DE2158270C3 - Kontaktloser Schalter mit einem Feldeffekt-Thyristor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Schalter mit einem Feldeffekt-Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein kontaktloser Schalter dieser Art ist aus der Zeitschrift »elektronikpraxis« (1970) Nr. 7/8, Seiten 8 bis 10, bekannt. Ferner ist aus der Zeitschrift »Solid-State Electronics« Bd. 9 (1966), Nr. 5, Seiten 571 bis 580, ein kontaktloses schaltbares Halbleiterbauelement bekannt, bei dem innerhalb einer integrierten Halbleiterschaltung die Hallspannung eines Hallelements mittels des hohen Eingangswiderstandes eines MOS-Transistors verstärkt wird, bei dem also das Hallelement mit der isolierten Steuerelektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist.

Der Erfindung liegt nunmehr demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen zum Ein-Ausschalten hoher Stromstärken geeigneten, magnetisch steuerbaren kontaktlosen Schalter zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Sowie die zwischen der ersten Kontaktelektrode auf dem ersten Bereich und die zweite Steuerelektrode gelegte Schaltung kurzschließt, kann die Ein-Ausschaltung des kontaktlosen Schalters durch Änderung des Widerstandswertes des Hallelementes über die an die erste Steuerelektrode gelegte Vorspannung erfolgen. Hohe Stromstärken bis zu mehreren Ampere lassen sich deswegen erzielen, weil aufgrund der beiden gegenüberliegenden Steuerelektroden ein breiter Kanal zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich im Halbleiterkörper für die Stromleitung zur Verfugung steht.

Sieht man sowohl im ersten als auch im zweiten

Bereich des Halbleiterkörpers einen Bereich des gleichen Leitfähigkeitstyps wie der des Halbleiterkörpers vor, so erhält man einen bidirektionalen Schalter.

Der erfindungsgemäße Schalter ist insofern von großem industriellem Nutzen, als er als Tastaturschalter verwendet werden kann, der mit Hilfe eines Magnetfeldes steuerbar ist

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

to F i g. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines bekannten Feldeffekt-Thyristors,

Fig.2 eine bekannte Schaltung des Bauelements nach F ig. 1, Fig.3 die Spannung-Strom-Kennlinie des Bauele ments nach F i g. 1,

F i g. 4 die Veränderungskennünien von Spannung Vr und Widerstand R, des in F i g. 1 veranschaulichten Bauelements, Fi g. 5 die Veränderungskennlinien von Spannung V₁/, und Spannung Vg des in F i g. 1 dargestellten Bauelements,

Fig.6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform Feldeffekt-Thyristors, Fig.7 die Spannung-Strom-Kennlinien des Bauele ments nach F i g. 6 und

Fig.8 die Schaltung eines erfindungsgemäßen kontaktlosen Schalters unter Verwendung eines der Bauelemente nach F i g. 1 oder F i g. 6. F i g. 1 zeigt einen bekannten Feldeffekt-Thyristor mit einem n-Halbleiterkörper 1, in dem an einer Hauptfläche p-Bereiche 2 und 3 ausgebildet sind, von denen der p-Bereich 3 einen n-Bereich 4 aufweist Das Bauelement hat ferner eine Isolierschicht 5, eine auf dem p-Bereich 2 vorgesehene Kontaktelektrode 6, eine auf dem n-Be reich 4 vorgesehene Kontaktelektrode 7, eine auf der Isolierschicht 5 angeordnete erste Steuerelektrode 8 und eine auf dem Halbleiterkörper befindliche zweite Steuerelektrode 9. Als Halbleitermaterial können Ge, Si, GaAs, GaP, InAs oder SiC verwendet werden, die alle in

«o der einschlägigen Technik bekannt sind.

Fig.2 zeigt eine bekannte Schaltung für den Feldeffekt-Thyristor der F i g. 1, bei dem ein Widerstand R, zwischen einen Lastwiderstand Rl und die Kontaktelektroden 6 und 9 geschaltet ist Die zwischen den

«5 Kontaktelektroden 6 und 7 auftretenden Strom-Spannungs-Kennlinien sind in F i g. 3 dargestellt die zeigen, daß das Bauelement am Punkt der Spannung Vn, von »AUS« auf »EIN« geschaltet wird, und daß die Spannung auf Vr zurückkehrt wenn das Bauelement von »EIN« auf »AUS« geschaltet wird.

Wie nun im Rahmen der Erfindung festgestellt wurde, hängt der Wert von Vr von R, ab, und zwar nähern sich V,h und Vr einander bei einer Verringerung von R, und stimmen schließlich überein, wie F i g. 4 zeigt d. h, die Obereinstimmung erfolgt zwischen der Spannung Vr, bei der das Bauelement von »EIN« auf »AUS« geschaltet wird, und der Spannung V,*, bei der das Bauelement von »AUS« auf »EIN« geschaltet wird. Wenn nun eine Steuerspannung an die erste Steuerelek trode 8 bei /?,=0 oder bei miteinander kurzgeschlosse nen Kontaktelektroden 6 und 9 gelegt wird, verändert sich V/a wie Fig.5 zeigt Wenn eine positive Steuerspannung an die erste Steuerelektrode angelegt wird, wird V)* größer, während die Spannung Vn, kleiner wird, wenn eine negative Steuerspannung angelegt wird. Das bedeutet, daß der Schalter mit Hilfe dieser Steuerspannung ein- und ausschalten kann, da V,*= Vr ist.

Die η- und p-Bereiche wurden nur zur besseren Erläuterung besonders festgelegt; diese Bereiche können auch gegeneinander ausgetauscht werden, ohne das Schaltprinzip zu verändern.

Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel eines kontaktlosen Schalters gemäß der Erfindung beschrieben.

Der in F i g. 1 dargestellte Feldeffekt-Thyristor ist mit der in F i g. 8 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltung verbunden, die ein Hallelement H, Widerstände Rl und Ra einen Anodenanschluß A, einen Steueranschluß G und einen Kathodenanschluß K aufweist Die Bezugszahlen bezeichnen Elektroden, die denen der F i g. 1 und 2 entsprechen.

Die zwischen den Kontaktelektroden 6 und 7 erscheinenden Strom-Spannungs-Kennlinien sind die gleichen wie die in Zusammenhang mit Fig.3 beschriebenen. V<* bezeichnet die Kippspannung. Das Bauelement ist so geartet, daß es vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand zurückkehrt Durch Verändern des Widerstandswertes des Hallelements H mit Hilfe eines Magnetfeldes, wobei eine Spannung an den Steueranschluß G gelegt wird, wird die an die Steuerelektrode 8 gelegte Spannung verändert Es wurde festgestellt daß die Beziehung zwischen den Spannungen Va und V,h im wesentlichen den oben in Zusammenhang mit Fig.5 beschriebenen Kennlinien entspricht Die Spannung V₁/, kann in Abhängigkeit von der Polarität der Steuerspannung Va erhöht bzw. verringert werden. Auf diese Weise kann man mit H;!fe eines Magnetfeldes eine Ein- und Ausschalt-Steuerung für Ströme in der Größenordnung von einigen zehn Milliampere bis zu einigen Ampere erzielen. Als Hallelement kann InSb, eine p-i-n-Ge-Diode od. dgl. verwendet werden.

Es ist auch möglich, das in Fig, I gezeigte Feldeffekt-Halbleiterbauelement in der Schaltung der F i g. 8 gegen den in F i g. 6 gezeigten Feldeffekt-Thyristor auszutauschen, das in npnpn- oder pnpnp-Form aufgebaut sein kann. In diesem Fall dient der Schalter als bidirektionaler Schalter. F i g. 6 zeigt einen n-Halbleiterkörper 10, p-Bereiche 11 und 12, n-Bereiche 13 und 14, eine Isolierschicht 15 und Elektroden 16,17,18 und 19. Bei diesem Aufbau ist es möglich, Kennlinien eines bidirektionalen negativen Widerstandes zu erhalten, wie sie in F i g. 7 dargestellt sind. In diesem Fall wird V,_h mit der Steuerspannung gleichzeitig in zwei Richtungen verändert.

Im Grund ist es gleich ob die Widers:äiide R_L und R_c vorhanden sind oder nicht Der wesentliche Punkt besteht darin, daß das Hallelement mit der ersten Steuerelektrode des Feldeffekt-Halbleiterbauelements verbinden ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ■t? Kontaktloser Schalter mit einem Feldeffekt-Thyristor, mit einem Halbleiterkörper des einen, ersten Leitungstyps an einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers, in dem ein erster und ein zweiter Bereich des entgegengesetzten, zweiten Leitungstyps gebildet sind und im ersten oder zweiten Bereich ein dritter Bereich des ersten Leitungstyps gebildet ist, weiter mit einer ersten und einer zweiten Kontaktelektrode auf dem ersten und dem dritten Bereich, und schließlich mit einer unter Zwischenlage einer Isolierschicht auf dem Halbleiterkörper zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordneten Steuerelektrode und einer auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Steuerelektrode {«*) ein Hallelement (H) verbunden ist und daß eine die erste Kontaktelektrode (6) auf dem ersten Bereich (2) und die zweite Steuerlektrode (9) bei Bedarf kurzschließende Schaltung vorgesehen ist
2. 2. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nicht mit dem dritten Bereich (14) versehenen ersten bzw. zweiten Bereich (11 bzw. 12) ein vierter Bereich (13) ausgebildet ist, der einen dem Leitungstyp des ersten bzw. zweiten Bereichs entgegengesetzten Leitungstyp aufweist und mit dem eine Elektrode (16) verbunden ist (F i g. 6).