DE2549563C2 - Lichtzündbarer Thyristor - Google Patents
Lichtzündbarer ThyristorInfo
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- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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Description
Die Erfindung betrifft einen lichtzündbaren Thyristor mit. einer ersten Emitterzone, einer dieser benachbarten
Steuerbasiszone, einer Hauptbasiszone und einer zweiten Emitterzone, bei dem die erste Emitterzone in
mehrere voneinander durch Anteile der Steuerbasiszone getrennte Bereiche unterteilt ist, von öenen ein
Bereich zum Zünden des Thyristor mittels Lichteinstrahlung dient und teilweise mit einem Kontakt
versehen ist, und die übrigen Bereiche dieser Emitterzone mit einem Kurzschlüsse mit der Steuerbasiszone
bildenden Kathodenkontakt versehen sind.
Bei einer Zündung durch Lichtenergie müssen anstelle der Ladungsträgerinjektion durch einen Steuerkontakt in den Basiszonen des Thyristors Ladungsträgerpaire erzeugt werden, wobei ein Teil der
Minoritäts-Ladungsträger über den mittleren, in Sperrrichiung belasteten PN-Übergang gelangen und einen
Pholostrom erzeugen. Dieser Photostrom wiederum bewirkt eine erhöhte Injektion des kathodenseitigen
Emitters und damit eine Rückkopplung des Zündvorgangs. Wegen der Stromabhängigkeit der Stromverslärkungsfaktoren in den beiden Teiltransistoren des
Thyristors wird im Fall ausreichend hoher Lichtanre
ίο
gung die Zündbedingung erreicht, daß die Summe der
Stromverstärkungsfaktoren 1 wird, Die Zuführung der
Lichtenergie erfolgt üblicherweise über die der Steuerbasis benachbarte Emitterzone, da auf diese
Weise eine lokalisierte Anregung bei hoher Anregungsdichte erreicht wird.
Bei lichtzündbaren Thyristoren ist eine ausreichende Störsicherheit gegen Zündvorgänge bzw. Störströme
notwendig, die durch den infolge Temperaturerhöhung ansteigenden Sperrstrom oder durch eine zu starke
Spannungsanstiegsgeschwindigkeit bei Belastung in Vorwärtsrichtung bewirkt wird.
In diesem Zusammenhang ist es aus der DE-OS
25 11 281 bekannt eine hohe Zündempfindlichkeit bei hoher Spannungsanstiegsgeschwindigkeit im wesentlichen dadurch zu erzielen, daß unter anderem Emitter-Basiskurzschlüsse vorgesehen sind.
Die durch eine hohe Spannungsanstiegsgeschwindigkeit oder Temperaturerhöhung bewirkten Ströme sind
bei einwandfreien Bauelementen etwa gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilt und werden im folgenden als
Stöfströme bezeichnet Dieses Problem tritt insbesondere im Zündbereich des Thyristors auf. Wird dieser
Bereich nämlich durch geometrische Dimensionierung und Dotierung zündempfindlich für eine niedrige
Anregungsdichte ausgelegt so tritt auch eine unerwünschte Zündung bereits bei geringen Störströmen
auf.
Aus der US-PS 36 97 833 ist der eingangs definierte lichtzündbare Thyristor mit Ausnahme der Emitter-Basiskurzschlüsse bekannt. Dieser Thyristor weist zur
Verstärkung der eingeleiteten Zündung zusätzlich einen Hilfsthyristor auf, der von dem den Laststrom
übernehmenden Hauptthyristor umgeben ist. Das Problem der Störströme wird in dieser Druckschrift
nicht angesprochen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lichtzündbaren Thyristor der eingangs genannten Art
insbesondere im Zündbereich für Lichteinstrahlung empfindlich zu machen und gleichzeitig dafür zu sorgen,
daß in diesem Bereich eine Störzündung durch kapazitive Ströme bei zu starker Spannungsanstiegsgeschwindigkeit oder durch erhöhte Sperrströme unterbleibt
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Randbereich der Steuerbasiszone ein
Kontakt vorgesehen ist, welcher in ohmscher Verbindung mit dem Kontakt des Zündbereichs der ersten
Emitterzone steht, so daß bei etwa gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilten Störströmen der Zündbereich
der ersten Emitterzone eine Potentialerhöhung der Steuerbasiszone erhält.
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Thyristors beruht darauf, daß die Störströme gleichmäßig über die
Thyristorfläche verteilt sind und insbesondere auch im Randbereich fließen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung tritt an dem Kontakt im Randbereich der Steuerbasiszone bei Fließen eines Störstromes eine Potentialerhöhung auf, die etwa 50 bis 100% der maximalen unter
dem Zündbereich auftretenden Potentialerhöhung der Steuerbasiszone isi. Zur Erzielung dieser Potentialerhöhung an dem Kontakt im Randbereich der Steuerbasiszone und damit im Zündbereich der Emitterzone wird
der transversale Widerstand der Steuerbasiszone zwischen dem Kontakt im Randbereich der Steuerbasis-
zone und dem benachbarten Rand des Kathodenkon-
\ takts entsprechend ausgelegt. Die erfjndungsgemäße
' Wirkung tritt jedenfalls dann auf, wenn bei der maximal möglichen d«/d (-Belastung des Thyristors das Potential
: im Zündbereich der ersten Emitterzone um wenigstens ä
0,1 bis 0,2 Volt angehoben wird.
Die Störsicherheit des gesamten Thyristors kann
dadurch erhöht werden, daß der Kathodenkontakt über den äußersten Bereich der übrigen Emitterzonen auf die
Steuerbasiszone übergreift Zur Erhöhung der Zünd- w
empfindlichkeit wird die Emitterzone im Zündbereich dünner als die übrigen Emitterbereiche gewählt, wie es
bereits aus der US-PS 36 97 833 bekannt ist
Das Wesen der Erfindung soll anhand zweier Figuren näher erläutert werden. Es zeigt
Das Wesen der Erfindung soll anhand zweier Figuren näher erläutert werden. Es zeigt
F i g, 1 einen lichtzündbaren Thyristor,
F i g. 2 den Verlauf des Potentials an verschiedenen Stellen des Thyristors bei Fließen eines Störstromes.
F i g. 2 den Verlauf des Potentials an verschiedenen Stellen des Thyristors bei Fließen eines Störstromes.
Der Thyristor 1 weist vier Zonen abwechselnd -·■ entgegengesetzten Leitungstyps in der Reihenfolge
; PNP auf, und zwar die zweite Emitterzone 2, die Hauptbasiszone 3 und die Steuerbasiszone 4. Die
-: N+-leitende erste Emitterzone ist in mehrere Bireiche
J unterteilt, von denen der zentrale Bereich 5 zur
ij Zündung des Thyristors dient Der innerhalb der gestrichelten Fluchtlinien in der Figur liegende Bereich
des Thyristors wird im folgenden als Zündbereich bezeichnet und kann auch als Hilfsthyristor zur
''-- Zündung des verbleibenden Hauptthyristors aufgefaßt ' werden. Die übrigen Emitterbereiche 6 dienen zur *()
': Führung des Laststromes und sind mit einem Kathodenkontakt 7 versehen. Die zweite Emitterzone 2 ist mit
dem Anodenkontakt 12 versehen. In dem Ausführungsbeispiel wurde ein kreisförmiger Zündbereich 5
angenommen, der von kreisringförmigen Emitterzonen i"1
umgeben ist, die wiederum von einem kreisringförmigen Kathodenkontakt bedeckt sind. Der Kathodenkontakt 7
bildet gleichzeitig Kurzschlüsse zwischen den Emitterbereichen 6 und der Steuerbasiszone 4. Auf diese Weise
wird bekanntlich (vgl. die DE-OS 25 11281) das «
Auftreten von Störzündungen im Hauptthyristor weitgehend vermieden.
Der Zündbereich 5, dessen Emitterfläche zur Lichteinstrahlung dient, weist bei dem Ausführungsbeispiel
einen ringförmigen, metallischen Kontakt 8 auf. Die Ljehtemstrahlung ist durch Pfeile symbolisch
angedeutet Am Rand der Steuerbasiszone 4 befindet sich ein weiterer ringförmiger Kontakt 9, der über eine
ohmsche Verbindung 10 mit dem Kontakt 8 in Verbindung steht Auf diese Weise wird erzielt, daß
insbesondere beim Fließen eines Störstromes das Potential der Steuerbasiszone 4 am Ort des Kontaktes 9
gleichzeitig auch über den Kontakt 8 auf den N+-leitenden Zündbereich 5 übertragen wird.
Die Funktion des lichtzündbaren Thyristors gemäß der Erfindung soll anhand der F i g. 2 erläutert werden.
Dort sind die Potentiale an drei Stellen des Thyristors aufgetragen, wie sie sich beim Fließen eines Störstromes
einstellen. F i g. 2b zeigt den Verlauf des Potentials ψ\ in
der Steuerbasiszone 4 unterhalb des Zündbereichs 5. Nimmt man das Kathodenpotential als Bezugspotential,
so steigt das Potential in der Steuerbasiszone von der innersten Kurzschlußstelle 11 an, erreicht in der Mitte
des Zündbereichs sein Maximum und fällt dann zu der entsprechenden Kurzschlußstelle auf der gegenüberliegenden
Seite ab. Die Fig,2a und 2r zeigen den
Potentialverlauf q>2, wie er sich bei der vorliegenden
beispielsweisen Thyristorausführung vom Rand des Kathodenkontakts bis zu dem Rand des Thyristors
einstellt Der Kontakt 9 wird nun an die Stelle der Potentialkurve gelegt, deren Potential zwischen 50 bis
100% des maximalen Potentials gemäß F i g. 2b beträgt
Da dieses Potential auch an der Zone 5 ansteht wird es gegenüber dem unbelasteten Fall um den gleichen
Betrag angehoben (gestrichelter Verlauf in F i g. 2b), so daß keine Injektion der Zone 5 über den zwischen den
Zonen 4 und 5 gebildeten PN-Übergang stattfindet und somit eine Störzündung unterbleibt Die Potentialerhöhung
im Zündbereich 5 der ersten Emitterzone wird bei gegebenem Störstrom durch den transversalen Bahnwiderstand
zwischen dem Kontakt 9 und dem ihm gegenüberliegenden Rand des Kontaktes 7 bestimmt. Er
läßt sich beispielsweise durch eine Querschnittsverminderung in diesem Bereich der Steuerbasiszone 4
einstellen und bewirkt in diesem Fall den relativ starken Anstieg des Potentials zwischen der gestrichelt
eingezeichneten Fluchtlinien.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Ljchtzundbarer Thyristor mit eiiner ersten Emitterzone, einer dieser benachbarten Steuerbasiszone, einer Hauptbasiszone und einer zweiten
Emitterzone, bei dem die erste Emitterzone in mehrere voneinander durch Anteile der Steuerbasiszone getrennte Bereiche unterteilt ist, von denen ein
Bereich zum Zünden des Thyristors mittels Lichteinstrahlung dient und teilweise mit einem Kontakt
versehen ist, und die übrigen Bereiche dieser Emitterzone mit einem Kurzschlüsse mit der
Steuerbasiszone bildenden Kathodenkontakt versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im
Randbereich der Steuerbasiszone (4) ein Kontakt (9) vorgesehen ist welcher in ohmscher Verbindung
(10) mit dem Kontakt (8) des Zündbereichs (5) der ersten Emitterzone steht so daß bei etwa gleichmäßig über die Thyristorfläche verteilten Störströmen
der Zündbereich (5) der ersten Emitterzone eine Potentialeriiöhung in der gleichen Richtung wie die
unter dem Zündbereich (5) auftretende Potentialen höhung der Steuerbasiszone (4) erhält
2. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Potentialerhöhung
im Zündbereich (5) der ersten Emitterzone etwa 50 bis 100% der maximalen, unter dem Zündbereich
auftretenden Potentialerhöhung der Steuerbasiszone (4) beträgt
3. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Potentialerhöhung
im Zündben'ich (5) durch den transversalen Widerstand der Steuerbasiszone (4) zwischen dem Kontakt
(9) im Randbereich der Steuerbasiszone und dem benachbarten Rand des Kathodenkontaktes (7)
bestimmt ist
4. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der
Kathodenkontakt (7) über den äußersten Bereich der übrigen Emitterzonen (6) auf die Steuerbasiszone (4) übergreift
Priority Applications (5)
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Family Applications (1)
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Family Cites Families (3)
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-
1976
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- 1976-11-05 GB GB4619876A patent/GB1551424A/en not_active Expired
- 1976-11-05 FR FR7633505A patent/FR2331155A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
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BE847790A (fr) | 1977-02-14 |
FR2331155A1 (fr) | 1977-06-03 |
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GB1551424A (en) | 1979-08-30 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8126 | Change of the secondary classification |
Ipc: H01L 29/74 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EUPEC EUROPAEISCHE GESELLSCHAFT FUER LEISTUNGSHALB |
|
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |