DE1265875B - Steuerbarer Halbleitergleichrichter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1 265 875

Aktenzeichen: L 43826 VIII c/21 g

Anmeldetag: 5. Januar 1963

Auslegetag: 11. April 1968

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und mit Steuerelektroden an den den äußeren Zonen benachbarten inneren Zonen.

Die bekannten Ausführungsformen von steuerbaren Halbleitergleichrichtern mit z.B. vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und einer Steuerelektrode lassen sich über die Steuerelektrode ein- aber nicht ausschalten. Dieses Verhalten ist dadurch bedingt, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter zur Verringerung der Steuerverluste geometrisch und in seinen elektrischen Eigenschaften unsymmetrisch aufgebaut ist. Einen steuerbaren Halbleitergleichrichter kann man sich in zwei Teiltransistoren zerlegt denken, durch deren Kopplung sich seine Wirkungsweise erklären läßt. Bei den üblichen Ausführungsformen ist nun der Stromverstärkungsfaktor des Teiltransistors, dessen Basis mit der Steuerelektrode versehen ist, wesentlich größer als der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Teiltransistors. Das Verhältnis der beiden Stromverstärkungsfaktoren ist beispielsweise 0,9 zu 0,1. Zur Erzielung eines großen Stromverstärkungsfaktors ist es notwendig, daß die Dicke der mit der Steuerelektrode versehenen Basiszone wesentlich kleiner ist als die Dicke der zweiten Basiszone. Dadurch tritt ein transversaler Spannungsabfall auf, der das Schaltverhalten großflächiger Halbleiterbauelemente stark beeinträchtigt. Die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der beiden Teiltransistoren führen schließlich dazu, daß eine Ausschaltung des Halbleitergleichrichters nicht oder nur mit einem gegenüber dem Einschaltstrom stark überhöhten Steuerstrom möglich ist. Andererseits wird das Ausschalten dadurch erschwert, daß der von der Kathodenzone und der mit der Steuerelektrode versehenen Basiszone gebildete pnübergang nur eine kleine Sperrspannung hat. Zur Verbesserung des Ausschaltverhaltens ist es auch bekanntgeworden, beide Basiszonen des steuerbaren Halbleitergleichrichters mit Steuerelektroden zu versehen.

Gemäß der Erfindung wird ein günstiges Schaltverhalten des steuerbaren Halbleitergleichrichters dadurch erzielt, daß die beiden mit Steuerelektroden versehenen inneren Zonen gleiche Schichtdicken, gleiche Größe der elektrischen Leitfähigkeit und gleiche Lebensdauer der Ladungsträger aufweisen, und daß die Stromverstärkungsfaktoren der beiden Teiltransistoren, die je eine äußere und zwei benachbarte innere Zonen umfassen, gleich sind.

Durch den symmetrischen elektrischen Aufbau ge-Steuerbarer Halbleitergleichrichter

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Willi Gerlach,

6000 Frankfurt-Eschersheim;

Dr. rer. nat. Günter Kohl, 6240 Königstein;

Dr. phil. nat. Karl-Heinz Ullmer, 6000 Frankfurt

maß der Erfindung ist eine Ein- und Ausschaltung des steuerbaren Halbleitergleichrichters in gleicher Weise gewährleistet. In den F i g. 1 und 2 sind zwei Ausführugnsbeispiele von Halbleitergleichrichtern gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei ein Aufbau mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und demgemäß mit drei pn-Übergängen 1, 2 und 3 angenommen wurde. An die beiden Basisschichten 4 und 5 sind jeweils die beiden Steuerelektroden 6 und 7 angeschlossen. Die Kathoden- bzw. Anodenanschlüsse sind mit 8 und 9 bezeichnet. Für die Herstellung der Ausführungsform nach der F i g. 1 wird vorteilhaft das Epitaxialverf ahren angewendet. In der F i g. 2 ist der Aufbau eines steuerbaren Halbleitergleichrichters gemäß der Erfindung gezeigt, wie er durch die bekannte Planartechnik erzielt werden kann. Bei dieser Ausführung können die Steuerelektroden beispielsweise ringförmig ausgebildet werden. Bei genügender Beachtung der Verfahrensparameter gelingt es, steuerbare Halbleitergleichrichter herzustellen, deren beide Teiltransistoren die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen; ζ. B. erreichen dann die beiden Stromverstärkungsfaktoren in gleicher Weise Werte größer als 0,5, die zur Einschaltung des steuerbaren Gleichrichters notwendig sind. Der weitere Vorteil der steuerbaren Halbleitergleichrichter nach der Erfindung besteht darin, daß die Sperrspannung der beiden pn-Übergänge 1 und 3 nahezu gleich ist und damit die Steuerkennlinie zwecks Ausschaltung des Elementes zu genügend hohen Sperrspannungen verwendbar ist. Die Schichtdicken der beiden Zonen 4 und 5 können größer gewählt werden als bei den bisher bekannten steuerbaren Halbleitergleichrichtern, wodurch der

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transversale Widerstand parallel zu den pn-Übergangsflächen kleiner ist als bei den bekannten Ausführungsformen.

Steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung zeigen gegenüber den bekannten Ausführungen wesentliche schaltungstechnische Vorteile. Beispielsweise ist es möglich, die beiden Steuerelektroden 6 und 7 über eigene vom Potential der Hauptelektroden, d. h. der Kathode und der Anode unabhängige Stromkreise zu versorgen. Der steuerbare Halbleitergleichrichter kann auch über die eine der beiden Steuerelektroden eingeschaltet und über die zweite Steuerelektrode ausgeschaltet werden. Des weiteren können beide Steuerelektroden derartig mit Steuersignalen beaufschlagt werden, daß über beide Steuerelektroden der steuerbare Halbleitergleichrichter ein- oder ausgeschaltet wird. Werden an eine oder beide Steuerelektroden Vorspannungen angelegt, so ist es damit möglich, daß nur bestimmte Signale eine Ein- oder Ausschaltung bewirken. ao

Weiterhin können steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft in Koinzidenzschaltungen eingesetzt werden. Da die Wirkungen der beiden Steuerelektroden sich sowohl kompensieren als auch überlagern können, können steuerbare Halbleitergleichrichter gemäß der Erfindung sowohl zum konjunktiven als auch disjunktiven Erfassen zweier Signale verwendet werden.

Die gleichen Vorteile werden auch bei einem symmetrisch aufgebauten steuerbaren Halbleitergleichrichter mit fünf Zonen abwechselnd entgegengeßefeten Leitfähigkeitstyps erzielt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegegesetztea Leitfähigkeitstyps und mit Steuerelektroden an den den äußeren Zonen benachbarten inneren Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mit Steuerelektroden versehenen inneren Zonen gleiche Schichtdicken, gleiche Größe der elektrischen Leitfähigkeit und gleiche Lebensdauer der Ladungsträger aufweisen und daß die Stromverstärkungsfaktoren der beiden Teiltransistoren, die je eine äußere Zone und zwei benachbarte innere Zonen umfassen, gleich sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 958 393, 966 276;
   französische Patentschrift Nr. 1267 417;
   »Elektronische Rundschau«, Bd. 15 (1961), Nr. 2, S. 68.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   809 538/419 4.63 © Bundesdruckerei Berlin