DE1639244A1

DE1639244A1 - Doppelt Gesteuerter Thyristor

Info

Publication number: DE1639244A1
Application number: DE19681639244
Authority: DE
Inventors: Piecone Dante Edmond; Istvan Somos
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-02-02
Filing date: 1968-01-31
Publication date: 1972-07-27
Also published as: GB1182852A; DE1639244B2; US3440501A; FR1553356A; DE1639244C3; SE349427B

Description

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General jJlecbric Gompany, .chenectady, IT.Y./V.dt.A.

Doppelt gesteuerter Thyristor

Dio Lr findung betrifft einen doppolt gesteuerten Thyristor mit einer Vielzahl von gleichrichtende übergänge bildende Halbl^iberschichten entgegengesetzter Ejeitfähigkeit, die zwischen einer ersten und zweiten Hauptelektrode angeordnet sind, einem relativ großflächigen Kontakt der ersten Hauptelektrode mit einem Hauptbereich einer obersten der Vielzahl von Halbleiterschichben, die ferner eine seitlich neben dem großflächigen Kontakt liegende erste Hilfszone aufweist, wobei diese Hilfszone näher bei dem den anfänglichen Hauptstrom leitenden Zwischenschicht-Btromweg als ein anderer Teil der obersten Halbleiterschicht liegt, wenn, der Thyristor vom nicht leitenden Zustand mit relativ hoher Impedanz zum leibenden Zustand mit relativ niedriger Impedanz umgeschaltet wird.

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Die Erfindung betrifft im besonderen einen Hochleistungs-,Öilicium-Thyristor mib vier Halbleiterschichten (PNPN).

Eine der erkennbaren Leistungsbegrenzungen von großflächigen Hochspannungsthyristoren besteht in deren Unfähigkeit, sehr hohe .änderungen des ansteigenden.Anodenstroms während des Einschaltvorganges sicher zu verarbeiten. Diese Änderungen des ansteigenden Anodenstroms werden durch das Verhältnis di/dt gekennzeichnet und häufig als Einschaltstromstoß bezeichnet. Wenn ein Thyristor herkömmlicher Bauweise angesteuert wird, beginnt der Anodenstrom in nicht abschätzbarer Weise in einem punktförmigen Bereich in der Nähe des · Toranschlußes zu fließen. Dieser punktförmige Bereich ist die Stelle,.an welcher Beschädigungen auftreten, wenn der Thyristor infolge eines zu hohen Einschaltstromstoßes ausfällt. Um die Ausbreitung des Stromes von diesem punktförmigen Bereich über den gesamten Bereich einer Hochleistungsanordnung zu einem Zeitpunkt zu beschleunigen, bevor die stromdichte und die örtliche Erwärmung einen zerstörerisch hohen Wert angenommen haben, wurde bereits vorgeschlagen, eine elektrodenlose Hilfszone in der obersten Schicht der Anordnung anzubringen. Diese Hilfszone liegt physikalisch zwischen der mit dieser obersten üchicht verbundenen Hauptelektrode und dem Toranschluß und wird durch einen seitlichen Widerstand charakterisiert, der genügend hoch ist, um einen Teil des Jtromes, der anfänglich diese Hilfszone quer durchsetzt,, augenblicklich auf einen dazu parallelen Btrom-

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weg in der angrenzenden Schicht zu verlegen, wo er als verhältnismäßig hochenergetisches Triggersignal für den unter der Hauptelektrode liegenden großflächigen Haupt-"bereich des Halbleiterkörpers wirkt. Durch die Verxtfendung eines derartigen doppelt steuernden Aufbaus kann der durch das Verhältnis di/dt gekennzeichnete Einschaltstromstoß außerordentlich erhöht werden, wobei gleichzeitig auch das Ausschaltverhalten verbessert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ,Jchalteigenschaften eines Festkörperthyristors zu verbessern, und insbesondere eine Halbleiteranordnung zu schaffen, die sicher einen Einschaltstromstoß di/dt aushält, der größer als der maximal zulässige Einschaltstromstoß bei einer De Cecco et al - Anordnung ist.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein elektrisch leitendes Material mit einer äußeren Oberfläche der Hilfszone der obersten Halbleiterschicht in Kontaktverbindung steht und in einem bestimmten Mindestabstand von der nächstliegenden Begrenzung des Hauptbereiches angeordnet ist, daß sich eine weitere Hilfszone der oberen Halbleiterschicht von dem Hauptbereich aus nach einer von der ersten Hilfszone entfernt gelegenen Stelle erstreckt, daß die äußere Oberfläche der weiteren Hilfszone,die von dem Hauptbereich in einer kürzeren als den bestimmton Mindestabstand entsprechenden Entfernung

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angebracht ist, mit einem Metall in Kontaktvei'bindung steht, und daß Einrichtungen zur leitenden Verbindung des elektrisch leitenden Materials mit dem Metall vor- ■ ■ handen sind.

Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung umfaßt die obere Schicht eines aus vier Schichten bestehenden Halbleiterkörpers einen Hauptbereich und eine seitlich danebenliegende erste Hilfszone sowie zwischen dem

™ Hauptbereich und dem Toranschluß zumindest eine weitere Hilfszone, die entfernt von der ersten Hilfszone angeordnet ist. Die weitere Hilfszone ist nicht mit der Hauptelektrode verbunden, jedoch besitzt sie auf der freiliegenden Oberfläche einen metallischen Anschluß, der über eine geeignete niederohmige Verbindung an ein elektrisch leitendes Material angeschlossen ist, das in Kontaktverbindung mit der freiliegenden Oberfläche der ersten Hilfszone steht. Dadurch, daß der metallische

fc Anschluß einen kleineren Abstand-von dem Hauptbereich als dieser von dem elektrisch leitenden Material besitzt, wird eine bessere Strom- und l/ärmeverteilung während des Einschaltvorgangs sichergestellt. Während der Ansteuerung der Anordnung umfaßt der anfängliche Stromweg zwischen den Hauptelektroden den punktförmigen Bereich, das auf der ersten Hilfszone befindliche elektrisch leitende Material, den niederohmigen Stromweg zwischen dem elektrisch leitenden Material und dem metallischen Anschlial·

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auf der weiteren Hilfszone und die weitere Hilfszone selbst. Infolgedessen durchsetzt der Hauptstrom anfänglich die weitere Hilfszone quer verlaufend und nicht die erste Hilfszone. Dabei wird ein genügend hoher Strom augenblicklich in einen in der angrenzenden Schicht des Halbleiterkörper parallel verlaufenden Stromweg verlegt und wirkt somit als relativ hochenergetisches Triggersignal für den unterhalb des Hauptbereich des Halbleiterkörpers liegenden Teil, der an die weitere Hilfszone angrenzt. Da dieser Teil Jedoch von dem anfänglich leitenden Zwischenschicht-Stromweg des punktförmigen Bereiches entfernt liegt, ist er verhältnismäßig kühl und verbessert damib das Wärmeabsorbierungsund Ableitungsvermögen. Dadurch werden die Schaltverluste der Halbleiteranordnung verringert, so daß ein höherer Einschaltstromstoß di/dt sicher angelegt werden kann. Die weitere Hilfszone ist vorzugsweise derart angeordnet, daß sie eine schnelle Ausbreitung des Hauptstromes über den gesamten Hauptbereich der Anordnung begünstigt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:

Fig.1 eine teilweise geschnittene nicht maßstäbliche Seitenansicht einer Halbleiter-Schaltanordnung gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig.i; Fig.3» 4» 5 und. 6 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in Draufsicht.

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In den !Pig. 1 und 2 wird ein scheibenförmiger ungleichförmig leitender Körper 11 dargestellt, der aus vier kreisförmigen Schichten 12, 13, 14- und 15 eines vorzugsweise aus Silicium bestehenden Halbleitermaterials aufgebaut ist, wobei die Halbleiterschichten nacheinander zwischen zwei Hauptelektroden mit metallischen Kontaktflächen 16 und 17 angeordnet sind. Die aneinander angrenzenden Halbleiterschichten des Körpers 11 besitzen unterschiedliche Leitfähigkeit, so daß deren Grenzschichten gleichrichtende Übergänge bilden. Im besonderen besitzt, wie in Fig.1 dargestellt, die unterste Halbleiterschicht 12 des Körpers 11 P-Leitung, die daran angrenzende Zwischenschicht 13 N-Leitung, die darauffolgende Schicht 14- P-Leitung und die oberste Halbleiterschicht N-Leitung. Die Hauptelektrode 16 ist auf der Halbleiterschicht 12 mit P-Leitung derart angebracht, daß sie einen niederohmischen Übergang darstellt. Diese Elektrode wird in der dargestellten Ausführungsform als Anode bezeichnet. Die ihr zugeordnete Hauptelektrode 17 besteht aus einer dünnen Goldscheibe, die in gleicher Weise mit der obersten Halbleiterschicht mit Ή-Leitung des Körpers 11 befestigt ist und als Kathode bezeichnet wird. In der in den B"ig.1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Anschlußleitung 18 mit einem zugänglichen Oberflächenteil der Zwischenschicht 14- mit P-Leitung des Körpers 11 über eine Steuerelektrode 19 verbunden, wobei die Steuerelektrode 19 nahe bei der obersten Halbleiterschicht 15 mit N-Leitung angeordnet ist.

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Die beschriebene Halbleiteranordnung kann mit verschiedenen in der Halbleitertechnik bekannten Verfahren aufgebaut sein. Die verschiedenen Grenzschichten des PNPN-Halbleiterkörpers 11 sind mit ausgezogenen Linien dargestellt, obwohl bekannt ist, daß diese Grenzschichten nicht durch ebene Flächen gekennzeichnet sind. Auch würden die Abmessungen des dargestellten Halbleiterlcörpers im Interesse einer klaren Darstellung unmaßstäblich vergrößert. Eine tatsächliche Ausführungsform des Halbleiterkörpers 1'besteht aus einer sehr dünnen Scheibe mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser von z.B. 2,5 cm oder mehr.

Um die in den Fig.1 und 2 dargestellte Anordnung für eine kommerzielle Einheit fertigzustellen, kann sie in einem dicht verschlossenen Gehäuse beliebiger Form montiert werden, wobei die Elektroden 16, 17 und 18 mit verschiedenen Anschlußelementen des Gehäuses verbunden sind, die deren Anschluß an eine externe ochaltung möglich machen.

Eine der außenliegenden Halbleiterschichten,im vorliegenden Beispiel die oberste, ist in zwei aneinander angrenzende Bereiche A und B unterteilt, die in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind. Dabei wird die oberste Schicht 15 in einen Hauptbereich A, der einen verhältnismäßig großflächigen ohmischen Kontakt mit der ausgedehnten Kathodenelektrode 17 aufweist und in eine schmale Hilfszone B unterteilt, die keinerlei Kathodenanschlüsse trägt. Sowohl der

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Hauptbereich A als auch die Hilfszone B grenzen an die Zwischenschicht 14- mit P-Leitung an.

Die Hilfszone B ist zwischen dem Hauptbereich i. der obersten Halblei tersclii cht 15 und der steuerelektrode 19 auf der Zwischenschicht 14 angebracht. \.'ie am besten aus Fig.1 zu entnehmen ist, wird ein fiandbereich der. Hilfszone B von einem elektrisch leitenden Material 20 überzogen, das in engem Kontakt mit der äußeren Oberfläche steht. Dieser Überzug ist von der nächstliegenden Kante oder Grenze des Hauptbereichs A durch einen öpalt mit der maximalen Breite D und damit von der Kathodenelektrode 1? getrennt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dal: im Interesse einer beauemen Herstellung der Überzug 20 aus demselben Material, z.B. Gold, wie die Kathode hergestellt ist und durch einen iitzprozess von dieser abgetrennt wird. Die Hilfszone 20 ist derart aufgebaut und angeordnet, daß der Querwiderstand zwischen dem überzug ?0 und. der Kathodenelektrode 17 größer als irgendein Teil des Hauptbereiches ä ist, wobei die seitliche .Abmessung dem kleinsten Abstand zwischen dem Überzug 20 und der Begrenzung des Hauptbereiches entspricht. Obwohl auch dieselben Ergebnisse durch eine .änderung der elektrischen Eigenschaften der Hilfszone B gegenüber dem Hauptbereich A erzielt werden können, wird der Einfluß der geometrischen Verhältnisse zur Erzielung dieses Ergebnisses bevorzugt.

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wie in Fig.i dargestellt, erstreckt sich, die Hilfszone B in seitlicher Richtung von einer Randzone des angrenzenden Hauptbereiches A aus, wobei zur Vergrößerung des Querwiderstandes die Dicke der Hilfszone verringert wurde. Gomit haben der Hauptbereich und die Hilfszone unstetig verschiedene Dicken, wobei die der Hilfszone kleiner ist. (Die Bezeichnung Dicke der Zonen bezieht sich auf die Abmessung in Richtung des Hauptstromflußes von der Anodeneloktrode 16 zur Kathodenelektrode 17, die Bezeichnung in seitlicher Richtung oder Querrichtung auf eine dazu (

quer verlaufende Richtung .) Vorzugsweise wird die dünnere Hilfszone Π durch JLtzen oder Abschleifen eines Teiles der ursprünglichen Oberfläche der obersten Halbleiterschicht 15 hergestellt, wodurch die Dicke des verbleibenden an den Hauptbereich A angrenzenden Teiles verringert wird, l/ie aus der Darstellung hervorgeht, wird der dünnere Bereich der Hilfszone B von der Steuerelektrode 19 durch einen Teil am Umfang getrennt, der unterhalb des Überzuges 20 liegt und eine nicht verringerte Dicke besitzt. Es wird angenommen, daß die Hauptelektrode der Anordnung mit einer äußeren Schaltung verbunden ist, die einen Verbraucher und eine Energiequelle umfaßt, von der aus eine Vorspannung derart angelegt wird, daß die Anode positiv bezüglich der Kathode ist. ioobald die steuerelektrode 19 mit einem geeigneten iJignal angesteuert wird, beginnt der zuvor nicht leitende PNPN-Halbleiterkörper 11 einen Strom durch den Verbraucher zu leiten, der in Form eines Mikroplasma punkt-

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förmiger Bereiche zwischen den Hauptelektroden 16 und 17 zu fließen beginnt. Der anfänglich leitende Zwischenschicht-Stromweg liegt in der Nähe der Steuerelektrode 19, so daß der zwischen diesem Stromweg und der Kathodenelektrode 17 fließende Strom anfänglich die Hilfszone B der obersten Halbleiterschicht 15 quer durchsetzt. -Damit=fließt der Hauptstrom in Querrichtung durch die Hilfszone B'mit relativ hohem ^!.erwiderst and, so daß zwischen dem Überzug 20 und der Kathodenelektrode 17 sin wesentlicher Spannungsabfall auftritt und ein bedeutender Anteil dieses Stromes unmittelbar in einen parallel verlaufenden Stromweg durch die angrenzende Halbleiterschicht 14· und den gleichrichtenden Übergang zwischen der Halbleiterschicht 14- und dem Hauptbereich A der obersten Halbleiterschicht 15 verlegt wird. Dieser Anteil des Stromes fließt an der Hilfszone B vorbei und dient als verhältnismäßig stromintensives Triggersignal für den unter der Kathodenelektrode 17 liegenden Hauptbereich des Halbleiterkörpers 11. Durch dieses Triggersignal schaltet die Anordnung augenblicklich auf den niederohmigen Durchlaßzustand um, indem die Anordnung einem wesentlich höheren Einschaltstromstoß di/dt standhält.

Es wurde festgestellt, daß eine weitere Verbesserung des Verhaltens derartiger Einrichtungen durch eine Unterstützung des zweiten Schrittes dieses Einschaltvorganges realisiert werden kann, wenn dieser in einem oder mehreren Bereichen

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des Halbleiterkörpers 1'i stattfindet, die von dem anfänglichen Zwischenschicht-otromweg entfernt liegen. In diesem Sinne werden in der obersten Halbleiterschicht 15 mit N-Leitung zumindest eine weitere Hilfszone B' "vorgesehen.

Wie aus IPig.1 zu entnehmen ist, erstreckt sich die xveitere Hilfszone B¹ an einem von der ersten Hilfszone B entfernt gelegenen Ort in seitlicher Richtung von dem Hauptbereich A aus. Der Aufbau der weiteren Hilfszone B.' ist grundsätzlich gleich dem der ersten Hilfszone B. Sowohl die erste " -Hilfszone B als auch die weitere Hilfszone B¹ sind frei von Elektrodenanschluss sen; jedoch ist getrennt von der Kathodenelektrode 17 ein metallischer .Anrschluß 21 (z.B. Gold) vorgesehen, der in engem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche der weiteren Hilfszone steht. Gemäß der Erfindung sind die weitere Hilfszone B' und der metallische Überzug 21 derart aufgebaut und angeordnet, daß der zwischen dem metallischen Überzug 21 und der Kathodenelektrode 17 messbare Widerstand kleiner als der '.^uerwiderstand der , ersten Hilfszone B ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der metallische Überzug 21 von dem Hauptbereich A einen kleineren Abstand als der metallische Überzug 20 der ersten Hilfszone B vom Hauptbereich A besitzt. Dieser Minimalabstand d zwischen dem metallischen Überzug 21 und der Kathodenelektrode I7 ist in Pig.1 dargestellt, aus der auch entnommen werden kann, daß der Abstand d kleiner als der Abstand D ist. Gemäß der Erfindung ist der metallische

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Überzug 21 der weiteren Hilfszone B' und der metallische Überzug 20 der ersten Hilfszone B durch einen geeignet niederohmischen ütromweg leitend miteinander verbunden. ·

Auf Grund dieser Abänderungen der Halbleiteranordnung verläuft der Einschaltvorgang in folgender Weise. Der Zwischenschicht-Stromweg des punktfö'rmigen Bereiches, der anfänglich den Hauptstrom leitet, befindet sich wiederum nahe bei der Steuerelektrode 19· Da jedoch die elek-

P trische Leitfähigkeit der vorzugsweise aus Gold aufgebauten metallischen Überzüge 20 und 21 und die niederohmige "Verbindung derselben sehr viel höher als die elektrische Leitfähigkeit des Silicium ist, und da der Querwiderstand der weiteren Hilfszone B' kleiner als der der ersten Hilfszone B ist, fließt ein wesentlicher Anteil des anfänglichen Stromes zwischen diesem Zwischenschicht-Stromweg und der Kathodenelektrode 17 an der ersten Hilfszone B vorbei und folgt statt dessen einem bevorzugten »Stromweg, der die nie-

k derohmige Verbindung des metallischen Überzugs 20 mit dem metallischen Überzug 21 und die weitere Hilfszone B¹ umfaßt. Als Folge davon wird der Belastungsstrom anfänglich durch die weitere Hilfszone B¹ übertragen, worauf der vorausgehend beschriebene weitere Einschaltprozess stattfindet. Der Teil des Halbleiterkörpers 11 in der Umgebung der weiteren Hilfszone B¹ bleibt verhältnismäßig kühl, da er von dem anfänglich leitenden Zwischenschicht-Jtromweg entfernt liegt und kann deshalb einen höheren SchaltstroTii-

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stoß di/dt als bisher sicher aushalten, was für den anfänglichen .otrompfad auf Grund der thermischen Isolation von dem entfernt gelegenen Teil von Vorteil ist.

Bei jeder der beiden ersten Ausführungsformen der Erfindung (Fig.1 bis 3) geht die weitere Hilfszone B' in die erste Hilfszone B über, so daß diese beiden Zonen in der Tat aus verschiedenen Teilen eines einzigen ringförmigen Umfangbereiches der obersten Halbleiterschicht 15 gebildet werden. Dieser Umfangsbereich verläuft um den Hauptbereich A derselben Halbleiterschicht. Die beiden metallischen Überzüge 20 und 21 sind Teil eines einheitlichen zusammenhängenden Metallbandes, das mit den entsprechenden Oberflächen der kreisförmigen Umfangszone verbunden ist. Gemäß der Erfindung dient das zusammenhängende Metallband, welches vorzugsweise aus einem ringförmigen freistehenden Goldstreifen besteht, gleichzeitig als elektrische Verbindung der metallischen Anschlüsse 20 und 21. Es ist in einem ungleichen Abstand von dem Hauptbereich A und daher vom Umfang der darauf angebrachten Kathodenelektrode 17 angebracht.

v/ie am besten aus Fig.2 entnommen werden kann, erhält man den ungleichen Abstand zwischen dem ringförmigen Me ballstreifen 20 und 21 und der Kathodenelektrode 17 dadurch, daß die Grenzlinie des Hauptbereiches A exzentrisch zur kreisförmigen Halbleiterschicht 15 des

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Halbleiterkörpers 11 verlauft, wogegen der vorstehende Metallstreifen 20, 21 dazu konzentrisch verläuft. Die Breite des kreisförmigen Spaltes, der den ringförmigen Metallstreifen von dem Hauptbereich A trennt, hat ein Maximum in der Nähe des Punktes, an welchem die Hilfszone B der Steuerelektrode 19 am nächsten liegt. Dieser Bereich ist mit D bezeichnet. Der minimale mit d bezeichnete Abstand des ringförmigen Metallstreifens von dem Hauptbereich A liegt in der Umgebung, die diesem Punkt in der Nähe der Steuerelektrode 19 diametral gegenüberliegt. Obwohl die Breite des Spaltes zwischen dem ringförmigen Metallstreifen und dem Hauptbereich in der Darstellung sich fortschreitend zwischen einem maximalen und einem minimalen Abstand verändert, können auch Anordnungen vorgesehen sein, bei denen die minimale Breite d des ringförmigen Spaltes zumindest entlang der Quadrante gleichbleibend verläuft und dann in den bereits erwähnten diametral gegenüberliegenden Punkt in der Nähe der Steuerelektrode 19 übergeht.

Wie aus Fig.3 zu entnehmen ist, kann der ungleichmäßige Abstand zwischen dem ringförmigen Metallstreifen und der Kathodenelektrode auch dadurch erhalten werden, daß die Grenzlinie des Hauptbereiches A konzentrisch zu dem Halbleiterkörper 11a verläuft und der ringförmige Metallstreifen 22 in veränderlicher Breite ausgeführt wird. Der ringförmige Metallstreifen 22 ist schmäler, wo er zwischen dem

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Hauptbereich A und der Steuerelektrode 19 liegt, und ist breiter in dem diesem Punkt gegenüberliegenden Bereich.

Eine dritte Αμεführungsform der Erfindung ist in Fig.4 dargestellt, bei der die obere Halbleiterschicht 15 des Halbleiterkörpers 11b mit zwei weiteren Hilfszonen B¹ und B" versehen ist. Diese weiteren Hilfszonen bestehen aus kathodenelektronenfreien Sehnenabschnitten der oberen Halbleiterschicht 15» die gegenüber der ersten Hilfszone B und untereinander getrennt sind. Jede der Hilfszonen erstreckt sich seitlich von dem Hauptbereich A an einem Ort, der näherungsweise 90° gegenüber der ersten Hilfszone versetzt ist. Jede der Hilfszonen B, B¹ und B" besitzt einen sehnenförmig angeordneten Kanal oder Streifen, der an den Hauptbereich A angrenzt und einen außerhalb davon liegenden Teil, der mit einem G-oldüberzug versehen ist und keine metallische Verbindung mit der Kathodenelektrode 17 aufweist. Der der Hilfszone B entsprechende Bereich ist in Fig.4 mit dem Bezugszeichen 20 versehen, wogegen die den weiteren Hilfszonen B¹ und B" entsprechenden Bereiche mit dem Bezugszeichen

23 versehen sind. Die voneinander getrennten Bereiche 20 und 23 sind beim vorliegenden Beispiel mit Drahtleitungen

24 leitend untereinander verbunden. TJm der ersten Hilfszone B einen größeren Querwiderstand zu geben, ist der .sehnenartig verlaufende Streifen breiter ausgebildet als .der der weiteren Hilfszonen B¹ und B". Der Einschaltvorgang dieser Anordnung verläuft im wesentlichen wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform.

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In Fig. 5 ist eine weitere Abänderung der im vorausgehenden beschriebenen Ausführungsform dargestellt. Die Anschlußleitung 18 ist in diesem Fall über einen Kontakt 25 mit dem" Halbleiterkörper 1^;c an der freiliegenden Oberfläche eines Randteiles der Hilfszone B in der obersten Halbleiterschicht 15 mit N-Leitung verbunden. Wie im vorausgehenden ist der goldüberzogene freistehende Bereich 20 zwischen dem Hauptbereich A derselben Halbleiterschicht und dem Eontakt 25 angeordnet und ist von der nächstliegenden Begrenzung des Hauptbereiches um einen Minimalabstand entfernt, der großer als die Breite des behenenstreifens eines jeden der weiteren Hilfszonen B' und B" ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.6 dargestellt. Die dargestellte Halbleiterscheibe 11d ist grundsätzlich wie die der Aus führungs form nach Fig. 4 aufgebaut und arbeitet in derselben Weise. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, daß eine relativ schmale erste Hilfszone B dieser obersten Halbleiterschicht mit N-Leitung nicht an den seitlich danebenliegenden Hauptbereich A angrenzt. Die freiliegende Oberfläche dieser Hilfszone ist vollständig mit einem Goldüberzug 26 versehen, der von der Kathodenelektrode 17 um einen größeren Abstand entfernt ist, als die sehnenförmigen /Streifen der beiden weiteren Hilfszonen B' und B" breit sind. <"

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Es ist offensichtlich, daß die Erfindung auch noch in weiteren abgeänderten Ausfuhrungsformen verwirklicht werden kann, do kann z.B. die Drahtleitung 24 direkt an die freiliegende Oberfläche der weiteren Hilfszone angelegt werden und braucht nicht mit einem goldüberzogenen Bereich 23 verbunden sein. Es können auch sowohl die erste als auch die weiteren Hilfszonen innerhalb der Kathodenelektrode 17 angeordnet sein, so daß in diesem Fall die erste Hilfszone von den beiden anderen sowie dem seitlich danebenliegenden Hauptbereich A und der dadurch gebildeten Kathodenelektrode 17 umgeben wird. Wenn die erste Hilfszone B im Innern liegt, dann können diese und ihre goldüberzogenen Bereiche 20 eine zentrische öffnung besitzen, in welcher die Oberfläche der Zwischenschicht 14 der Anordnung zum Anbringen der Anschlußleitung 18 für die Steuerelektrode freiliegt.

Die Verbesserung dea Einschalt-Ütromstoßverhaltens kann auch bei einer PNPIT-Halbleiteranordnung erzielt werden, welche mit einem Lawinendurchbruch in Durchlaßrichtung eingeschaltet wird. Wenn eine derartige Anordnung an eine Anoden-Kathodenspannung in Durchlaßrichtung angelegt wird, welche einer vorgegebenen Überschlaggröße (Vtjq) entspricht, schaltet diese vom Sperrzustand in den leitenden Zustand um. Die Leitung beginnt in einem punktförmigen Bereich, wo das erste Mikropiasma auftritt, und breitet sich dann zunehmend über den gesamten Bereich der Uiliciumscheibe aus. Der punktförmige Bereich der an-

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fänglichen Leitung kann entweder im Zentrum oder in der Nähe der Kante der Halbleiterscheibe liegen, wobei seine Lage festgelegt werden kann. Der letztere Zustand kann erreicht werden, indem eine ringförmige Hilfszone entsprechend der in den Fig. 2 oder 3 Verwendung findet, wogegen der vorausgehende erreicht werden kann, indem die Hilfszone B in eine zentrische Lage in der obersten Halbleiterschicht 15 zurückgebracht wird. Das Ziel ist in jedem Fall darauf gerichtet, die erste Hilfszone B näher an dem den anfänglichen Hauptstrom bei der Ansteuerung übertragenden Zwischenschicht-Stromweg anzuordnen als irgendeinen anderen Teil der'obersten Halbleiterschicht 15. Auf Grund des Vorhandenseins weiterer Hilfszonen wird der zweite Teil des Einschaltvorganges dahingehend beeinflußt, daß er in kühlerern Bereichen der Anordnung stattfindet, die von dem anfänglich leitenden Stromweg entfernt angeordnet sind.

Patentansprüche

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Claims

Pat ent a η s prüche

1. Doppelt gesteuerter Thyristor mit einer Vielzahl von gleichrichtende übergänge bildende Halbleiterschichten entgegengesetzter Leitfähigkeit, .die zwischen einer ersten -und zweiten Hauptelektrode angeordnet sind, einem relativ großflächi-

. gen Kontakt der ersten Hauptelektrode mit-einem Hauptbereich der obersten Halbleiterschicht, die ferner eine seitlich

. neben dem großflächigen Kontakt liegende erste Hilfszone aufweist, wobei diese Hilfszone näher bei dem den anfänglichen Hauptstrom leitenden Zwischenschicht-Stromweg als ein anderer Teil der obersten Halbleiterschicht liegt, wenn der Thyristor vom nicht leitenden Zustand mit relativ hoher Impedanz zum leitenden Zustand mit relativ niedriger Impedanz umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Material mit einer äußeren Oberfläche der Hilfszone der obersten Metallschicht in Kontaktverbindung steht und in einem bestimmten Mindestabstand von der nächstliegenden Begrenzung des Hauptbereiches angeordnet ist, daß sich eine weitere Hilfszone der obersten Halbleiterschicht von dem Hauptbereich aus nach einer von der ersten Hilfszone entfernt gelegenen Stelle erstreckt, daß die äußere Oberfläche der weiteren Hilfszone, die von dem Hauptbereich in einer kürzeren als dem bestimmten Mindest-

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abstand entsprechenden Entfernung angebracht ist, mit einem Metallüberzug versehen ist, und daß Einrichtungen zur leitenden Verbindung des elektrisch leitenden Materials mit dem Metallüberzug vorhanden sind.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbereich von einer in TJmfangsrichtung verlaufenden Zone der obersten Halbleiterschicht umgeben

wird, wobei diese Zone frei von Hauptelektrodenanschlüssen ist, daß weitere Hilfszonen in der obersten Halbleiterschicht in verschiedenen Teilen der in Umfangsrichtung verlaufenden Zone angeordnet sind, in welcher das elektrisch leitende Material, die metallischen Überzüge und die diese verbindenden Teile einstückig aus einem kontinuierlichen Metallband bestehen, das in Kontaktverbindung mit der in Umfangsrichtung verlaufenden Zone steht und einen ungleichmäßigen Abstand von dem Hauptbereich aufweist.

3· Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Überzüge aus einem elektrisch ■leitenden Material bestehen und Teile der von der ersten Hauptelektrode entfernt gelegenen Hilfszone überziehen.

4-. Thyristor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Halbleiterschicht kreisförmig aufgebaut ist, und daß die Hilfszonen aus getrennten Sehnenabschnitten der obersten Halbleiterschicht bestehen, wobei

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jede einen sehnenförmig verlaufenden Streifen aufweist, der einerseits an den Hauptbereich und andererseits an einen zweiten Teil angrenzt, der von dem Hauptbereich getrennt ist, wobei der zweite Bereich, mit einem elektrisch leitenden Material überzogen ist, und daß der sehnenartig verlaufende Streifen der ersten Hilfszone breiter als der der v/eiteren Hilfszonen ist.

5- Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zv/ei weitere Hilfszonen in der obersten Halbleiterschicht vorgesehen sind, daß diese weiteren Hilfszonen gegenüber der ersten Hilfszone und untereinander entfernt angeordnet sind, wobei ^jede Zone sich seitlich von der Hauptzone in einem Bereich erstreckt, der rechtwinklig zu der ersten Hilfszone verläuft.

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