DE1614500A1

DE1614500A1 - Thyristor mit kurzer Loeschzeit

Info

Publication number: DE1614500A1
Application number: DE1967S0109366
Authority: DE
Inventors: Guy Dumas
Original assignee: Societe Industrielle de Liaisons Electriques SA
Current assignee: Societe Industrielle de Liaisons Electriques SA
Priority date: 1966-04-19
Filing date: 1967-04-17
Publication date: 1970-07-09
Also published as: FR1513238A; DE1614500C3; DE1614500B2

Description

thyristor mit kurzer Löschzeit

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor mit kurzer Iiösehzeit und geringem Spannungsabfall im gezündeten Zustand zu entwickeln, der "bedeutende Stromstärken und hohe Spannungen verträgt sowie "bei schnellem Spannungsanstieg nicht selbst zündetο ■

Unter den gewünschten Eigenschaften bei Thyristoren .sind vor allem die Schnelligkeit des Verlöschens, die Möglichkeit eines schnellen Spannungsanstieges ohne Zündung - insbesondere bei Starkstromanlagen - und das Verhalten unter Spannüngfzu nennen (Spannungsfestigkeit)„

Bisher v/urde empfohlen, Diffusionslöcher am Orte der Kathode anzübringeno Hierdurch wird eine Verbesserung der Konstante 4^ , de.ho -der Schnelligkeiti mit der die Spannung ansteigen

darf, ohne dass es zur Selhatzündung kommt, sowie des Verhaltens unter Spannung erreicht₀ Aber die bisher gebauten

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FERNSCHREIBER: 0184057

16H500

Thyristoren haben eine relativ lange Löschzeit, inabesondere die Ausführungen für hohe Leistungen

Der Thyristor, der den Gegenstand der Erfindung bildet ₉ hat diese Nachteile nicht» Dank einer geschickten Zusammenstellung verschiedener aufbaumässiger Merkmale ist es gemäss der Erfindung möglich, Thyristoren mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen,.

Der Thyristor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Kalbleiterkristall besteht, dessen eine Seite eine -η-leitende Diffusionsschicht enthält, durch y/elche Löcher einen darunter liegenden p—leitenden Schicht münden, welche die Masse des η-leitenden Kristalls bedeckt, dass die mit Löchern versehene Schicht die Kathode des Thyristors bildet, dass die Löcher einen Durchmesser von etwa 50 &m haben und die Mittelachsen benachbarter Löcher einen Abstand von höchstens 500 um. haben, dass die mit den Löchern versehene Seite des Kristalls eine der Kathode benachbarte Zone hat, die aus— schliesslich p-leitend ist und die Steuerelektrode des Thyristors bildet, und dass der Kristall auf der anderen Seite eine kontinuierliche p-leitende Diffusionsschicnt trägt, welche die Anode des Thyristors bildete

Die Kathodenzone befindet sich vorteilhafterweise am Rande des Kristalls, während die in der Mitte liegende Zone der Steuer-

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elektrode vorzugsweise einen Durchmesser in der Grössenord* nung von etwa 10 bis einigen Hundert ^m hat ρ

Die Dicke der p—leitenden Diffusions schicht der Anode ist vorteilhafterweise an der Stelle gegenüber der p-leitenden Zone der Steuerelektrode viel schwächer als gegenüber der mit p-leitenden löchern versehenen η-leitenden Zone der Kathode· /

Das gleiche Ergebnis kann dadurch erreicht werden* dass an Stelle des ausgesparten Raumes in der gleitenden Schicht der Anode eine Diffusion mit Gold, Platin, Eisen oder einem ähnlichen Metall vorgesehen ist* die die gleichen Ausmasse hat wie die anderenfalls vorzunehmende Aussparung«

Die Kathodenzone kann eine kontinuierliche η-leitende "'i'eilzone aufweisen, die die mit p-leitenden Isöehern versehene η-leitende Zone von der p-leitenden Zone der Steuerelektrode trennt» Die Erfindung "bezieht sich auch auf elektrische Schaltungsanordnungen, die wenigstens eirien'der ThyristOren nach der Erfindung'enthalten·

Uie Figuren, zeigen verschiedene Beispiele des Aufbaus und der Yerwendung eines iCbyristors naoh der Erfindung· < ^:

BAD ORIGINAL

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Figo 1, 2 und 3 zeigen drei Arten, in denen der Thyristor n.'.ch der l/ri'inäuixg aufgebaut werden kann₉ und zwar im Diametralschnitt und in übersichtsmäauiger Dar— j teilung j,

i'ioo 4· zeigt eine elektrische dc haltung, in der derartige ihyristoren -verwendet werden»

Der Thyristor geim'ss Figo 1 besteht ·ϊι.3 einem n—leitenden Siliziuml-ristell mit einem spezifischen Widerntand von etwa 50 SIcm« Die untere Seite dieses Kristalle enthält eine p-leitende Zone p~, die etwa 50 ^m dick ist und mit einer metallischen Auflage 1 überzogen ist, die die Anode bildet« Der zentrale Teil Ti-, des Kristalls hat eine Dicke von etwa 150^m₀ Die andere Hauptseite des Kristalls trMgt eine p-leitende Zone P₁ von etwa 50 ^m Dicke« Auf dieser Seite ist eine Diffu— sionsschicht n. aufgebracht, «die etwa 25-IiM dick ist» In dieser Mffuaicnsschi'Cht n. sind '"I/oeher" ausgespart, die einen Durchmesser von yQ in und einen lii-ctelachHenaibstand von etwa 250jum ■haben,. Liese Sei^e aea" Kristalls v;ird von einem metallischen Eint c bedeckt, aer iie Anode bildete jfes zentrale Iioeh dieses iiinres r:et einen I-;rchs:'easer von 3 "-:..» Eise i.iet-aiiisehe öcheice 3 eiIiet ii·? 3^"=^-^r=relektrode des Ih^'ri^to^:r3e -- ■■ .

Bei einer Y^rr.riante sieser Jiusf-Licrur.g ist die Zone f'ir die Steutrelektrcie auf einen SurSh^.es rrer von einigen ZaLr^ bis ■einige Hundert. j*dkrer:feter verkleiriert» ■ ■

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Um die Eigenschaften eI^es solchen Thyristors: zu yerbessern, wird — wie in Eigo 2 dargestellt — der Teil-der Diffusionsschicht. p>, ausgehöhlt, der 'gegenüber der zentralen Zone liegt j die nicht von der Kathode bedeckt ist« Diese Aushöhlung 4 hat einen Durchmesser von etwa 3, 5/mm und eine Tiefe von etwa 35 his 50 kulj die Tiefe kann also die gesamte Dicke der Schicht Pp erreichen,, Ein solcher Thyristor, hat. jedoch den Nachteil einer nur mi tt einlässigen Sperrfähigkeit-gegenüber der innrersen Spannung» -"""ν-...- ' .:; . .■.-;.

Dieser Machteil Gesteht-nicht mehr "bei der Ay die in I¹Xg₀ 3 dargestellt isto Bei dieser AusführUngsfo.rm ist die jmshöhlung 4 durch eine 2one 5 ersetzt,.die die gleichen iilmessungen hat, wie die Aushöhlung' 4 des-Thyristors nach ITigo 2,, und die mit einer Diffusion aus ü-old versehen ist» Die Anode i bed' clrt ohne Macht eil die gesamte Oberfläche ,des Kristalls* '.. ■ ■ . ;■ '-■ ;

Um die Zündeigenschaften zu verbessern, ist um die;zentrale Zone herum eine etwa 500 (M breite Zone vorgesehen, die keine Diffusionalöcher aufweist<►: .In diesem ^aIl hat die in der Zone P₂ befindliche mit einer Golddiffusion .versehene Aussparung zweckmässigerweise einen Durchmessers, der dem Durch^- messer der Zone ohne locher gleich ist» Ein solcher Thyristor von ungefähr 20 mm Durchmesser ist geeignet für Leistungen in der Grössenordnung von 200 bis 300 Ampere« .;

Di<s Schaltbild in Pig, 4 zeigt einen Iieiutungau-ra'ichter mit Thyristoren, der bei Frequenzen bis zu 10 Kilohertz arbeiten kann mit einer Löschzeit ₉ die bei starken Strömen unter 50 ^a liegto Die Anordnung kann zur Einrichtung von G-I eichst rom in Wechselstrom verwendet werden^ vornehmlich zur Speisung von ieuchtstoffröhren lus Batterien· In der Schaltung sind zwei Thyristoren T₁ und Tp der oben beschriebenen Art an die Pole -Y und +Y einer Gleichstrombatterie von 48 Volt angeschlossen» Die Thyristoren T-, und T₂ sind durch eine Drossel 8 verbunden* Die Drossel S ist über eine Mittelanzapfung an die Primärwicklung eines Äufwärts'transformators Tr angeschlossen» der ausserdem über zwei Kondensatoren C-, und C₂ an. die Klemmen der Batterie V angeschlossen ist» Die ^Sekundärwicklung des Transformators Tr liefert Wechselstrom mit 220 Volt an den Verbraucher U, der aus handelsüblichen Leuchtstoffröhren bestehen kann© Die Thyristoren T.. und T₂ werden durch handelsübliche Zündkreise D-I und D₂ gesteuert, wie sie beispielsweise die pirma SIIiBG unter der Handelsbezeichnung ¹¹KT* herstellt»

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist* Dem Fachmann bieten sich zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten an, die im Rahmen des allgemeinen Er fin dungs ge dank ens liegen»

Boe/Hf Pat entansprach e:

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Claims

an a ρ r ü c Ji e a

1» Tliyriator mit kurzer Iiöae&Zieit uaicl geringem Spannungsfall im gezündetem Zustand, der lbe;de«tjende Ströme und tooiie Spannungen Verträgt, so*iie bei sefenellem Spanmyiga ans lieg nicht sell33t ziindet, dadurch .gekennZeiclinet-, dass er aus einem Halibleiterlcristall bestelät, .,dessen _:eine Seite eixe.- n-leitende 3)iffu3ion3schicht Cm-J entBält,, durcn welelie JLöeiaer einer darunter life^enden rj-leitenden Sclii-cnt Cp₁,) münden, welche. die Masse des n-leitendjnJKristaJIe bedeckt (n^)» dass die .-.-■ mit Iiöeherix versehene setoieht die Kathode des Ihyristors bildet* dass die löcher einen Bar ahme S3 er von etwa -50-im haben.und die MittelachSjenlbeiiBGiiibarter Lö«cer-pinen.Anstand Λ^οη höeiisteiis 50Q^m^haben^.dass die.2iit den..l3Giq±iern ver.-sehene Seite des Kristalls, eine der...KEttiiode■ benacsbarte -. Zone hat, die aussciiliesslieh p-leltend ist und die Steuer- . elektrode dt?s Thyristors bildet, und dass, der Kristall auf äer anderen Seite eine kontinuierliche p—leitende Diffusions— schicht (p^) trägt* welche die Anode des ihyristors bildet« ,

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Thyristor nach Anspruch I₉ dadurch gekeimzeichnet, dass die Kathodenzone am Rande des Kristalls liegt·

3·, Thyristor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone der Steuerelektrode einen Durchmesser in der Grössenordnung von etwa 10 bis einigen Hundert /im hat«

4· Thyristor nach den. Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekenn— zeichnet, dass die Dicke der p-leitenden Diffusionsschicht der Anode (p₂) räumlich gegenüber der p-leitenden Zone der Steuerelektrode (3) viel schwächer ist als gegenüber der mit p-leitenden Löchern versehenen η-leitenden Zone (n-) der Kathode (Fig· 2)·

5· Thyristor nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die p—leitende Diffusionssehicht der Anode (p₂) räumlich gegenüber der p-leitenden Zone der Steuerelektrode eine Zone (5) hat, die mit einem Metall der Gruppe diffundiert ist_f zu der Gold, Platin and ähnliche Metalle gehören (3?±g* 3)»

6· Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenzone eine kontinuierliche n-leitende Teilzone aufweist, die die mit p—leitenden Löchern versehene η-leitende Zone von der p-leitenden Zone der Steuerelektrode trennt (Pig* 3)·

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