DE1639019A1 - Halbleiter-Gleichrichter - Google Patents

Halbleiter-Gleichrichter

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DE1639019A1 DE1967W0043704 DEW0043704A DE1639019A1 DE 1639019 A1 DE1639019 A1 DE 1639019A1 DE 1967W0043704 DE1967W0043704 DE 1967W0043704 DE W0043704 A DEW0043704 A DE W0043704A DE 1639019 A1 DE1639019 A1 DE 1639019A1
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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Description

t „.*„„.,- 2000 HAMBURGi, den 5- April 1967
MÖNCHEN !^H"?*1!*"
HAMBURG fATENTANWXITS
22751/67 4/H
Westinghouse Brake and Signal Company Limited, London (England)
Halbleiter-Gleichrichter.
Die Erfindung bezieht sich auf steuerbare Halbleiter-Gleichrichter und insbesondere auf Vorrichtungen mit Mitteln zum Erhöhen der Ansehaltgeschwindigkeit für diese.
Gemäß der Erfindung ist eine regelbare Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung geschaffen, welche vier Schichten Halbleitermaterial abwechselnden p-Typs und η-Typs hat und bei welcher eine Schicht mit zwei verschiedenen Abschnitten ausgebildet ist, und ein Abschnitt steht mit einer der hauptstromführenden Elektroden der Vorrichtung in Kontakt, und der andere Abschnitt ist getrennt von ihm angeordnet und bildet einen Hilfsabschnitt und kann über einen Teil der benachbarten Schicht entgegengesetzten Typs zu dem anderen Abschnitt zum Einleiten des Durchbruchzustandes in der Vorwärtsrichtung der Vorrichtung einen Stromweg schaffen, indem zunächst zwischen dem Hilfsabschnitt und der anderen stromführenden Hauptelektrode ein Durchbruch her-
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gestellt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen in den Figuren 1 bis 5 beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt quer dureh einen steuerbaren Halbleiter-Gleichrichter, der auf einer Scheibe 1 eines Intrinsic-n-Typ-Silieiums gebildet ist, in deren gegenüberliegende Flächen p-Typ-Fremdatome hineindiffundiert sind, um eine Mehrschicht von jeweils p-, n- und p-Typ-Lagen zu schaffen. Die Anode der Vorrichtung ist mit der p-Typ-Schicht in bekannter Welse dadurch verbunden, daß sie Über eine Schicht aus Molybdän mit einer Kupferanode 2a verbunden ist, welche eine Hauptstrom führende Elektrode der Vorrichtung bildet. In die Oberfläche des Siliciums gegenüber der Anodenverbindung ist weiterhin ein erster Kathodenabschnitt 5 aus Gold-Antimon zur Verbindung mit einer Hauptstrom führenden Elektrode der Vorrichtung und einem zweiten Hilfskathodenabschnitt 4 aus Gold-Antimon diffundiert. Zusätzlich ist ein üblicher Typ eines Tor-Punktes 5 aus Gold-Bor in im wesentlichen Ohm'seher Berührung, abgesehen von denbeiden anderen Abschnitten, an der in Frage stehenden p-Typ-Fläche vorgesehen. Weiterhin ist zwischen dem Hilfskathodenabschnitt 4 und dem Hauptkathodenabschnitt 3 ein kleiner Ohm'scher Kurzschlußkontakt an der Kante des Hilfskathodenabschnittes 4 an der p-Typ-diffundierten Fläche durch die Anordnung eines kleinen, nicht elektrisch
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plattierten Füllstückes aus leitendem Material vorgesehen. Beim Arbeiten der Vorrichtung bildet der Kathodenabschnitt 3 gemäß vorstehender Erläuterung die Hauptkathode der Vorrichtung, und das Element 5 bildet die Tor-Elektrode, und das Element 4 bildet eine Art Hilfskathode. Beim Schalten der Vorrichtung geht ein Tor-Strom, der zwischen dem Tor 5 und der Hauptkathode 3 hindurchgegangen ist, durch die Hilfskathode 4 als bevorzugtem Weg niedrigeren Widerstandes hindurch und kehrt zu der diffundierten p-Region über das Kurzschlußfüllstoffstück 6 zurück. Er kehrt dann über eine Hauptkathode 3 zu der Tor-Steuervorrichtung, welche die Vorrichtung aktiviert, zurück. Dies bildet einen Tcr-3trorr. für beide Kathoden 3 und 4. Die Vorrichtung ist jedoch so ausgebildet, daß sie bei einer vergleichsweise kleinen Tcr-Steuerung aufhört, zwischen der Anode 2a und der Hilfskathode 4 Spannung zu führen, im Vergleich zu derjenigen, wenn sie aufhört, zwischen der Anode und der Hauptkathode Spannung zu führen. Dies ergibt sich erstens daraus, daß die Stromdichte bei dem Teil 4 größer ist, der einen kleineren Durchmesser hat, und zweitens kann das Material, aus welchem 4 legiert ist, se eingestellt werden, daß es den Kontakt bevorzugt wirksam macht. Die volle Anodenstromkreisspannung kann daher an dem Zwischenraum zwischen 3 und 4 erscheinen, und daher entspricht der Strom, der längs der Bahn zwischen der Anodenschicht 2, der Hilfskathode 4 und der Hauptkathode 3 fließt, einer sehr großen Tor-Steuerung
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BAD ORIGINAL
in die Kathode J>. Die Wirkung, die daher erzeugt wird, besteht darin, daß der Kathodenbereich J in einer außerordentlich kurzen Zeit geschaltet wird, die mit der vergleichbar ist, die beispielsweise an einer üblichen regelbaren Gleichrichtervorriehtung erhalten werden kann, die mit einer Schicht entsprechender Dicke aus Silicium versehen ist, jedoch mit einem viel größeren Steuerstrompegel, beispielsweise 2 bis Io Ampere der Tor-Steuerung, betätigt wird. Der erforderliche Tor-Strom zum Einleiten der Arbeitszyklen mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist jedoch wesentlich kleiner, beispielsweise in der Größenordnung von loo Milliampere .
Bei einer abgewandelten Ausführung der vorbeschriebenen Arbeitsweise kann Vorkehrung getroffen werden, daß statt der Anordnung einer Tor-Steuerung zwischen dem Tor-Punkt 5 und der Hauptkathode 3 eine vierte Verbindung zu der Hilfskathode 4 hergestellt werden kann, und eine ungeerdete Tor-Steuerung, beispielsweise über eine Transformatorwicklung, kann zwischen dem Tor-Punkt 5 und der Hilfskathode 4 angelegt werden. In diesem Fall ist das grundsätzliche Arbeiten der Vorrichtung das gleiche, jedoch ist zu erwarten, daß eine beträchtlich geringere Rückkopplung von der Vorrichtung zu dem Tor-Generator eintreten wird.
Gemäß Fig. 2 ist die in dieser Figur dargestellte Vorrichtung der der Fig. 1 insoweit ähnlich, als sie im wesentlichen durch die gleiche Art und Weise durch Diffusion von
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p-Typ-Fremdatomen in eine Basis-n-Typ-Siliciumschicht auf ihren beiden Seiten diffundiert ist und dann ein Hauptkathodenabschnitt, ein getrennter Hilfskathodenabschnitt und ein Tor-Punkt geschaffen wird. Jedoch wird bei dieser Vorrichtung der Kurzschlußbereich 6 durch einen, weiteren legierten Ohm^chen Kontakt mit einer Kurzschlußverbindung aus ihm zu der Hilfskathode ersetzt. Diese Vorrichtung kann etwas einfacher hergestellt werden als die in Fig. 1 darge- g stellte Vorrichtung, und sie kann weiterhin eine etwas geringere Impedanz zu dem Steuerstromkreis zeigen, welche Tor-Signale zum Betätigen der Vorrichtung liefert. Wie bei dem Fall der Vorrichtung der Fig. 1 wird der Tor-Strom an sie zwischen dem Tor-Punkt 5 und der Hauptkathode Jt angelegt.
Die in Fig. J> dargestellte Vorrichtung ist grundsätzlich ähnlich der in Fig. 2 dargestellten mit der Ausnahme, daß ein vierter Anschluß vorgesehen ist, der mit der Hilfskathode für den Rückführ-Tor-Strom zu dem Tor-Generator verbunden ist, und in diesem Fall wird Tor-Strom zwischen dem Tor-Punkt und der Hilfskathode in ähnlicher Weise wie es oben mit Bezug auf die abgewandelte Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1 erläutert wurde, geführt.
Fig. 4 zeigt die Art und Weise, auf welche die Hilfskathode in der Lage angeordnet werden kann, die üblicherweise durch den Ohm'sehen Tor-Punkt eingenommen wird. In diesem Fall 1st keine äußere Verbindung direkt zu dem p-Typ-
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diffundierten Bereich der Vorrichtung hergestellt. Im übrigen ist die Vorrichtung ähnlich den vorbesehr!ebenen ausgebildet, nämlich sie basiert auf einer Scheibe eines n-Typ-Siliciums mit diffundierten p-Typ-Schichten auf ihren beiden Seiten. Es kann jedoch bei bestimmten AusfUhrungsformen notwendig sein, einen Kurzschlußkontakt, z.B. 8, zwischen der Hauptkathode 3 und dem diffundierten p-Typ-Bereich vorzusehen. Dieser darf jedoch nur über einen kleinen Bereich an oder nahe dem Innenumfang der Hauptkathode vorgesehen sein, wenn die Wirksamkeit der Vorrichtung nicht beeinträchtigt werden soll, und sie kann entweder durch Legieren oder durch Plattieren oder ähnliche Mittel gebildet werden.
Bei der Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 4 wird ein Tor-Strom an die Vorrichtung über die Hauptkathode 3 zum Schalten der Hilfskathode 4 angelegt. Diese liefert dann einen Weg niedriger Impedanz zwischen der Anode der Vorrichtung und der Hilfskathode 4, welche ihrerseits ein Offnen der Hauptkathode 3 durch praktisch die volle Speisespannung liefert.
Es ist ersichtlich, daß die Vorrichtung wie ein üblicher Thyristor schaltet, falls die Umkehrimpedanz zwischen der Hilfskathode und dem diffundierten p-Typ-Bereich nicht zu hoch ist. Diese Impedanz kann dadurch gesenkt werden, daß ein gerichteter Kurzschlußkontakt zwischen der Hilfskathode und dem p-Typ-Bereich hinzugefügt wird, vorausgesetzt, daß dieser Kurzschlußbereich die Hilfskathode nicht
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'^0 ^ ORIGINAL
vollständig umgibt.
Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung, die ähnlich der Fig. 3 ist, ist eine Vorrichtung mit vier Anschlüssen, jedoch wird durch Transponieren der Hilfskathode 4 und des Tor-Punktes 5 die Notwendigkeit des zusätzlichen Ohm1sehen Kontaktes vermieden. Die Vorrichtung wird dadurch betätigt, daß zwischen dem Tor-Kontakt 5 und der Hilfskathode 4 ein Tor-Strom angelegt wird, um die Hilfskathode 4 zu schalten, die dann tatsächlich die volle Speisespannung zum Schalten ä der Hauptkathode 3 liefert. Weiter ist ersichtlich, daß, falls ein Tor-Strom zwischen dem Tor-Jiontakt 5 und der Hauptkathode 3 angelegt wird, die Vorrichtung wie eine normale bekannte Form einer steuerbaren Silicium-Gleichrichtervorrichtung arbeitet.
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?1,o BAD OBiQfNAt

Claims (1)

  1. Patentansprüche.
    1. Steuerbare Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung, gekennzeichnet durch vier Schichten aus Halbleitermaterial abwechselnden p- und η-Typs, wobei eine Schicht mit zwei verschiedenen Abschnitten versehen ist und der eine Abschnitt eine Ohmrsche Verbindung mit einer der Haupt-
    A strom führenden Elektroden der Vorrichtung hat und der andere Abschnitt ein Hilfsabschnitt ist, der zwischen der anderen Hauptelektrode und der Schicht, die einem Abschnitt benachbart liegt, beim Herstellen eines Durchbruches zwischen dem Hilfsabschnitt und der anderen Hauptelektrode einen Stromweg niedriger Impedanz erzeugt.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu der benachbarten Schicht einen im wesentlichen Ohm*sehen Kontakt enthält, und der Hilfsabschnitt eine Kurzschlußverbindung zur benachbarten Schicht hat.
    ^ 3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kurzschlußverbindung im wesentlichen ein Ohm*scher Kontakt ist, der auf dem Bereich nahe dem Hilfsabschnitt und einem Zwischenleiter angeordnet ist.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsabschnitt zwischen dem einen Abschnitt und dem Ohm'schen Tor-Kontakt angeordnet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hilfsabschnitt eine Ohm1 sehe Verbindung
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    zu einer vierten Elektrode der Vorrichtung hat.
    6Λ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadursh gekennzeichnet, daß die Umkenrimpedanz von der einen Hauptstrom führenden Elektrode zu dem Bereich nahe dem einen Abschnitt genügend niedrig ist, um einen Meg niedriger Impedanz zu erzeugen, indem an die eine Hauptelektrode ein Tor-Signal angelegt wird.
    7* Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrimpedanz der Junction zwischen dem Hilfsabschnitt und der benachbarten Schicht genügend niedrig ist, um ein öffnen der Vorrichtung durch ein an den Hilfsabschnitt angelegtes Umkehrsignal zu ermöglichen.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7* dadurch gekennzeichnet, daß der eine Abschnitt zu der benachbarten Schicht eine Kurzschlußverbindung hat.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3* ^* 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschluflverbindung durch die Ausbildung eines Füllstückes aus leitendem Material in im wesentlichen Ohm'sehen Kontakt mit dem Abschnitt und dem in Kurzschluß zu setzenden Bereich geschaffen ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ohm*sehen Tor-Kontakt zu der benachbarten Schicht und der Tor-Kontakt zwischen den zwei verschiedenen Abschnitten angeordnet und zu jedem der Abschnitte eine getrennte Verbindung vorgesehen 1st.
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