DE2712533B2

DE2712533B2 - Abschaltbarer Thyristor

Info

Publication number: DE2712533B2
Application number: DE2712533A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ishibashi; Tetsuro Sueoka
Original assignee: KK Meidensha Tokio
Current assignee: KK Meidensha Tokio
Priority date: 1977-03-15
Filing date: 1977-03-22
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2712533C3; US4092703A; DE2712533A1

Description

Die Erfindung betrifft einen abschaltbaren Thyristor mit einem vier Schichten von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp aufweisenden Halbleiterbauelement, mehreren Kathodenelementen, die jeweils eine aus der ersten Schicht gebildete Kathoden-Emitter-

« schicht und eine darauf aufgebrachte Metallschicht aufweisen, einer auf der vierten Schicht befindlichen Anode und mehreren auf der zweiten Schicht angeordneten, jedes der Kathodenelemente zum größten Teil umfassenden Steuerelektrodenelementen.

«ο Ein derartiger Thyristor ist aus üer US-PS 36 09 476 bekannt

Beim bekannten abschaltbaren Thyristor läßt sich zwar zwischen der Kathode und der Steuerelektrode ein geringer Widerstand und somit eine Verringerung der vom Gleichrichter aufzunehmenden Verlustleistung erzielen, jedoch ergeben sich zwischen den Kathodenelementen und den Steuerelektrodcnelementen insgesamt große Längen der sich gegenüberliegenden Elektrodenteile. Hieraus resultiert, daß man einen

so hohen Steuerstrom benötigt, um den Thyristor auf Durchlaß zu schalten. Dies beruht darauf, daß zu jedem Kathodenelement vom entsprechenden Steuerelektrodenelement über die relativ große Länge der sich gegenüberliegenden Teile der Steuerelektrode und der Kathode hin Strom geliefert werden muß. Außerdem muß der Steuerstrom ständig an die Steuerelektrode geliefert werden und nicht nur dann, wenn der Thyristor gezündert wird. Bei Stromschwankungen, insbesondere wenn der Thyristor in einem inverter oder in einer Unterbrecherschaltung beim Antrieb eines Motors verwendet wird, kann es aufgrund der Stromschwankungen vorkommen, daß der Verbraucherstrom den Haltestrom des Thyristors erreicht. Ein Teil der Kathoden und Steuerelektrodenelemente kann dann in den Sperrzustand umgeschaltet werden, während ein Teil der Kathoden-Emitterschichten leitfähig bleibt. Wenn ein derartiger Zustand herrscht, benötigt man eine relativ lange Zeit, um den Leitfähigkeitsbereich

wieder auszudehnen, da die Kathode in mehrere Kathodenelemente unterteilt ist Insofern besteht die Gefahr, daß die Stromdichte in einem Teil der Kathodenelemente ziemlich stark ansteigt. Dies beeinträchtigt das Umschalten des Thyristors in den Sperrzustand. Zudem besteht die Gefahr der allmählichen Zerstörung des Thyristors. Dies beruht darauf, daß ein Teil der Kathodenbereiche stromführend sind, während andere Bereiche nichtleitend sind und der leitfähige Bereich sich auch nicht ausdehnt

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Thyristor unter Beibehaltung der Abschalteeigenschaften so zu verbessern, daß der Durchlaßzustand bei relativ geringem Steuerstrom auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn der Hauptstrom aufgrund von Verbraucherschwankungen in den Bereich des Haltestromes kommt

Diese Aufgabe wird beim Thyristor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß eine erste zur Einschaltung und Aufrechterhaltung des Durchlaßzustandes dienende Steuerelektrode den Bereichen der Kathodenelemente gegenüberliegend ingeordnet ist die von den die Kathodenelemente größtenteils umfassenden eine zweite zum Ausschalten dienende Steuerelektrode bildenden Steuerelektrodenelementen frei bleiben.

Vorteile der Erfindung sind folgende:

Man kann leicht eine Fehlfunktion des Thyristors verhindern, indem man ständig einen geringen Steuerstrom der ersten Steuerelektrode während des Durchlaßzustandes anlegt Man verhindert selbst dann eine Fehlfunktion, wenn der Verbraucherstromkreis unstabil ist aufgrund einer schwankenden Last

Das Anwendungsspektrum reicht bis zu hochfrequenten Verbrauchern und solchen mit hochtransienten Lastströmen.

Anhand der beiliegenden Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im folgenden noch beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines abschaltbaren Thyristors als Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch den Thyristor in der F i g. 1 längs der Schnittlinie IMI;

Fig.3 eine Ansicht von oben eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung;

F i g. 4 eine Ansicht von oben eine" gegenüber dem in der Fig.3 dargestellten Halbleiterbauelement abgeänderten Thyristors;

Fig.5 einen gebrochenen vertikalen Schnitt durch das Bauelement in der Fig.4 entlang der Schnittlinie V-V;

Fig.6 in gebrochener Darstellung einen Thyristor, welcher gegenüber den Ausfuhrungsformen in den F i g. 4 und 5 abgeändert ist;

F i g. 7 in gebrochener Darstellung eine Ansicht von oben eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig.8 in gebrochener Darstellung einen vertikalen Schnitt durch das Bauelement der F i g. 7 entlang der Schnittlinie VIII-VIII;

Fig.9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 10 eine Ansicht von oben eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 11 schematisch die Anordnung der Elektroden und deren Verschaltung bei einem Bauelement der Fig. 10;

Fig. 12 eine Ansicht von oben eines Bauelementes,

welches gegenüber der Ausführungsform in der F i g. Iu abgeändert ist;

F i g. 13 einen vertikalen Schnitt durch einen Teil des Ausführungsbeispiels in der Fig. 12 entlang der

Schnittlinie XV-XV;

Fig. 14 eine Ansicht von oben eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

F i g. 15 eine Ansicht von oben einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 14 abgeänderten

ίο Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren sind abschaltbare Thyristoren dargestellt Diese enthalten ein Halbleiterbauelement 1, dessen Hauptmasse N-leitend ist und von einer N 1-Schicht (dritte Schicht des Halbleiterbauelementes) gebildet wird. Ferner ist eine, die vierte Schicht des Halbleiterbauelementes bildende Pl-Schicht vorgesehen, welche ein P-leitender Bereich ist Eine P 2-Schicht 2, welche die zweite Schicht des Halbeitei-bauelementes 1 bildet, ist als P-leitender Bereich ausgebildet und mehrere, die erste Schicht des Halbleiterbauelementes bildende N 2-Schichten 3 sind als X-leitende Bereiche ausgebildet und im Abstand voneinandsr als Oberflächenzonen angeordnet Metallschichten 4, die auf jeder Oberfläche der N 2-Schichten 3 angeordnet sind, bilden zusammen mit den N 2-Schichten Kathodenelemente.

Eine Saugelektrode 5 ist als gemeinsame Elektrode mit

allen Metallschichten 4 verbunden. Die Schichten 3, 4 und die Saugelektrode 5 bilden eine Kathode K.

Zwei kammförmige Metallschicht 6 und 8, welche

Steuerelektrodenelemente bilden, sino auf einer Oberfläche der P 2-Schicht 2, welche jede der N 2-Schichten 3 umfaßt, angeordnet Die Metallschicht 6 besteht aus einem metallischen Verbindungsstreifen 7a, der im Abstand vom einen Ende einer jeden Metallschicht 4 angeordnet ist und aus mehreren Vorsprüngen 7b, welche sich in Richtung auf die Metallschichten 4 hin erstrecken. Die Metallschicht 8 bestellt aus einem metallischen Verbindungsstreifen 9a, der im Abstand von dem anderen Ende einer jeden Metallschicht 4 angeordnet ist sowie aus mehreren relativ dünnen, streifenförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelementen 9b. Diese erstrecken sich vom metallischen Verbindungsstreifen 9a in Richtung auf den metallischen Verbindungsstreifen 7a entlang der N 2-Schichten 3.

Eine Anschlußelektrode 10 ist auf dem metallischen Verbindungsstreifen 7a der Metallschicht 6 und eine Anschlußelektrode 11 ist auf dem metallischen Verbindungsstreifen 9a der Metallschicht 8 aufgebracht Eine erste Steuerelektrode G1 besteht aus der Metallschicht 6 und der Anschlußelektrode 10. Eine zweite Steuerelektrode G 2 enthält die Metallschicht 8 und die Anschlußelektrode 11.

Wie aus F i g. 1 zu ercehen ist, umfaßt die Steuerelekt'odtniSnordnung die Kathodenanordnung K, wobei die Steuerelektrodenanordnung in die erste Steuerelektrode G1 und die zweite Steuerelektrode G 2 unterteilt ist Eine Metallschicht 12 ist auf der Oberfläche der P 1-Schicht angeordnet Eine Leitung 13 ist mit der Metallschicht II'verbunden. Durch die Metallschicht Yi und die Leitung 13 wurde eine Anode A gebildet

Ein Bauelement der vorbeschriebenen Art kann wie folgt hergestellt werden:

Es wird zunächst eine schwach N-Ieitende Siliziumscheibe hergestellt. Durch Diffusion von Gallium

μ werden an jeder S'^;rnfläche der Scheibe die Pl- und P 2-Schichten erzeugt. Durch Diffusion einer N-Schicht bis in eine bestimmte Tiefe wird die Kathodenschicht N 2 gebildet. Schließlich wird eine Aluminiumschicht

aufgedampft, welche eine Ohmsche Elektrode bildet.

Im Betrieb wird ein Ein-Signal von der ersten Steuerelektrode G und ein Aus-Signal von der zweiten Sneuerelektrode (72 geliefert. Eine Diode 14 ist mit ihrer Anode mit der zweiten Steuerelektrode G 2 und der Kathode mit der ersten Steuerelektrode G1 verbunden. Wenn ein Ein-Signal von einem äußeren Sleuerelektrodenanschluß G geliefert wird, flieBt der Steuerstrom, der bewirkt, daß ein Teil der N 2-Schicht 3 auf der Seite der zweiten Steuerelektrodenanordnung G 2 eingeschaltet wird, so daß der Hauptstrom von der Anode A zur Kathode K zu fließen beginnt. Beim Fließen des Hauptstroms verbreitert sich der leitende Bereich in der N 2-Schicht 3 auf alle Bereiche der N 2-Schicht 3 ausgehend von dem Bereich der N 2-Schicht 3, an welcher die zweite Steuerelektrode G 2 angeordnet ist.

Beim Ausschalten wird der Ühergane. welcher von der P 2-Schicht 2 und der N 2-Schichr3 gebildet wird, in Sperrichtung betrieben.

Die Diode 14 verhindert dabei, daß der gesamte Bereich der N 2-Schicht 3 in den Sperrzustand zurückgesetzt wird.

Die Fig. 3 zeigt eine modifizierte Ausführungsform des Ausführungsbeispiels in der Fig. 1. Beim Ausführungsbeispiel in der F i g. 3 enthält die erste Steuerelektrode G 1 die Metallschicht 6, welche einen metallischen Verbindungsstreifen Ta und mehrere Vorsprünge Tc aufweist. Die Vorsprünge erstrecken sich vom metallischen Verbindungsstreifen Ta in Richtung auf die Steuerelektrodenelemente 96 der Metallschicht 8 hin. welche die zweite Steuerelektrode G 2 bilden. Die übrigen Teile des Bauelements in der F i g. 3 sind in der gleichen Weise ausgebildet wie beim Bauelement in der Fig. 1.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispie!, bei welchem die Diode als Diodenschichten D im beispielsweise in der Fig. 3 dargestellten Halbleiterbauelement 1 integriert sind. Zunächst wird bei der Herstellung dieses Bauelements eine N 3-Schicht 15 durch Diffusion in die P 2-Schicht 2 hergestellt, so daß jede N 2-Schicht 3 überbrückt wird. Die N 2-Schicht 3 und die N 3-Schicht 15 werden durch gleichzeitige Diffundierung der Verunreinigung hergestellt. Die Diodenschicht D wird durch die N 3-Schicht 15 und durch Kontaktieren mit der Metallschicht 6 im Überlappungsbereich gebildet.

Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, kann ein Bereich 22 auf der Oberfläche der P 2-Schicht 2 durch photoelektrisches Ätzen erzeugt werden. Die erste Steuerelektrode Cl und die zweite Steuerelektrode G 2 besitzen den gleichen Aufbau wie im Ausführungsbeispiel der F i g. 3.

Zur Kontaktierung kann ein Lötmetall auf die Kathoden-Emitterschicht, d.h. auf die N 2-Schicht 3 aufgebracht und durch die Metallschicht 5 kontaktiert werden und die Metallschicht 6 von der Metallschicht 8 getrennt werden. Andererseits ist es möglich, die Oberfläche der P 2-Schicht 2, welche mit der Steuerelektrode kontaktiert werden soll, mit einer Eingravierung in einer bestimmten Breite zu versehen. Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, ist die Oberfläche der P 2-Schicht 2, welche die N 2-Schicht 3 (Kathoden-Emitterschicht) umgibt, sowie die Oberfläche der N 3-Schicht 15 bis auf etwa die mittlere Tiefe der N 2-Schicht 3 durch Ätzen abgetragen. Die Metaüschichten 6 und 8 sind mit den eingravierten Teilen der P 2-Schicht 2 in Kontakt

Ferner können beim Ausführungsbeispiel die Diodenschichten D durch Inselbildung der N 3-Schicht 15a vom N-Typ und durch anschließendes Verbinden mit der Metallschicht 6 im Überlappungsbereich 16, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, hergestellt werden.
Wenn bei der Anordnung in den F i g. 4 und 5 das

', Halbleiterbauelement 1 gezündet wird, wird der Steuerstrom über die Metallschicht 6 von der AnschluB-elektrode 10 zur N 2-Schicht 3 geliefert. Dabei wird der Teil der N 2-Schicht 3, welcher auf der Seite der ersten Steuerelektrode G 1 sich befindet, gezündet. Im Laufe

in der Zeit wird dann der gesamte Bereich der N 2-Schicht 3 eingeschaltet. Beim Ausschalten fließt der Strom / entlang eines Stromweges, der durch die Kathodenlimitterschicht, die P 2-Schicht 2. die N 2-Schicht 3. die P 2-Schicht 2, die N 3-Schicht 15 und die Metallschicht 6

r, gebildet wird. In der Fig. 5 ist dies durch strichlierte Linien angedeutet. Die N 3-Schichten 15 sind 15.·». welche in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, haben die gleiche Funktion wie die Diode 14 beim Ausführungsbeispiel in der Fig. 2. Beim Ausführungsbeispiel der

2(i Fig. 4 und 5 schließt die N 3-Schicht 15 die Metallschicht 6 welche die Steuerelektrode bildet sowie die N 2-Schicht 3 kurz. Man erhält hierdurch einen feldeinleitcnden Aufbau, da ein P 2-N 2-Übergang in Durchlaßrichtung aufgrund des Widerstandes in Quer

>5 richtung der N 3-Schicht 15 vorhanden ist. Obgleich die Empfindlichkeit der Steuerelektrode sich etwas verringert, wi'kt sich dies in der Praxis nicht nachteilig aus. Die Wirkungsweise dieses Bauelementes ist die gleiche wie die des Bauelements in der F i g. 2.

ίο In den Fig. 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das in einem kleinen Bereich eine N 4-Schichi 18 besitzt, die durch Diffusion von N-Verunreinigungen in die Oberfläche der P 2-Schicht 2 hergestellt ist. Die N 4-Schicht 18 befindet sich in der

V) P 2-Schicht 2 und ist getrennt von der N 2-Schicht 2. Ein Teil der Oberfläche der N 4-Schicht 18 steht in Kontakt mit der Metallschicht 8 der zweiten Steuerelektrode G 2. Eine Metallschicht 17 ist im Abstand von der N 4-Schicht 18 auf der Oberfläche der P 2-Schicht 2 auf der entgegengesetzt zur ersten Steuerelektrode G1 liegenden Seite bezüglich der N 2-Schicht 3 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Hilfsthyristor durch die P 1-Schicht, die N 1-Schicht, die P 2-Schicht 2 und die N 4-Schicht 18 gebildet.

In der F i g. 8 ist das Prinzip dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch dargestellt. Die Metallschicht 17 ist zusammen mit der ersten Steuerelektrode G 1 mit dem äußeren Steuerelektrodenanschluß G verbunden. Wenn beim Bauelement in der Fig. 8 der Steuerstrom an die Kathode K vor dem äußeren Steuerelektrodenanschluß G bei Durchlaßzustand gelegt wird, verteilt sich der Steuerstrom auf die Metallschicht 6 und die Metallschicht 17. Der Strom, welcher durch die Metallschicht 6 fließt, zündet einen Teii der Kathoden-Emitterschicht, welcher auf der Seite der Metallschicht 6 liegt Gleichzeitig steuert der Strom, welcher durch die Metallschicht 17 fließt den kleinen Bereich des Hilfsthyristors, der aus den PI-Nl-P 2-N 4-Schichten gebildet wird, in den Durchlaßzustand. Der Strom fließt aus der N 4-Schicht 18 in die N 2-Schicht 3 (Kathoden-Emitterschicht) über die zweite Steuerelektrode G 2 und zündet die Kathoden-Emitterschicht 3. Bei diesem Ausführungsbeispiei wird der von der Metallschicht 17 kommende Strom durch den Hilfsthyristör verstärkt Der in der F i g. 8 dargestellte Thyristor wird durch die gleiche Funktionsweise wie das Ausführungsbeispiei in den F i g. 4 und 5 ausgeschaltet. Wenn der Überlappungsbereich 16 beim Bauelement

der Fig.8 nicht vorgesehen ist, ist es notwendig, die Diode 14 zwischen die Metallschichten 6 und 8 zu schalten, wie es durch die strichlierten Linien dargestellt ist.

Die F i g. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der ■> Erfindung. Eine relativ schmale und relativ lange rechteckige Insel 3 vom N-Typ ist auf der Oberfläche der P J Schicht 2a vorgesehen. Ferner ist die kammförmige Metallschicht 8 auf der Oberfläche der P 2-Schicht angeordnet. Die andere kammförmige Metallschicht 6 ist auf der anderen Seite der P 2-Schicht angeordnet. Die Metallschicht 6 weist mehrere Vorspriinge 76 auf, die sich in Richtung auf eine der Kanten der Metallschicht 3 der Kathode K erstrecken. Mehrere hochohmige Widerstandsschichten 21 sind außerdem auf der Oberfläche der P 2-Schicht vorgesehen. Jede dieser Widerstandsschichten ist zwischen den Vorsprüngen 76 und der Metallschicht 6 und im Abstand Thyristor, welcher durch die PI-NI-P2- und N 3-Schichten gebildet wird, gezündet wird. Der in Richtung auf die N 2-Schicht 3 abgezweigte Strom bewirkt, daß der andere Endbereich der N 2-Schicht 3 (Kathoden-Emitterschicht) leitend wird.

Die Verstärkerwirkung des Hilfsthyristors wird beendet, sobald der Thyristor leitend wird. Der Steuerstrom wird von der ersten Steuerelektrode G 1 geliefert, so daß eine beeinträchtigende Beeinflussung beseitigt wird, welche durch eine Unterbrechung des Hauptstromes aufgrund von Schwankungen des Verbraucherstromes und durch den Halteslrom innerhalb eines Bereiches der Kathoden-Emitterschicht auftreten kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der beim Einschalten benötigte Steuerstrom den gleichen niedrigen Wert aufweisen wie der Steuerstrom, welcher bei einem gewöhnlichen Thyristor zum Einschalten erforderlich ist. Dies liegt daran, daß die einander gegenüberliegenden Längenbereich? der ersten Steuer

schichten 2t verhindern, daß der Strom von der ersten Steuerelektrode G\ zur zweiten Steuerelektrode C 2 fließt. Die zweite Steuerelektrode G 2 weist gegenüber der ersten Steuerelektrode G 1 einen seitlichen Abstand von d 1 auf. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen 76 und den benachbarten streifenförmig ausgebildeten 2=· Steuerelektrodenelementen 96 der Metallschicht 8 beträgt d2. Das eine Ende einer jeden Metallschicht 4 bzw. die einen Enden der Verlängerungen der Metallschicht 8 besitzen vom metallischen Verbindungsstreifen Ta der ersten Steuerelektrode, wie es in F i g. 9 1« darge teilt ist, einen Abstand d3. Wenn d\<d2,d3 ist, sind die hochohmigen Widerstandsschichten 21 überflüssig. Beim Ausführungsbeispiel erlauben die Widerstandsschichten 21, den Abstand zwischen der Kathoden-Emitterschicht und der ersten Steuerelektrode G I H kurz zu bemessen, wodurch eine Verringerung des beim Einschalten benötigten Steuerstromes erzielt wird.

In den Fig. 10 und 11 ist ein gegenüber der Fig.9 modifiziertes Ausführungsbeispiel dargestellt. Auf der P 2-Schicht 2a ist eine N 4-Schicht 18 vorgesehen. Diese *n ist von der Oberfläche der P 2-Schicht 2 vorspringend angeordnet. Die N 4-Schicht 18 bildet eine Kathoden-Emitterschich'. des Hilfsthyristors. Sie wird durch die Metallschicht 8 überbrückt. Die Metallschicht 17 befindet sich ebenfalls in Kontakt mit der P 2-Schicht 2 « und liegt neben der N 4-Schicht 18.

In der F i g. 11 ist das Schaltungsprinzip des Thyristors der Fig. 10 noch näher dargestellt. Die Diode 14 ist zwischen die Metallschicht 17 und die zweite Steuerelektrode G 2 geschaltet. Ein Gleichrichter 20 ist zwischen die Metallschicht 17 und die erste Steuerelektrode G 1 geschaltet. Die erste Steuerelektrode G 1 ist außerdem zusammen mit der zweiten Steuerelektrode G 2 mit dem äußeren Steuerelektrodenanschluß G verbunden.

Der abschaltbare Thyristor der vorbeschriebenen Art besitzt als Anschlüsse die Kathode K, den äußeren Steuerelektrodenanschluß G und die Anode A.

Wenn im Betrieb der Thyristor ausgeschaltet wird, werden an die Kathode K eine positive Vorspannung «J und an den äußeren Steuerelektrodenanschluß G eine negative Vorspannung gelegt. Der Steuerstrom wird auf die N 3-Schicht 3 und die Anode A aufgeteilt. Der Strom, welcher von der Metallschicht 17 fließt, bewirkt, dsS der Hilfsthyristor, welcher aus den P 1 -N 2-P 2- und N 4-Schichten besteht, gezündet wird. Der Strom wird dabei verstärkt Der verstärkte Strom fließt durch die zweite Steuerelektrode G 2 und bewirkt, daß der elektrode G 1 und der Kathode K insgesamt kurzer sind als die einander gegenüberliegenden Längenbereiche der zweiten Steuerelektrode G 2 und der Kathode K.

In den Fig. 12 und 13 ist eine gegenüber den Fig. 10 und 11 modifizierte Ausführungsform dargestellt. Diese enthält die Diodenschieht N 3 (15) anstelle der Widerstandsschichten 21. Im Bauelement der Fig. 12 und 13 besitzt die Metallschicht 6 der ersten Steuerelektrode G1 die Vorsprünge 7b, die sich in Richtung auf die Kathodenelemente 3,4 hin erstrecken und die Vorsprünge 7c sich in Richtung auf die Enden der streifenförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelemente 9b erstrecken. Die N 3-Schichten 15 sind auf der P 2-Schicht 2 gebildet, und zwar zwischen den Endteilen der streifenförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelemente 96 der Metallschicht 8 und den Vorsprüngen 7c der Metallschicht 6. Die Vorsprünge 7c sind mit der Schicht 15 in Kontakt.

Die Fig. 14 zeigt ein Halbleiterbauelement 1 mit zwei Steuerelektroden, welches als Starkstromschalter Verwendung finden kann. Das Halbleiterbauelement I in der Fig. 14 besitzt einen scheibenförmigen Halbleiterkörper. Mehrere radiale und spiralförmige Schichten, nämlich N 2-Schichten 3, sind im Abstand voneinander auf der P 2-Schicht 2 vorgesehen. Jede sich radial und spiralförmig erstreckende Metallschicht 4 befindet sich auf jeder N 2-Schicht 3. Die ringförmig ausgebildete Metallschicht 6 befindet sich auf der Oberfläche der P 2-Schicht. Die Metallschicht 8 befindet sich im mittleren Teil der Oberfläche der P 2-Schicht. Die Metallschicht 6 besitzt mehrere Vorsprünge 76 und mehrere Vorspriinge 7c. Jeder der Vorsprünge ragt in Richtung auf den Mittelteil der Oberfläche des Halbleiterbauelements 1 hin. Die Vorspriinge erstrekken sich von dem ringförmig ausgebildeten, die Kathodenelemente 3, 4 umfassenden Teil Ta aus. Die Metallschicht 8 besitzt mehrere sich radial erstreckende und spiralförmige Verlängerungen 9b. Diese erstrecken sich in Richtung zu den Vorsprüngen Tb hin und gehen von einem in der Mitte angeordneten Elektrodenteil 9a aus.

Bei vorbeschriebenen Bauelement bestehen die Diodenschichten D aus der N 3-Schicht 15. Diese können zwischen den Vorsprüngen Tc und den Endteilen der spiralförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelemente 9b angeordnet sein, wie es durch die strichiierien Linien dargesieüt ist

Die Fig. 15 zeigt eine gegenüber der Fig. 14 modifizierte Ausführungsform. In der Figur ist die erste

Steuerelektrode G 1 im Mittelteil der Oberfläche des Halbleiterbauelementes I vorgesehen. Die zweite Steuerelektrode Ci. ist um die erste Steuerelektrode G 1 angeordnet. Die erste Steuerelektrodenanordnung G 1 besitzt eine Metallschicht 6, welche im mittleren Bereich der P 2-Schicht angeordnet ist. Die Metallschicht 6 enthält einen kreisförmigen mittleren Elektrodenteil 7a sowie mehrere Vorsprünge Tb und mehrere Vorsprünge 7c. Diese Vorsprünge erstrecken sich radial vom mittleren Elektrodenteil Ta. Die zweite Steuerelektrode G2 besitzt die ringförmige Metallschicht 8,

10

welche auf der Oberfläche der P 2-Schicht angeordnet ist. Die Metallschicht 8 enthält den ringförmigen Elektrodenteil 9a und mehrere spiralförmige Steuerelektrodenelemente 9b, welche sich von dem ringförmigen Elektrodenteil 9a weg in Richtung auf die Vorsprünge 7c der Metallschicht 6 hin erstrecken. Beim Halbleiterbauelement 1 der Fig. 15können N 3-Schichten 15 auf der P 2-Schichten zwischen den Endteilen der spiralförmigen Steuerelektrodenelemente 9b und der Vorsprünge 7c, welche mit den N 3-Schichten in Kontakt stehen, vorgesehen sein.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abschaltbarer Thyristor mit einem vier Schichten von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp aufweisenden Halbleiterbauelement, mehreren Kathodenelementen, die jeweils eine aus der ersten Schicht gebildete Kathoden-Emitterschicht und eine darauf aufgebrachte Metallschicht aufweisen, einer auf der vierten Schicht befindlichen Anode und mehreren auf der zweiten Schicht angeordneten, jedes der Kathodenelemente zum größten Teil umfassenden Steuerelektrodenelementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste zur Einschaltung und Aufrechterhaltung des Durchlaßzustandes dienende Steuerelektrode (G 1) den Bereich der Kathodenelemente (3, 4) gegenüberliegend angeordnet ist, die von den die Kathodenelemente (3, 4) größtenteils umfassenden eine zweite zum Ausschalten dienende Steuerelektrode (GS) bildenden Steuerelektrodenelementen (9b) frei bleiben.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerelektrode (Gi) kreisscheibenförmig ausgebildet ist und in der Mitte des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes (1) angeordnet ist, daß die KatT.odenelemente (3, 4) spiral- und streifenförmig in radialer Richtung sich erstrecken und die zweite Steuerelektrode (G 2) einen die Kathodenelemente (3, 4) umfassenden ringförmigen Teil (9a) aufweist, von dem sich die spiral- und stufenförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelemente (9ty zwischen iie Kathodenelemente erstrecken (Fi g. 15).

3. Thyristor nach Anspiuch ·" dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerelelektrode (GY) ringförmig ausgebildet ist und die radial verlaufenden spiral- und streifenförmig ausgebildeten, auf dem scheibenförmigen Halbleiterbauelement (1) angeordneten Kathodenelemente (3, 4) umfaßt und daß die zweite Steuerelektrode (G 2) in der Mitte des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes (1) angeordnet ist und die spiral- und streifenförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelemente (9b) ausgehend von dem in der Mitte angeordneten Elektrodenteil (9a^sich zwischen die Kathodenelemente (3, 4) erstrecken (F ig. 14).

4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenelemente (3, 4) auf der zweiten Schicht (2) des Halbleiterbauelements (1) als parallel verlaufende und im Abstand voneinander angeordnete Streifen ausgebildet sind, zwischen denen sich die ebenfalls streifenförmig ausgebildeten Steuerelektrodenelemente (9b), welche mittels eines entlang der einen Enden der Kathodenelemente verlaufenden metallischen Verbindungsstreifen (9a) zur Bildung der zweiten Elektrode (G 2) miteinander verbunden sind, erstrecken und daß die erste Elektrode (Gi) von einem metallischen Verbindungsstreifen (7a) gebildet wird, von dem sich in Richtung auf die anderen Enden der Kathodenele· mente (3, 4) und/oder die Enden der zwischen den Kathodenelementen angeordneten Steuerelektrodenelemente (9b) Vorsprünge (7b bzw. 7c) sich erstrecken (F ig. 1,3,4,6,7,9,10.12).

5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Steuerelektroden (G 1 und G 2) eine Diode (14 bzw.

D)geschaltet ist.

6. Thyristor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Diode (D) eine oder mehrere nebeneinanderliegende Schichten vom N-Typ, die mit den Vorsprüngen (7b bzw. 7c) der ersten Steuerelektrode (G 1) kontaktiert sind und im Abstand von den Steuerelektrodenelementen (9b) angeordnet sind, in der zweiten Schicht (2) des Halbleiterbauelements (1) integriert sind (F i g. 4, 5, 6,7,8,12,13,14,15).

7. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweite Schicht (2) des Halbleiterbauelements (1) eine Hilfsthyristorschicht (18) vom N-Typ eingeformt ist, die mit der zweiten Steuerelektrode (G 2) verbunden ist und daß auf der zweiten Schicht (2) des Halbleiterbauelements (1) außerdem neben der Hilfsthyristorschicht (18) eine Metallschicht (17) angeordnet ist, an weiche das Potential der ersten Steuerelektrode (G 1) anlegbar ist (F i g. 7,8,10,11).

8. Thyristor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Vorsprüngen (7b) der ersten Steuerelektrode (Gl), die sich auf die Kathodenelemente (3, 4) zu erstrecken, Widerstandsschichten (21) angeordnet sind (F i g. 9).