DE1639019C3

DE1639019C3 - Steuerbarer Halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE1639019C3
Application number: DE1639019A
Authority: DE
Inventors: John Mansell London Garrett
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1966-04-15
Filing date: 1967-04-06
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE1789193B2; DE1789193A1; SE351524B; NL6704952A; GB1174899A; US3476989A; DE1639019B2; DE1789193C3; DE1639019A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Halbleitergleichrichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Halbleitergleichrichter ist bekannt (US-PS 31 24 703, Fig. 4) und weist eine Hauptelektrode auf, die über einem np-Übergang angeordnet ist, wobei sich unterhalb dieses Übergangs zunächst ein p-, ein n- und dann ein p-Bereich fortsetzt. Ebenfalls am p-Bereich ist der Hauptelektrode benachbart ein ohmscher Kontakt angeordnet. Der bekannte Halbleitergleichrichter ist jedoch nicht zum schnellen Schalten geeignet, ohne daß dabei die Gefahr der Zerstörung abgewendet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleitergleichrichter der eingangs genannten Art derart auszuführen, daß sehr schnelle Zündung erreicht wird, ohne daß die Gefahr der Beschädigung oder Zerstörung des Halbleiterglei'hrichtersbesteht.

Die Aufgabe wird durch einen Halbleitergleichrichter gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Durch den Gegenstand des älteren Patents DE-PS 89 931 wird zwar eine ähnliche Aufgabe gelöst, jedoch wird hierzu vorgeschlagen, die Oberfläche des Halbleitergleichrichters in bestimmter Art und Weise auszugestalten, wodurch ein verhältnismäßig kompliziertes Herstellungsverfahren erforderlich wird.

Es ist eine steuerbare Halbleiterschaltung (FR-PS 14 13 219, Fig. 6 und 7) bekannt, welche zu beiden Seiten einer n-leitfähigen Schicht p-leitfähige Schichten aufweist Die untere p-leitfähige Schicht erstreckt sich nur über einen kleinen Teil der Oberfläche der Halbleiterschaltung, wohingegen an der Oberseite der n-lcitl'iihi-

!0 gen Schicht zwei p-leitfähige Schichten vorgesehen sind, die aus ursprünglich einer p-leitfähigen Schicht durch eine Ausnehmung oder durch eine hochohmige Zone gebildet sind. An der Oberfläche des einen Teils der p-leitfähigen Schicht befindet sich ein ohmscher Kontakt, der darüber hinaus auch noch mit einem n-leitfähigen Bereich versehen ist. Mit Hilfe dieser räumlichen Anordnung, die eine Kombination eines dreischichtigen Transistors mit einem vierschichtigen Thyristor darstellt, soll eine Halbleiterschaltung geschaffen werden, die betriebssicher abgeschaltet werden soll.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig.; bis3 sind Querschnitte durch steuerbare Halbleitergleichrichter.

Fig. 1 zeigt einen steuerbaren Halbleitergleichrichter im Querschnitt, der aus einem scheibenförmigen Bereich II mit η-Leitfähigkeit gebildet ist, an dessen gegenüberliegenden Flächen sich Bereiche I und Hl mit p-Leitfähigkeit befinden. Eine Anode 6 ist mit dem Bereich III in bekannter Weise verbunden und bildet die eine den Hauptstrom führende Elektrode. In die gegenüberliegende Oberfläche des Bereichs I ist ein Bereich IV aus Gold-Antimon diffundiert, der mit einer weiteren Hauptstrom führenden Elektrode verbunden ist. Weiterhin ist dort ein Bereich V als Hilfskathode aus Gold-Antimon hineindiffundiert. Zusätzlich ist ein Steueranschluß 12 an dieser Oberfläche aus Gold-Bor in im wesentlichen ohmscher Berührung vorgesehen. Zwischen dem Bereich V (Hilfskathode) und dem Bereich IV (Haupikathode) befindet sich ein kleiner ohmscher Kontakt 10 am Rand des Bereichs V und an dem Bereich I (p-Beieich) in Form eines kleinen Füllstückes aus leitendem Material.
Beim Arbeiten des Halbleitergleichrichters ist der Bereich IV die Hauptkathode und der Steueranschluß 12 bildet eine Art Hilfskathode. Beim Schalten fließt ein Strom vom Steueranschluß 12 über den Bereich V auf einem Weg mit niedrigem Widerstand über den ohmschen Kontakt 10 zum Bereich IV. Dies ergibt einen Steuerstrom für beide Bereiche IV und V. Der Halbleitergleichrichter ist jedoch so ausgebildet, daß er bei einem vergleichsweise kleinen Steuerstrom aufhört, zwischen der Anode 6 und dem Bereich V zu sperren, im Vergleich zu demjenigen, wenn er aufhört, zwischen der Anode 6 und dem Bereich IV Strom zu sperren. Dies ergibt sich erstens daraus, daß d\<* Stromdichte beim Bereich V größer ist, weil dieser einen kleineren Durchmesser hat, und zweitens kann das Material, aus welchem der Bereich V legiert ist, so eingestellt werden, daß es den Kontakt bevorzugt wirksam macht.

Die erzeugte Wirkung besteht darin, daß der Bereich IV in einer außerordentlich kurzen Zeit geschaltet wird, die mit derjenigen Zeit vergleichbar ist, die beispielsweise an einem üblichen regelbaren Halbleitergleichrichter erreicht werden kann, der mit einer Schicht entsprechender Dicke aus Silicium versehen ist, jedoch mit einem viel größeren Steuerstrom, beispielsweise 2 bis 10 A₁ betätigt wird. Der erforderliche Strom zum Schal-

ten des Halbleitergleichrichters gemäß der Erfindung ist jedoch wesentlich kleiner und liegt beispielsweise in der Größenordnung von iOO Milliampere.

Der Halbleitergleichrichter gemäß Fig.2 ist dem Halbleitergleichrichter gemäß Fig. 1 insoweit ähnlich, als beide im wesentlichen in der gleichen Art und Weise durch Diffusion gebildet sind. Jedoch ist der ohmsche Kontakt 10 über eine Verbindung 11 mit dem Bereich V verbunden. Der Steuerstrom wird zwischen dem Steueranschluß 12 und dem Bereich IV angelegt. Dieser Halbleitergleichrichter kann etwas einfacher hergestellt werden als der in F i g. 1 dargestellte Halbleitergleichrichter und kann weiterhin dem Steuerstrom eine etwas geringere Impedanz entgegensetzen.

Der in Fig.3 dargestellte Halbleitergleichrichter ist grundsätzlich dem in F i g. 2 dargestellten Halbleitergleichrichter mit der Ausnahme ähnlich, daß ein vierter Anschluß 13 vorgesehen ist, der mit dem Bereich V verbunden ist der als Rückleitung für ein Steuersignal dient. In diesem Fall wird Steuerstrom zwischen dem Steueranschluß 12 und dem Bereich IV in ähnlicher Weise wie es oben erläutert wurde, geführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbarer drei aufeinanderlegende Schichten aufweisender Halbleitergleichrichter, der aus einer Scheibe mit η-Leitfähigkeit gebildet ist, an deren gegenüberliegenden Flächen sich jeweils eine Schicht mit p-Leitfähigkeit befindet, einem vierten und einem von diesem getrennten, fünften Bereich, die an der Oberfläche der ersten Schicht angeordnet sind und mit der ersten Schicht pn-Obergänge bilden, zwei Hauptanschlüssen, die mit dem vierten Bereich bzw. der dritten Schicht verbunden sind, mit einem Steueranschluß, der mit der ersten Schicht in ohmschem Kontakt ist, wobei der fünfte Bereich zwischen dem Steueranschluß und dem vierten Bereich angeordnet ist, und mit einem weiteren ohmschen Kontakt an der Oberfläche der ersten Schicht, d a durch gekennzeichnet, daß der weitere ohnische Kontakt (10) räumlich zwischen dem vierten Bereich, dem Hauptkathodenbereich (IV), und dem fünften Bereich, dem Hilfskathodenbereich (V), an der Oberfläche der ersten Schicht (I) angeordnet ist, um unmittelbar nach dem Zündbefehl einen Sti'ompfad zwischen Hilfskathodenbereich (V) und der Anode (6) zu schaffen, daß der Hilfskathodenbereich (V) einen kleineren Durchmesser als der Hauptkathodenbereich (IV) aufweist, so daß wegen der höheren Stromdichte bei einem vergleichsweise kleinen Steuerstrom zunächst ein Strom zwischen der Anode (6) und dem Hilfskathodenbereich (V) fließt anstatt zwischen der Anode (6) und dem Hauptkathodenbereich (IV) zu fließen, und daß der weitere ohmsche Kontakt (10) entweder unmittelbar am Hilfskathodenbereich (V) angebracht oder über eine Verbindung (11) mit dem Hilfskathodenbereich (V) elektrisch leitend verbunden ist.

2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen als Rückleitung für ein Steuersignal dienenden Anschluß (13) am Hilfskathodenbereich (V).