontaktelektrode und Emitterzone
an solche zur Vermeidung eines negativen Widerstandes und einer Unstabilität in Querrichtung innerhalb
der Halbleiteranordnung erforderlichen Wert ■ angepaßt ist.
Vorteilhafterweise findet die Lehre der Erfindung bei der Konstruktion von Leistungstransistoren Anwendung. Dabei wird eine Widerstandsschicht in Serie zwischen der Emitterzone und der Emitterkontaktelektrode angeordnet, um die Gleichmäßigkeit der Stromverteilung zu erhöhen. ,
Vorteilhafterweise findet die Lehre der Erfindung bei der Konstruktion von Leistungstransistoren Anwendung. Dabei wird eine Widerstandsschicht in Serie zwischen der Emitterzone und der Emitterkontaktelektrode angeordnet, um die Gleichmäßigkeit der Stromverteilung zu erhöhen. ,
Allgemein sollte der Widerstand mit positiven Temperaturkoeffizienten im Strompfad des Emitters
mit der Emitterzone im Wärmeaustausch stehen.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten
Figuren erläutert.
F i g. 1 zeigt ein Schaltbild mit zwei parallelgeschalteten Transistoren, welche zum Emitter je
einen Serienwiderstand aufweisen;
F i g. 2 zeigt zwei parallelgeschaltete Transistoren mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand;
F i g. 2 zeigt zwei parallelgeschaltete Transistoren mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand;
F i g. 3 zeigt im Aufriß, teilweise im Schnitt, eine Halbleiteranordnung mit den Merkmalen der Erfindung;
F i g. 4 stellt teilweise im Schnitt den Aufriß einer anderen Halbleiteranordnung mit den Merkmalen
der Erfindung dar;
F i g. 5 veranschaulicht eine Halbleiteranordnung, bei der die sich im thermischen Kontakt mit der
5 6
türen, Stern-Strukturen und sonstige bei Halbleiter- derlichen kleinsten Emitterströmen betrieben wird,
anordnungen bekannte Strukturen zu nennen. Für größere Ströme und kleinere Spannungen bei der
Durch die Widerstandsschicht 27 des Emitters er- gleichen Leistung ist die stabilisierende Wirkung der
geben sich noch weitere Vorteile. Wenn der Emitter- Widerstandsschicht auf Grund des an ihr auftretenden
strom einen durch das Produkt nr mit der thermischen 5 Spannungsabfalles größer. Damit wird ein geringer
Spannung kT/q bei der Arbeitstemperatur gegebenen Temperaturanstieg bei höheren als bei niedrigeren
Spannungsabfall über diese Schicht hervorruft (wobei Strömen und vorgegebener Leistung ermöglicht.
k die Boltzmann-Konstante; T die Temperatur in Es ist von Vorteil, die Emitter-Widerstands-Schicht
Grad Kelvin und q die Elektronenladung bedeutet), eines Siliziumtransistors aus schwach dotiertem
dann kann gezeigt werden, daß der den Spannungs- *° (n~) Silizium herzustellen. Diese Widerstandsschicht
abfällen in der Basiszone unter der Emitterzone zu- kann unter Anwendung verschiedener bekannter Vergeordnete
Stromballungseffekt bei einem nr-Wert von fahren, beispielsweise durch epitaktisches Aufwachsen,
wesentlich größer als 1 um etwa den Faktor von nrß aufgebracht werden. Insbesondere kann eine n~ -Wivermindert
wird. Ein ähnlich stärkeres Eindringen der derstandsschicht auf einer diffundierten n+-Zone einer
Stromdichte unter der Emitterzone erfolgt auch bei 15 Halbleiteranordnung gemäß Fig. 5 aufgewachsen
Wechselstromsignalen. Ein weiterer Vorteil der gleich- werden, welche eine auf einer Wärmesenke 32 beförmigen
Verteilung des Stromes über den Emitter- festigten η-leitenden Kollektorzone 31 mit einer einge-Basis-Übergang
besteht darin, daß die Stromdichte setzten p-leitenden Basiszone 33 und eine in letztere ·
bei einem vorgegebenen Gesamtstrom erniedrigt wird. eingesetzte n+-leitende Emitterzone 34 aufweist. Die
Somit werden in einer nach der Lehre der Erfindung a° n~-leitende Widerstandsschicht 35 wird in diesem Fall
ausgebildeten Halbleiteranordnung mit höheren Strom- auf der n+-leitenden Emitterzone angeordnet und
dichten verbundene nichtlineare Effekte merklich ver- bildet mit dieser einen relativ guten ohmschen Konmindert,
takt. Auf der n~-leitenden Widerstandsschicht kann
Da der Temperaturanstieg bei vorgegebener Lei- eine weitere n+-Schicht 36 hergestellt werden, welche
stung durch Konzentration der Leistung infolge der 25 eine metallische Kontaktelektrode 37 erhält. DieBasis-
Stromballung anwächst, ist offensichtlich die von zone wird über einen elektrischen Kontakt 39 kon-
der Widerstandsschicht des Emitters zusätzlich be- taktiert.
wirkte gleichmäßige Verteilung des Stromes von Das beim Betrieb in der n~-Widerstandsschicht vor-
Vorteil. handene elektrische Feld sollte, wie weiter unten
Weist die Widerstandsschicht 27 des Emitters einen 30 diskutiert wird, ausreichen, über diese Wideistandspositiven
Temperaturkoeffizienten des Widerstandes schicht Spannungsabfälle in der Größenordnung von
auf, dann kann ein weiterer Vorteil erreicht werden. vier oder mehrfach der thermischen Spannung bei der
Wie weiter unten rechnerisch ausgeführt wird, ergibt Betriebstemperatur zu erzeugen. Solche Spannungssich
der Vorteil aus der Tatsache, daß die Neigung zur abfalle sind gleichwohl ausreichend, Minoritätsträger
Stromballung in irgendeinem Bereich dort einen 35 durch die Schicht zu treiben. Es ist wichtig, daß die
starken Temperaturanstieg bewirken wird, welcher Minoritätsträger sich nicht in dieser n~-Widerstandswiederum
den Wert des stabilisierenden Serienwider- schicht ansammeln, da anderenfalls ihr Widerstand
Standes in diesem Bereich der Emitterzone anwachsen merklich erniedrigt würde. Da bei hohen Strömen
läßt. Aus diesem Grunde ist es möglich, Stabilisierung eine Injektion durch die Emitterzone auftreten kann,
mit kleineren Spannungsabfällen über die Wider- 40 mag es erwünscht sein, eine Zwischenschicht mit hohen
Standsschicht der Emitterzone einer Halbleiteran- Rekombinationswerten zwischen der n~-Widerstandsordnung
gemäß F i g. 3 zu erzielen. schicht und der n+-Emitterzone anzuordnen. Dies'
Die F i g. 4, welche die gleichen Bezugszeichen wie führt zur Ausschaltung der Injektion von Minoritäts-F
i g. 3 aufweist, veranschaulicht eine weitere Ausfüh- trägern in die n~-Widerstandsschicht. An den Rändern
rungsform der Erfindung. Die Widerstandsschicht 27 45 der Widerstandsschicht, gegen die sich die Minoritätsist jedoch mit 27 a bezeichnet worden, da diese eine träger bewegen, sind hohe Rekombinationswerte
ungleichmäßige Dicke aufweist. Diese Änderung der günstig, um Ballungseffekte zu vermindern.
Dicke bewirkt eine kleinere Leitfähigkeit pro Flächen- Ein Weg zur Verwirklichung besteht darin, daß eine
einheit an den Rändern verglichen mit derjenigen in sehr dünne Schicht eines Metalls mit hohem Widerder
Mitte. Ähnliche Ergebnisse können durch Ände- 50 stand im ohmschen Kontakt mit der n~-Widerstandsrung
sowohl des spezifischen Widerstandes als auch schicht als der n+-Schicht verwendet wird. Die Flächender
Dicke oder durch beide Maßnahmen zusammen leitfähigkeit einer sehr dünnen Schicht wü^pde nicht so
erzielt werden. Bei geeigneter Wahl der Änderung des groß sein, wenn sie auch örtliche Bereiche der n~-Wispezifischen
Widerstandes können die auf Grund des derstandsschicht überbrückt. Ein andersartiger Weg
in der Basiszone fließenden Basisstromes auftretenden 55 zur Erzielung der gleichen Wirkung besteht darin, daß
Spannungsabfälle derartig abgeglichen werden, daß die n~-Widerstandsschicht aus einem Halbleitermatedie
Spannung über den Emitter-Basis-Übergang über rial mit wesentlich größerer Bandlücke hergestellt
die gesamte Emitterfiäche konstant ist. Offenbar wird wird, so daß die Injektion von Minoritätsträgern in
in diesem Falle für einen vorgegebenen Stromwert die diese verhindert oder wesentlich vermindert ist.
Leistung gleichmäßig verteilt und der Temperatur- 60 In einer n~-Schicht aus Silizium ist die Ionisation
anstieg vermindert. Wird eine Änderung des thermi- der Störstellen bei Temperaturen oberhalb der Raunischen
Widerstandes zur Wärmesenke über die Fläche temperatur praktisch vollständig. Weiteres Anwachsen
des Emitterüberganges zugelassen und eine Ab- der Temperatur wird eine Verminderung der Beweggleichung
der örtlichen Leistungsdichte vorgenommen, lichkeit der Elektronen in der Schicht bewirken und
so kann ein gleichförmiger Temperaturanstieg erwirkt 65 ihr folglich einen positiven Temperaturkoeffizient des
werden. Es ist von besonderer Bedeutung, den maxi- Widerstandes verleihen. Das in der Schicht vorhandene
malen Temperaturanstieg zu erniedrigen, wenn der hohe elektrische Feld wird die Minoritätsträger hinaus-Transistor
bei einer Maximalleistung und dazu erfor- schwemmen und einen der Entwicklung zur intrin-
Emitterzone angeordneten Widerstandsschicht aus Halbleitermaterial besteht;
F i g. 6 zeigt die Kollektor-Strom-Spannungs-Kennlinienschar
eines Siliziumtransistors für verschiedene konstant gehaltene Basisspannungen;
F i g. 7 veranschaulicht die Kollektor-Strom-Spannungs-Kennlinienschar
eines Siliziumtransistors mit einem schichtförmigen und temperaturunabhängigen Emitterwiderstand für verschiedene konstant gehaltene
Basisspannungen;
F i g. 8 veranschaulicht die Kollektor-Strom-Spannungs-Kennlinienschar
eines Siliziumtransistors mit einem einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden
und mit der Emitterzone im Wärmeaustausch befindlichen Widerstand bei verschiedenen
konstant gehaltenen Basisspannungen;
F i g. 9 zeigt zwei Transistoren mit einer im Vergleich zur Wärmeleitung zu einer Wärmesenke großen
gegenseitigen Wärmeleitung;
F i g. 10 veranschaulicht das Modell eines Transistors zur Berechnung des Faktors der gegenseitigen
Wärmeleitung;
F i g. 11 schließlich zeigt einen Gleichrichter mit den Merkmalen der Erfindung.
Bei Leistungstransistoren und anderen großflächigen Anordnungen besteht, wie beschrieben, eine ernstzunehmende Leistungsgrenze, der Funktionsweise.
Diese Grenze ist einer Art von thermischer Unstabilität zuzuordnen, die anwachsende Stromdichten verursacht.
Zum besseren Verständnis des Problems der Temperaturunstabilität und seiner Folgen wird auf die
Schaltungen der F i g. 1 und 2 und die theoretischen Kurven der F i g. 6 verwiesen.
Die F i g. 6 zeigt theoretische Kurven für die Strom-Spannungs-Kennlinien
eines Transistors für eine Anzahl von konstant gehaltenen Basisspannungen. Aus der Kennlinienschar ist ersichtlich, daß bei anwachsendem
Strom die Spannung zunächst gegen einen Maximalwert anwächst und dann bei weiterem
Anwachsen des Stromes abnimmt. Dabei ergibt sich ein negativer Widerstand.
Die F i g. 1 zeigt die Parallelschaltung zweier Transistoren 11 und 12. Basis- und Kollektoranschlüsse
jedes Transistors werden über gemeinsame Anschlüsse 13 und 14 mit Spannungsquellen verbunden. Die
Emitter werden über Emitterwiderstände 16 und 17 mit einer gemeinsamen Spannungszuleitung 15 verbunden.
Zunächst soll der Grenzfall betrachtet werden, bei dem die Widerstände vernachlässigbar sind und die
Funktionsweise im wesentlichen so erfolgt, wie an Hand der F i g. 6 veranschaulicht. Wird ein konstanter
Strom über den gemeinsamen Kollektoranschluß 14 gemäß F i g. 1 sowie konstante Emitter- und Basisspannungen
zu den anderen beiden Anschlüssen 15 und 13 zugeführt, dann kann eine Unstabilität auftreten,
sobald sich einer der Transistoren im Bereich des negativen Widerstandes befindet. Die Unstabilität
wird irgendeine Störung des Stromes zwischen den beiden verursachen und schnell anwachsen, so daß
vorwiegend ein Transistor den Gesamtstrom führt, während im anderen praktisch kein Strom fließt.
Diese Erscheinung ähnelt dem sogenannten »current hogging« (unbegrenztes Anwachsen des Stromes) in
einem zweier parallelgeschalteter Thermistoren.
Aus der Transistor-Schaltungstechnik ist bekannt, daß zwei parallelgeschaltete Transistoren durch Einfügung
geeignet großer Emitterwiderstände 16 und 17 zum Führen nahezu gleicher Ströme veranlaßt werden
können. In diesem Falle bestimmen hauptsächlich diese Widerstände den Strom, wobei die Kennwerte
der Transistoren selbst relativ unwichtig werden. Selbstverständlich wird diese Maßnahme die auf thermische
Effekte zurückführende Unstabilität ausschließen, obgleich sie die Verstärkung der Transistorschaltung
vermindert.
Demgegenüber ist der in F i g. 2 dargestellte Serienwiderstand 19 als gemeinsamer Widerstand aufzufassen.
In diesem Falle hat die Übernahme des Stromes von einem Transistor zum anderen keine Wirkung
auf den Stromfluß durch den Serienwiderstand 19. Umgekehrt hat der letztere keinen Einfluß auf die
Stabilisierung der zwei Transistoren gegen innere Unstabilitäten, selbst wenn er einen großen. Wert
erhält.
Der letztere Vorgang ist demjenigen ähnlich, der in einer Halbleiteranordnung mit großer Fläche, beispielsweise
einem Leis'tungstransistor, mit Emitter-Serienwiderstand stattfindet.
Verschiedene Bereiche der Anordnung können jede wie ein einzelner der gezeigten Transistoren wirken,
und ein Bereich kann somit den gesamten Strom an sich reißen, was die Ursache eines örtlichen »Brennfieckens«
ist.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Stabilisierung des Stromflusses durch großflächige Halbleiteranordnungen
erwirkt. Die stabilisierende Wirkung bei einer großflächigen Halbleiteranordnungv^frird
mittels eines flächenförmigen Widerstandes m Serie im Strompfad des Emitters erreicht. ^ <
Eine Ausführungsform eines stabilisierenden Emitter-Serienwiderstandes
in Verbindung mit den wirksamen Bereichen eines Emitter-pn-Uberganges veranschaulicht
die F i g. 3. Sie zeigt einen Transistor 21 mit einer im elektrischen und thermischen Kontakt zu _ einer
Wärmesenke 23 angeordneten Kollektorzone22, welche auf konstante Temperatur gehalten werden soll. In
bekannter Weise ist in die Kollektorzone 22 eine p-leitende Basiszone 24 und in letztere eine n-leitende
Emitterzone 25 mit durch n+ veranschaulichter hoher Verunreinigungskonzentration eingelassen. Über den
ohmschen Kontakt 26 wird eine elektrische Verbindung zur Basiszone hergestellt. Auf nahezu der
gesamten Oberfläche der n+-Emitterzone ist eine Widerstandsschicht 27 angeordnet, welche über die
obere Oberfläche gleichförmig mittels einer Kontaktelektrode 28 und einem Anschlußdraht 29 kontaktiert
ist. /
Die Kontaktelektrode 28 weist im wesentlichen die gleiche Flächenausdehnung auf wie die Wideretandsschicht
27 und wird sehr niederohmig gewählt, sp daß sich die gesamte obere Oberfläche im wesentlichen
auf gleichem Potential befindet. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß irgendeine Neigung zur Lokalisierung
des Stromflusses auf einen bestimmten Bereich der Emitterzone einen zusätzlichen Spannungsabfall über
diesem Bereich der Widerstandsschicht verursachen würde, was zur Verminderung der Emitter-Basis-Spannung
in dem darunter liegenden Bereich des Emitter-Basis-Überganges und zur Unterdrückung
einer Stromerhöhung in diesem. Bereich der Halbleiteranordnung dienen wird.
Obgleich in F i g. 3 eine besondere Geometrie gezeigt wird, kann selbstverständlich die Lehre der Erfindung auf irgendeine andere Geometrie der Emitterzone angewendet werden. In diesem Zusammenhang sind ineinandergreifende Strukturen, Kamm-Struk-
Obgleich in F i g. 3 eine besondere Geometrie gezeigt wird, kann selbstverständlich die Lehre der Erfindung auf irgendeine andere Geometrie der Emitterzone angewendet werden. In diesem Zusammenhang sind ineinandergreifende Strukturen, Kamm-Struk-
sischen Leitfähigkeit zugeordneten negativen Widerstandskoeffizienten
unterdrücken.
Selbst wenn eine derartige Schicht nicht einen positiven Widerstandskoeffizienten bei Raumtemperatur
aufweist, so wird sie noch sehr günstige bei höheren Temperaturen auftretende Wirkungen aufweisen.
Irgendeine Neigung des Stromes zur Unstabilität und Bündelung auf einen örtlichen Bereich wird nämlich
einen starken Temperaturanstieg hervorrufen, was zu einem merklichen Anwachsen des Widerstandes dieser
Schicht und im Ergebnis zur Stabilisierung und Ver-
hinderung von unerwünschten Stromanstiegen führt. ·;
Ist der Widerstand der Emitterzone hoch genug, um Spannungsabfälle von einem mehrfachen der thermisehen
Spannung kTjq bei Betriebstemperatur zu erzeugen, dann wird ein negativer Widerstand in irgendeinem
Bereich der in F i g. 6 hergestellten Struktur größtenteils verhindert. Weitere Berechnungen nach
den unten erörterten Grundsätzen ergeben folgende ίο Bedingungen zum Ausschalten eines negativen Widerstandes
mittels einer Silizium-Widerstandsschicht.
(T-Ts), 0K...
Γ, 0K
T, °C
Ver = nrU
Ver (modifiziert)
Ver(ntln =0) ..
Ver(ntln =0) ..
10 | 50 | 100 | 200 | 300 |
310 | 350 | 400 | 500 | 600 * |
37 | 77 | 127 | 227 | 327 |
0 | 0,076 | 0,148 | 0,261 | 0,362 |
0 | 0,052 | 0,072- | 0,073 | 0,064 |
0 | 0,10 | 0,25 | 0,60 | 0,99 |
In der Tabelle bedeutet T die Arbeitstemperatur der Halbleiteranordnung und die Temperatur Ts die Umgebungstemperatur
des Transistors, welche durch die Temperatur der Wärmesenke gegeben ist. Somit bedeutet
die erste Zeile der Tabelle den Temperaturanstieg, die zweite Zeile die Arbeitstemperatur der
Emitterzone in "Kelvin; in der dritten Zeile findet sich die entsprechende Temperatur in ° Celsius. Als Temperatur
der Wärmesenke wird 300° K angenommen. Der Spannungsabfall Ver in Volt über die Widerstandsschicht
des Emitters für eine einer Spannung von 0,5VoIt bei 3000C entsprechenden gleichförmigen
Stromverteilung wird in der vierten Spalte angegeben. Dieser Spannungsabfall hat einen zur Erniedrigung
des positiven Temperaturkoeffizienten des Stromanstieges für konstante Spannung am Basisanschluß
ausreichenden Wert, so daß ein negativer Widerstand nicht auftritt. Bei der Berechnung dieses Spannungsabfalles ist das dem Temperaturanstieg von der Umgebungstemperatur
auf Arbeitstemperatur zugeordnete Anwachsen des Widerstandes berücksichtigt worden.
In der fünften Spalte werden als Ver (modifiziert) die
Spannungsabfälle bei gleichem Strom, wie in der vierten Spalte, jedoch bei niedrigerer Kollektorspannung
und demzufolge kleinerer und eine Verminderung des Temperaturanstieges ergebende Verlustleistung,
aufgeführt. Die Tabelle enthält ferner Vergleichswerte für erforderliche Spannungsabfälle
Ver{rißn = 0) bei Verwendung eines temperaturunabhängigen
Widerstandes. Es ist ersichtlich, daß wesentlich größere Spannungsabfälle für einen derartigen
Widerstand bei höheren Arbeitstemperaturen erforderlich sein würden.
Die erforderlichen Spannungsabfälle der obigen Tabelle für den Fall einer Widerstandsschicht aus
η-leitendem Silizium sind verknüpft mit Bedingungen, bei denen die Kurven der Abhängigkeit der Kollektorspannung
vom Kollektorstrom bei konstanter Spannung am Basisanschluß eine Steigung von Null aufweisen.
In den F i g. 6, 7 und 8 werden drei derartige Kurvenscharen gezeigt. Die F i g. 6 zeigt, wie oben
erwähnt, Kurven eines auf einer Wärmesenke bei 300° aufgebauten Transistors ohne Serienwiderstand.
Bei der Gestaltung der Kurven wurde angenommen, daß der Temperaturabfall an Silizium auftritt. Die
Abhängigkeit der thermischen Leitfähigkeit von der Temperatur für Silizium wurde bei der Berechnung
der Kurven berücksichtigt. Die mit dem Index ns von
1,0 versehene Kurve entspricht einer Emitter-Basis-Spannung von 0,50VoIt, einem für einen Siliziumtransistor
typischen Wert. Die anderen Basisspannungen sind solche, welche Ströme hervorrufen, die sich
vom Bezugswert um Faktoren von 2 unterscheiden. Wie weiter unten im analytischen Teil erläutert wifd;
werden die Strom- und Spannungseinheiten ija/^iestimmten,
willkürlich angenommenen Bezugseirfheiten
ausgedrückt. Die F i g. 7 stellt eine ähnliche Kennlinienschar für den Fall einer Widerstandsschicht mit
einem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Null dar. Als Widerstandsschicht ist eine solche gewählt,
daß an ihr ein Spannungsabfall von 0,025 Volt bei einem dem Bezugswert von /s (1) entsprechenden
Strom anliegt, so daß der Einheitswert von V für ns erhalten
wird. Unter der Annahme, daß die metallische Kontaktelektrode zur Widerstandsschicht an Erde gelegt
ist, beträgt in diesem Falle die an den Basisanschluß angelegte Spannung 0,525 Volt. Der zur Berechnung
der F i g. 7 angenommene Transistor gleicht in anderer Beziehung dem Transistor der Fig. 6.
Offensichtlich ist ohne Auftreten eines negativen Widerstandes ein weit höherer Temperaturanstieg für
einen Transistor mit einer Emitter-Widerstands-Schicht möglich. Bei NichtVorhandensein einer Widerstandsschicht
tritt offenbar im allgemeinen ein negativer Widerstand bei einem Temperaturanstieg von
mehr als etwa 100C auf. Durch eine Widerstandsschicht
werden Temperaturanstiege von 3000C- ohne
Auftreten eines negativen Widerstandes ermöglicht. Bei diesen Temperaturanstiegen kann jedoch der
Spannungsabfall über die Widerstandsschicht ziemlich groß werden, da dieser Abfall gemäß F i g. 7 um das
Verhältnis des Stromes zum Vergleichsstrom größer als der Vergleichswert von 0,025 Volt ist.
Die Fig. 8 veranschaulicht den entsprechenden
Zustand mit einer einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden, dem Abfall der Elektronenbeweglichkeit
in η-leitendem Silizium entsprechenden, Emitter-Widerstands-Schicht. An Hand dieses Beispiels
ist erkennbar, daß für größere als dem Wert von ns — 0,25 entsprechende Basisspannungen kein Maximum
in der Spannungs-Strom-Kurve auftritt und sich demzufolge keine thermische Unstabilität entwickeln
kann.
Es wäre für den Fall eines temperaturunabhängigen
Es wäre für den Fall eines temperaturunabhängigen
009 538/279
9 10
Widerstandes gemäß F i g. 7 zu bemerken, wenn ein ansehnlichen Stromes groß genug und der Emitter gegroßflächiger
Transistor vorhanden ist oder zwei erdet ist. Diese Ableitung ist gegeben durch
ähnliche und auf konstanter Spannung gehaltene
ähnliche und auf konstanter Spannung gehaltene
Transistoren parallel geschaltet sind, daß für einige a0 = δ In Iß In T. (1)
Werte der Basisspannung einer von ihnen Strom im 5
Werte der Basisspannung einer von ihnen Strom im 5
negativen Bereich und der andere im positiven Bereich Wird der Transistor mit einer Wärmesenke verbunführen
kann. Ein ähnlicher Zustand wird nicht bei den und befindet er sich im stationären Zustand der
einem Widerstand mit positiven Temperaturkoeffi- Leistungsabführung, dann muß die Eingangsleistung,
zienten verwirklichbar sein, wenigstens für Spannungen Spannung mal Strom /, gleich sein dem Wärmefluß
unterhalb des Wertes von VjV3 — 0,77 Volt (V = an- i° zur Wärmesenke. Wird der Wärmefluß zur Wärmegelegte
Spannung; Vs = Bezugswert) der Figur. Als senke mit H(T) bezeichnet, dann fordert die Bedingung
Beispiel einer sich auf Grund einer Widerstandsschicht eines stationären Zustandes
mit positiven Temperaturkoeffizienten ergebenden vor- jy _ oy j>\ /y\
teilhaften Wirkung betrachtet man den sich bei einem ■
Temperaturanstieg von etwa 100° C ergebenden Zu- 15 Eine weitere Umformung führt auf
stand. In diesem FaUe entspricht der Minimalstrom, ölnV/dlnl =-1 + (d In H/d In T)Ia0 . (3 a)
bei dem eine sichere Arbeitsweise gewährleistet sein
bei dem eine sichere Arbeitsweise gewährleistet sein
würde, dem Wert von χ = 17 in Fig. 7. Bei zwei Daraus ist ersichtlich, daß ein negativer differen-r
parallelarbeitenden Transistoren kann in diesem Falle zieller Widerstand dann auftreten wird, wenn der
keiner der beiden in den Zustand eines negativen 2° zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung
Widerstandes gelangen, falls der Strom nicht etwa nicht größer als 1 ist, so daß
50% anwächst, was als Sicherheitsspielraum der Aus- „ M. tij\- ττ\ ^- λ (ίχλ
. "> , , ., ' . j _ λ,., . , .. α0 (aIn 77αInH)
< 1. (3d)
steuerbarkeit angenommen wird. Bei 17 Stromeinheiten "
wird in diesem Falle der Spannungsabfall 0,425 Volt Die Grenzbedingung für einen negativen Widerbetragen,
da er 17mal größer als die Spannung 25MiIIi- 25 stand hängt von der Gesetzmäßigkeit des Wärmevolt
beim Vergleichsstrom χ = 1,0 sein wird. Für den flusses ab. Wird angenommen, daß die Wärmeleitung
Fall eines Widerstandes mit positivem Temperatur- unabhängig von der Temperatur ist, dann kann
koeffizienten ergäbe sich ein entsprechender Strom bei
koeffizienten ergäbe sich ein entsprechender Strom bei
sicherer Arbeitsweise für χ = 3,8, was einer der Kurve H(T) = h(Ts) · (T — T8) (4)
bei «s = 0,25 entsprechenden Basisspannung ent- 3°
bei «s = 0,25 entsprechenden Basisspannung ent- 3°
spricht, bei der kein negativer Widerstand auftritt. Für geschrieben werden, wobei T8 die Teinperatur der
diesen Strom bei χ = 3,8 wird der Spannungsabfall Wärmesenke und h(Ts) die thermischeÄeitfähigkeit
0,025 · 3,8 · 2,24 betragen. Der letzte Faktor 2,24 be- vom aktiven Teil des Transistors zur Wärmesenke
schreibt das Anwachsen des Widerstandes aus Silizium (gemessen in Watt pro 0K) bedeutet. Diese Annahme
bei einer Temperaturzunahme von 300° K auf etwa 35 für den Wärmefluß führt auf
4130K. Dieser Spannungsabfall hat einen Betrag von
4130K. Dieser Spannungsabfall hat einen Betrag von
0,268VoIt, welcher offensichtlich wesentlich kleiner d In H\d In T = T/(T - Ts) (5)
ist als der Spannungsabfall im Falle eines temperatur- - ..■ unabhängigen Widerstandes. Daraus folgt, daß Strom- und in Gleichung (3 b) eingesetzt auf die Stabilitätszunahmen im Falle eines temperaturabhängigen Wider- 40 bedingung
ist als der Spannungsabfall im Falle eines temperatur- - ..■ unabhängigen Widerstandes. Daraus folgt, daß Strom- und in Gleichung (3 b) eingesetzt auf die Stabilitätszunahmen im Falle eines temperaturabhängigen Wider- 40 bedingung
Standes durch kleinere Änderungen der Basisspannung a (71 _ T3)IT
< 1. (6) erzielt werden können, als es bei einem temperaturunabhängigen
Widerstand der Fall ist. In der Tat wird Ist der thermische Widerstand, an dem der Tempeein
zusätzlicher Beitrag zur Basisspannung bei Ver- raturabfall zur Wärmesenke auftritt, größtenteils
doppelung des obengenannten Sicherheitswertes des 45 durch Silizium gegeben, dann sollte berücksichtigt
Stromes bei χ = 17 und χ = 3,8 (mit Spannungs- werden, daß die thermische Leitfähigkeit von Silizium
abfällen über die Widerstandsschicht von 0,425 bzw. sich umgekehrt proportional zur absoluten Tempe-0,286)
erforderlich, um den zusätzlichen Spannungs- ratur mit einem ausreichenden Annäherungsgrad über
abfall über die Widerstandsschicht von 0,425 und einen für die meisten Effekte bei Siliziumt^ansistoren
0,286 Volt zu überwinden, falls der Transistor auf 5° in Frage kommenden Bereich ändert. Dazu wird beikonstantem
Leistungsniveau und bei konstanter Tem- spielsweise auf den Artikel von R. G. Morris und
peratur durch Halbieren der Spannung gehalten wird. Jerome G. H u s t in Phys. Rev., 124, S. 1426 (1961),
Dies zeigt, daß gegenüber einem Transistor mit einer verwiesen. Von 300 bis 700 0K kann die thermische
temperaturunabhängigen Widerstandsschicht die grö- Leitfähigkeit durch 33Ο/Γ (Watt/cm°K) 'angenähert
ßere Leistungsverstärkung mittels eines mit einer 55 werden. Für diese Gesetzmäßigkeit der thermischen
Widerstandsschicht mit positiven Temperaturkoeffi- Leitfähigkeit kann gezeigt werden, daß
zienten versehenen Transistors erhalten werden Tjcr\ utT\r i„ rrir\ m\
kann
H(I) = h(Ts) lsln(Tßs), (1)
Die genannten und weitere Merkmale der Erfindung so daß die Stabilitätsbedingung
sollen im folgenden an Hand einer kurzen rechne- 60 ίτιτ\
rischen Behandlung noch besser verständlich gemacht a° ln w7») <1 ,. (8)
werden. Eine sehr bedeutende, die Stabilität und das wird.
Auftreten eines negativen Widerstandes bei groß- Um diese Formeln auf einen vorliegenden Transistor
flächigen Transistoren bestimmende Größe ist die anzuwenden, müssen Werte für die Größe a0 beschafft
partielle Ableitung des Logarithmus des Stromes nach 65 werden. Dieses kann leicht erreicht werden mit HiHe
dem Logarithmus der Temperatur bei konstanter von Formelausdrücken guter Näherungen für die
Basisspannung, wobei angenommen wird, daß die Gesetzmäßigkeit des Stromflusses durch die Basiszone.
Größe der Kollektorspannung zum Erzeugen eines Für die meisten praktischen Anwendungen kann
11 12
Emitter- und Kollektorstrom bei großer Leistung im Um die Steigung der Kurven zu berechnen, muß in
wesentlichen als gleich groß angenommen werden. Gleichung (9) die Emitterspannung über die Beziehung
Die Stromdichte kann in der Form
(9) 5 Ve = R(T)I =>
nrkTiq (12)
geschrieben werden. Diese Gleichung kann leicht aus eingeführt werden, wobei R(T) den effektiven Widerden
Gleichungen 9 und 13 in »Transistor Technology«, stand der Emitter-Widerstands-Schicht bei betriebs-Bd.
2, D. Van Nostrand, 1958, auf S. 395 abgeleitet mäßigen Strombedingungen bedeutet. Zu Dimenwerden,
wobei Q die Gesamtladung pro Flächenein- sionierungszwecken kann der interessierende Wert von
heit der Majoritätsträger in der Basiszone, / den Ge- i° R(T) wie folgt erhalten werden: Ermittlung der Stromsamtstrom,
A die Fläche, q die Elektronenladung, verteilung und Abschätzung von Ve an der Stelle, an
m die Eigenleistungskonzentration, Dn die Diffusions- der die Emitter-Basis-Spannung in Flußrichtung den
konstante der Elektronen in der Basiszone, F& die größten Wert aufweist, und Division dieser Spannung
Basisspannung und Ve die Emitterspannung bedeutet. durch den Gesamtstrom /, wobei Stromballungseffekte
Das hier genannte Beispiel betrifft einen npn-Tran- *5 zugelassen sind. Durch Einsetzen der so ermittelten
sistor, der sich durch einfache Abänderungen aus dem Beziehung (12) in den Stromausdruck der Gleichung (9)
pnp-Transistor der Literaturstelle ergibt. Für den und Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit
Betrieb eines Silizium-Flächentransistors ist eine des Widerstandes R wird gefunden, daß durch Ab-Emittervorspannung
von 0,50 Volt charakteristisch. leitung des Logarithmus des Stromes nach dem Loga-Diese
entspricht einem Wert von 20 für das Argument 2° rithmus der Temperatur bei konstant gehaltener
des Exponentialausdruckes in Gleichung (9). Für kon- Spannung an der Widerstandsschicht zwischen Basisstante
Emitter-Basis-Spannung kann die Ableitung des anschluß und Kontaktelektrode der Wert a0 in einen
Logarithmus des Stromes nach dem Logarithmus der neuen Wert aor übergeführt wird. Dieser ist gegeben
Temperatur leicht als durch
a0 = q(Vg - F6 + Ve)/k T + nT ^ 30 (10) a5 aor = C0 [1 - (nrK) d In R/d In T] /(I + nr). (13)
ermittelt werden, wobei V9 der tatsächliche Wert der Dabei ist nr die Anzahl der Einheiten des thermi-
Bandlücke ist, wie er in den Ausdruck für die Konzen- sehen Spannungsabfalles über die Widerstandsschicht
tration der Eigenleitung rn eingeht. Ferner ist ητ die unter Betriebsbedingungen. Offensichtlich kann dieser
Potenz, mit der die absolute Temperatur angehoben 3° Wert von aor wesentlich kleiner sein als a0, njrt' dem
werden müßte, um dem Ausdruck n^Dn in Glei- Ergebnis, daß die statthaften Temperaturanstiege gechung
(9) die genaue Temperaturabhängigkeit zu ver- maß Gleichungen (6) oder (7) entsprechend größer sein
leihen, wenn Vg für die Energie der Bandlücke Ver- können. Für eine aus η-leitendem Silizium bestehenden
wendung findet. Nach E. M. C ο η w e 11, Proc. IRE, Widerstandsschicht, die in einem durch die Beweg-46,
S. 1281 (1958), wurde beispielsweise für das in 35 lichkeit der Elektronen bestimmten Widerstands-Frage
kommende Silizium für ητ ein Wert von 1,5 und bereich betrieben wird, kann leicht unter Verwendung
für V9 ein Wert von 1,21 Volt gefunden. Für eine von Literaturangaben (vgl. die genannte Arbeit von
Spannung von 0,5 Volt am Emitterübergang ergeben C ο η w e 11) die Beziehung
diese Werte für a0 gemäß Gleichung (10) etwa 30. Die d ln Rjd ln T = _ d ln jd ln T = = 25 (14)
vorhergehende Rechnung führt direkt zu dem Ergeb- 4o ' r"' ^" ' v '
vorhergehende Rechnung führt direkt zu dem Ergeb- 4o ' r"' ^" ' v '
nis, daß a0 eine Funktion sowohl der Stromdichte gefunden werden, wobei μη die Beweglichkeit und die
(über die Abhängigkeit Vb — Ve von der Stromdichte) Größe ημη den Exponent der Temperatur in der Beals
auch der Temperatur ist. Man erhält ziehung für die Beweglichkeit bedeutet.
Durch Vergleich der Gleichung (13) mit Gleichung (8)
Ci0(F, T') = ao(I, T) + In (///') + nT In (T'/T). (11) 45 und Verwendung der Werte von 30 und 2,5 für die
Gleichungen (10) und (14) wird ohne weiteres die
/und T entsprechen a0 — 30, und /'und T' sind von/ Berechnung der einer stabilen Grenzbedingung ent-
und Γ abweichende Werte des Stromes und der Tempe- sprechenden Werte von nr und Ve möglich. Diese werratur.
Daraus ist ersichtlich, daß Änderungen der abso- den in der Tabelle angegeben. ':
luten Temperatur um den Faktor 2 Änderungen von a0 5° Die Strom-Spannungs-Kurven der F i g. 7 und 8
von weniger als 10 °/0 bewirken und Änderungen des entsprechen einem Widerstand, der bei deir^ UmStromes
um den Faktor 10 den Wert von a0 um etwa gebungstemperatur von Ts = 300° K einen Spannungs-8
°/o verändern. Für die meisten praktischen Anwen- abfall von k Ts/q — Us — 0,025 Volt bei einer Spandungen
kann a0 für Silizium als konstanter Wert von 30 nung von 0,5 Volt am Emitter-Basis-Ubergang hervorangenommen
werden. Für andere Halbleitermate- 55 ruft. Die übrigen Kurven der F i g. 7 und 8 entsprechen
rialien bei Bedingungen nahezu gleicher Stromdichten Basisspannungen von
wird der Wert von a0 davon nicht stark abweichen. γ ( ) = 0 50 + 0 025 ( + ln „ } _ (15)
wird der Wert von a0 davon nicht stark abweichen. γ ( ) = 0 50 + 0 025 ( + ln „ } _ (15)
An Hand eines Vergleiches der Ergebnisse von
Gleichung (10) mit Gleichung (6) oder (8) wird leicht Das zweite Glied dieser Gleichung verursacht je
erkennbar, daß der maximale Temperaturanstieg über 6° Vergleichsstromeinheit einen Spannungsabfall plus
die Umgebungstemperatur vor dem Auftreten eines einem zusätzlichen thermischen Spannungsabfall über
negativen Widerstandes etwa 10° C beträgt. den Emitter-Basis-Übergang selbst, und zwar immer
Den Strom-Spannungs-Kurven der oben beschrie- derartig, daß die Stromdichte um den Faktor e gemäß
benen F i g. 6,7 und 8 liegt ein Bezugswert der Emitter- Gleichung (9) angehoben wird. Selbstverständlich
Basis-Spannung von 0,50 Volt bei einer Umgebungs- 65 fällt bei der F i g. 6 das Glied in ns der Gleichung (15)
temperatur von Ts = 300° K oder 270C zugrunde. fort.
Sie beruhen ferner auf dem Wärmeleitungsgesetz der Ein Einsetzen der Basisspannung der Gleichung (15)
Gleichung (7). in die Gleichung (9) führt auf die Abhängigkeit des
Stromes von der Temperatur für jeden durch n$ gekennzeichneten
Wert der Basisspannung. Die Abhängigkeit der Kollektorspannung vom Kollektorstrom
und der Basisspannung wird durch Einsetzen der durch die Gleichung (2) gegebenen Beziehung für
die Leistungsabführung erhalten. In Verbindung mit diesen Berechnungen ist es zweckmäßig, drei Bezugsgrößen für Strom, Leistung und Spannung einzuführen:
I8(I) = IcTsIqR(T) ^kT8Iq | Rs= UsIR8, | (16) |
Ps = H(T8)T8, | (17) | |
Vs=PsII8(I). | (18) |
Darin bedeutet/s(l) den bei einer Spannung von
0,50 Volt am Emitter-Basis-Ubergang und der Temperatur Ts fließenden Strom. Wie in den Figuren festgelegt,
bedeutet R(T3) = Rs den Widerstand, an dem der
thermische Spannungsabfall bei diesem Strom anliegt. Fließt Is(l) bei der Temperatur Ts, so nimmt die
Emitter-Basis-Spannung einen solchen Wert an, daß a0
den Wert 30 gemäß Gleichung (10) hat. Das bezieht sich auf alle drei F i g. 6, 7 und 8.
Die Strom-, Spannungs- und Temperaturveränderlichen bzw. s, y und t der Figuren ergeben sich in Einheiten
des Stromes, der Spannung und der Umgebungstemperatur wie folgt:
I=Xh(I), | (19) |
V=yVs, | (20) |
T=TsCXOt. | (21) |
Damit wird aus der Leistungsbeziehung der Gleichung (2)
xy=t. (22)
Unter Verwendung der Gleichung (9) zur Berechnung der Stromverhältnisse und Berücksichtigung der
Gleichungen (14) und (15) wird für die F i g. 7 und 8
In χ = ητ t + (a0 —
e-i
+ ε-« (ns + lnris)— x exp (ημη — 1) t (23)
gefunden, während die Beziehung für den Fall ohne Widerstandsschicht
In χ = ητ t + (a0 — ητ) e~* + e-i In ns (24)
lautet. Die Kennlinienscharen der F i g. 6, 7 und 8 werden durch einfache numerische Berechnungen aus den
Gleichungen (22), (23) und (24) ermittelt.
Im allgemeinen gestatten Materialien, aus denen der Transistor gefertigt ist, Temperaturanstiege von etwa
25 bis 30% oder mehr der absoluten Umgebungstemperatur Ts. Zur Zeit können jedoch keine Transistoren
parallel in solchen Bereichen ohne relativ große Serienwiderstände arbeiten, wie in Verbindung
mit der vorstehenden Tabelle untersucht wurde.
Zum stabilen Betrieb bei einem t = 0,16 in F i g. 7 und 8 entsprechenden Temperaturanstieg von 18°/o
muß offenbar für betriebssicheren Parallelbetrieb und ημη = 0 der maximal zulässige Wert yM von y
kleiner als 0,04 sein, während sich für ημη = 2,5 ein
Wert von yM = 0,076 ergibt. Daraus folgt, daß der
Emitterwiderstand für ημη = 2,5 im innigen thermi
sehen Kontakt mit dem Emitterübergang einen Betrieb bis zur Maximalspannung von
Vu = 0,076 Vs = 0,076 P8R8IU8 für ημη = 2,5 (25)
gegen
gegen
VM = 0,04 V8 = 0,04 P8 R8/ U8 für ημ>% = 0 (26)
erlaubt. Somit wird eine Verbesserung von Vm von Werten unterhalb 0,05 P8R8IU8 auf wesentlich höhere
ίο Werte durch Verbinden des Transistors mit einem
einen positiven Widerstandskoeffizienten aufweisenden Widerstand in Serie mit dem Emitterstrom und im
innigen thermischen Kontakt mit dem Emitterübergang erzielt. Ein beiläufiges Ergebnis dieser Berechnung
besteht darin, daß der Spannungsabfall über die Widerstandsschicht nach Fig. 7 bei vorgegebener
Spannung und Leistung (und damit bei vorgegebenem Strom) im Verhältnis 0,076/0,04 größer und die
Leistung entsprechend niedriger sein wird.
Für den Fallημ'η = 0 lehrt die Fig. 7, daß der
Temperaturanstieg für den Fall V = 0,04 V8 unterhalb
t = 0,16 beschränkt werden muß, was eine Begrenzung der maximalen Leistung auf Werte unterhalb
pM = [ps t oder P8 (e*-1)] = [0,16 P8 oder 0,174 P5]
je nach der Gesetzmäßigkeit der Wärmeleitung erfordert. Überschreitet Pm den Wert 0,2 P5, dann wird der
Transistor mit ημη = 0 einen negativen Widerstand
aufweisen, so daß ein parallelarbeitendes Paa^unstabil werden wird und ein ungehemmtes Anwachsen des
Stromes auftritt. Bei ημη = 2,5 ist jedocii die Temperaturgrenze
für V kleiner als 0,076 V8 nicht durch Effekte eines negativen Widerstandes gegeben. Sie wird
vielmehr von den Materialien selbst, als Folge des Aufschmelzens der Eutektika, von Lötmitteln oder als
Folge anderer thermischer Zerstörungen, gesetzt.
Ein gleichzeitiger Betrieb mit einer Emitter-Kollektor-Spannung Vm größer als 0,05 Vs und einem
Leistungsabfluß P größer als 0,16 P5 wird folglich durch die Zufügung eines einen positiven Temperaturkoeffizienten
aufweisenden Emitterwiderstandes im' unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem Emitterübergang
ermöglicht. Da V8 über die Gleichungen (16), (17) und (18) durch Ausdrücke in P5 und Rs dargestellt
werden kann, ermöglicht die durch einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten gegebene
Verbesserung einen Betrieb in dem Bereich
Vm > 0,05 V8 = 0,05 P8 R8/ U8 = 0,05 P5 R8 1 ql^ T8 ,
Pm>P8/6.
(29)
In vielen Fällen können Transistoren auf einen Grundkörper aufgebaut werden, was eine hohe thermische
Leitung zwischen den Transistoren im Vergleich zur thermischen Leitung zur Wärmesenke ergibt.
In einem derartigen Fall kann eine zum ungehemmten Anwachsen des Stromes führende Unstabilität
über die gegenseitige Wärmeleitung zwischen den Transistoren beeinflußt werden. Bei zwei Transistoren
38 und 39 in einer Anordnung gemäß F i g. 9 kann eine effektive Wärmeleitung wie folgt definiert werden:
Läßt man die Leistung in einem Transistor um 1% ansteigen und im anderen um 1% abfallen und bezeichnet
man den Temperaturanstieg in einem Tran-
15 16
sistor durch ΓΟΐΟ1, dann wird die effektive Wärme- sinkt. Unter Bedingungen eines auf konstantem Strom
leitung durch gehaltenen Transistors werden diese Anstiege derartig
u' — η ni pit cv\~\ erfolgen, daß der Gesamtstrom konstant bleibt.
η - υ,υι r/i0M (juj Ferner wird sich die Spannung bei linearer Störung,
definiert, wobei mit P die abgeführte Verlustleistung 5 welche beim Einsetzen der Unstabilität auftritt, nicht
des Transistors bezeichnet wird. Das Verhältnis dieser ändern. Infolgedessen bleibt die Gesamtleistung kon-
Wärmeleitung zu P/(T—Ts) wird der wechselseitige stant, und ein Teil der Störung bedeutet ein zusätz-
Wärmeleitungsfaktor genannt. Da Störungen von 1 % liches Hineinfließen und der andere Teil ein Hinaus-
im allgemeinen lineare Störungen des Wärmeflusses fließen der Leistung. In grober Näherung kann der
bewirken, kann die effektive Wärmeleitung in ähnlicher io Bereich anwachsender Leistung als Bereich mit etwa
auf die Gleichungen (4), (5) und (6) führende Weise einem Drittel der Gesamtleistung aufgefaßt werden.
zu einer Berechnung verwendet werden. Die gefundene Er weist den stärksten Temperaturanstieg auf, während
Stabilitätsbedingung lautet die Wärmesenke ebenfalls als Bereich mit einem
PITh' <r 1 ΠΉ Drittel der Gesamtleistung und dem niedrigsten
ö° ' 15 Temperaturanstieg aufgefaßt werden kann. Nun wird
und entspricht einem durch eine Störung von l°/o Leistungszunahme in* dem
piu (τ \ ^- WIiI(TWTi (vr\ heißesten Drittel und ein Abfall von l°/0 im Drittel
Γ\η\ι,)<.φΐη\ι,)\ιια<>
\ii) niedrigster Temperatur angenommen. Diese Änderung
gegebenen Temperaturanstieg oberhalb der Tempe- von 1 °/0 wird eine Temperaturänderung hervorrufen,
ratur der Wärmesenke. Dabei wird angenommen, daß 2° welche kleiner sein wird als eine gleichförmige l°/oige
die Verlustleistung 2 P beider Transistoren zur Wärme über das gesamte Element. Das Verhältnis dieser
senke über einen thermischen Leitwert von 2h(Ts) beiden Änderungen ist der wechselseitige Wärmefließt.
- ■ leitungsfaktor, der wesentlich größer als 1 sein kann.
Für einen Siliziumtransistor ist T/a0^ 10°C, wie Für die spezielle Geometrie der Fig. 10 kann ein
unterhalb Gleichung (11) erwähnt wird. Ist der wechsel- 25 wechselseitiger Wärmeleitungsfaktor von etwa
seitige Wärmeleistungsfaktor h'h (Ts) viel größer als 1,
seitige Wärmeleistungsfaktor h'h (Ts) viel größer als 1,
dann sind Temperaturanstiege von größer als 100C = (πY/.Y)coth (π Γ/ΑΤ) (35)
oberhalb der Temperatur der Wärmesenke möglich.
oberhalb der Temperatur der Wärmesenke möglich.
Die Stabilitätsbedingung kann auch in der Form erwartet werden, wobei Y und X in F i g. 10 definierte
PIh' <Tla (33) 3° Größen sind· /J^
J Weist ein Transistor eine höhere innere thermische
geschrieben werden. Bei Siliziumtransistoren sollte Leitfähigkeit verglichen mit der Leitfähigkeit zu seiner
deshalb der der in einem Transistor entstehenden und Wärmesenke auf, dann werden Temperaturanstiege
über den wechselseitigen Wärmeleitwert fließenden weit größer als 10° ohne Einsetzen von inneren
Verlustleistung entsprechende Temperaturanstieg we- 35 !Instabilitäten, wie im Zusammenhang mit den
niger als T/a0 sein. Durch Verminderung von a0 auf Gleichungen (6) und (8) diskutiert wurde, möglich sein.
G0 r bei Vorhandensein einer Emitter-Widerstands- Verursacht eine von außen zugeführte Änderung
Schicht können wesentlich größere Werte als T/a0 für von 1 % der Leistung eine Temperaturänderung TOtO1
Pjh' erhalten werden. in dem heißeren Bereich, dann wird diese Temperaturin einer der Behandlungsweise einer ausgedehnten 40 änderung das Anwachsen um einen Bruchteil des
Transistorstruktur ähnelnden Weise können aus- Stromes und damit der örtlichen Leistungsdichte um
gedehnte Gruppen parallelgeschalteter Transistoren α0Γ0>01/!Γ hervorrufen, wenn die Spannung konstant
behandelt werden. bleibt. Ist diese Änderung größer als 1 °/0 = 0,01, dann
Bei einer ausgedehnten Transistorstruktur ähnlich wird im allgemeinen eine Unstabilität auftreten, da
der F i g. 10 haben natürliche Störungen ein An- 45 eine spontane Stromschwankung einen Temperaturwachsen
der Temperatur und des Stromes in einem anstieg hervorrufen kann, der wiederum einen noch
Bereich des Bauelementes und eine Verminderung in größeren Stromanstieg mit daraus folgendem Ananderen
Bereichen zur Folge. Unter diesen Be- wachsen der Schwankung verursachen kann. Da ,aJT
dingungen wird ein Wärmefluß zwischen dem heißen für einen Siliziumtransistor ungefähr 10""1Z0C ist, muß
und dem kalten Bereich auftreten. Daraus folgt, daß 50 offenbar ΓΟιΟ1 kleiner als 0,10C sein, damit aaT0M/T
die Stabilitätsbedingung ähnlich Gleichung (3 b) ent- kleiner als 0,01 ist. Das setzt den durch die bejrachsprechende
Wärmeleitung größer ist als der Wärme- teten Störungen erzeugten Temperaturanstiegen eine
fluß zur Umgebung oder Wärmesenke. Im Ergebnis angenäherte obere Grenze, und Temperaturanstiege
sollte die Gleichung (3 b) zu von 0,150C können nicht gefahrlos auftreten, wenn a0
ao(dlnT/dlnH) = wechselseitiger 55 nicht durch Anfügung einer Emitter-Widerstands-Wärmeleitungsfaktor
(34) Schicht erniedrigt wird.
Somit wird deuthch, daß die Erniedrigung von a0
abgewandelt werden, worin der gegenseitige Wärme- mittels einer Emitter-Widerstands-Schicht, insbesonleitungsfaktor
wie folgt definiert werden kann; Es wird dere einer mit positivem Temperaturkoeffizienten des
die Situation betrachtet, bei der die elektrische Lei- 60 Widerstandes, eine entsprechende Zunahme des Temstung
über die gesamte Anordnung um 1 °/o zunimmt. peraturanstieges bei Strukturen mit großen wechsel-Das
wird ein Anwachsen der Temperatur, wie an seitigen Wärmeleitungsfaktoren ebenso ermöglicht,
Hand der Zunahme der Wärmeleitungsgleichung (5) wie es bei einzelnen Transistoren der Fall ist.
oder (7) der Wärmeleitungstheorie berechnet werden Obige Betrachtungen sind nicht nur auf Trankann, bewirken. Dann wird die innere Unstabilität 65 sistoren, sondern auch auf andere Anordnungen mit von der Art einer Störung angenommen, bei der die Übergängen, beispielsweise einfacheZweischichtdioden, thermische Ableitung in einem Teil des Elementes um Vierschichtdioden und gesteuerte Gleichrichter, an-1 °/o ansteigt und in einem anderen Teil um 1 % a°- wendbar.
oder (7) der Wärmeleitungstheorie berechnet werden Obige Betrachtungen sind nicht nur auf Trankann, bewirken. Dann wird die innere Unstabilität 65 sistoren, sondern auch auf andere Anordnungen mit von der Art einer Störung angenommen, bei der die Übergängen, beispielsweise einfacheZweischichtdioden, thermische Ableitung in einem Teil des Elementes um Vierschichtdioden und gesteuerte Gleichrichter, an-1 °/o ansteigt und in einem anderen Teil um 1 % a°- wendbar.
17 18
Es sollte beachtet werden, daß der anwachsende verhindert werden soll, was die Leitfähigkeit dieser
thermische Widerstand von Silizium bei höheren Schicht in unerwünschter Weise beeinflussen könnte.
Temperaturen eine ungünstige Wirkung hat, da das Die Metallschicht kann wahlweise durch eine Zone
Auftreten von negativen Widerständen zunehmend mit extrem niedriger Lebensdauer der Löcher und sehr
erleichtert wird. Wenn dagegen der größte Temperatur- 5 hoher Konzentration an Donatoren ersetzt werden,
abfall im Metall mit einer im wesentlichen temperatur- um eine Löcherinjektion in die Schicht zu verhindern,
unabhängigen thermischen Leitfähigkeit auftritt, dann Eine andere Möglichkeit ist dadurch gegeben, daß die
werden die Kurven der F i g. 6, 7 und 8 durch Ver- (n+)-(n-)-(n+)-Widerstandsschicht aus einem Material
größern sämtlicher Leistungswerte bei vorgegebener mit viel größerer Bandlücke als dasjenige des gleich-Temperatur
und Strom geändert. Da diese Änderung io richtenden Bereiches hergestellt wird, so daß in ihr,
bei höheren Temperaturen größer ist, wird eine haupt- wie oben beschrieben, die Löcherdichte auf Grund
sächlich durch Metall und weniger durch Silizium des Massenwirkungsgesetzes kleiner sein wird,
erfolgende Wärmeleitung den j-x-Kurven, insbeson- Für eine sehr dünne, hochohmige Widerstandsdere im Bereich kleiner negativer Neigungen, einen schicht der F i g. 11 kann offensichtlich ein Spannungszusätzlichen Anstieg verleihen. Deshalb werden optimal 15 abfall von 0,1 Volt elektrische Felder von mehreren metallische Leitungspfade die Stabilisation gegen ther- tausend Volt pro Zentimeter hervorrufen. Ist beispielsmische Unstabilitäten verbessern und höhere Arbeits- weise die n-Schicht 1 Mikron dick, so wird eine temperaturen erlauben. Darüber hinaus kann die Spannung von 1 Volt ein Feld von 10* Volt pro' größere thermische Leitfähigkeit der Metalle unmittel- Zentimeter hervorrufen. Bei einer derartig hohen bar einer größeren Leistungskapazität bei einem vor- 20 Feldstärke ergibt sich weiterer Vorteil dadurch, daß gegebenen Temperaturanstieg förderlich sein. Me- die Trägerbeweglichkeit in der Schicht auf Grund des tallische Wärmeleitung unmittelbar an der Emitterzone sogenannten »Heiß-Träger-Effektes« (hot carrier effect) wird ebenfalls die Leistungskapazität erhöhen. vermindert werden kann. Diese Effekte sind beispiels-
erfolgende Wärmeleitung den j-x-Kurven, insbeson- Für eine sehr dünne, hochohmige Widerstandsdere im Bereich kleiner negativer Neigungen, einen schicht der F i g. 11 kann offensichtlich ein Spannungszusätzlichen Anstieg verleihen. Deshalb werden optimal 15 abfall von 0,1 Volt elektrische Felder von mehreren metallische Leitungspfade die Stabilisation gegen ther- tausend Volt pro Zentimeter hervorrufen. Ist beispielsmische Unstabilitäten verbessern und höhere Arbeits- weise die n-Schicht 1 Mikron dick, so wird eine temperaturen erlauben. Darüber hinaus kann die Spannung von 1 Volt ein Feld von 10* Volt pro' größere thermische Leitfähigkeit der Metalle unmittel- Zentimeter hervorrufen. Bei einer derartig hohen bar einer größeren Leistungskapazität bei einem vor- 20 Feldstärke ergibt sich weiterer Vorteil dadurch, daß gegebenen Temperaturanstieg förderlich sein. Me- die Trägerbeweglichkeit in der Schicht auf Grund des tallische Wärmeleitung unmittelbar an der Emitterzone sogenannten »Heiß-Träger-Effektes« (hot carrier effect) wird ebenfalls die Leistungskapazität erhöhen. vermindert werden kann. Diese Effekte sind beispiels-
Wird eine Flächendiode oder ein Leistungsgleich- weise von E. J. R y d e r, Phys. Rev., 90, S. 767 (1953),
richter in Flußrichtung betrieben, so hängt der Strom 25 und W. S h ο c k 1 e y, Bell #Syst. Tech. J., 30, S. 990
von Spannung und Temperatur in annähernd gleicher (1951), behandelt worden. Ähnliche Effekte treten in
Weise wie der Emitterstrom von Temperatur und anderen Materialien auf, und es ist nicht notwendig,
Emitter-Basis-Spannung ab. Folglich besteht die daß die Widerstandsschicht aus dem gleichen HaIb-
Möglichkeit eines der Thermistor-Wirkungsweise ent- leitermaterial wie der gleichrichtende Übergang in
sprechenden negativen Widerstandes. Die Erscheinung 3° Fig. 11 hergestellt wird. .(^
eines ungehemmten Anwachsen des Stromes kann in Offensichtlich wird die Widerstands/chicht mit
annähernd der gleichen Weise auftreten. wachsender Stromdichte die Spannung am gleich-
Für einen Leistungsgleichrichter ist von Bedeutung, richtenden Bereich vermindern. Wenn beispielsweise
den Spannungsabfall über das Element so klein wie ein 30faches Anwachsen der Stromdichte erforderlich
möglich zu halten. Deshalb können Spannungsabfälle, 35 ist, um eine Beschädigung an der Halbleiteranordnung
welche durchaus annehmbar zur Erzielung einer sehr hervorzurufen, dann wird offensichtlich ein Spannungszuverlässigen
Stabilisierung eines Leistungstransistors abfall bei normaler Stromdichte von weniger als
sein würden, bei einem Gleichrichter eine Verdopplung 10 Millivolt ausreichen, um vor Erreichen einer
der Verlustleistung hervorrufen. Deshalb ist die An- Schädigung Spannungsabfälle von einigen zenteln Volt
wendung solcher physikalischer Prinzipien wün- 40 über die Widerstandsschicht hervorzurufen. Derartige
sehenswert, die wohl bei Leistungstransistoren vorteil- Spannungsabfälle werden den Temperaturanstieg behaft,
jedoch möglicherweise tatsächlich dort nicht not- herrschen und ein Ansteigen auf unerwünschter'
wenidg ist. Ströme verhindern.
Bei Leistungsgleichrichtern besteht eines der wich- Diese Betrachtungen zeigen, daß Schutz gegen
tigsten Probleme darin, daß der Gleichrichter zerstört 45 örtliche »Brennflecken« bei Leistungstransistoren durch
werden kann, wenn der Strom ungehemmt ansteigt Zufügung von geeigneten Widerstandsschichten er-
und sich ein »Brennflecken« ausbildet. Wie oben reicht werden kann, während das Anwachsen der
bereits erwähnt, ist eine flächenförmige Emitter- Verlustleistung im Normalbetrieb wesentlich geringer
Widerstands-Schicht bei einem Leistungstransistor als 10% ist. In Übereinstimmung mit obigen Er-
zur Verminderung von Effekten einer ungehemmten 5° wägungen kann offensichtlich ein Leistungsigleich-
Stromzunahme äußerst wirksam und kann solches richter mit Hilfe einer Emitter-Widerstands-Schicht
unter Umständen eines relativ kleinen Spannungs- hergestellt werden, bei dem ein l%iges ./Anwachsen
abfalles über die Widerstandsschicht bewirken. Bei oder Abfallen der Stromversorgung in den am meisten
einem Leistungsgleichrichter sollte diese Widerstands- auseinanderliegenden beiden Dritteln der Fläche
schicht in Serie mit dem gleichrichtenden Übergang 55 Temperaturdifferenzen von wesentlich größer als 0,10C
liegen. Die F i g. 11 veranschaulicht eine Möglichkeit, hervorgerufen werden können, ohne daß seitliche
wie eine derartige Struktur verwirklicht werden kann. Unstabilitäten auftreten.
Dem gleichrichtenden Bereich des Bauelementes ent- Ähnliche Schwierigkeiten im Hinblick auf eine
spricht die mit den Bezugszeichen 41, 42 und 43 be- Thermistorwirkung und eines ungehemmten Stromzeichnete
n+-i-p+-Struktur. Auf der linken Seite des 60 anstieges wurden bei Vierschichtdioden gefunden. Es
Bauelementes der Figur befindet sich ein flächen- ist bekannt, daß diese Elemente durch sehr hohe
förmiger Widerstand in Form einer Widerstandsschicht. Ströme zerstört werden können. Diese hohen Ströme
Diese liegt in der Form einer n-Schicht 46 zwischen bewirken örtliches Ausbrennen. Es ist ebenfalls bezwei
n+-Kontaktelektroden 44 und 45 vor. Der flächen- kannt, daß die Haltespannung der Diode mit anförmige
Widerstand und gleichrichtende Bereiche sind 65 wachsender Temperatur abfällt und auch die Spannung
durch eine dünne Metallschicht 47 voneinander ge- bei höheren Strömen mit ansteigender Temperatur
trennt, mittels der eine Injektion von Löchern aus dem abfällt,
gleichrichtenden Bereich in die Widerstandsschicht Selbstverständlich werden ähnliche Erwägungen zur
gleichrichtenden Bereich in die Widerstandsschicht Selbstverständlich werden ähnliche Erwägungen zur
Anwendung schützender Widerstandsschichten bei derartigen Elementen führen.
Claims (17)
1. Thermisch stabilisiertes Halbleiterbauelement mit einer Widerstandsschicht zwischen der emittierenden
Zone und einer flächenförmigen Kontaktelektrode, an der die Zuleitung zur emit- ίο
tierenden Zone angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der emittierenden
Zone im thermisch gut leitenden Kontakt eine Widerstandsschicht aus einem Material mit einem
positiven Temperaturkoeffizient des Widerstandes angeordnet ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Temperaturkoeffizient
des Widerstandes größer als 1,0/rist, wobei Γ die Temperatur der Widerstandsschicht
bedeutet.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenförmige
Kontaktelektrode aus Metall besteht.
4. Halbleiterbauelement nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht
aus Halbleitermaterial besteht.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erniedrigung
einer Minoritäteninjektion in die Widerstandsschicht aus Halbleitermaterial vorgesehen sind.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht
aus Halbleitermaterial an der niederohmigen Kontaktelektrode eine hohe Verunreinigungskonzentration
aufweist.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht
aus Silicium besteht.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der
Widerstandsschicht quer zum pn-Übergang derartig verändert ist, daß die Spannung am pn-Übergang
über seine Flächenausdehnung im wesentlichen konstant ist.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der
Widerstandsschicht quer zum pn-Übergang derartig verändert ist, daß die Temperatur am pn-Übergangüber
seine Flächenausdehnung im wesentliehen konstant ist.
10. Halbleiterbauelement nach Ansprüchen 1 und 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
äußere Zone als Emitterzone eines Transistors mit einer Basis- und einer Kollektorzone ausgebildet ist.
11. Halbleiterbauelement nach Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand
der Widerstandsschicht quer zum pn-Übergang zwischen Emitter- und Basiszone durch ein
Dickenänderung der Widerstandsschicht verändert ist.
12. Halbleiterbauelement nach Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand
der Widerstandsschicht quer zum pn-Übergang zwischen Emitter- und Basiszone durch eine
Änderung der Leitfähigkeit der Widerstandsschicht verändert ist.
13. Halbleiterbauelement nach Ansprüchen 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flächenelemente (A1 und A^) des Halbleiterbauelementes,
in denen je ein Drittel der im Betrieb des Halbleiterbauelementes auftretenden Gesamtleistung P übertragen
wird, thermisch derartig gekoppelt sind, daß die Spitzentemperatur im Flächenelement (^1)
um mehr als 0,150K anwächst, wenn die Leistungsdichte im Flächenelement (^1) um 1% zunimmt
und im Flächenelement (A2) um 1 % abnimmt.
14. Halbleiterbauelement nach Ansprüchen 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Emitter-, eine Basis- und eine Kollektorzone aufweist und
im Wärmeaustausch mit einer auf der Temperatur Ts0K befindlichen Wärmesenke angeordnet ist und
daß die mit der Emitterzone im thermisch gutleitenden Kontakt angeordnete Widerstandsschicht
aus einem Material besteht, welches bei Tejjiperaturen
oberhalb 1,3 T5 einen Temperaturkoeffizient
von größer als 1,5 Ts aufweist.
15. Parallelschaltung zweier als Transistoren ausgebildeter Halbleiterbauelemente nach Ansprüchen
1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschichten aus einem Material mit einem
positiven Temperaturkoeffizienten bestehen-· und /
mit den entsprechenden Emitterzonen im Wärmeaustausch stehen.
16. Parallelschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Widerstandsschichten
Widerstände mit den Emitterzonen kontaktiert sind.
17. Parallelschaltung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transistoren in bezug auf eine Wärmesenke so angeordnet
ist, daß zwischen jedem Transistor und der Wärmesenke eine Wärmeleitung h bei einer
Temperatur Ts° K besteht, wobei hTs = PJ dje
Bezugsleistung in Watt bedeutet, daß zwischen Emitter und Kollektor jedes Transistors wenigstens
eine Spannung von 0,05 TsRsqlkTs (q = Elektronenladung,
k = Boltzmann-Konstante) angelegt wird und daß der Kollektorstrom wenigstens eine
Leistung von 0,2 P erzeugt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US240366A US3286138A (en) | 1962-11-27 | 1962-11-27 | Thermally stabilized semiconductor device |
US24036662 | 1962-11-27 | ||
DEC0031365 | 1963-11-09 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1464527A1 DE1464527A1 (de) | 1969-01-09 |
DE1464527B2 true DE1464527B2 (de) | 1970-09-17 |
DE1464527C3 DE1464527C3 (de) | 1976-07-08 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL301034A (de) | |
DE1464527A1 (de) | 1969-01-09 |
GB1000058A (en) | 1965-08-04 |
US3286138A (en) | 1966-11-15 |
NL146645B (nl) | 1975-07-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |