DE3588041T2 - Lichtlöschbare Thyristor-Vorrichtung. - Google Patents

Lichtlöschbare Thyristor-Vorrichtung.

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG a) Gebiet der Erfindung:
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine lichtlöschbare Thyristorvorrichtung, die in einer Einrichtung zum Umwandeln eines Gleichstroms oder einer Gleichspannung einer großen elektrischen Leistung in einen Wechselstrom oder Wechselspannung verwendet werden kann.
    • b) Beschreibung des Standes der Technik:
  • Es ist bereits wohlbekannt, daß eine Thyristorvorrichtung mit Licht betrieben wird und ausgiebig unter dem Namen eines LASCR oder eines lichtaktivierten Thyristors praktiziert wird. Es wird allgemein gesagt, daß in einer Konvertiereinrichtung für eine große elektrische Leistung, die einen Thyristor verwendet, die perfekte Trennung des großen elektrischen Leistungsteils und des Steuerkreises voneinander dadurch realisiert wird, daß der Thyristor durch Licht getriggert wird. Fig. 1 zeigt die Struktur des lichttriggernden Teiles eines Thyristors, der eine konventionelle pnpn-Struktur aufweist. Der n&spplus;-Bereich 1 repräsentiert eine Kathode, der p-Bereich 2 repräsentiert eine erste Basis, der n-Bereich 3 repräsentiert eine zweite Basis, der p&spplus;-Bereich 4 repräsentiert eine Anode, 6 repräsentiert eine Anodenelektrode und 9 repräsentiert eine Kathodenelektrode. Der n&spplus;-Bereich 7 repräsentiert einen Kathodenbereich eines Hilfsthyristors und ist in einem Teilbereich flach ausgebildet, um die Anzahl von Elektronenpaaren und positiven Löchern, die durch den Lichttriggerimpuls erzeugt werden, der durch das Lichtfaserkabel 8 verläuft, zu erhöhen, so daß die Lichtdurchlässigkeit verbessert werden kann. Die Elektrode 5 ist eine Elektrode zum Kurzschliessen der n&spplus;-Kathode 7 und der ersten Basisschicht 2 miteinander. Die Elektrode 9 schließt auch die n&spplus;-Kathode 1 und die erste Basisschicht 2 miteinander in einem nicht in der Zeichnung dargestellten Teil kurz. Sowohl der n&spplus;-Bereich 7, der die Strahlung des Lichttriggerimpulses empfängt, als auch der n&spplus;-Bereich 1 sind Kathodenbereiche des in Fig. 1 dargestellten Thyristors. In diesem Thyristor ist gezeigt, daß die Kathoden 7 und 1 mit der ersten Basis 2 kurzgeschlossen sind. Durch ein derartiges Kurzschließen der n&spplus;-Kathodenbereiche 7 und 1 mit der ersten Basisschicht 2 werden die Oberflächenpotentiale der n&spplus;-Kathodenbereiche 7 und 1 und des p-Basisbereichs 2 gleichgehalten. Die Lichttriggeroperation wird im Folgenden erläutert.
  • Durch den Basiswiderstandsspannungsabfall wird, bis die Ladungsträger, die durch den Lichtfluß durch die Basisschicht 2 erzeugt werden und die Basiselektrode 5 oder 9 erreichen, eine Potentialverteilung innerhalb der Basisschicht 2 erzeugt. Der Teil, durch den die Elektronen der Kathoden 7 wahrscheinlich fließen, ist der Basisschichtteil des n&spplus;-Kathodenbereichs 7. Die Elektronen, die etwas aus dem n&spplus;-Kathodenbereich 7 fließen, fließen ebenfalls zur Seite der Anode 4 zusammen mit der Rekombination in der Basis 2 und laufen durch den n-Bereich 3, um sich nahe der np(+)-Verbindungsschicht zwischen dem Bereich (3) und dem Anoden-p(+)-Bereich 4 zu akkumulieren. Hierdurch werden positive Löcher in den n-Bereich 3 von dem Anoden-p(+)-Bereich 4 injiziert und die Elektronen fließen hauptsächlich durch die erste Basisschicht 2 und erreichen die Basiselektrode 5 oder 9. Hierdurch wird der Basiswiderstandsspannungsabfall innerhalb der Basisschicht 2 weiter gefördert und weiterhin fließen mehr Elektronen aus dem n&spplus;-Kathodenbereich 7, der die Lichtstrahlung empfängt, und weiter dem n&spplus;-Kathodenbereich 1, der keine Lichtstrahlung empfängt, bis der Thyristor eingeschaltet ist. Ein konstanter Widerstand ist zwischen dem n&spplus;-Bereich 7 und der Basisschicht 2 eingesetzt, um so irgendeinen Fehlbetrieb zu kompensieren, der zu der Zeit des Lichttriggerns in dem Thyristor erzeugt wird, aber im Betrieb des konventionellen lichtgetriggerten Thyristors ist das Verwenden des Basiswiderstandsabfalls innerhalb der ersten Basisschicht 2 eine fundamentale Operation. Jedoch wird beim Abschalten die Spannung der Anode und Kathode durch Verwendung eines elektrischen Umschaltkreises oder einer Abschaltstruktur des Gates umgekehrt, wobei Teile zum elektrischen Abschalten des Gates, die auf dem gleichen Chip integriert sind, allgemein verwendet werden.
  • Andererseits ist die Lichttriggeroperation eines statischen Influenzthyristors (SIThy), die im Betriebsprinzip von dem oben beschriebenen Thyristor durch die Basiswiderstandssteuerung und das Zu - und Abschalten durch Steuern der Potentialbarriere innerhalb des Kanals durch den statischen Influenzeffekt verschieden ist, in JP-A-20885/1978 und JP-A-40576/1984 beschrieben. Eine Methode, bei der ein Gatekreis ein photosensitives Element umfaßt, das zwischen dem ersten Gate und der Kathode des konventionellen statischen Influenzthyristors eingesetzt ist und der statische Influenzthyristor durch die Lichtbestrahlung dieses photosensitiven Elements abgeschaltet wird, wurde ebenfalls bereits in JP-A-128870/1980 vorgeschlagen und offenbart. Verglichen mit dem Thyristor des konventionellen Typs mit pnpn-Struktur, wie in Fig. 1 dargestellt, besitzt der statische Influenzthyristor Eigenschaften, daß dann, wenn die Potentialbarrierensteuerung innerhalb des Kanals verwendet wird, die Frequenz nicht durch den Basiswiderstand begrenzt ist, so daß die Geschwindigkeit und der Bereich leicht großgemacht werden können, und dann, wenn die Ladungsträger bei einer hohen Gechwindigkeit durch den Hochwiderstandskanalbereich laufen, sogar der Durchlaßspannungsabfall so klein ist, daß er kleiner als 1,6 V bei einer Stromdichte von 10³A/cm² ist und ferner einen Betrieb aufweist, bei dem bei einer hohen Geschwindigkeit die Ladungsträger innerhalb des Kanals zu der Gateelektrode durch das driftende elektrische Feld gesaugt werden, das zwischen dem Gate und dem Kanal zur Zeit des Abschaltens existiert, wodurch ein sehr schnelles Abschalten möglich ist.
  • Die bereits praktizierten oder vorgeschlagenen Dinge betreffend den lichttriggernden oder lichtlöschenden Betrieb werden wie folgt zusammengefaßt. Bei dem Thyristor mit pnpn-Struktur von konventionellem Typ oder Gate-Abschaltthyristor wird der Lichttriggerbetrieb, wie in Fig. 1 erläutert, durchgeführt, jedoch wird kein Lichtlöschvorgang durch das Gate ausgeführt. Allgemein wird das Abschalten elektrisch durch einen Kommutativkreis vorgenommen, der zwischen Anode und Kathode eingesetzt ist. Betreffend den statischen Influenzthyristor wird das Lichttriggern nur in bezug auf eine einzelne Gatestruktur in JP-A-20885/1978 und 40576/1984 und das Lichtlöschen in JP-A-128870/1980 beschrieben.
  • Jedoch wird in der in der JP-A-128870/1980, japanische Patentanmeldungsnummer 36079/1979, beschriebenen Ausführungsform der Lichtimpuls, der den SI-Thyristor vom Einzelgatetyp treibt, nicht direkt auf den Thyristor gestrahlt, sondern auf das photosensitive Element in dem externen Kreis, der mit dem Gate verbunden ist, und der löschende Lichtimpuls treibt den externen Kreis. Das heißt, die Impedanz des photosensitiven Elements des externen Kreises wird durch den Lichtimpuls variiert und hierdurch die Spannung der an das Gate des SI-Thyristors angelegten Stromquelle variiert, um stark oder schwach zu sein, um hierdurch in dem SI-Thyristor dur Licht zu triggern oder zu löschen. Auf der anderen Seite existiert auch eine Methode, bei der bei dem Thyristor mit pnpn-Struktur konventionellen Typs eine Pin-Photodiode als eine Art Kommutativkreis zwischen der Anode und Kathode geschaltet ist und die Lichttriggeroperation durch Strahlen des Triggerlichtes direkt auf den Thyristor wie in Fig. 1 durchgeführt wird und die Lichtlöschoperation durch Strahlen des Löschlichtes auf die Pin-Photodiode durchgeführt wird, die zwischen Anode und Kathode geschaltet ist. Diese Methode ist veröffentlicht durch P. Roggwiler et al in dem International Electron Devices Meeting, 1980, auf Seite 646. Bei dieser Methode muß jedoch der Bereich der Lichtlöschphotodiode so groß gemacht werden, damit der Anodenstrom fließt, daß die Geschwindigkeit relativ langsam und die Effizienz auch gering ist.
  • Bei dem Thyristor von pnpn-Struktur konventionellen Typs oder dem Gate-Abschaltthyristor wird angenommen, daß der Grund, warum die Lichtlöschoperation durch den optischen Gate-Abschaltvorgang nicht durchgeführt wird, weil die Zeitkonstante des Abschaltens aufgrund des Basiswiderstandes innerhalb der ersten Basisschicht lang wird, ist aber zurückzuführen auf den großen Defekt, daß dann, wenn die Ladungsträger, die sich in dem Verbindungsbereich der zweiten Basisschicht 3 und dem Anodenbereich 4 angesammelt haben, durch ihr Abfließen in den Anodenbereich 4 oder ihre Rekombination mit positiven Löchern, die von dem Anodenbereich 4 injiziert werden, verschwinden, die Zeitkonstante des Abschaltens lang wird. Dies ist das gleiche ebenfalls bei der Lichtlöschoperation des statischen Influenzthyristors mit Einzelgatestruktur. Weiter reduziert die Anwesenheit eines Basiswiderstandes innerhalb der ersten Basisschicht in dem Thyristor konventionellen Typs von pnpn- Struktur wesentlich die Empfindlichkeit gegenüber dem Licht. Im Falle der lichttriggernden und -löschenden Operation durch Einschalten des externen Kreises, der das lichtempfindliche Element enthält, zwischen der ersten Basis 2 und Kathoden 7 und 1 und Steuern der Impedanz des äußeren Kreises mit dem Licht wird die innere Impedanz des Thyristors, die durch den Basiswiderstand repräsentiert wird, ein Faktor, der die Effizienz der Lichttrigger- und Löschoperation beträchtlich reduziert. Daher wird angenommen, daß aus dem Grunde, daß der Gatewiderstand sehr gering ist, der statische Influenzthyristor bezüglich Lichttrigger- und -löschempfindlichkeit besser ist. Es wurde industriell nicht praktiziert, den Gleichstrom nur mit einem Licht zu- oder abzuschalten. Um die Hochleistungs- und Steuerkreise perfekt voneinander mit dem Licht zu trennen, muß der Gleichstrom mit dem Licht abgeschaltet werden. Bei dem Thyristor konventionellen Typs mit pnpn-Struktur oder dem Gate-Abschaltthyristor wird der Strom elektrisch unter Verwendung der Kommutativkreise abgeschaltet und auch in dem statischen Influenzthyristor vom Einzelgatetyp wird die Zeitkonstante des Abschaltens durch die Zeitkonstante des Verschwindens der Ladungsträger bestimmt, die zwischen der zweiten Basis und der Anode von diesem bei der Lichtlöschoperation sich angesammelt haben. Die Zeitkonstante des Abschaltens des lichttriggernden Thyristors der konventionellen pnpn-Struktur ist vergleichsweise lang, mehrere hundert us.
  • Weiterhin ist aus DE-A-3 011 484 ein photosensitiver Treiberkreis für einen statischen Influenzthyristor bekannt. Dieser Treiberkreis verwendet eine Photodiode mit zwei Anschlüssen. Aus INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING, San Francisco, 9. bis 12. Dezember 1984, Seiten 435-438, FR-A-2 443 172 und EP-A-0 021 086 ist ein grundsätzlich MOS-transistorgesteuerter Lateralthyristor bekannt, bei dem ein Phototransistor mit dem Gate des MOS-Transistors verbunden ist, um die Photosensitivität zu schaffen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Thyristorvorrichtung zu schaffen, die einen Gleichstrom nur mit einem Licht zu- und abschalten kann.
  • Konkreter besteht eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, eine Thyristorvorrichtung zu schaffen, bei der in einem statischen Influenzthyristor mit Einzelgate oder einem Beam-Base-Thyristor mit Einzelbasis eine Elektrode auf der zweiten Basis genommen wird, wobei eine Funktion des Abziehens von Ladungsträgern, die in dem ersten Gate und in der zweiten Basis durch außen verbundene photosensitive Elemente angesammelt werden, entsprechend vorgesehen wird, wobei der erste Lichtimpuls direkt auf den Thyristor gestrahlt wird, um ihn zuzuschalten, und die Impedanz des photosentitiven Elements des äußeren Kreises durch den zweiten Lichtimpuls reduziert wird, um so die angesammelten Ladungsträger entsprechend von der ersten Basis und zweiten Basis abzuziehen, um den Thyristor zu löschen (abzuschalten).
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Thyristorvorrichtung zu schaffen, bei der in einem statischen Influenzthyristor vom Doppelgatetyp photosensitive Elemente entsprechend mit dem ersten Gate und dem zweiten Gate als äußere Kreise verbunden werden, wobei der Thyristor durch den ersten Lichtimpuls eingeschaltet wird, die Impedanzen der photosensitiven Elemente der äußeren Kreise des ersten und zweiten Gates durch den zweiten Lichtimpuls reduziert werden, um so die Ladungsträger, die in dem ersten Gate und in dem zweiten Gate akkumuliert sind, abzuziehen, um den Thyristor zu löschen (abzuschalten).
  • Weiter besteht eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Struktur zu schaffen, in der die oben erwähnten photosensitiven Elementeteile in das gleiche Halbleitersubstrat wie der Thyristor integriert sind.
  • Weiter besteht konkret eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, eine Thyristorvorrichtung zu schaffen, bei der ein Gatekreis, umfassend einen SIT mit hoher Photosensitivität oder einen bipolaren Transistor mit SIT-Mode, mit dem Gate oder Basisteil eines SI-Thyristor vom Einzelgatetyp oder Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasistyp verbunden ist, wobei der Lichttriggerimpuls direkt auf den Thyristorteil gestrahlt wird, um ihn einzuschalten, und der Lichtlöschimpuls direkt auf den SIT- oder den bipolaren Transistor mit SIT-Mode gestrahlt wird, um ihn einzuschalten, um den Gleichstrom nur mit dem Licht zu- und abzuschalten.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnte Thyristorvorrichtung zu schaffen, bei der ein Thyristor (Beam-Base-Thyristor) durch Verwendung des Lichts getriggert und gelöscht werden kann, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der elektrisch leitfähige Typ des Kanals umgekehrt wird, während der andere elektroleitfähige Typ des statischen Influenzthyristors der gleiche bleibt. Das Operationsprinzip des Thyristors, das diese Beam-Base-Struktur hat, ist das gleiche wie bei dem statischen Influenzthyristor, der Hauptstrom, der durch den p- oder n-Basisbereich, verhältnismäßig niedriger in der Störstellendichte der Beam-Struktur p&spplus;pp&spplus;p .... oder n&spplus;nn&spplus;n .... durch die Kapazitanzkombination durch das Basispotential des p&spplus;- oder n&spplus;- Basisbereichs, verhältnismäßig höher in der Störstellendichte, gesteuert wird. Das heißt die gleiche Operation wie bei dem statischen Influenzthyristor wird in bezug darauf durchgeführt, daß das Potential des p- oder n-Basisbereichs durch die statische Influenz durch das Potential des p&spplus;- oder n&spplus;-Basisbereichs gesteuert wird und daß der Hauptstrom, der durch den p- oder n-Basisbereich fließt, durch die Potentialbarrierensteuerung des p- oder n-Basisbereichs gesteuert wird. Es ist natürlich, daß nicht nur der Einzelbasistyp, sondern auch die Doppelbasisstruktur in diesem Beam-Base-Thyristor existiert. Der Beam-Base-Thyristor mit dem elektrischen Ein-Aus-Betrieb ist bereits durch einen der vorliegenden Erfinder in den Japanese Journal of Applied Physics, Band 16, Zusatz 16-1, Seiten 541-544, 1977 beschrieben.
  • Weiterhin besteht eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine solche Beam-Base-Thyristorvorrichtung auf einem Einzelbasis- und Doppelbasistyp zu schaffen, die durch das Licht getriggert und gelöscht werden kann.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lichttriggerbare und lichtlöschbare Thyristorvorrichtung zu schaffen, bei der eine Beam-Base-Struktur der SIT-Gatestruktur entsprechend in der ersten Basis oder dem ersten Gate und in der zweiten Basis oder dem zweiten Gate eingeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft eine lichtlöschbare Thyristorvorrichtung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 10 charakterisiert ist.
  • Beim Zu- und Abschalten eines Gleichstroms mit nur einem Licht durch Verwendung eines Thyristors kann im Falle der Verwendung von zwei Lichtimpulsen, so daß der Thyristor getrieben werden kann, um durch den ersten Lichtimpuls einzuschalten, und durch Treiben des externen Kreises des Gates oder der Basis durch den zweiten Impuls ausgeschaltet werden kann, die Triggeroperation und die Löschoperation effizient bei hoher Geschwindigkeit durch Verwendung eines statischen Influenzphototransistors in dem externen Kreis gemacht werden. Diese beiden Lichtimpulse sind nicht unabhängig voneinander, sondern miteinander in einer Reihe von Lichttrigger- und Lichtlöschoperationen des Thyristors korreliert. Die Zeitkonstante des Abschaltens des lichtgetriggerten Thyristors konventioneller pnpn-Struktur ist in der Größenordnung von mehreren hundert us, wohingegen die Zeitkonstante des Abschaltens des Lichtlöschvorgangs der Thyristorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Größenordnung von us in der lichtlöschbaren Thyristorvorrichtung liegt. Selbst bei der lichtlöschbaren Thyristorvorrichtung, die einen Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasistyp verwendet, liegt die Zeitkonstante in der Größenordnung von us. Weiterhin ist sie bei der lichtlöschbaren Thyristorvorrichtung, die einen SI-Thyristor vom Doppelgatetyp oder einen Beam-Base-Thyristor vom Doppelbasistyp verwendet, kleiner als 1 us.
  • Es gibt statische Influenzthyristoren vom Einzelgatetyp und Doppelgatetyp. Bei dem Einzelgatetyp ist die Gatestruktur nahe der Kathode eine SIT-Gatestruktur, jedoch ist die Anodenseite von einer Basisstruktur und nimmt keine Elektrode. Bei dem Doppelgatetyp sind sowohl das erste als auch das zweite Gate SIT-Gatestrukturen. Wie oben beschrieben, realisiert eine Beam-Base-Struktur als Formation den gleichen Betrieb wie die SIT-Gatestruktur. Bei der Beam-Base-Struktur ist in einem vorbestimmten Teil innerhalb der Basis, beispielsweise in einer Ebene im wesentlichen vertikal zu der Richtung, in der der Hauptstrom fließt, wenn die Basis eine p-Basis ist, eine Verteilung von solchen nichthomogenen Basisstörstellenbereichen wie p&spplus;pp&spplus;p vorgesehen. Eine solche Modifikation wie eine Struktur, in der der p&spplus;-Bereich in der p-Basis eingebettet ist, sind eine ebene (planare) Beam-Base-Struktur und eine eingeschnittene (ausgenommene) Beam-Base-Struktur möglich. Der p&spplus;-Bereich innerhalb der Basis wird ausgebildet, so daß er netzförmig, gitterförmig oder streifenförmig ist, wobei der p-Bereich innerhalb der Basis und das Potential des p-Bereichs ausgewählt sind, daß sie von solchen Abmessungen und Störstellendichte sind, daß sie in der statischen Kapazitanz durch das Potential des p&spplus;-Bereichs gesteuert werden. Er ist so ausgebildet, daß bei solcher Formation, verglichen mit dem Fall einer gleichmäßigen (homogenen) Basis, der Basiswiderstand geringer, die Frequenzcharakteristik verbessert und die Empfindlichkeit gegenüber Licht und der Verstärkungsfaktor zur Zeit des Abschaltens bemerkenswert verbessert sind. Die SIT-Gatestruktur oder die Beam-Base- Struktur mit SIT-Mode, die mit dem gleichen statischen Influenzeffekt wie die SIT-Gatestruktur arbeitet, besitzt Eigenschaften, daß insbesondere die Empfindlichkeit gegenüber Licht sehr hoch ist und, im Gegensatz zu den Eigenschaften der konventionellen gleichmäßigen (homogenen) Basisstruktur, je niedriger die Lichtintensität, je höher die Empfindlichkeit ist. Auf der Kathodenseite ist der Bereich, in dem die Ladungsträger, erzeugt durch das Licht, gesammelt werden, der p&spplus;-Gate- oder p&spplus;-Basisteil, in dem die Störstellendichte hoch ist, jedoch die Elektronen von der Kathode durch den Intrinsicgatepunkt oder durch den Niederpotentialteil des Intrinsicbasepunktes fließen, wobei das Potential des Intrinsicgatepunktes oder Intrinsicbasepunktes von der Kathode aus gesehen niedriger als die Potenitalbarrierenhöhe zwischen dem p&spplus;-Gate oder -Basis und der n&spplus;-Kathode ist, wenn die Ladungsträger, die durch das Licht gesammelt werden, in die Kathode fließen und daher überwältigend viele Elektronen in den Kanal injiziert werden.
  • Der Maximalwert der optischen Verstärkung des Gleichstroms, wenn das Gate (Basis) geöffnet ist, wird näherungsweise gegeben durch
  • wobei nK und pG die Störstellendichten der Kathode beziehungsweise des p&spplus;-Gates (p&spplus;-Basis) repräsentiert, vn die Durchschnittsgeschwindigkeit ist, mit der die Elektronen, von der Kathode injiziert, die Potenitalbarriere durchlaufen, vp die Geschwindigkeit, allgemein die Diffundiergeschwindigkeit ist, mit der die in den p&spplus;-Gate oder p&spplus;-Basis gesammelten Ladungsträger zur Kathode laufen, VbiGK die Potentialbarriere zwischen dem p&spplus;-Gate (Basis) und der Kathode und VbiG*K die Potentialbarrierenhöhe zwischen der Kathode und dem Intrinsicgatepunkt oder dem Intrinsicbasispunkt ist. Es wurde gefunden, daß der Exponentialterm in der Formel (1) einen sehr großen Wert annehmen kann. Der Exponentialterm in der Formel (1) zeigt ein wichtiges Merkmal der Stromverstärkung der SIT-Gatestruktur oder der Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode.
  • Auf der anderen Seite besteht eine Eigenschaft einer derartigen SIT-Gatestruktur mit hoher Photosensitivität oder der Beam-Base- Struktur mit SIT-Mode darin, daß die Abschaltverstärkung groß gemacht werden kann. Der Grund dafür, daß die Abschaltverstärkung groß gemacht werden kann, besteht darin, daß beispielsweise in dem ersten Gate- oder ersten Basisbereich zur Zeit des Abschaltens die angesammelten Ladungsträger nahe dem p&spplus;-Gatebereich oder dem p&spplus;-Basisbereich aus dem p&spplus;-Gatebereich oder dem p&spplus;-Basisbereich und, wenn das Potential des p&spplus;-Gate - oder p&spplus;-Basisbereichs höher wird, aufgrund des statischen Influenzeffektes abgezogen werden, wodurch das Potential des Intrinsicgatepunktes oder Intrinsicbasispunktes ebenfalls ansteigt und das Gate abgeschaltet wird. Die Zeitkonstante zur Zeit des Abschaltens hängt sowohl von der Zeitkonstanten, für die die angesammelten Ladungsträger innerhalb des ersten Gates oder der ersten Basis durch den externen Gatekreis entladen werden, und der Zeitkonstanten, für die angesammelten Ladungsträger innerhalb des zweiten Gates oder der zweiten Basis verschwinden, ab. In dem Fall der SIT-Gatestruktur oder der Beam-Base- Struktur mit SIT-Mode zeigt der Internalgatewiderstand einen viel kleineren Wert als im Falle des konventionellen Thyristors, und selbst dann, wenn der Bereich des Elements größer und der Kapazitanzteil des Gates oder der Basis größer wird, wenn der Resistanzteil des äußeren Kreises kleiner gemacht wird, ist der Thyristor in der Lage, mit sehr hoher Geschwindigkeit abgeschaltet zu werden. Der SI-Thyristor mit Einzelgate oder der Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasistyp der gleichen Charakteristik ist einfach in der Elementstruktur und daher leicht herzustellen. Andererseits ist der SI-Thyristor vom Doppelbasistyp oder die Beam-Base-Thyristorstruktur, bei der die SIT-Gatestruktur oder Beam- Base-Struktur mit SIT-Mode in den ersten Gate- oder ersten Basisbereich auf der Kathodenseite eingeführt und die gleiche SIT-Gatestruktur oder Beam-Base-Struktur in den zweiten Gate- oder zweiten Basisbereich auf der Anodenseite eingeführt ist, von komplizierter Struktur, jedoch für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet.
  • Es wurde gefunden, daß in dem SI-Thyristor oder Beam-Base- Thyristor die Zeitkonstante des Abschaltens durch Reduzieren des äußeren Resistanzteils des Gates oder der Basis schneller gemacht werden kann, wobei daher ein solcher Phototransistor mit sehr hoher Photosensitivität wie der statische Influenztransistor (SIT) mit der Gate- oder Basiselektrode verbunden und das Licht von einer Faser oder dergleichen auf diesen statischen Influenzphototransistor (SIPT) gestrahlt wird, um die Impedanz und den äußeren Resistanzteil des Thyristors zu reduzieren, so daß der Lichtlöschvorgang möglich wird. Bei dem Lichttriggervorgang wird die SIT-Gatestruktur des oben erwähnten SI-Thyristors oder Beam-Base- Thyristors oder die hohe Photosensitivität der Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode verwendet und bei dem Lichtlöschvorgang wird das Licht auf den SIT mit sehr hoher Photosensitivität, der mit dem Gate- oder Basisbereich des Thyristors verbunden ist, gestrahlt, um den Einschaltwiderstand zu reduzieren, so daß der Thyristor durch das Licht mit einer sehr hohen Geschwindigkeit ausgeschaltet werden kann. Es ist evident, daß dann, wenn ein bipolarer Transistor (auch als bipolarer Durchschlagtransistor bezeichnet) die oben beschriebene Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode aufweist, anstelle des SIT des externen Gate- oder Basiskreises verwendet wird, die gleiche Charakteristik des Lichtlöschvorgangs erhalten wird. Ein derartiger bipolarer Transistor mit SIT-Mode wird wahrscheinlich beim Integrieren des SI-Thyristors oder Beam-Base-Thyristors oder des Lichtlöschthyristors auf dem gleichen Substrat verwendet. Daher bildet die lichtlöschbare Thyristorvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen bedeutenden Teil der Erfindung, nämlich die Formation, bei der wenigstens eine der SIT-Gatestruktur und der Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode auf den ersten Gatebereich, den ersten Basisbereich, den zweiten Gatebereich oder zweiten Basisbereich des Thyristors angewendet wird und eine der Hauptelektroden des statischen Influenztransistors oder bipolaren Transistors mit SIT-Mode mit dem Elektrodenteil des Gate- oder Basisbereichs verbunden ist, auf den die oben erwähnte Struktur angewandt ist.
  • Nur mit einer solchen Formation kann der Gleichstrom nur durch das Licht abgeschaltet werden (optisches Gateabschalten) und die Hochleistungs- und Steuerkreise können perfekt voneinander getrennt werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu dem Thyristor und SIT oder bipolaren Transistor mit SIT-Mode in dem oben erwähnten wichtigen Teil zwei Lichtimpulse erforderlich. Einer ist ein Triggerlichtimpuls für den Thyristor und der andere ist ein Löschlichtimpuls für den SIT oder bipolaren Transistor mit SIT-Mode. Gewöhnlich kann als Lichtquelle eine lichtemittierende Diode oder ein Halbleiterlaser verwendet werden, jedoch kann auch eine Lampe oder dergleichen in Abhängigkeit von der Benutzung verwendet werden. Ferner können verschiedene optische Fasern verwendet werden, um den Lichtimpuls in den Thyristor einzuführen. Es ist auch effektiv, eine Vielzahl von optischen Fasern zu verwenden, um den Lichtimpuls über die gesamte Oberfläche des Thyristors auszubreiten und zu emittieren. Anders als das Abstrahlen des triggernden Lichtimpulses über die gesamte Oberfläche des Thyristors existiert natürlich auch ein System, bei dem ein Hilfsthyristor eines Bereichs etwa vom Durchmesser einer optischen Faser auf dem gleichen Substrat integriert ist und der Hilfsthyristor durch das Licht zum Einschalten des Hauptthyristors getriggert wird.
  • Die Thyristorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die hohe Photosensitivität der SIT-Gatestruktur oder der Beam- Base-Struktur mit SIT-Mode. In dem Thyristorteil existiert die SIT-Gatestruktur oder Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode in der ersten Gate- oder Basisregion oder zweiten Gate- oder Basisregion und daher ist die Schalteffiktivität zur Zeit des Triggervorgangs sehr hoch. Im Falle des SI-Thyristors vom Einzelgatetyp werden solche Werte wie für eine Einschaltverzögerungszeit von 1,9 us und eine Einschaltanstiegszeit von der 380 ns mit dem Thyristor einer Klasse von 600V und 10A erhalten.
  • Andererseits ist, wie oben beschrieben, die Empfindlichkeit gegenüber Licht des SIT oder bipolaren Transistors mit SIT-Mode, verbunden mit dem Gate- oder Basisbereich, sehr hoch. Daher werden die überschüssigen Ladungsträger, die im Einschaltzustand nahe des SIT-Gatestrukturteils oder Beam-Base-Strukturteils innerhalb des Thyristors existieren, durch den hochphotosensitiven SIT oder bipolaren Transistor mit SIT-Mode zusammen mit der großen Abschaltverstärkung, die der Thyristor selbst besitzt, abgezogen und daher kann der Abschaltvorgang des Thyristors der vorliegenden Erfindung mit einer Geschwindigkeit sehr viel höher als die Abschaltzeit von 100 us des konventionellen lichtgetriggerten Thyristors vorgenommen werden Im Falle des SI-Thyristors vom Einzelgatetyp der Klasse von 600V und 10A beträgt die Abschaltzeit mehrere us, wie sie gemessen wird bei Verwendung einer solchen Schaltkreisformation, bei der der SIT vom p-Kanaltyp mit dem Gate verbunden ist, wie in der später zu beschreibenden Figur 2A dargestellt ist, und bei den Betriebswellenformen, wie in Fig. 2B und 2C dargestellt. Bei der Doppelgate- oder Doppel-Beam-Base-Thyristorstruktur oder der Thyristorstruktur, bei der einer eine SIT-Gatestruktur und der andere eine Beam- Base-Struktur ist, und wenn ein SIT- oder bipolarer Transistor mit SIT- Mode mit dem Gate- oder Basisbereich verbunden ist, angenommen wird, ist es möglich, die Einschaltzeit und Ausschaltzeit kleiner als 1 us zu machen.
  • Wenn die Thyristorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, gibt es Vorteile, wenn der Gleichstrom durch das Licht ein- und ausgeschaltet werden kann, wird dies nicht nur der SI-Thyristor, sondern auch der Thyristor vom konventionellen Typ oder Gateabschaltthyristor tun und es wird möglich, die Hochleistungs- und Steuerkreise vollkommen voneinander zu trennen. Die vorliegende Erfindung ist in ihrem Gebrauchswert in bezug auf Vorrichtungen zum Konvertieren des Gleichstroms einer großen elektrischen Leistung zu einem Wechselstrom sehr hoch und ebenso in dem industriellen Wert in der Entwicklung einer neuen Anwendung, um eine große elektrische Leistung zu verwenden, hoch.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Elementstruktur nahe des Teils der geschnittenen Struktur eines lichtgetriggerten Thyristors einer konventionellen pnpn-Vierschichtstruktur, auf den ein triggerndes Licht gestrahlt wird.
  • Fig. 2A ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Ausführungsform der lichtgetriggerten und lichtgelöschten Thyristorvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem Einzelgate-SI-Thyristor zeigt.
  • Fig. 2B ist eine Ansicht der Arbeitswellenformen, die in der Vorrichtung von Fig. 2A verwendet werden.
  • Fig. 2C ist eine Ansicht anderer Arbeitswellenformen, die in der Vorrichtung von Fig. 2A verwendet werden.
  • Fig. 3 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine andere Ausführungsform einer lichtgetriggerten und lichtgelöschten Thyristorvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem Einzelgate-SI-Thyristor und n-Kanal-SIT zeigt.
  • Fig. 4A ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine weitere andere Ausführungsform der lichtgetriggerten und lichtgelöschten Thyristorvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem Doppelgate-SI-Thyristor zeigt.
  • Fig. 4B ist eine Ansicht von Arbeitswellenformen, die in der Vorrichtung in Fig. 4A verwendet werden.
  • Fig. 4C ist eine Ansicht anderer Arbeitswellenformen, die in der Vorrichtung von Fig. 4A verwendet werden.
  • Fig. 5 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine weitere andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Doppelgate-SI- Thyristor zeigt.
  • Fig. 6A und 7A sind Schaltkreisdiagramme, die weitere andere Ausführungsformen von Singlegate-SI-Thyristoren zeigen.
  • Fig. 6B und 7B sind Schaltkreisdiagramme, die weitere andere Ausführungsformen von Doppelgate-SI-Thyristoren zeigen.
  • Fig. 8 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine weitere andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Beam-Base- Thyristor vom Doppelbasistyp verwendet.
  • Fig. 9 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in der die Ausführungsformen von Fig. 2A in Reihe geschaltet sind.
  • Fig. 10 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ausführungsformen von Fig. 2A parallel geschaltet sind.
  • Fig. 11A ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen SI- Thyristor vom Einzelgatetyp verwendet.
  • Fig. 11B ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Beam- Base-Thyristor vom Einzelbasistyp verwendet.
  • Fig. 11C ist eine geschnittene Strukturansicht einer anderen Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen SI-Thyristor vom Einzelgatetyp verwendet.
  • Fig. 12A ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen SI-Thyristor vom Einzelgatetyp verwendet, der eine gestufte Gatestruktur aufweist.
  • Fig. 12B ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasistyp verwendet, der eine gestufte Basisstruktur aufweist.
  • Fig. 13A ist eine geschnittene Strukturansicht einer anderen Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasistyp verwendet.
  • Fig. 13B ist ein Betriebsschaltkreisdiagramm für das in Fig. 13A gezeigte Element.
  • Fig. 14 ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen SI-Thyristor vom Doppelgatetyp verwendet.
  • Fig. 15 ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Beam-Base-Thyristor vom Doppelbasistyp verwendet.
  • Fig. 16 ist eine geschnittene Strukturansicht einer Ausführungsform des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Thyristor verwendet, der eine Beam-Base-Struktur in der ersten Basisregion und eine SIT-Gatestruktur in der zweiten Gateregion aufweist.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • In Fig. 2A, die ein Schaltkreisdiagramm der lichttriggernden und lichtlöschenden Vorgänge eines Thyristors vom Einzelgatetyp der Erfindung zeigt, stellt die Bezugsziffer 10 einen SI-Thyristor vom Einzelgatetyp dar, bei dem die Anode durch eine Spannungsquelle 17 (einer Spannung V'AK) durch einen Ladewiderstand 16 (eines Widerstandswertes RL) vorgespannt und die Kathode geerdet ist. Die Source eines p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ ist mit dem Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp verbunden. Das Gate des p-Kanal- SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ ist positiv durch eine Spannungsquelle 15 (einer Spannung Vg) über einen Gatewiderstand 14 (eines Widerstandswertes Rg) vorgespannt und das Drain ist negativ durch eine Spannungsquelle 13 (einer Spannung Vd) vorgespannt. Fig. 2B zeigt eine zeitliche übersicht der treibenden Wellenformen eines Lichtes Lon von einer LED 11 zum Einschalten des Thyristors, Treiberwellenformen eines Lichtes Loff von einer LED 12 zum Abschalten und Wellenformen einer Spannung VAK zwischen der Anode und Kathode des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp in dem Fall der Durchführung der Vorgänge des Ein- und Ausschaltens des Thyristors in der Schaltkreisformation von Fig. 2A. In Fig. 2A ist in dem Fall, daß weder Licht auf den SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp noch auf den p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ fällt, das Gate des p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ durch die Spannung Vg über den Widerstand 14 vorgespannt und der p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ wird daher aus sein. Wenn der Widerstand zwischem dem Source und dem Drain des p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ zu dieser Zeit Roff (p-SIT) ist, wird das Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp durch die negative Spannung Vd durch den Widerstand Roff (p-SIT) vorgespannt und der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp wird aus sein. Hierbei ist die negative Spannung Vd so stark, daß sie seltsam an das Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp angelegt wird, das in der Schaltkreisformation von Fig. 2A im Betrieb bei Verwendung solcher LED-Treiberimpulse, wie sie in Fig. 2B dargestellt sind, für den SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp, der SI-Thyristor vom normalerweise ausgeschalteten Typ zweckdienlicher als der normalerweise eingeschaltete Typ ist.
  • Wenn der äußere Widerstand (der Widerstand Roff (p-SIT) in diesem Falle) des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp hoch ist, im Falle, daß die Anodenspannung VAK angehoben ist, werden sich die positiven Löcher, die in der Leerstellenschicht mit dem SI-Thyristor erzeugt werden, und die positiven Löcher, die von der Anodenseite her einfließen, in dem Gate sammeln, das Potential des Gates für die Elektronen wird sich reduzieren, die von der Kathodenseite injizierten Elektronen werden ansteigen und der Thyristor 10 wird durchbrechen. Je größer andererseits der äußere Widerstand des Gates ist, desto höher ist die Photosensitivität des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp. Daher sind die Spannungsquelle 13, Vd, der Widerstand 14, Rg, und die Spannungsquelle 15, Vg, so ausgewählt, daß der Widerstand Roff (p-SIT) so klein sein kann, daß kein Durchbruch des SI-Thyristors vom Einzelgatetyp gegen die maximale Durchlaßblockierspannung VAK(max) zur Zeit des Betriebs stattfindet, und kann von einem Wert sein, der so groß ist, diesen mit dem Licht Lon von der LED, die zum Einschalten des Thyristors verwendet wird, gut einzuschalten. Auch die negative Vorspannung Vd durch die Spannungsquelle 13 ist so gewählt, daß eine Gatespannung, die so hoch ist, daß sie in der Lage ist, die maximale Durchlaßblockierspannung VAK(max) zu blockieren, an das Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp angelegt werden kann. Je größer der Widerstand Rg ist, desto höher ist die Photosensitivität des p-Kanal-SIT 2 vom normalerweise eingeschalteten Typ, jedoch um so geringer ist die Ansprechgeschwindigkeit. Daher wird der Wert des Widerstandes Rg unter Inbetrachtziehung der Intensität des Lichts Loff von der LED 12 zum Ausschalten des Thyristors ausgewählt.
  • Während der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp ausgeschaltet ist, wenn das Licht Lon von der LED 11 zum Einschalten auf den SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp fällt, werden sich positive Löcher der Ladungsträger, die in Paaren durch das Licht in dem SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp erzeugt werden, in dem Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp sammeln, das Potential des Intrinsicgates für das Potential auf der Kathodenseite wird reduziert, die Elektronen der Ladungsträger, die in Paaren erzeugt werden, werden sich in der zweiten Basis sammeln und das Potential der zweiten Basis für die positiven Löcher auf der Anodenseite wird reduziert. Als ein Resultat werden die Elektronen, die von der Kathode injiziert werden, und die positiven Löcher, die von der Anodenseite injiziert werden, ansteigen, ihre Ladungsträger werden die Potentiale des Intrinsicgates und der zweiten Basis reduzieren und daher wird der SI-Thyristor eingeschaltet sein. Wie oben beschrieben, sind der Stromverstärkungfaktor und die Photosensitivität der SIT-Gatestruktur so hoch, daß der SI-Thyristor 10 mit einer niedrigen Lichtintensität eingeschaltet werden kann. Selbst wenn das Licht Lon von der LED 11 zum Einschalten des Thyristors abgestellt ist, wenn erstmal eingeschaltet ist, werden die Ladungsträger fortfahren, von der Anode und Kathode injiziert zu werden, und daher bleibt der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp eingeschaltet.
  • Die Impulsbreite Ton und Lichtintensität P des Lichts Lon von der LED zum Einschalten SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp hängt stark von der Photosensitivität des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp ab.
  • Wenn nun das Licht Loff von der LED 12 zum Abschalten auf den p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ fällt, wenn der Elektronenstrom, der von dem Gate des p-Kanal-SIT 20 aus den Elektronen, die durch das auffallende Licht Loff erzeugt werden, durch inphg dargestellt wird, wird sich das Potential des Gates des p-Kanal-SIT 20 durch inphg x Rg und die lmpedanz zwischen dem Source und dem Drain des p- Kanal-SIT 20 reduzieren. Hierdurch wird die negative Vorspannung Vd wirksam zu dem Gate des SI-Thyristors vom Einzelgatetyp addiert, die positiven Löcher, die in dem Gate des SI-Thyristors vom Einzelgatetyp gesammelt werden, werden schnell durch den p-Kanal-SIT 20 abgezogen, das Potential des Intrinsicgatepunktes für die Elektronen der Kathode wird so hoch werden, daß es die Injektion von Elektronen von der Kathode steuert. Ferner werden die Elektronen, die in der zweiten Basis gesammelt werden, mit den positiven Löchern rekombinieren, die von der Anodenseite her einfließen, oder zur Anodenseite ausfließen, um zu verschwinden, und daher wird die Injektion von positiven Löchern von der Anode ebenfalls kontrolliert.
  • Daher wird der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp abgeschaltet. Wenn der Gatestrom von dem SI-Thyristor 10, wenn der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp abgeschaltet ist, durch ig dargestellt wird, wird der Innenwiderstand des Gates des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp, dargestellt durch rg, und der Widerstand zum Einschalten zwischen dem Source und dem Drain zu der Zeit, wenn das Licht Loff von der LED zum Abschalten auf den p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ fällt, durch Ron (p-SIT) dargestellt wird, wird ein Spannungsabfall von ig (Ron(p-SIT) + rg) erzeugt. Aufgrund dieses Spannungsabfalls wird der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp abgeschaltet werden. Es ist einer der Vorzüge, daß der SI-Thyristor im Gatewiderstand so niedrig ist, daß es möglich ist, ihn elektrisch abzuschalten. Um daher einen großen elektrischen Strom mit hoher Geschwindigkeit abzuschalten, ist es wünschenswert, daß der Widerstand Ron (p-SIT) so klein als möglich ist, jedoch, wie oben beschrieben, ist die Photosensitivität des SIT sehr hoch und der Widerstand zum Einschalten klein.
  • Selbst wenn das Licht Loff von der LED 12 zum Abschalten gelöscht wird, wird das Potential des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp hoch genug sein, um die Injektion von Elektronen von der Kathodenseite zu bremsen, daher werden sich die Elektronen nicht in der zweiten Basis sammeln, das Potential der zweiten Basis wird hoch genug sein, um die Injektion von positiven Löchern von der Anodenseite zu hemmen, und daher bleibt der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp ausgeschaltet.
  • Die Impulsbreite Toff und die Intensität P des Lichts Loff von der LED zum Ausschalten, die erforderlich sind, um den SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp auszuschalten, hängen viel von der Photosensitivität des p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ ab.
  • Mit der oben erläuterten Methode kann der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp ein- und ausgeschaltet werden.
  • Fig. 2C zeigt andere Betriebswellenformen des Zeitverlaufs des Lichts Lon von der LED 11 zum Einschalten und des Lichts Loff von der LED 12 zum Ausschalten für die Vorgänge des Ein- und Ausschaltens mit der Schaltkreisformation von Fig. 2A und auch die Spannungswellenform VAK zwischen der Anode und Kathode des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp für diesen Fall. Der Unterschied zu Fig. 2B besteht darin, während der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp aus ist, fällt das Licht Loff von der LED zum Ausschalten weiterhin auf den p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ. Daher muß die Lichtimpulsbreite von der LED zum Abschalten länger als die Lichtimpulsbreite Toff von der LED 12 zum Abschalten, erforderlich zum Abschalten des Thyristors, sein, jedoch werden höhere dv/dt und di/dt und höhere Photosensitivitätseigenschaften erreicht.
  • In dem Betriebsbeispiel von Fig. 2C wird in dem Falle, daß das Licht Loff von der LED zum Abschalten auf den p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ fällt und das Licht Lon von der LED zum Einschalten abgeschaltet wird, der p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ eingeschaltet sein und das Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp wird durch die Spannung Vd durch den Einschaltwiderstand Ron (p-SIT) vorgespannt. Der Widerstand Ron (p-SIT) + rg wird so klein sein, daß die Spannung Vd der Spannungsquelle 13 effektiv zu dem Gate des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp addiert wird, die Durchbruchseigenschaften in dem oben beschriebenen Dunkelstromzustand werden nicht länger auftreten und die Spannungen zwischen der Anode und Kathode werden wirksam blockiert. Hierbei kann der SI-Thyristor 10 entweder von normal eingeschaltetem oder normal ausgeschaltetem Typ sein und der Wert der Spannung Vd kann in Ansprache auf die Eigenschaften des SI-Thyristors 10 bestimmt werden.
  • Wenn nun das Licht Loff von der LED 12 zum Abschalten abgestellt wird und das Licht Lon von der LED zum Einschalten auf den SI- Thyristor 10 vom Einzelgatetyp fällt, wird der p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ aus sein, das Gate des Einzelgate-Thyristors 10 wird durch die negative Spannung Vd der Spannungsquelle 13 über den Ausschaltwiderstand Roff(P-SIT) des p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ vorgespannt, daher wird das Potential des Gates des SI-Thyristors 10 vom Einzelgatetyp niedriger werden und die Photosensitivität wird höher werden.
  • Da die Durchbruchscharakteristik des SI-Thyristors 10 zu dieser Zeit nicht in Betracht zu ziehen ist, ist es wünschenswert, den Widerstand Roff(p-SIT) zwischen dem Source und dem Drain, während der p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ aus ist, so hoch wie möglich zu machen, um die Photosensitivität zu verbessern.
  • Andererseits wird das Licht Lon von der LED 11 zum Einschalten auf den SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp fallen und der SI-Thyristor 10 vom Einzelgatetyp wird leicht eingeschaltet. Selbst wenn das Licht Lon von der LED 11 zum Einschalten abgestellt wird, werden, wenn einmal eingeschaltet, Ladungsträger fortfahren, von der Kathode und Anode injiziert zu werden, und der Thyristor 10 wird eingeschaltet gehalten. Der Übergang zum ausgeschalteten Zustand wird in der gleichen Weise wie beim Betrieb gemäß Fig. 2B vorgenommen.
  • Fig. 3 zeigt eine Schaltkreisformation, bei der der p-Kanal- SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ der in Fig. 2A dargestellten Schaltkreisformation durch den n-Kanal-SIT 60 von normalerweise eingeschaltetem Typ ersetzt ist. Das Drain des n-Kanal-SIT 60 von normalerweise eingeschaltetem Typ ist mit dem Gate des SI-Thyristors 50 vom Einzelgatetyp verbunden und die Spannungsquelle 53 ist angeschlossen, um die negative Spannung Vd zu dem Source des n-Kanal-SIT 60 von normalerweise eingeschaltetem Typ zu addieren. Das Gate des SIT 60 von normalerweise eingeschaltetem Typ ist mit der Stromquelle 54 über den Widerstand 55 verbunden, der den Widerstandswert Rg besitzt und mit der negativen Spannung Vg vorgespannt ist. Die Treiberwellenform des Lichts Lon von der LED 51 zum Einschalten und dem Licht Loff von der LED 52 zum Ausschalten sind die gleichen wie in den Zeitdiagrammen von Fig. 2B und 2C. Das Arbeitsprinzip ist im wesentlichen das gleiche wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C erläutert, jedoch besteht ein Unterschied darin, daß in dem Vorgang, wo die positiven Löcher in dem Gate des SI- Thyristors vom Einzelgatetyp gesammelt werden, verschwinden, wenn der SI-Thyristor vom Einzelgatetyp, der sich beim Ausschalten befindet, die positiven Löcher werden durch den p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ in den Ausführungsformen der Fig. 2A bis 2C abgezogen, während die Elektronen in das Gate des SI-Thyristors 50 durch den n- Kanal-SIT 60 vom normalerweise eingeschalteten Typ schließen und mit den positiven Löchern rekombinieren, die in dem Gate des SI-Thyristors 50 vom Einzelgatetyp in der Ausführungsform von Fig. 3 gesammelt werden.
  • Fig. 4A zeigt eine Ausführungsform in dem Fall, daß der Vorgang des Ein- und Ausschaltens eines SI-Thyristors vom Doppelgatetyp unter Verwendung von Licht vorgenommen wird. Die Anode des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp wird mit der Spannung V'AK durch den Widerstand 79 vorgespannt, der einen Lastwiderstand RL aufweist und den Anschluß 81 besitzt. Das erste Gate und das zweite Gate des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp sind entsprechend mit dem Source des p-Kanal-SIT vom normalerweise eingeschalteten Typ und dem Source des n-Kanal-SIT 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ verbunden. Das Gate des p-Kanal-SIT 80 vom normalerweise eingeschalteten Typ ist mit der positiven Spannung Vgp durch die Stromquelle 74 über den Widerstand 75 mit einem Widerstandswert Rgp vorgespannt und die negative Spannung Vdp wird zu dem Drain durch die Stromquelle 73 addiert. Das Gate des n-Kanal-SIT 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ ist mit der Anode des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp über die Stromquelle 77 und den Widerstand 78, der einen Widerstandswert Rg hat, verbunden, um so mit der negativen Spannung Vgn vorgespannt zu sein, und das Drain ist mit der Anode des SI- Thyristors vom Doppelgatetyp über die Spannungsquelle 76 verbunden, um so mit der positiven Spannung Vdn vorgespannt zu sein. Fig. 4B und 4C zeigen Zeitverläufe der Treiberwellenformen des Lichts Lon von der LED 71 zum Einschalten und des Lichts Loff von der LED 72 zum Ausschalten und die Wellenformen der Spannung VAK zwischen der Anode und Kathode des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp. Das Licht Lon von der LED 71 zum Einschalten fällt auf den SI-Thyristor 70 vom Doppelgatetyp und das Licht Loff von der LED 72 zum Ausschalten ist auf die p-Kanal-SIT's 80, 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ gerichtet.
  • Die Ausführungsform in Fig. 4A und der Betrieb, wenn die LED- Treiberwellenformen in Fig. 4B verwendet werden, sind im wesentlichen die gleichen wie in bezug auf die vorerwähnte Ausführungsform in Fig. 2A, wenn die Zeitverläufe gemäß Fig. 2B verwendet werden, jedoch wird in dem SI-Thyristor 70 vom Doppelgatetyp, das SIT-Gate (erstes Gate) des SI-Thyristors vom Einzelgatetyp auch auf der Anodenseite als das zweite Gate gebildet, hohe Verstärkungen werden sowohl in dem ersten Gate als auch in dem zweiten Gate erhalten, daher ist die Photosensitivität sehr hoch und die Zeit Ton zum Einschalten des Thyristors wird kurz. Wenn weiter das Licht aus ist, werden die Ladungsträger in das erste Gate und zweite Gate abgezogen und daher wird die Zeit Toff zum Ausschalten des Thyristors kürzer. Der p-Kanal-SIT 80 vom normalerweise eingeschalteten Typ, der mit dem ersten Gate des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp in der Ausführungsform von Fig. 4A verbunden ist, erfüllt die gleiche Rolle wie der p-Kanal-SIT 20 vom normalerweise eingeschalteten Typ in der Ausführungsform von Fig. 2A. Der n-Kanal-SIT 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ, der mit dem zweiten Gate verbunden ist, ist von geringem Widerstand Ron (n-SIT), wird die Elektronen von dem zweiten Gate des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp abziehen, wird das Potential für die positiven Löcher auf der Anodenseite des zweiten Gates erhöhen und wird die Injektion von positiven Löchern kontrollieren, wenn das Licht Loff von der Ausschalt-LED 72 auftrifft, und wird von hohem Widerstand Roff (n-SIT) sein und wird die Elektronen, die durch das Licht Lon von der Einschalt-LED 71 in der Verarmungsschicht des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp in dem zweiten Gate des SI-Thyristors 70 vom Doppelgatetyp, wenn das Licht Loff von der Ausschalt-LED 72 abgestellt wird, sammeln.
  • Die Ausführungsform in Fig. 4A und der Betrieb unter Verwendung der in Fig. 4C dargestellten LED-Treiberwellenformen, sind grundsätzlich gleich in Bezug zu der Ausführungsform in Fig. 2A und dem Betrieb unter Verwendung der LED-Treiberwellenformen, die in Fig. 2C gezeigt sind.
  • Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, in der der p-Kanal-SIT 150 von normalerweise eingeschaltetem Typ anstelle des n-Kanal-SIT 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ in der Ausführungsform von Fig. 4A verwendet wird. Daneben handelt es sich um eine Ausführungsform, in der der n-Kanal-SIT von normalerweise eingeschaltetem Typ anstelle des p- Kanal-SIT 80 vom normalerweise eingeschalteten Typ in der Ausführungsform der Fig. 4A verwendet wird, und eine Ausführungsform, in der der n-Kanal-SIT von normalerweise eingeschaltetem Typ und der p-Kanal-SIT von normalerweise eingeschaltetem Typ entsprechend anstelle der p-Kanal- SIT's 80, 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ der Ausführungsform in Fig. 4A verwendet werden. Jede dieser Ausführungsformen kann mit den LED-Treiberbetriebswellenformen, die in den Fig. 4B und 4C gezeigt sind, betrieben werden.
  • Fig. 6A zeigt eine Ausführungsform, bei der der p-Kanal-SIT 170 von normalerweise ausgeschaltetem Typ anstelle des p-Kanal-SIT 20 in Fig. 2A von normalerweise eingeschaltetem Typ verwendet wird. Fig. 6B zeigt eine Ausführungsform, bei der der p-Kanal-SIT 190 von normalerweise ausgeschaltetem Typ und der n-Kanal-SIT 200 von normalerweise ausgeschaltetem Typ anstelle der p-Kanal-SIT 80 vom eingeschalteten Typ und n-Kanal-SIT 90 vom normalerweise eingeschalteten Typ verwendet werden. Wenn die p-Kanal-SIT's 170 und 190 vom normalerweise ausgeschalteten Typ und der n-Kanal-SIT 200 vom normalerweise ausgeschalteten Typ mit offenen Gates betrieben werden, werden die Schaltkreisformationen einfach. Es handelt sich um Ausführungsformen, die SIT's vom normalerweise ausgeschalteten Typ für alle Ausführungsformen, wie die oben beschriebenen SIT's von normalerweise eingeschaltetem Typ verwenden, benutzen. Sie können mit den gleichen LED-Treiberwellenformen betrieben werden.
  • Fig. 7A zeigt eine Ausführungsform eines durch Licht Ein- und Ausschalten betriebenen Kreises des SI-Thyristors vom normalerweise ausgeschalteten Einzelgatetyp, der eine andere Stromquellenspannung als die Anodenspannung erfordert. Das Gate des SI-Thyristors 210 vom Einzelgatetyp ist über den p-Kanal-SIT 220 von normalerweise ausgeschaltetem Typ geerdet. Während das Licht Loff von der LED 212 zum Ausschalten auf den p-Kanal-SIT 220 vom normalerweise ausgeschalteten Typ fällt, ist das Gate des SI-Thyristors 210 vom Einzelgatetyp mit der Erde über den Einschaltwiderstand Ron (n-off-p-SIT) des p-Kanal-SIT 220 vom normalerweise ausgeschalteten Typ verbunden. Um in diesem Zustand ausgeschaltet zu sein, muß der Thyristor 210 vom Einzelgatetyp ein SI-Thyristor sein, der die normalerweise ausgeschaltete Eigenschaft erfordert. Die Treiberwellenformen des Lichts Lon von der LED 211 zum Einschalten und des Lichts Loff von der LED 212 zum Ausschalten sind die gleichen wie in Fig. 2B und 2C. Der p-Kanal-SIT 220 in Fig. 7A von normalerweise ausgeschaltetem Typ kann ein n-Kanal-SIT vom normalerweise ausgeschalteten Typ sein. Fig. 7B zeigt eine Ausführungsform des durch Lichtein- und -ausschalten betriebenen Kreises des SI-Thyristors 230 von normalerweise ausgeschaltetem Doppelgatetyp, der keine andere Sourcespannung als die Anodenspannung erfordert. Das erste Gate des SI-Thyristors 230 vom Doppelgatetyp ist mit Erde über den p-Kanal-SIT 240 vom normalerweise ausgeschalteten Typ verbunden. Das zweite Gate ist mit der Anode des SI-Thyristors 230 vom Doppelgatetyp über den n-Kanal-SIT 250 von normalerweise ausgeschaltetem Typ verbunden. Aus dem zu der Ausführungsform in Fig. 7A erläuterten Grund muß der SI-Thyristor 230 vom Doppelgatetyp eine normalerweise ausgeschaltete Charakteristik besitzen. Die Treiberwellenformen des Lichts Lon von der LED 231 zum Einschalten und des Lichts Loff von der LED 232 zum Ausschalten sind die gleichen wie in Fig. 4B und 4C gezeigt. Der p-Kanal-SIT 240 vom normalerweise ausgeschalteten Typ in Fig. 7B kann ein n-Kanal-SIT von normalerweise ausgeschaltetem Typ sein. Auch kann der n-Kanal-SIT 250 vom normalerweise ausgeschalteten Typ ein p-Kanal-SIT vom normalerweise ausgeschalteten Typ sein.
  • Fig. 8 zeigt eine weitere andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist der lichttriggernde und -löschende Betriebskreis des Beam-Base-Thyristors 260 vom Doppelbasistyp gezeigt. In diesem Fall sind die Betriebswellenformen des Lichts Lon von der lichttriggernden LED 261 und des Lichts Loff von der lichtlöschenden LED 262 die gleichen wie in Fig. 4B und 4C dargestellt. Der p-Kanal-SIT 270 vom normalerweise eingeschalteten Typ ist mit der ersten Basis des Thyristors 260 und der n-Kanal-SIT 280 vom normalerweise eingeschalteten Typ ist mit der zweiten Basis verbunden. Die Vorspannstromquelle 266, 263, 267 und 264 und Gatewiderstände 268 und 265 spielen entsprechend die gleichen Rollen wie die Vorspannungsstromquellen 76, 73, 77 und 74 und Widerstände 78 und 75. Der große Unterschied dieser Ausführungsform von der Ausführungsform von Fig. 4A besteht darin, daß der SI-Thyristor 70 vom Doppelgatetyp in Fig. 4A durch den Beam-Base-Thyristor 260 vom Doppelbasistyp ersetzt ist. Sowohl die erste Basis als auch die zweite Basis des Thyristors 260 sind von der Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode.
  • Fig. 9 und 10 zeigen Ausführungsformen, in denen eine Vielzahl der oben beschriebenen SIT-Thyristoren oder Beam-Base-Thyristoren in Reihe oder parallel geschaltet sind, um in der Lage zu sein, die Lichttrigger- und Löschvorgänge von großer Spannung und großem Strom durchzuführen. Die Thyristoren können natürlich in Reihe oder parallel geschaltet sein. Ein schützender Kommutierkreis zum Verhindern, daß die große Spannung oder der große Strom auf einen spezifischen Thyristor addiert wird, kann zwischen der Anode und Kathode jedes Thyristors angeordnet sein. Wie vorstehend beschrieben, kann die Bildung der lichtgetriggerten und -gelöschten Thyristorvorrichtung aus dem SI-Thyristor nicht nur die Einzelgatestruktur, sondern auch die Doppelgatestruktur oder des Beam-Base-Thyristors die Einzelbasis- oder Doppelbasisstruktur sein. Der den Gatekreis bildende Transistor kann der p-Kanal- oder n-Kanal-SIT oder der bipolare Transistor mit SIT-Mode sein. Wenn es sich um den normalerweise ausgeschalteten Transistor handelt, wird der Gatekreis einfacher.
  • Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Formationseinheiten des SI-Thyristors 290 vom Einzelgatetyp und p-Kanal- SIT 300 vom normalerweise eingeschalteten Typ in Reihe geschaltet sind. Die optischen Fasern 303, 304 und 305 sind zum Zuführen von triggernden Lichtimpulsen zu den SI-Thyristoren, so daß das triggernde LED-Licht Lon im wesentlichen gleichzeitig auf die entsprechenden Thyristoren 290 gestrahlt wird. Die optischen Fasern 306, 307 und 308 dienen dazu, die Löschlichtimpulse zu den lichtlöschenden SIT's 300 zu leiten, so daß das lichtlöschende LED-Licht Loff im wesentlichen gleichzeitig auf die entsprechenden SIT's 300 gestrahlt wird. Die Ausführungsform in Fig. 9 arbeitet in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Fig. 2A - 2C beschrieben. Die Werte der Drainvorspannungen Vd1, Vd2 bzw. Vd3 durch die Spannungsquellen 291, 292 und 293 zu den SIT's 300 können im wesentlichen gleich sein. In der gleichen Weise können die Werte der Gatewiderstände Rg1, Rg2 bzw. Rg3 der Widerstände 297, 298 und 299 im wesentlichen gleich sein. Die Werte der Gatevorspannungen Vg1, Vg2 bzw. Vg3 durch die Stromquellen 294, 295 und 296 können auch im wesentlichen gleich sein. Andererseits können zum Regulieren der Fluktuationen der Eigenschaften der entsprechenden SIT's 300 die entsprechenden Spannungswerte der Gatewiderstände 297, 298 und 299, Gatevorspannungsquellen 294, 295 und 296 und Drainvorspannungsquellen 291, 292 und 293 eingestellt werden.
  • Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die schaltkreisbildenden Einheiten, die in Bezugnahme auf Fig. 2A erläutert wurden, parallel geschaltet sind, und die ausgeführt wird für den Fall der Handhabung eines großen Stroms. Der wichtige Teil wird von den SI-Thyristoren 310 und den p-Kanal-SIT's 320 von normalerweise eingeschaltetem Zustand gebildet. Die Gatevorspannungsquelle 312 ist parallel mit den entsprechenden SIT's 320 über die Drainvorspannungsquellen 311 und den Gatewiderstand 313 verbunden. Die optischen Fasern 314, 315 und 316 sind zum Zuführen der triggernden Lichtimpulse zu den Thyristoren 310. Die optischen Fasern 317, 318 und 319 sind zum Zuführen von Löschlichtimpulsen zu den SIT's 320. Ein großer Strom kann lichtgetriggert und lichtgelöscht werden unter Verwendung der Betriebswellenformen, wie sie in Fig. 2B und 2C erläutert sind.
  • Fig. 11A bis 16 zeigen strukturelle Ausführungsformen der lichtgetriggerten und -gelöschten Thyristorvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung, gekennzeichnet durch eine integrierte Struktur des SI-Thyristors vom Einzelgate- oder Doppelgatetyp oder Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasis- oder Doppelbasistyp und dem SIT oder bipolaren Transistor mit SIT-Mode, verbunden mit der ersten Basis (Gate) oder zweiten Basis (Gate).
  • Fig. 11A zeigt eine Struktur, die den SIT-Thyristor vom Einzelgatetyp und bipolaren Thyristor mit SIT-Mode integriert. Für den Operationskreis kann der Kreis angewendet werden, bei dem in Fig. 2A, 6A und 7A die p-Kanal-SIT's 20, 170 und 220 durch die bipolaren pnp-Transistoren ersetzt sind. Die Betriebsweise ist die gleiche wie gemäß den Fig. 2A bis 2C. Die Betriebswellenformen, die in Fig. 2B und 2C gezeigt sind, können angewandt werden. In Fig. 11A repräsentiert der p&spplus;-Bereich 403 eine vergrabene Gateschicht des Thyristors und ist gemeinsam ausgebildet mit dem Emitterbereich des bipolaren pnp-Transistors. Der n&spplus;-Bereich 400 repräsentiert einen Thyristor-Kathodenbereich. 401 repräsentiert eine Kathodenelektrode. Die n&supmin;-Schicht 402 ist als eine Hochwiderstandsschicht ausgebildet, um die Durchbruchsspannung zwischen der Gateschicht 403 und der Kathode 400 sicherzustellen. Der n&supmin;-Bereich 409 ist der Kanalbereich des Thyristors. Andererseits ist der p&spplus;-Bereich 404 der Anodenbereich des Thyristors. 405 repräsentiert die Anodenelektrode. Die n&supmin;-Hochwiderstandsschichten 406, 407 und 410 und eine Beam-Base- Schicht sind zwischen dieser und der n&supmin;-Hochwiderstandsschicht 407 ausgebildet. Die Positionen der Beam-Base-Schichten 407 und 408 sind nahe dem Anoden-p&spplus;-Bereich 404 angeordnet. In der Ausführungsform von Fig. 11A ist der n&spplus;-Basisbereich 408 schwimmend ausgebildet. Der SI- Thyristor vom Einzelgatetyp, die Beam-Base-Struktur, gebildet durch die oben beschriebene n&supmin;-Hochwiderstandsschicht 407 und die n&spplus;-vergrabene Schicht sind nicht unabdinglich, sondern können durch die n&supmin;-Hochwiderstandsschichten 410 und 406 ersetzt werden. Der Kollektorbereich des bipolaren Transistors mit SIT-Mode ist der p&spplus;-Bereich 415 und der n&spplus;-Bereich 412 und der n&supmin;-Bereich 411 sind die Basisbereiche. Die n&supmin;-Schicht 402 und die n&supmin;-Schicht 411 sind gleichzeitig gebildet. 413 stellt die Basiselektrode und 414 die Kollektorelektrode dar. Um die Durchlässigkeit für den lichtlöschenden Lichtimpuls Loff mit der optischen Faser 418 zu verbessern, ist die dotierte Polysilicon- oder transparente Elektrode mehr bevorzugt als die Al-Elektrode. Die Wellenlänge des Lichts ist so ausgewählt, daß der Erzeugungsort des Elektron-Loch-Paares, das durch den lichtlöschenden Lichtimpuls Loff erzeugt wird, so begrenzt werden kann, daß er im wesentlichen in dem n&supmin;-Bereich 411 liegt. Andererseits ist der lichttriggernde Lichtimpuls Lon, der durch die optische Faser 417 zugeführt wird, so gerichtet, daß er von der Schrägseite des Thyristors oder insbesondere dem Schrägabschnitt zwischen dem Gate und der Kathode in Fig. 11A eindringt.
  • Beim lichttriggernden Betrieb des SI-Thyristors ist es wünschenswert, daß beide Elektron-Loch-Paare, die durch die lichttriggernden Lichtimpulse Lon erzeugt werden, zum Einschaltbetrieb beitragen. Wenn die Elektron-Loch-Paare durch den lichttriggernden Impuls Lon in der n&supmin;-Hochwiderstandsschicht erzeugt werden, werden die positiven Löcher in dem ersten Gatebereich oder insbesondere dem p&spplus;-Bereich 403 und die Elektronen in dem n&spplus;-Bereich des zweiten Basisbereichs gesammelt. Das Potential des n&supmin;-Bereichs 409 wird graduell aufgrund des statischen Influenzeffektes durch die positiven in dem p&spplus;-Bereich 403 gesammelten Löcher reduziert, die Injektionseffizienz von Elektronen von dem n&spplus;-Kathodenbereich 400 wird ansteigen, andererseits wird das Potential des n&supmin;-Basisbereichs 407 für die positiven Löcher des Anoden- p&spplus;-Bereichs 404 aufgrund der statischen Influenz durch die in dem n&spplus;-Basisbereich 408 gesammelten Elektronen reduziert und die Wahrscheinlichkeit der Injektion von positiven Löchern wird ansteigen. Daher wird bezüglich der Wellenlänge des lichttriggernden Lichtimpulses Lon gewünscht, daß er eine solche Eindringtiefe aufweist, daß er das Innere der n&supmin;-Schicht 410 oder die n&supmin;-Bereiche 409 und 402 nahe dem p&spplus;-Gatebereich erreicht. Wenn die oben erwähnten Beam-Base-Strukturen 408 und 407 in dem zweiten Basebereich vorgesehen werden, wird die Injektionseffizienz von positiven Löchern von dem Anoden-p&spplus;-Bereich höher sein. In dem Fall, daß der n&spplus;-Bereich 408 nicht vorgesehen ist, wird die Basisstruktur gleichmäßig sein, jedoch wird der Stromverstärkungsfaktor niedriger als bei der Beam-Base-Struktur mit SI-Mode sein. Der Bereich 416 ist eine Isolationsschicht. 405 stellt eine Anodenelektrode dar.
  • Fig. 11B zeigt eine Struktur zum Integrieren von Beam-Base- Thyristoren mit Einzelbasis und invertierten Operations-SIT's. Der Operationskreis und die Betriebsmethoden sind die gleichen wie bei der Ausführungsform in Fig. 11A. Die strukturellen Unterschiede zu der Ausführungsform in Fig. 11A bestehen darin, daß die n&supmin;-Hochwiderstandsbereiche 402, 409, 410, 407, 406 und 411 entsprechend durch die p&supmin;-Hochwiderstandsbereiche 424, 423, 422, 421, 420 und 425 ersetzt sind und daß der lichttriggernde Lichtimpuls Lon, der durch die optische Faser 417 auf die p&supmin;-Hochwiderstandsschicht 426 durch die Isolationsschicht 416 und die p&supmin;-Hochwiderstandsschicht 426 emittiert wird. Die optische Faser 417 ist gerade in demjenigen Teil angeordnet, in dem der Gatekathodenteil des Beam-Base-Thyristors und der SIT-Teil voneinander getrennt sind. Der p&spplus;-Bereich 403 ist gemeinsam mit dem Sourcebereich des p-Kanal-SIT ausgebildet. Der p&spplus;-Bereich 415 ist der Drainbereich. Der n&spplus;-Bereich 412 ist der Gatebereich. Die p&supmin;-Schicht 425 ist der Kanalbereich. 413 bzw. 414 repräsentieren die Gateelektrode bzw. Drainelektrode des SIT. Der n&spplus;-Bereich 408 ist die vergrabene Schicht. Die SIT-Gatestruktur als das zweite Gate ist zwischen ihm und der n&supmin;-Schicht 421 ausgebildet. In der Ausführungsform in Fig. 11B werden im wesentlichen der gleiche Betrieb und die gleichen Eigenschaften wie bei der Ausführungsform von Fig. 11A erhalten.
  • Fig. 11C zeigt eine Ausführungsform, bei der die optische Faser 417 zum Einführen des lichttriggernden Lichtimpulses Lon auf der Anodenseite in der Ausführungsform der integrierten Struktur vorgesehen ist, die aus dem SI-Thyristor vom Einzelgatetyp und bipolaren pnp-Transistor mit SIT-Mode in Fig. 11A besteht. Der Teil des p&spplus;-Bereichs 440 des Anoden-p&spplus;-Bereichs 404 ist so dünn geätzt, daß der Lichtimpuls Lon der optischen Faser 417 wirksam durch die Isolationsschicht 441 emittiert werden kann.
  • Die in den Fig. 11A bis 11C dargestellten Ausführungsformen sind beispielhaft. Wie in Fig. 15 gezeigt, ist eine dünne n&spplus;-Schicht in Form einer Stufe in dem Teil des Kathoden-n&spplus;-Bereichs in Fig. 11C vorgesehen und die Lichtfaser kann angeordnet sein, um das Licht zu diesem Teil zu emittieren. Weiter muß in den Fig. 11A bis 11C die Beam-Base- Struktur mit SIT-Mode oder SIT-Gatestruktur in dem zweiten Basisbereich oder dem zweiten Gatebereich nicht besonders vorgesehen sein, jedoch kann der n&supmin;- oder p&supmin;-Hochwiderstandsschichtbereich bleiben wie er ist, oder eine kleine n-Schicht, die eine pn-Verbindung mit der p&spplus;-Anodenschicht 404 aufweist, kann vorgesehen sein.
  • Fig. 12A und 12B zeigen andere strukturelle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der erste Gate- oder Beam-Base-Bereich ist das vergrabene Gate oder die vergrabene Beam-Basis in Fig. 11, jedoch in Fig. 12A und 12B das ausgenommene Gate oder die ausgenommene Beam-Basis. Die Gateelektrode 503 ist an dem ausgenommenen Teil des p&spplus;-Gatebereichs 504 befestigt, um so den Gatewiderstand zu reduzieren. Der lichttriggernde Impuls Lon, der durch die optische Faser 512 eingeführt wird, dringt in die Hochwiderstandsschichten 502, 505 und 506 von dem gestuften Teil her ein, wie dargestellt ist, und daher ist die Lichtabsorptionseffizienz hoch. Fig. 12A zeigt eine integrierte Struktur, die aus dem SI-Thyristor vom Einzelgatetyp, umfassend die Beam-Base-Strukturen 510 und 511, die in dem zweiten Basisbereich schwimmen, und den bipolaren p&spplus;n&supmin;p&spplus;-Transistor mit SIT-Mode. Die Elektrodenteile 501, 503, 509, 514 und 515 repräsentieren entsprechend die Kathodenelektrode, Thyristor-Gateelektrode, Anodenelektrode, Bipolartransistorbasiselektrode und -kollektorelektrode. Die optischen Fasern 512 und 513 dienen entsprechend zum Zuführen des lichttriggerenden Lichtimpulses Lon und des lichtlöschenden Lichtimpulses Loff. Der n&spplus;-Bereich 500 repräsentiert den Kathodenbereich und der p&spplus;-Bereich 508 repräsentiert den Anodenbereich. Der p&spplus;-Bereich 504 ist der erste Gatebereich des Thyristors und der n&supmin;-Bereich 505 ist der Hochwiderstandskanalbereich. Die Durchbruchsspannungen zwischen dem Gate und der Kathode können durch die n&supmin;-Schicht 502 erhöht werden. Der p&spplus;-Bereich 504 ist gleichzeitig der Emitterbereich des Bipolartransistors. Der p&spplus;-Bereich 518 ist der Kollektorbereich und n&spplus;-Bereich 516 und der n&supmin;-Bereich 517 repräsentieren die Basisschichten. Die n&supmin;-Widerstandsschicht 506 ist der Bereich zum Bewerkstelligen der Durchbruchsspannung zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors. Die zweite Beam-Basis-Schicht der SIT-Mode ist in dem Teil nahe der Anode durch den n&spplus;-Bereich 510 und n&supmin;-Bereich 511 vorgesehen. Diese zweite Beam-Basis-Schicht liegt auf einem schwimmenden Potential. Die n&supmin;-Schicht 507 ist der Bereich zur Spannungsblockierung zwischen der n&spplus;-zweiten Basis und Anode. Der Operationskreis und die Betriebsmethode dieser Ausführungsform sind die gleichen wie bei den Ausführungsformen, die in den Fig. 11A bis 11C dargestellt sind.
  • Fig. 12B zeigt eine andere Ausführungsform ähnlich zu der integrierten Struktur von Fig. 12A. In Fig. 12B sind der Beam-Base- Thyristor vom Einzelbasistyp, der das SIT-Gate besitzt, das in dem zweiten Gatebereich schwimmt, und der p-Kanal-SIT integriert. In dieser Ausführungsform sind die n&supmin;-Hochwiderstandsschichtbereiche 502, 505, 506, 511, 507 und 517 in Fig. 12A entsprechend durch die p&supmin;-Hochwiderstandsschichtbereiche 520, 522, 523, 524, 525 und 521 ersetzt. Die Differenz zu der Ausführungsform in Fig. 12A besteht darin, daß die Diffusionstiefe des n&spplus;-Gatebereichs 516 des SIT-Teils größer als die Diffusionstiefe des n&spplus;-Kathodenbereichs 500 ist. Der p&supmin;-Bereich 521 repräsentiert den Kanalbereich des SIT, der p&spplus;-Bereich 504 repräsentiert den Basisbereich mit hoher Störstellendichte des Beam-Base-Thyristors und gleichzeitig den Sourcebereich des SIT. Der p&spplus;-Bereich 518 ist der Drainbereich. 514 und 515 repräsentieren entsprechend die Gateelektrode und Drainelektrode des SIT. Es ist natürlich, daß das Potential der p&supmin;-Schicht aufgrund des statischen Influenzeffektes durch das Potential des n&spplus;-Gatebereichs 510 variieren kann.
  • Jede der Ausführungsformen, die in den Fig. 11A bis 12B dargestellt sind, kann abgeschaltet werden durch Abziehen der positiven Löcher, die in dem ersten Gatebereich oder ersten Basisbereich durch den bipolaren Transistor mit SIT-Mode oder den SIT mit p-Kanal gesammelt werden, kann jedoch ebenfalls abgeschaltet werden nur durch Abziehen von Elektronen, die in dem zweiten Gatebereich oder zweiten Basisbereich durch den bipolaren Transistor mit SIT-Mode oder den n-Kanal-SIT gesammelt werden.
  • Fig. 13A und 13B zeigen Ausführungsformen einer derartigen Thyristor-Vorrichtung. Die Ausführungsform umfaßt die integrierte Struktur des Beam-Base-Thyristors 620 vom Einzelbasistyp, der die SIT-Gatestruktur besitzt, die auf floatendem Potential in dem ersten Gatebereich liegt, und die Beam-Base-Struktur mit SIT-Mode in dem zweiten Base-Bereich besitzt, und den n-Kanal-SIT 621. Fig. 13B zeigt die Schaltkreisausbildung. Die Elektrodenteile 600, 611, 616 und 617 repräsentieren entsprechend die Kathodenelektrode und Anodenelektrode des Thyristors und die Gateelektrode und Drainelektrode des SIT. Die Beam-Basisstruktur wird auf dem n&spplus;-Basisbereich 609 und n&supmin;-Basisbereich 610 gebildet und zu gleicher Zeit ist der n&spplus;-Basisbereich 609 gemeinsam mit dem Sourcebereich des lichtlöschenden SIT 621 ausgebildet. Die Spannungsprüffunktion zwischen der Anoden- und zweiten Beam-Basisschicht wird durch die n&supmin;- Hochwiderstandsschicht 613 zwischen dem p&spplus;-Bereich 612 und den Beam- Basisschichten 609 und 610 sichergestellt. Die optischen Fasern 604 und 605 dienen entsprechend zum Zuführen des lichttriggernden Lichtimpulses Lon und des lichtlöschenden Lichtimpulses Loff. In dem Operationskreis in Fig. 13B spannt die Spannung Vdn von der Stromquelle 622 das Drain des SIT 621 vor und erzeugt gleichzeitig die reversierte Vorspannung für die zweite Basis 609 des Thyristors 620 zu der Zeit des Lichtlöschvorganges, um das Potential der n&supmin;-Schicht 610 zu erhöhen und die Injektion von positiven Löchern von der p&spplus;-Anode 612 zu steuern. 624 repräsentiert den Gatewiderstand des SIT 621 und 623 repräsentiert die reversierte Gatevorspannungsquelle des SIT 621. In Fig. 13A sind die n&spplus;-Bereiche 601 und 625, der Kathodenbereich des Thyristors 620 und der Drainbereich des SIT 621. p&spplus;-Bereich 607 ist der erste Gatebereich auf floatendem Potential des Thyristors 620 und bildet die SIT-Gatestruktur zwischen ihm und dem n&supmin;-Hochwiderstandskanalbereich 606. Die n&spplus;-Hochwiderstandsschicht 602 ist ein Bereich, um die Spannungsprüffunktion zwischen dem ersten Gate 607 des Thyristors 620 und dem Kathoden-n&spplus;-Bereich 601 sicherzustellen. Es ist natürlich, daß das Potential der n&supmin;-Schicht 606 aufgrund des statischen Influenzeffektes durch das Potential des p&spplus;-Gatebereichs 607 variieren kann. Die n&supmin;-Hochwiderstandsschicht 608 ist ein Bereich, um die Spannungsprüffunktion zwischen der Anode und Kathode des Thyristors dieser Ausführungsform sicherzustellen. Die n&supmin;-Schicht 614 ist der Kanalbereich des SIT 621 und ist gleichzeitig mit der n&supmin;-Schicht 613 ausgebildet. Die Bereiche 603 und 627 sind Isolatoren. Der lichttriggernde Lichtimpuls Lon, der durch die optische Faser 604 zugeführt wird, dringt in die Hochwiderstandsschichten 602, 606 und 608 durch den isolierenden Film 603 von dem Bereich 626 ein, der in dem n&spplus;-Kathodenbereich 601 dünn ausgebildet ist. Die Betriebswellenformen der in Fig. 13A und 13B dargestellten Ausführungsformen sind wie die Betriebswellenformen von Fig. 2B und 2C oder Fig. 4B und 4C. In den in den Fig. 11A bis 13B dargestellten Ausführungsformen wird die SIT-Struktur oder Beam- Base-Struktur mit SIT-Mode als eine Gate- oder Basisschicht ausgebildet und der andere Basis- oder Gatebereich wird als eine schwimmende Beam- Basisstruktur oder SIT-Gatestruktur ausgebildet. Da eines schwimmend ausgebildet ist, wird die Rolle des Gates oder der Basis wie von dem allgemeinen Thyristor nur durch den anderen Gate- oder Basisbereich dargestellt, mit dem der SIT oder bipolare Transistor mit SIT-Mode verbunden ist. Aus diesem Grunde werden die Thyristorvorrichtungen, deren Schnittstrukturen in den Fig. 11A bis 13B dargestellt sind, als SI-Thyristoren vom Einzelgatetyp oder Beam-Base-Thyristoren vom Einzelbasistyp bezeichnet.
  • Andererseits zeigen die Ausführungsformen, die in den Fig. 14 bis 16 dargestellt sind, die integrierten Strukturen, in denen die lichtlöschenden SIT's oder Bipolartransistoren mit SIT-Mode mit den ersten Gates oder ersten Basen und zweiten Gates oder zweiten Basen verbunden sind.
  • Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem SI-Thyristor vom Doppelgatetyp. Sowohl im ersten als auch im zweiten Gatebereich sind die Bipolar-Phototransistoren mit SIT-Mode integriert. Der Operationskreis ist der gleiche wie die Operationskreise, die in den Fig. 4A, 6B und 7B dargestellt sind, in denen die pnp-Bipolartransistoren mit SIT-Mode anstatt der p-Kanal-SIT's 800, 190 und 240 und die npn-Bipolartransistoren mit SIT-Mode anstelle der n-Kanal-SIT's 90, 200 und 250 angeschlossen sind. Der Betrieb kann in der gleichen Weise unter Verwendung der Betriebswellenformen, wie in Fig. 4B und 4C gezeigt, durchgeführt werden. Natürlich sind die Reihenschaltung, Parallelschaltung und Reihenparallelschaltung, die die Thyristoren vom Doppelgatetyp, Doppelbasistyp und Gatebasistyp verwenden, wie in Fig. 14 bis 16 dargestellt, für eine große elektrische Leistung wirksam. Die Ausführungsform in Fig. 14 soll erläutert werden. Selbst in den Ausführungsformen in Fig. 15 und 16 sind die gleichen Bezugsziffern für die gleichen entsprechenden Bereiche verwendet. Die Elektrodenteile 700 und 705 stellen entsprechend die Kathodenelektrode und Anodenelektrode des Thyristors dar. Der p&spplus;-Gatebereich 704 stellt den ersten Gatebereich des SI-Thyristors dar und ist gleichzeitig gemeinsam mit dem Emitterbereich des lichtlöschenden p&spplus;n&supmin;p&spplus;-Bipolartransistors mit SIT-Mode ausgebildet. Weiter repräsentieren der n&spplus;-Bereich 714 und der n&supmin;-Bereich 713 die Basisschichten und der p&spplus;-Bereich 717 ist der Kollektorbereich. Die Elektrodenteile 715 und 716 repräsentieren entsprechend die Basiselektrode und Kollektorelektrode. Der n&spplus;-Gatebereich 708 repräsentiert den zweiten Gatebereich des SI-Thyristors und ist gleichzeitig mit dem Emitterbereich des lichtlöschenden n&spplus;p&supmin;n&spplus;-Bipolartransistors mit SIT-Mode ausgebildet. Weiter stellt der p&spplus;-Bereich 721 und p&supmin;-Bereich 720 die Basisschichten und der n&spplus;-Bereich 724 den Kollektorbereich dar. Die Elektrodenteile 722 und 723 repräsentieren entsprechend die Basiselektrode und Kollektorelektrode. Der n&spplus;-Bereich 702 repräsentiert den Kathodenbereich und der p&spplus;-Bereich 706 den Anodenbereich. Die n&supmin;-Hochwiderstandsschicht 703 ist der Bereich, um die Durchbruchsspannung zwischen dem p&spplus;-Gate 704 und der n&spplus;-Kathode 702 zu vergrößern. Der n&supmin;-Bereich 710 ist der Kanalbereich nahe dem ersten Gate. Der n&supmin;-Bereich 711 und der p&supmin;-Bereich 712 sind die Bereiche zum Vergrößern der Durchbruchsspannung in dem mittleren Teil zwischen dem ersten Gate und dem zweiten Gate. Der p&supmin;-Bereich 709 ist der Kanalbereich nahe dem zweiten Gate. Die p&supmin;-Hochwiderstandsschicht 707 ist der Bereich zum Vergrößern der Durchbruchsspannung zwischen dem zweiten Gate und der Anode. Der Bereich 701 repräsentiert die Isolierschicht. Die optische Faser 718 ist angeordnet, um den lichttriggernden Lichtimpuls Lon von dem Schrägbereich zwischen dem ersten Gate und der Kathode des Thyristors und dem Schrägbereich zwischen dem zweiten Gate und der Anode einzuführen. Die optische Faser 719 dient zum Emittieren des lichtlöschenden Lichtimpulses Loff zu den SIT's, die mit dem ersten und zweiten Gate verbunden sind. Es ist bevorzugt, daß der Wellenlängenbereich des lichttriggernden Lichtimpulses Lon von einer Wellenlänge ist, die in der Nachbarschaft der Hochwiderstandskanalbereiche 710 und 709 und ferner tief zu der n&supmin;-Schicht 711 oder p&supmin;-Schicht 712 eindringen kann. Andererseits ist es bevorzugt, daß der Wellenlängenbereich des lichtlöschenden Lichtimpulses Loff derart ist, daß die Eindringtiefe im Bereich der Dicke der n&supmin;- Schicht 713 und p&supmin;-Schicht 720 liegt. Die Gateelektroden 715 und 722 und Kollektorelektroden 716 und 723 des Bipolartransistorteils mit SIT-Mode können Al-Elektroden sein, jedoch werden Polysilicium-Elekroden oder transparente Elektroden bevorzugt. Die in den Fig. 14 bis 16 dargestellten Ausführungsformen haben Mittel zum Abziehen von angesammelten Ladungsträgern gleichzeitig sowohl von dem ersten Gate oder der ersten Basis und dem zweiten Gate oder der zweiten Basis. Daher ist die Abschaltgeschwindigkeit um eine Größenordnung größer als bei den in Fig. 11A bis 13 dargestellten Ausführungsformen.
  • Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Beam-Base-Thyristor vom Doppelbasistyp verwendet. In der Ausführungsform von Fig. 15 sind die p&supmin;-Bereiche 730, 732, 736 und 731 anstatt der n&supmin;-Bereiche 703, 710, 711 und 713 und die n&supmin;-Bereiche 739, 743, 737 und 740 anstelle der ph-Bereiche 707, 709, 712 und 720 vorgesehen. Der lichttriggernde Lichtimpuls Lon, der durch die optische Faser 718 eingeführt wird, verläuft einerseits durch den n&spplus;-Bereich 734, der durch Ätzen dünn ausgebildet ist, einen Teil des Kathodenbereichs 702 und Isolierschicht 735 und dringt in die p&supmin;-Hochwiderstandsschicht 730, 732 und 736 ein, und verläuft andererseits durch den p&spplus;-Bereich 741, der durch Ätzen dünn ausgebildet ist, einen Teil des Anodenbereichs 706 und den Isolierbreich 742 und dringt in die n&supmin;-Hochwiderstandsschichten 739, 743 und 737 ein. In der Ausführungsform von Fig. 15 werden die Elektrode 733 zum p&spplus;-Basisbereich 704 und die Eleketrode 738 zum n&spplus;-Basisbereich 708 ausgebildet. Ferner ist der erste p&spplus;-Basisbereich 704 gemeinsam mit dem Sourcebereich des p-Kanal-SIT ausgebildet, der n&spplus;-Bereich 714 repräsentiert den Gatebereich des p-Kanal-SIT, der p&supmin;-Bereich 731 repräsentiert den Kanalbereich, der p&spplus;-Bereich 717 repräsentiert den Drainbereich und die Elektrodenteile 715 und 716 sind entsprechend die Gateelektrode und Drainelektrode. Der zweite n&spplus;-Basisbereich 708 ist gemeinsam mit der Sourceelektrode des n-Kanal-SIT ausgebildet. Der p&spplus;-Bereich 721 ist der Gatebereich des n-Kanal-SIT, n&supmin;-Bereich 740 ist der Kanalbereich und n&spplus;-Bereich 743 ist der Drainbereich. Die Elektrodenteile 722 und 723 repräsentieren entsprechend die Gateelektrode und Drainelektrode des n-Kanal-SIT. Die in Fig. 15 strukturelle Ausführungsform entspricht der in Fig. 8 dargestellten Schaltkreisausführung. Im Falle der Verwendung des normalerweise ausgeschalteten SIT als lichtlöschenden Transistor in Fig. 6B oder 7B werden die SI-Thyristoren 180 und 230 vom Doppelgatetyp durch die Beam-Base-Thyristoren vom Doppelbasistyp ersetzt. Für die Operationswellenformen können die in den Fig. 2B, 2C, 4B und 4C dargestellten verwendet werden.
  • Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Thyristor mit Beam-Basisstruktur in der ersten Basisregion und der SIT-Gatestruktur in der zweiten Gateregion. Die Beam-Basisstruktur wird vor dem Kathodenbereich 702 durch den ersten p&spplus;-Basisbereich 704 und p&supmin;-Basisbereich 732 und die SIT-Gatestruktur vor dem Anodenbereich 706 durch den zweiten n&spplus;-Gatebereich 708 und p&supmin;-Kanalbereich 709 ausgebildet. Der p&spplus;-Basisbereich 704 ist gemeinsam mit dem Sourcebereich des p-Kanal-SIT ausgebildet. Andererseits ist der n&spplus;-Gatebereich 708 gemeinsam mit dem Emitterbereich des n+p&supmin;n&spplus;-Bipolartransistors mit SIT-Mode ausgebildet. Diese Ausführungsform ist von der Ausführungsform der Fig. 15 in Bezug darauf unterschiedlich, daß die Teile entsprechend den n&supmin;-Hochwiderstandsschichten 737, 743, 739 und 740 in Fig. 15 in gleicher Weise wie in der Ausführungsform in Fig. 14 durch die p&supmin;-Hochwiderstandsschichten 750, 709, 707 und 720 gebildet sind. Der Betrieb und die Betriebswellenformen in der Ausführungsform von Fig. 16 sind dieselben wie im Falle der Ausführungsform von Fig. 15. Die Ausführungsform von Fig. 16 ist strukturell eine Kombination der Ausführungsform der Fig. 14 und 15. In gleicher Weise können in anderer Kombination in Fig. 16 die entsprechenden Teile der p&supmin;-Hochwiderstandsbereiche 730, 732, 750, 709, 707, 720 und 731 als n&supmin;-Hochwiderstandsbereiche ausgebildet sein. In einem solchen Fall wird der zweite Basisbereich von der Beam-Basisstruktur sein, der p&spplus;n&supmin;p&spplus;-Bipolartransistor mit SIT-Mode wird mit dem ersten p&spplus;-Gatebereich 704 und n-Kanal-SIT wird mit dem zweiten n&spplus;-Basisbereich 708 verbunden sein.

Claims (16)

1. Lichtlöschbare Thyristorvorrichtung umfassend
einen lichtempfindlichen Thyristor (10, 160, 210), der eine Anodenelektrode, eine Kathodenelektrode, einen Kanal zwischen besagter Anodenelektrode und besagter Kathodenelektrode und eine Gatelektrode besitzt, die eine Potentialbarriere in besagtem Kanal durch einen statischen Influenzeffekt steuert;
Mittel (11, 162, 211) zum Emittieren eines triggernden Lichtimpulses zu besagtem Thyristor (10, 160, 210);
einen lichtempfindlichen Transistor (20, 170, 220), der von dem statischen Influenzeffekt betrieben wird und Source- und Drainelektroden und eine Steuerelektrode besitzt; und
Mittel (12, 163, 212) zum Emittieren eines löschenden Lichtimpulses zu dem Transistor (20, 170, 220),
wobei eine der besagten Source- oder Drainelektroden besagten Transistors (20, 170, 220) mit besagter Gateelektrode besagten Thyristors (10, 160, 210) verbunden ist,
die andere der besagten Source- oder Drainelektroden besagten Transistors (20, 170, 220) mit besagter Kathodenelektrode besagten Thyristors (10, 160, 210) über eine Vorspannungsquelle (13, 161) verbunden ist und
besagte Steuerelektrode besagten Transistors (20, 170, 220) mit besagter Kathodenelektrode besagten Thyristors (10, 160, 210) über eine Reihe von Widerständen (14) und eine Vorspannungsquelle (15) verbunden ist oder in einem schwimmenden Zustand ist,
oder die andere der besagten Source- oder Drainelektroden besagten Transistors (20, 170, 220) mit besagter Kathodenelektrode besagten Thyristors (10, 160, 210) direkt verbunden ist und besagte Steuerelektrode besagten Transistors (20, 170, 220) in einem schwimmenden Zustand ist.
2. Thyristorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei besagter Thyristor (10) ein statischer Influenzthyristor vom Einzelgatetyp ist.
3. Thyristorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei besagter Thyristor (10) ein Beam-Base-Thyristor vom Einzelbasistyp ist.
4. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei besagter Transistor (20) ein p-Kanal statischer Influenztransistor ist.
5. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei besagter Transistor (20) ein n-Kanal statischer Influenztransistor ist.
6. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei besagter Transistor (20) ein SIT-Mode pnp-Bipolartransistor ist.
7. Lichtlöschbare Thyristorvorrichtung, wobei eine Vielzahl von lichtlöschbaren Thyristoren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in Reihe geschaltet sind.
8. Lichtlöschbare Thyristorvorrichtung, wobei eine Vielzahl von lichtlöschbaren Thyristoren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 parallel geschaltet sind.
9. Lichtlöschbare Thyristorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 integriert im gleichen Halbleitersubstrat.
10. Lichtlöschbare Thyristorvorrichtung umfassend
einen lichtempfindlichen Thyristor (70, 180, 230, 260), betrieben durch einen statischen Influenzeffekt, der eine Anodenelektrode, eine Kathodenelektrode, eine erste Gatelektrode und eine zweite Gateelektrode besitzt;
Mittel (71, 181, 231, 261) zum Emittieren eines triggernden Hochpulses zu besagtem Thyristor (70, 180, 230, 260);
einen ersten lichtempfindlichen Transistor (80, 190, 270), betrieben durch den statischen Influenzeffekt, der Source- und Drainelektroden und eine Steuerelektrode besitzt;
einen zweiten lichtempfindlichen Transistor (90, 150, 250, 280), betrieben durch den statischen Influenzeffekt, der Source- und Drainelektroden und eine Steuerelektrode besitzt; und
Mittel (72, 182, 232, 262) zum Emittieren eines löschenden Lichtimpulses zu besagtem erstem lichtempfindlichen Transistor (80,240, 270) und besagtem zweiten lichtempfindlichen Transistor (90, 150, 250, 280),
wobei eine der besagten Source- oder Drainelektroden von besagtem erstem lichtempfindlichen Transistor (80, 240, 270) mit besagter erster Gateelektrode besagten Thyristors (70, 180, 230, 260) verbunden ist,
wobei eine der besagten Source- oder Drainelektroden von besagtem zweitem lichtempfindlichen Transistor (90, 150, 250, 280) mit besagter zweiter Gateelektrode besagten Thyristors (70, 180, 230, 260) verbunden ist,
die andere der besagten Source- oder Drainelektroden von besagtem erstem und zweiten lichtempfindlichen Transistor (80, 240, 270, 90, 150, 250, 280) entsprechend mit besagter Kathodenelektrode und besagter Anodenelektrode besagten Thyristors (70, 180, 230, 260) über eine Vorspannungsquelle (73, 183, 263, 76, 184, 266) verbunden ist und
besagte Steuerelektrode besagten ersten unbd zweiten lichtempfindlichen Transistors (80, 240, 270, 90, 150, 250, 280) entsprechend mit besagter Kathodenelektrode und besagter Anodenelektrode besagten Thyristors (70, 180, 230, 260) über eine Reihe von Widerständen (75, 265, 78, 268) und eine Vorspannungsquelle (74, 264, 77, 267) verbunden ist oder in schwimmendem Zustand ist,
oder die andere der besagten Source- oder Drainelektroden von besagtem erstem und zweiten lichtempfindlichen Transistor (80, 240, 270, 90, 150, 250, 280) entsprechend mit besagter Kathodenelektrode und besagter Anodenelektrode besagten Thyristors (70, 180, 230, 260) direkt verbunden ist, und besagte Steuerelektrode besagten ersten unbd zweiten lichtempfindlichen Transistors (80, 240, 270, 90, 150, 250, 280) in schwimmendem Zustand ist.
11. Thyristorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei besagter Thyristor (70) ein statischer Influenzthyristor vom Doppelgatettyp ist.
12. Thyristorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei besagter Thyristor (70) ein Beam-Base-Thyristor vom Doppelbasistyp ist.
13. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei besagte erste und zweite Transistoren (80, 90) entsprechend ein SIT-Mode pnp Bipolartransistor und ein SIT-Mode npn Bipolartransistor sind.
14. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei besagte erste und zweite Transistoren (80, 90) entsprechend ein p-Kanal statischer Influenztransistor und ein n-Kanal statischer Influenztransistor sind.
15. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei, wenn die Source- und Drainelektroden besagten ersten und zweiten Transistors mit besagter Kathodenelektrode und Anodenelektrode besagten Thyristors über eine Vorspannung verbunden sind, einer der beiden besagten ersten und zweiten Transistoren (80, 90) ein p-Kanal oder n-Kanal statischer Influenztransistor und der andere ein SIT-Mode pnp oder npn Bipolartransistor ist.
16. Thyristorvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei einer der beiden ersten und zweiten Steuerbereiche besagten Thyristors eine Beam-Base-Struktur und der andere eine SIT-Gate-Struktur aufweist.
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