DE2449089B2

DE2449089B2 - Steuerbarer halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE2449089B2
Application number: DE19742449089
Authority: DE
Inventors: Yoshio Hitachi Terasawa (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2449089A1; JPS5068283A; SE7413032L; SE402185B; DE2449089C3; JPS5413959B2; US4016591A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Halbleitergleichrichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der DT-OS 21 57 091 bekannten Art

Ein idealer Halbleitergleichrichter soll so ausgelegt SS sein, daß möglichst schnell eine möglichst große Fläche unter Anwendung eines möglichst kleinen Steuerstroms in den Durchlaßzustand umgeschaltet wird. Ein Gleichrichter, der diese Bedingungen weitgehend erfüllt, ist in Form eines Halbleitergleichrichters mit Steuerungsverstärkung bekannt.

Bei den Halbleitergleichrichtern mit Steuerverstärkung (vgl. z. B. die DT-OS 19 48 155) ist zwischen der mit einer der Zwischenzonen in Kontakt stehenden Steuerelektrode und der an diese angrenzenden äußersten Schicht ein kleiner Bereich eingeschaltet, der vom gleichen Leitungstyp wie die äußerste Schicht ist. Dieser Bereich ist elektrisch leitend mit der Oberfläche der Zwischenzone verbunden. Die Überbrückung erfolgt durch eine Hilfselektrode an einer von der Steuerelektrode entfernten Stelle. Beim Einschalten dieser Struktur schaltet der Steuerstrom ausgehend von der Steuerelektrode zunächst einen ersten Vierscbichtenbereich ein, dessen eine äußere Zone jener kleine Bereich ist Daran anschließend wird der Hauptbereich des halbleitergesteuerten Gleichrichters, also ein zweiter Vierschichtenbereich, dessen eine äußerste Zone die äußerste Hauptzone der Struktur ist, eingeschaltet Dieses Einschalten erfolgt dabei durch den Laststrom, der durch den ersten Vierschichtenbereich fließt Dieser Strom dient sozusagen als Steuerstrom für den zweiten Vierschichtenbereich. Auf diese Weise kann ein steuerbarer Halbleitergleichrichter erhalten werden, der mit einem relativ kleinen Steuerstrom über eine relativ große Leitungsfläche rasch eine ausreichende Anfangsleitung zur Verfügung stellen kann. Gleichrichter dieses Typs mit Steuerverstärkung weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie zum Einschalten des zweiten Vierschichtenbereiches des Gleichrichters zwischen den Hauptelektroden ausgesprochen hohe Mindestspannungen erfordern. Wie bereits erwähnt, setzt beim Einschalten des ersten Vierschichtenbereiches, dessen äußerste Zone der kleine Bereich ist in den Gleichrichtern nrt Sieuerverstärkung der Fluß des Laststroms ein. Der Laststrom fließt also von der Hilfselektrode, die von der äußersten Zone einen vorbestimmten Abstand hat über die Zwischenzone in die angrenzende äußerste Zone. Die an die Hauptelektroden angelegte Spannung muß daher um einen Betrag erhöht werden, der dem durch den Widerstand zwischen der äußersten Zone und dem kleinen Bereich verursachten Spannungsabfall entspricht Nur durch diesen Ausgleich des Spannungsabfalls kann der zweite Vierschichtenbereich der Struktur zugeschaltet werdea Auf diese Weise werden beim Einschalten unter Steuerverstärkung also wesentlich höhere Spannungen benötigt als sie beim direkten Einschalten des zweiten Vierschichtenbereichs, dessen eine äußerste Zone die äußerste Zone der Struktur ist durch den Steuerstrom erforderlich sind. Der Spannungsabfall nimmt dabei mit größer werdendem Einraststrom des ersten Vierschichtenbereiches zu. Unter »Einraststrom« wird dabei der kleinste Durchlaßstrom verstanden, bei dem der Thyristor unmittelbar nach dem Zünden und dem Abklingen des Zündimpulses noch im Durchlaßzustand bleibt Mit anderen Worten nimmt also der Spannungsabfall mit zunehmender Durchschlagspannung des Gleichrichters zu. Die zum Einschalten des Gleichrichters erforderliche Mindestdurchlaßspannung zwischen den Hauptelektroden (diese Mindestspannung ist im folgenden als Kippspannung bezeichnet) nimmt mit zunehmendem Spannungsabfall zwischen dem kleinen Bereich und der benachbarten äußersten Schicht der Struktur zu. Das führt dazu, dal bei direkter Parallelschaltung solcher Gleichrichtet merkliche Stromunsymmetrien entstehen. Dabei kanr durchaus der Fall eintreten, daß bei parallelgeschalteter Gleichrichtern einer so lange ausgeschaltet bleibt, bi: der Durchlaßstrom eines benachbarten eingeschaltete! Gleichrichters so weit angestiegen ist, daß dessei Durchlaßspanmmg den Wert der Kippspannung de ausgeschalteten halbleitergesteuerten Gleichrichter erreicht. Bei Parallelschaltung mehrerer halbleiterge steuerter Gleichrichter dieser Art nimmt daher dl· Stromunsymmetrie mit zunehmender Kippspannung zu Es sei das Beispiel zweier direkt parallel geschaltete Gleichrichter mit Kippspannungen von 13 und 1,7^

betrachtet Wenn das Steuersignal zu einem Zeitpunkt angelegt wird, wenn die über die Hauptelektroden Hegende Spannung größer als die größere der beiden Kippspannungen, also größer als 1,7 V ist. beträgt der Zeitunterschied zwischen dem Einschalte der beiden Gleichrichter nur Q2ps. Wenn dagegen das Steuersignal zu einem Zeitpunkt aufgeprägt wird, zu dem die an den Hauptelektroden liegende Dupchlaßspannuag klei ner als die größere der beiden Kippspannungen, also kleiner als 17 % ist. so fiegt die zeitliche Verzögerung zwischen denn Einschalten beider Gleichrichter immerhin bereits bei 2 ms.

Ein weiterer Nachteil der steuerbaren Halbleitergleichrichter mit Steuerverstärkung liegt darin, daß die Gleichrichter anch vor dem Aufprägen des Steuersignals eingeschaltet werden können. Ein solches Einschalten ohne Steuersignal kann stets dann auftreten, wenn der zeitliche Spannungsgradient iv/dt der angelegten Spannung relativ groß fst ui

augEit-e»-.. —, _a „— — und bzw. oder

wenn der Gleichrichter eine relativ hohe Temperatur

Beim Gleichrichter mit Steuerverstärkung sind der kleine Bereich und die Hilfselektrode in der an die äußerste Schicht angrenzenden Zwischenzone angeordnet Die auf diese Zwischenzone folgende zweite Zwischenschicht, die also mit der zuvor diskutierten äußersten Schicht der Struktur nicht in direkter Verbindung steht, ist also größer als die an diese äußerste Zone unmittelbar angrenzende ZwischenzoRj, in der der kleine Bereich ausgebildet ist Das führt dazu, daß der in den inneren Bereichen des Gleichrichters, die in Richtung der Normalen gesehen nicht von der äußersten Zone bedeckt sind, erzeugte Verschiebungsstrom und Sperrstrom in den peripheren Bereichen der kleineren äußeren Zone konzentriert sind. Diese Stromkonzentratiou in den peripheren Bereichen der einen äußersten Zone der Struktur fahrt ebenfalls zum Einschalten vor dem Aufprägen eines Steuersignals. Ein solches unbeabsichtigtes Einschalten vor dem Aufprägen eines Steuersignals verhindert nicht nur die verläßliche Steuerbarkeit eines solchen Gleichrichters, sondern führt in aller Regel auch zur thermischen Beschädigung oder Zerstörung dieser Gleichrichter.

Im Halbleitergleichrichter mit »regenerativer Steuerung« weist eine der beiden äußersten Schichten einen Vorsprung auf, der teilweise in Richtung auf eine Steuerelektrode vorspringt, ohne mit der Hauptelektrode verbunden zu sein. Ein bestimmter Bereich dieses Vorsprunges und ein Bereich einer Zwischenzone, die gegenüberliegend angrenzend an diese äußerste Zone angeordnet ist, sind elektrisch mittels einer Hilfselektrode miteinander verbunden. Beim Betrieb wird zunächst dieser Vorsprung durch den Ober die Steuerelektrode aufgeprägten Steuerstrom eingeschaltet Der durch dieses Einschalten eingeleitete Laststromftuii führt zum Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen dem mit der Hilfselektrode kontaktierten Bereich des Vorsprungs und der Hauptelektrode. Diese zwischen der über die Hilfselektrode zwischen dem Bereich der Zwischenzone, die mit der Hilfselektrode in Kontakt steht, und der Hauptelektrode aufgeprägte Spannung schaltet so den Bereich derjenigen äußersten Zone ein, der der Hilfselektrode gegenüber liegt. Auch die Gleichrichter dieses Typs weisen den Nachteil auf, daß die zwischen den Hauptelektroden zum Einschalten des Gleichrichters erforderliche Mindestdurchlaßspannung, also die Fingerspannung, ebenso hoch wie in den filpiphriehtern mit der beschriebenen Form der Steuerverstärkimg ist Bei Gleichrichtern mit regenerativer Steuerung wird zunächst ein erster Vierschichtenbereich eingeschaltet dessen eine iußerste Schicht durch den Vorsprung definiert ist Der resultierende S Laststrom fließt von der Hilfselektrode Ober die Zwischenzone in die eine äußerste Schicht der Struktur. Wenn Gleichrichter dieses Typs mit regenerativer Steuerung direkt parallel zueinander gesdiattet werden, treten die gleichen spürbaren Stromunsymmetrien wie !0 bei der entsprechenden Schaltung der Gleichrichter mit der zuvor beschriebenen Steuerverstärkung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Halbleitergleichrichter zu schaffen, der mit schwachen Steuersignalen und kleiner Kippspannung ij hohe Einschaltgradienten dvfdt und di/dt ermöglicht und in Zeit- und Temperaturverhalten derart stabilisiert ist daß weder unbeabsichtigte Einschaltungen noch Stromunsymmetrien bei Parallelschaltung, noch thermische Beschädigungen auftreten.

Diese Aufgabe wird erFmdungsgemäß durch die vom Patentanspruch 1 erfaßten Maßnahmen gelöst

Da bei dem erfindungsgemäßen steuerbaren Halbleitergleichrichter die Steuerelektrode zwischen dem äußeren Bereich und dem Hilfsbereich Hegt, werden beim Anlegen eines Steuersignals an die Steuerelektrode ein Teil eines Hauptgleichrichters mit der einen äußeren Zone und em Teil eines Hilfsgleichrichters mit der Hilfszone annähernd gleichzeitig eingeschaltet während bei dem bekannten Gleichrichter der eingangs beschriebenen Ar anfangs nur ein Teil eines Hilfsgleichrichters mit der Hilfszone eingeschaltet wird. Daher wird im Vergleich zum Stand der Technik die Kippspannung vermindert und der zeitliche Stromgradient di/dt unmittelbar nach dem Einschalten erhöht. Weiter ist bei dem erfindungsgemäßen Gleichrichter die eine äußere Zone und die Zwischenzone entweder durch eine Hauptelektrode oder die Hilfselektrode kurzgeschlossen, so daß Leck- und Verschiebungsströme an der Stelle, an der die Steuerelektrode und die Hilfszone angeordnet sind, über die eine Hauptelektrode abgeleitet werden können, ohne daß sie über den pn-übergang fließen müßten. Hierdurch kann beim erfindungsgemäßen Halbleitergleichrichter der zeitliche Spannungsgradient dv/dt gegenüber bekannten Gleichrichtern wesentlich erhöht werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs 2.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel

des Gleichrichters,
F i g. 2 den Schnitt U-Il in F i g. 1. F i g. 3 in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gleichrichters,

F i g. 4 den Schnitt IVlV in F i g. 3, F i g. 5 in Draufsicht ein weiteres Ausfühmngsbeispie des Gleichrichters und

F i g. 6 den Schnitt Vl-Vl in F i g. 5. 1' den F i g. 1 und 2 ist ein erstes Ausfühmngsbeispie des steuerbaren Halbleitergleichrichters gezeigt Da Halbleitersubstrat 1 besteht aus vier zusammenhängen den Schichten bzw. Zonen Pe, Nb, Pb und N alternierend unterschiedlichen Leitungstyps zwischei 65 einem Paar einander gegenüberliegender Hauptobei flächen 11 und 12. Die Schicht Pe (im folgende Pf-Schicht) ist eine p-leitende Emitterschicht, di Schicht Ws (im folgenden Νβ-Schicht) ist eine n-leitend

S"

Basisschicht, die mit der /^Schicht einen ersten pn-Übergang Vi bildet die Schicht Pb ist eine p-leitende Basisschicht (im folgenden /VZone), die mit der /Vß-Schicht einen pn-Übergang V2 bildet und die Schicht Ne ist schließlich eine η-leitende Emitterschicht (im folgenden MrZone), die mit der /VZone einen dritten pn-Übergang J₃ bildet

Der η-leitende Hilfsbereich 13 ist von der /v>Zone durch die /VZone isoliert Der Hilfsbereich 13 erstreckt sich über eine kleinere Fläche als die Λ/ρ Zone. Eine >° Oberfläche des η-leitenden Hilfsbereichs 13 ist in die Pß-Zone eingebettet während die andere Oberfläche in der Ebene der Hauptoberfläche 12 des Substrats 1 freiliegt Mit der P^Schicht ist unter Bildung eines ohmschen Kontaktes eine Hauptelektrode 2 verbunden. ¹S Die Hauptelektrode 2 ist auf der Hauptoberfläche U des Substrats 1 ausgebildet Die gegenüberliegende Hauptelektrode 3 bildet einen ohmschen Kontakt zur Nf-Zone auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche 12 Im Randbereich der Hauptelektrode 3 ist ein » Vorsprung 31 ausgebildet der den dritten pn-Übergang J₃ an einer Stelle kurzschließt die entfernt vom Hilfsbereich 13, vorzugsweise diesem diametral gegenüber liegt Eine Steuerelektrode 4 ist auf der freiliegenden Oberfläche der Pß-Zone an einer Stelle *j zwischen der Νε-Schicht und dem Hilfsbereich 13 ausgebildet Auf der Oberfläche der Pß-Zone, die die Hauptoberfläche 12 des Substrats mitbildet ist eine Hilfselektrode 5 in der Weise angeordnet daß ein Teil dieser Elektrode einen Kontakt zum Hilfsbereich 13 bildet während der restliche Bereich der Hilfselektrode der Peripherie der /v>Zone unter Wahrung eines bestimmten vorgegebenen Abstandes gegenüber liegt Diese umschließende Anordnung, die einen konstanten Zwischenabstand wahrt ist in der F i g. 1 dargestellt Die Hilfselektrode 5 steht mit dem Hilfsbereich 13 weiterhin elektrisch in der Weise in Verbindung, daß der Oberflächenbereich des Hilfsbereichs 13 frei bleibt der der Steuerelektrode 4 zugekehrt ist Die Hilfselektrode 5 steht weiterhin im Kontakt mit der Pß-Zone, und zwar im Bereich der äußeren Peripherie derselben jenseits bzw. außerhalb des Hilfsbereichs 13 (Fig. 1 und 2). Die Steuerelektrode 4 ist so angeordnet daß die Vierschichtenstruktur mit dem Hilfsbereich 13 etwas eher einschaltbar ist als der Vierschichtenbereich, der der NfZone zugeordnet ist Mit anderen Worten ist die Struktur also so dimensioniert daß die Dichte des Steuerstroms /α, der von der Steuerelektrode 4 in den Hilfsbereich 13 fließt größer ist als die Dichte des Steuerstroms ia> der von der Steuerelektrode 4 in die Afe-Zone fließt Zu diesem Zweck ist die Steuerelektrode 4 vorzugsweise näher am Hilfsbereich 13 angeordnet Alternativ dazu kann der Bereich der Pß-Zone, der zwischen der Steuerelektrode 4 und der /v>Zone liegt dünn gehalten werden. SS

Der Gleichrichter arbeitet wie folgt: Im gesperrten Zustand liegt zwischen den Hauptelektroden 2 und 3 eine Spannung in der Weise, daß die Elektrode 3 auf hohem Potential liegt Beim Anlegen einer Steuerspannung zwischen der Steuerelektrode 4 und der Hauptelektrode 3, wobei die Steuerelektrode 4 auf hohem Potential üegt, beginnt ein Steuerstrom von der Steuerelektrode 4 in den Hifisbereich 13 und die AfcZone zu fließen. Der Betrag des Steuerstroms wird durch den Widerstand auf dem Pfad von der *5 Steuerelektrode 4 fiber den Hilfsbereich 13 und die Hntselektrode 5 zur Afe-Zone und durch den Pfad von der Steuerelektrode 4 direkt zur Afe-Zone bestimmt Da ein größerer Anteil des Steuerstroms in den Hilfsbereich 13 und nicht in die NE-Zone bei der zuvor beschriebenen Anordnung der Elemente fließt, wird zunächst der Vierschichtenbereich der Struktur eingeschaltet der durch den Hilfsbereich 13 als äußerster Schicht definiert ist Durch die Hilfselektrode 5 fließt in die zu dieser Hilfselektrode 5 benachbarte gegenüberliegende /WZone ein Lastst.om /71. Dadurch wird der Vierschichtenbereich eingeschaltet dessen äußerste Schicht durch die Nc-Zone definiert ist Dieses Einschalten erfolgt dabei in dem Randbereich der A/f-Zone, der der Hilfselektrode 5 gegenüberliegt Der Steuerstrom, der von der Steuerelektrode 4 in den dieser gegenüberliegenden Bereich der AfcZone fließt, ist kleiner als die Dichte des Steuerstroms, der in den Hilfsbereich 13 fließt Dadurch erfolgt das Einschalten der /v>Zone mit einer geringen zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Einschalten desjenigen Vierschichtenbereiches, der durch den Hilfsbereich 13 als äußerste Zone definiert ist Auf diese Weise vermag die Struktur eine sehr große Anstieggeschwindigkeit di/dt in der Anfangsphase des Einschaltvorganges aufzunehmen.

Um diese Betriebsweise mit einem Gleichrichter nach dem Stand der Technik zu erzielen, muß die zwischen den Hauptelektroden angelegte Spannung größer als die kleinste Spannung sein, die erforderlich ist den Laststrom /Vi aufgrund des Steuerstroms /ei zu erzeugen. Im Gegensatz dazu ermöglicht der Gleichrichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Einstellung des Laststroms /72 aufgrund des Steuerstroms im selbst dann, wenn der Laststrom /71 nicht auftreten kann, da die zwischen den Hauptelektroden liegende Spannung zu niedrig ist Mit anderen Worten beginnt also der Laststrom /72 bereits bei einer äußeren Spannung zu fließen, die niedriger als die Spannung ist die für den Laststrom /Yi erforderlich ist Diese Differenz entspricht dem Wert des Spannungsabfalls durch den Laststrom /Vi, der von der Hilfselektrode 5 durch die Pß-Zone in die NpZone fließt Dadurch kann die zum Einschalten des Gleichrichters zwischen den Hauptelektroden erforderliche Mindestspannung, also die Kippspannung, gegenüber den Halbleitergleichrichtern nach dem Stand der Technik wesentlich gesenkt werden. Gleichzeitig können hohe Einschaltstromanstiege d//df aufgenommen werden. Es wird also ein steuerbarer Gleichrichter erhalten, der keine oder nur vernachlässigbare Stromunsymmetrien in Parallelschaltungen erzeugt Da weiterhin ein einen Teil der Hauptelektrode 3 bildender Vorsprung 31 so angeordnet ist daß er den dritten pn-Übergang J₃ kurzschließt werden sowohl ein Verschiebungsstrom als auch ein im Gleichrichter erzeugter Sperrstrom, die insbesondere in den Randbereichen des Halbleitersubstrats entstehen können, von der Hilfselektrode 5 gesammelt und ffieBen über den Vorsprang 31 in die iv>Zone, ohne durch den dritten pn-Übergang J₃ zu fließen. Dadurch kann im Gleichrichter der Erfindung auch der zehüche Spannungsverlauf d v/dt wesentlich erhöbt weiden.

Ein zweites Ausfühnmgsbeispiel der Erfindung ist in den Fig.3und4dargestefltDasgezje%teAusfühnmgsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gieichrichter dadurch, daß ein Tefl des dritten pn-Überganges J₃ durch einen TeO der Hilfselektrode 5 kurzgeschlossen ist Wie in den Figuren dargestellt, ist ein freiliegender Teil des dritten pn-Öberganges Jy, der von der Steuerelektrode 4 er vorzugsweise dieser diametral gegenüber, fiegt, teOwetse in den von der Hilfselektrode S gedeckten Bereich ausgeweitet und

dort mit dieser elektrisch leitend verbunden. Im übrigen entspricht der Aufbau des in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiels des Gleichrichters dem im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 beschriebenen Aufbau. Selbst wenn der in den F i g. 3 und 4 dargestellte Gleichrichter in den einzelnen Mitteln und geometrischen Anordnungen und Maßnahmen zur Verbesserung der dv/df-Belastbarkeit von dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gleichrichter abweicht, so wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Anordnung in der gleichen Weise wie durch die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Anordnung gelöst.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 5 und 6 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist durch eine zentral angeordnete Steuerung charakterisiert. Die /VpZone ist in der Weise ringförmig ausgebildet (Fig.5 und 6), daß innerhalb des inneren Randes der AtZone im Zentrum der Struktur die /VZone mit einer Oberfläche freiliegt Der n-leitende Hilfsbereich 13 ist in dem von der /Vf-Zone umschlossenen Bereich der /VZone so ausgebildet, daß eine Oberfläche des Hilfsbereichs freiliegt Die Hauptelektrode 3 ist auf der Oberfläche sowohl der Nf-Zone als auch der /VZone angebracht, die außerhalb des Bereiches der Νε-Zone liegt und sich konzentrisch um deren Außenrand herum erstreckt Die Steuerelektrode 4 ist auf der P#-Zone zwischen dem Hilfsbereich 13 und der Nf-Zone angebracht. Im wesentlichen im Kontakt mit der Überfläche der Ps-Zone und teilweise im Kontakt mit der Oberfläche des Hilfsbereichs 13, und zwar auf der Seite des Hilfsbereichs 13, der der Steuerelektrode 4 abgekehrt ist, ist die Hilfselektrode 5 in der Weise angebracht, daß ihre äußere Randkontur dem Innenrand der N£-Zone mit vorgegebenem und vorzugsweise im wesentlichen konstantem Abstand zum Rand der NpZone gegenüberliegt.

Wie auch in den zuvor beschriebenen Beispielen ist der geometrischen Anordnung der Steuerelektrode 4 besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Hinsichtlich einer Verbesserung der Spannungseinschaltung, also der Zunahme des Spannungsgradienten dv/df. lassen sich mit der zuvor beschriebenen zentralen Anordnung der Steuerelektrode im Vergleich zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen verbesserte Wirkungen erzielen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die größten Anteile des Sperrstroms in den Randbereichen des Halbleitersubstrats erzeugt werden. Es ist daher erforderlich, unter Nebenschließen des dritten pn-Überganges den Sperrstrom in die /VVZone zu leiten. Zu diesem Zweck

ίο ist der gesamte freiliegende Bereich des dritten pn-Überganges J₃, der sich entlang des äußeren Umfanges der /v>Zone erstreckt, durch die Hauptelektrode 3 in der in den F i g. 5 und 6 gezeigten Weise durch Überlappung der Elektrode auf den Pe-Bereich kurzgeschlossen. Der Sperrstrom kann also direkt in die Νε-Zone abfließen, ohne die Pß-Zone in einer Richtung parallel zur Hauptoberfläche 3 durchfließen zu müssen. Dadurch wird die Fähigkeit der Struktur zur Erzielung erhöhter Spannungsgeschwindigkeiten dv/di wesentlich verbessert.

Die Fähigkeit zur Erhöhung der Spannungseinschaltgeschwindigkeit dv/df kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß man zum Kurzschließen des dritten pn-Überganges /3 an einer von der Steuerelektrode 4 entfernt liegenden Stelle in dem in den Fig.5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel am Innenrand der Hauptelektrode 3 in der in F i g. 1 dem Vorsprung 31 entsprechenden Weise einen Vorsprung ausbildet oder indem man in der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Weise einen Vorsprung 14 der Ne-Zone unter die Hilfselektrode 5 ausbildet.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung können die beschriebenen Schichtenfolgen hinsichtlich des Leitungstyps umgekehrt werden. Weiterhin können die Λ/f-Schicht und die Hilfselektrode 5 kammartig gezahnt und miteinander verzahnt sein. Weiterhin kann in dci ersten beiden Ausführungsbeispielen die Hilfselektrode 5 in einer anderen geometrischen Konfiguration als der gezeigten ringförmiger ausgebildet sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

109515/3

Claims

Patentansprüche:

L Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiterkörper mit vier zwischen einander gegen- s aberliegenden Hauptaberfläehen liegenden, zusammenhängenden Zonen alternierenden Leitungstyps, bei dem wenigstens eine der beiden Hauptoberflächen von der freiliegenden Oberfläche einer der beiden äußersten der vier Zonen und einer an diese angrenzende Zwischenzone gebildet wird, bei dem ein Hauptelektrodenpaar auf den Hauptoberflächen mit je einer der beiden äußeren Zonen kontaktiert ist, bei dem eine Steuerelektrode so auf der durch die beiden benachbarten Zonen gebPdeten Hauptoberfläche angebracht ist, daß sie mit der Zwischenschicht in Kontakt steht, bei dem in der Zwischenzone eine Hilfszone mit zu dieser entgegengesetzem Leitungstyp liegt, deren eine Oberfläche in der durch die Zwischenzone mitgebildeten Hauptoberfläche liegt und kleiner als die ebenfalls in der Hauptoberfläche liegende Oberfläche der entsprechenden äußersten Zone ist, bei dem auf derselben Hauptoberfläche eine Hilfselektrode angeordnet ist, wobei ein Teilflächenbereich der Hilfselektrode mit der Hilfszone kontaktiert ist und der verbleibende Flächenbereich in Kontakt mit der Zwischenschicht steht, bei dem die Hilfselektrode in einem Abstand gegenüber der mit ohmschem Kontakt zur äußersten Zone angebrachten Haupteleketrode ist, und bei dem der zwischen der äußeren Zone und der Zwischenschicht gebildete pn-Obergang an einer von der Steuerelektrode entfernt liegenden Stelle kurzgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (4) zwischen der äußeren Zone (Ne) und der Hilfszone (13) je in einem Abstand von denselben angeordnet ist, und daß der freiliegende Randbereich des pn-Obergangs (Ji) zwischen der äußeren Zone und der Zwischenzone CPb) durch einen Teil der Hilfselektrode (5) oder durch einen Teil der einen Hauptelektrode (3) kurzgeschlossen ist
2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hilfselektrode (5) längs des Umfanges der äußeren Zone (Ne) erstreckt