DE1489092A1 - Steuerbares Halbleiterelement mit hoher Einschaltbelastbarkeit - Google Patents

Description

Steuerbares Halbleiterelement mit hoher Einachaltbelastbarkeit

Steuerbares Halbleiterelement, beispielsweise steuerbare Halbleitergleichrichter werden in immer stärkerem Male in der Technik in Schaltungsanordnungen eingesetzt, die eine hohe Einschaltbelastbarkeit erforderlich machen, beispielsweise bei Hochleistungswechaelrichter.

Jeder steuerbare Halbleitergleichrichter ist durch seinen technologischen Aufbau in seiner thermischen Belastbarkeit begrenzt, üblicherweise wird ein steuerbarer Halbleitergleichrichter über eine punktförmige Steuerelektrode die an der Peripherie oder im Zentrum der Katoden- oder Anodenflache in der benachbarten Basiszone liegt, gezündet. Hit dem Anlegen eines Steuerimpulses an die Steuerelektrode wird jedoch nicht sofort die gesamte Katoden- bzw. Anodenfläche gezündet und damit am Stromtransport beteiligt, sondern nur ein eng begrenzter Bereich der Katoden- bzw. der Anodenfläche. Dieser durchgezündete enge Bereich liegt in unmittelbarer Nachbarschaft der Steuerelektrode. Bei sehr steil ansteigendem Anodenstrom tritt in diesem durchgezündeten, eng begrenzten Bereich eine sehr große Energiedichte auf, die nach überschreiten eines kritischen Wertes zum lokalen Aufschmelzen des Halbleiterelementes und damit zu seiner Zerstörung führt.

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Se wurden bereits Anordnungen bekannt, die solche Zer störungen verhindern sollten, indem die Steuerelektrode eiqe Vielzahl einseiner Steuerkontakte und/oder bestimmte Ausbildungsformen aufweist und dadurch eine größere fläche bereits im ersten Moment gezündet.werden sollte. Eine Verteuerung der Dinecheltbelaatbarkeit läßt sich jedoch durch mehrere Steuerelektroden oder eine beispielsweise ringförmig die Katode oder Anode umschließende Steuerelektrode nur dann erzielen, wenn die Einachaltverzugszeit für alle Steuer· elektrodeakontakte die gleiche ist. Dies ist aber nur dann der Pell, wenn sowohl die Zonendicken als auch die Lebens dauer der Ladungsträger für alle Stellen glaioh sind, was besonders bei großflächigen, steuerbaren Halbleitergleichriohtern nur sehr schwer zu realisieren 1st.

Die vorliegende Erfindung zeigt einon steuerbaren Halbleitergleichrichter der eine gegenüber den bisher bekannten Anordnungen wesentlich größere Einschaltbelastbarkeit und damit eine entsprechend größere Stromanstiegsgeschwindig- keifc ^ aufweist, ohne die Nachteile mit sich zu bringen, die bei den bekannten Anordnungen; beispielsweise in der starken Vergrößerung des notwendigen Zikdateuerstromes gegeben sind c

Dit. Erfindung betrifft ein steuerbares Kalbleiterelement mit hoher Einschaltbelaatbarkeit und besteht darin, daß die katpden- oder/urd die anodenaeitige äußere Zone eines Vier- oder Mehrschichten-Halbleiterayetema miüdestens zwei Teilbereiphe aufweiaen und mindestens einer der Teilbereiche in räumlicher Nähe zur Steuerelektrode angeordnet ist, daß der oder die der Steuerelektrode benachbarten Teilbereiche über einen Widerstand mit dem den Katoden- oder Anodenkontakt aufweisenden Bereich der äußeren Zone verbunden sind.

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Anhand dor Figuren 1 und 2 wird der Gegenstand der Erfindung in seinem Aufbau und seiner Wirkungsweise dargestellt und erläutert.

Figur 1 seigt ein Vierschichtenhalbleiterelement mit den Schichten 1, 2 3 und 4 als pnpn-System. An der pleitenden Schicht 1 ist die Anode angebracht, während die η-leitende Schicht 4 mit dem Katodenkontakt 5 versehen ist. In der p-leitenden Basisschicht 3 ist außer der n-leitenden mit dem Katodenkontakt 5 versehenen Schicht 4 eine weitere η-leitende Schicht 6 mit einem Kontakt 7 eingebracht und enthält in der Nachbarschaft dieser n-leitenden Schicht 6 den SteuerelefctrodenkontaV t 10. Sie Kontaktschicht 7 der η-leitenden Schicht 6 ist über einen Widerstand 8 mit dem Katodenkontatet 5 verbunden» Dar Lastwiderstand 9 liegt im HauptStromkreis urd bestimmt die Hohe des Stromes. Der Querwiderstand 8 soll mindestens von gleicher Grc3enordnung wie der Laatwjderstand 9 ' ein»

Mit dem Anlegen des Zündimpulses wird dfr Tail des steuerbaien Halbleitorgleichrichters der aus cen Schichtsn 1, 2, 3 "und 6 beeteh.1;, gezündet, ])er inTolged« ssei von dar Anode über die Schichten 1, 2 3 und 6 sowie üi er den Querwiderstend 8 zur Kai;cde urid dem -<ast\vi<.e.rstaj d fließende Strom ruit an dem Querwiderstand fi eiren Spanj ungsabfall hervor, dei in der p-Bafis 3 zw:ischon den n-leitendan Schichten 6 unc 4 eic elekti isches J?eld erzeugt, da die von der p-leit er den Ar oder, set icht 1 in ii.e p-leitend· Baaisschicht 3 Ini iz.iertenL.'durgsträger:* zu?* a-lekiender» Sc'iicht 4 treibte Dan it. wird d? s au; dies<?r η-Leitenden S- hic'at 4 gebildeten

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Der von der Schicht 6 zur Schacht 4 durch de· elektrische Feld bedingte Queratrom bewirkt durch seine parallel su den pn-Übergangsflachen erfolgenden Auffäoherung die Zündung eine8 größeren Bereiche der n-leitenden Schicht 4.

Auf diese Weise wird die Stromdichte in Element während des Einschaltvorganges reduziert, so daß der für dea Element «uläaeige ^ - 'Vert die sogenannte Stromanatiegageachwindigkeit beträchtlich gesteigert werden kann.·

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankena ist in der Ausbildung gemäß Figur 2 aufgeführt. Das in Figur 2 beapielaweise dargestellte Vierschichtenelement zeigt wieder eine pnpn-Struktur mit der Schichtenfolge 1, 2, 3 und 4. Die p-leitende Schicht 1 ist mit der Anode und die n-leitende Schicht 4 mit dem Katodenkontakt 5 versehen. Der Katodenkontakt 5 bedeckt dabei nur einen Teil der η-leitenden Schicht 4 und läßt einen Bereich 11, der dem auf der p-leitenden Schicht 3 argebrachten Steuerkbntakt ήθ benachbart ist, unbedeckte Di3 Wirkung des in der Figur 1 dargestellten Querwiderstanda 8 wird in diesem Ausführungebeiepiel in vorteilhafter "'ejge durch den transversalen Bahnwiderat;and der η-leitenden Schicht 4 im unbedeckten Gebiet 11 übernommene

Die Zündung beginnt in diesem Ausführungsbeispiel an dem zur Steuerelektrode benachberten Randberaich der n-leitenden nicht überdeckten Teilachicht 11 und breitet sich unter den bereits für das Ausführvngsbeiapiel gemäß in Figur 1 beschriebenen Voraussetzungen zur mit dem KonWst 5 versehenen Schicht 4 hin, aus_e

In diesem Ausf ührungsbe:.spiel sind die : λγθ! oder mehr Teilbereiche räumlich zusammenhängend und nvr dadurch unter-

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echieden, daß der oder die der oder den Steuerelektrode» benachbarten Teilbereiche keinen metallischen Kontakt mit dem Katoden- baw, dem Anodenanschluß aufweisen und . daß die transversalen Bahnwiderstände der den Steuerelqk-» troden benachbarten Teilbereiche den Querwiderstand bilden.

In den Ausführungebeispielen nach den Figuren 1 und 2 wurde die Zündung von der der Katode benachbarten Basiszone aus vorgenommen. Selbstverständlich lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile auch erzielen, wenn der Anodenkontakt entsprechend ausgebildet ist und dis Zündung von der der Anode benachbarten Basiszone aus vorgenommen wird Außerdem kann der Querwiderstand im Bedarfsfalle aus der Kombination von äußeren Impedanzen und transversalen Bahnwiderständen gebildet werden»

Pie Erfindung beschränkt sich keineswegs auf punktförmige oder ringförmige Ausbildungen der Steuerkontakte, sondern bringt für Jede Auaführungsform, ob in ringförmiger oder in zentraler Anordnung sowie durch Anbringung einer Vielzahl von Steuerkontakten eine beachtliche Verbesserung der Stromsnstiegsgeschwindigkeit

Eine lesondere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dal büi einem Mehrschichten-Halbleiter-System, das in beiden Richtungen schaltbar ist, sowohl von der Anoden- als auch vor. der Katodenseite die Maßnahme gemäß der Erfindung getroffen werden kann_o

5 Seiten Beschreibung 2 Seiten Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ^, Steuerbares Halbleiterelement mit hoher Eiaschaltbelastbarkeit, dadurch gekennzeichnet» daß die katoden- oder/und die anodenaeitige äußere Zone eines Vier- oder Mehrschichten-Halbleitersystems mindestens zwei Teilbereiche aufweisen und mindestens einer der Teilbsreiche in räumlicher Nähe zxlt Steuerelektrode angeordnet ist, daß dar oder die der steuerelektrode benachbarten Teilbereiche über einen Widerstand mit dem den Katoden- oder Anodenkontakt aufweisenden Bereich der äußeren Zone verbunden sind.

   2, Steuerbares Halbleiterelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die zwei oder mehr Deir.bereiche räumlich voneinander getrennt und über äußere »iderstände, sogenannte Querwideratiinde, miteinander verbunden sind, wobei die nicht direkt mit dem Katoden- bzv. Anodenanschluß versehenen Teilbereiche in der Nühe einer cder jewe-ils einei· Steuerelektrode ar.geordne ; sind.

   3'Steuerbares Halbleiterelement ns.ch Arspruci; 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kopplung bewirkende ^uerwiderstand nindestens von der Größenordnung des Widerstandes im Laststromkreis ist.

   HiSteuerbares Halbleiterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querviderstand eine Impedanz i3t.

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   >5> Steuerbares Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei oder mehr Teilbereiche räumlich zusammenhängend und nur dadurch unterschieden sind, daß der odor die des oder den Steuerelektroden benachbarten Teilbereiche keiner, metallischen Kontakt mit dem Katodenbzw, dem Anoderianschluß aufweisen und daß die transversalen Bahnwiderstände der den Steuerelektroden benachbarten Teilbereiche den sjuerwid erstand bilden.

   6. Steuerbares Ha]bleiterelement nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dai3 der Querwiderstand au3 einer äußeren Impedanz und einem transversalen B^hnwideistand besteht.

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