DE1539694C - Thyristor mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit vier klein sein gegenüber dem Sperrschichtwiderstand Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps und min- der Flächendiode. Dabei ist bei Strömen in der destens einer Steuerelektrode, wobei die unter der Größenordnung des Zündstromes der Sperrschicht-Emitterzone liegende Zone die Emitterzone bis zu widerstand größer als der öhmsche Widerstand. Der deren Oberfläche punktförmig durchdringt und diese 5 Sperrschichtwiderstand und der Eigenwiderstand Oberfläche unter Aussparung eines Bereiches um die des Kurzschlußweges liegen fest. In Grenzen variabel Steuerelektrode mit einer ersten Metallschicht ver- ist also nur der Bahnwiderstand durch Veränderung sehen ist. des Abstandes zwischen Steuerelektrode und Emitter-

Es ist bereits ein Thyristor bekanntgeworden, bei zone.

dem die Metallschicht auf der einen äußeren Zone io Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu-

sich nicht bis in den Nachbarbereich der Steuerelek- gründe, einen Thyristor mit Querfeldemitter und

trode erstreckt. Durch diese Maßnahme — auch kurzgeschlossenem Emitter-pn-Übergang so auszu-

Querfeldemitter-Ausbildung genannt — erzeugt der bilden, daß er für sehr hohe Spannungsanstiegs-

Hauptstrom in dem nicht kontaktierten Teil der geschwindigkeiten ohne Durchzünden brauchbar ist. äußeren Zone einen Spannungsabfall, der eine 15 Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, "besteht

größere Zündausbreitungsgeschwindigkeit verursacht. darin, daß die innerhalb des ausgesparten Bereiches

Der Thyristor kann so höheren Stromanstiegs- liegenden punktförmigen Durchdringungen, durch

geschwindigkeiten ohne Zerstörung standhalten. Da- zungenförmige Metallstreifen oder eine in ihrer

mit der Spannungsabfall in der nicht kontaktierten Schichtdicke verminderte zweite Metallschicht mit

äußeren Zone — der Emitterzone — eine genügende 20 der ersten Metallschicht leitend verbunden sind. Größe erreicht, darf die Breite der nicht kon- Der Vorteil des Thyristors nach der Erfindung

taktierten Emitterfläche neben der Steuerelektrode liegt darin, daß sehr viel höhere Spannungsanstiegs- /

einen bestimmten Betrag nicht unterschreiten (»Zeit- geschwindigkeiten Anwendung finden können als

schrift für angewandte Physik«, Bd. 19 [1965], S. 396 bei einem Thyristor mit bekanntem Querfeldemitter,

bis 400). 25 Dabei sind die die Kurzschlußwege verbindenden,

Ferner sind Thyristoren bekannt, bei denen die schmalen zungenförmigen Metallstreifen nur ein

unter der Emitterzone liegende Schicht die Emitter- weniger breiter als der Durchmesser der einzelnen

zone bis zu deren mit einer Metallschicht versehenen kurzschließenden Durchdringungen selbst, so daß

Oberfläche punktförmig durchdringt. Ein solcher die nichtkontaktierte, ringförmige Fläche um die

Thyristor zeigt ein stabiles Temperaturverhalten, da 30 Steuerelektrode nur um die Fläche der schmalen

die mit steigender Temperatur zunehmenden Sperr- _. . , . , _. ■ ... dz/ _v ,

ströme über die Metallschicht abfließen und nicht zu ^Ste8^e vermindert wird. Eine schnelle ^-Änderung

vorzeitiger Zündung führen können. der Spannung in Durchlaßrichtung bringt den Thy-

Ebenso sind sie für größere Spannungsanstiegs- ristor nicht zum Zünden, da auch die der Steuerelek-

geschwindigkeiten geeignet, ohne daß es dabei zu 35 trode am nächsten liegenden Kurzschlußwege den

einem unerwünschten Durchzünden kommt (deutsche Flächenstrom abführen können. Andererseits fällt

Auslegeschrift 1154 872). die Fläche der schmalen, zungenförmigen Metall-

Wird an einen Thyristor eine in Durchlaßrichtung streifen, deren Widerstand ja geringer ist als der der

gepolte, sich sehr schnell ändernde Spannung gelegt, nichtkontaktierten Fläche, bei Anlegen eines Zünd-

so kann dieses durch Injizieren eines kapazitiven 40 impulses zum Aufbau des notwendigen Spannungs- -

Sperrstromes durchzünden: Diese Art der.Zündung ; abfalles nicht ins Gewicht. ' will man aber gerade unterdrücken und strebt des- Nach einer der beiden Ausführungsformen der

halb eine sehr hohe -J"-Festigkeit an. ' Erfindung sind die der Steuerelektrode am nächsten ₍

at. ° liegenden Perfonerungen der Emitterzone durch eine Vr

Zur Erklärung des Zündvorganges können die 45 gegenüber der ersten Metallschicht dünnere zweite

Emitterzone und die sich an diese anschließende Metallschicht mit der ersten Metallschicht auf der

p-Basiszone im Ersatzschaltbild als Flächendiode Emitterzone verbunden. Durch die Verbindung bei-

mit zwei unter sich in Reihe, aber parallel zur der Metallschichten ist also der Kurzschluß der nahe

Flächendiode liegenden Widerständen R₁ und R₂ auf- der Steuerelektrode befindlichen Durchdringungen

gefaßt werden. Der Widerstand R₁ bedeutet dabei 50 gegeben.

den Eigenwiderstand des Kurzschlußweges, der Die Dicke der ersten Metallschicht beträgt nur

Widerstand R₂ den Bahnwiderstand zwischen Steuer- wenige μ, ζ. B. bis zu 5 μ, damit der Bahnwiderstand

elektrode und Emitterzone. Dieser Widerstand ist nicht zu klein und der Zündspannungsabfall zu

also durch Variierung des Abstandes der Steuerelek- gering wird.

trode von der η-leitenden Emitterzone in Grenzen 55 Es wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug geveränderbar. Eine Betrachtung dieses Ersatzschalt- nommen, in der Ausführungsbeispiele des Thyristors bildes zeigt sogleich die sich widersprechenden For- nach der Erfindung dargestellt sind. Gleiche Teile derungen. Die Stromverteilung auf die Parallelwege wurden mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigt ist durch die Reihenschaltung der beiden Wider- Fig. 1 einen Thyristor im Schnitt, bei dem die in j stände festgelegt. Beim Zünden nun soll möglichst 60 der Nähe der Steuerelektrode liegenden Perforie- ' ein großer Strom über die Flächendiode fließen, die rungen durch zungenförmige Metallstreifen mit der ; Summe von R₁ und R₂ also möglichst groß sein. Soll ersten Metallschicht auf der Emitterzone verbunden

dagegen eine große ,"-Festigkeit erzielt werden, so ^su~'. ₁ . „. , .' , „, . , ,

^{& b} ° at ^b . Fig. la eine Draufsicht des Thyristors nach der

muß möglichst viel des injizierten Stromes über den 65 Fig. 1,

Kurzschlußweg, also über die Reihenschaltung R₁ Fig. 2 einen Thyristor im Schnitt, bei dem die in

und R₂ abfließen, damit es nicht zur Zündung kommt. der Nähe der Steuerelektrode befindlichen Perforie-

Dje. Summe von R₁ und R₂ soll also in diesem Falle rungen durch eine zweite Metallschicht geringerer ;;'

Schichtdicke mit der ersten Metallschicht auf der Emitterzone verbunden sind,

F i g. 2 a eine Draufsicht des Thyristors nach der Fig. 2.

Der Thyristor nach der F i g. 1 hat vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, die eine äußere Zone — die Emitterzone 1 — mit n-Leitfähigkeit, die benachbarte innere Zone — die Basiszone 2 — mit p-Leitfähigkeit, eine weitere Basiszone 3 mit η-Leitfähigkeit und die andere äußere Zone — die Kollektorzone 4 — mit p-Leitfähigkeit zur benachbarten Basiszone 3 hin und ρ+-Leitfähigkeit im Außenteil 4 a. Die erste Metallschicht 6 auf der Emitterzone 1 ist gegenüber der Steuerelektrode 5 zurückversetzt. Mit dieser Maßnahme ist der Querfeldemitter verwirklicht. Die sich in der Nähe der Steuerelektrode befindende Perforierung 2 α ist durch einen zungenförmigen Metallstreifen 6 a mit der ersten Metallschicht 6 auf der Emitterzone 1 verbunden. Dies wird insbesondere in der Draufsicht nach der F i g. 1 a deutlich.

"Die F i g. 2 zeigt einen Thyristor, der sich von dem der F i g. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Perforierungen 2 α in der Nähe der Steuerelektrode 5 durch eine zweite Metallschicht 6 b bedeckt und durch diese mit der ersten Metallschicht 6 auf der Emitterzone 1 verbunden sind.

Die Dicke der ersten Metallschicht 6 ist unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes des verwendeten Materials so bemessen, daß einerseits die von ihr bedeckten Durchdringungen 2 α der Basiszone mit den benachbarten Bereichen der Emitterzone 1 kurzgeschlossen sind und andererseits die Abbildung eines für eine hohe Zündausbreitungsgeschwindigkeit ausreichenden Spannungsabfalles in dem von ihr bedeckten Bereich der Emitterzone 1 nicht gestört ist.

In der Fig. 2a ist die zweite Metallschicht 6b durch eine andere Schraffur gegenüber der ersten Metallschicht 6 hervorgehoben.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Thyristor mit vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps und mit mindestens einer Steuerelektrode, wobei die unter der Emitterzone liegende Zone die Emitterzone bis zu deren Oberfläche punktförmig durchdringt und diese Oberfläche unter Aussparung eines Bereiches um die Steuerelektrode mit einer ersten Metallschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des ausgesparten Bereiches liegenden punktförmigen Durchdringungen (2 a) durch zungenförmige Metallstreifen (6 a) oder eine in ihrer Schichtdicke verminderte zweite Metallschicht (6 b) mit der ersten Metalischicht (6) leitend verbunden sind.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Schichtdicke verminderte zweite Metallschicht (6 b) die Steuerelektrode (5) kreisförmig umgibt und den ausgesparten Bereich nicht bis zu der Steuerelektrode (5) hin völlig bedeckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen