DE2341211A1 - Thyristor with long gate zone edge - reduces voltage rise-time without producing localised high-density currents - Google Patents
Thyristor with long gate zone edge - reduces voltage rise-time without producing localised high-density currentsInfo
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Abstract
Description
Licentia Patent Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt / Main 70, Theodor-Stern-Kai 1
Dr. Lertes/gö FBE 72/27Dr. Lertes / gö FBE 72/27
6.8.1973 »-=.—«—6.8.1973 »- = .—« -
"Thyristor""Thyristor"
Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mindestens einer mit einem Kontakt versehenen Steuerfläche.The invention relates to a thyristor with at least four zones of alternately opposite conduction types and at least one control surface provided with a contact.
Die Zündung eines Thyristors mittels eines Steuerimpulses erfolgt im ersten Stadium, d.h. innerhalb einiger /US, nach Einspeisung des Zündimpulses nur an den Stellen der Kathode, die der Steuerfläche unmittelbar benachbart sind. Von dort aus breitet sich dann die durchgezündete Fläche bei konventionellen Bauelementen mit einer Geschwindigkeit von circa 100 m/sec über die gesamte Kathodenfläche aus. Unter der Steuerfläche eines Thyristors wird im folgenden der Bereich einer an die als Emitter wirkende Kathodenzone anschließende innere Zone verstanden, der beim Zündmechanismus aktiv mitwirkt. Dieser Bereich ist in der Regel nicht gleichzusetzen mit der Ausdehnung des Steuerkontaktes. Auch bei einem normalen Steuersystem, daß aus einem an einer inneren Zone angebrachten ohmschen Kontakt besteht, ist der wirksame Teil des Systems größer als die geometrische Ausdehnung des Kontaktes. Bei einem sogenannten pn-Steuersystem wird die Steuerfläche durch den Bereich des in die innere Zone eingelassenen Teils entgegengesetzten Leitungstyps bestimmt,The ignition of a thyristor by means of a control pulse occurs in the first stage, i.e. within a few / US, after the ignition pulse has been fed in only at the points of the cathode, which are immediately adjacent to the control surface. From there, the ignited area spreads with conventional ones Components at a speed of about 100 m / sec over the entire cathode surface. Under the In the following, the control surface of a thyristor becomes the area of a cathode zone which acts as an emitter understood inner zone, which actively participates in the ignition mechanism. This area is usually not to be equated with the expansion of the control contact. Even with a normal tax system, that consists of one to one internal If there is an ohmic contact attached to the zone, the effective part of the system is larger than the geometric extent of the Contact. In a so-called pn control system, the Control surface determined by the area of the part of the opposite conduction type embedded in the inner zone,
509812/0421 Of1101NALlNSPECTED 509812/0421 Of 1101 NALINSPECTED
·- 2 - FBE 72/27- 2 - FBE 72/27
während der Steuerkontakt nur ein Teilgebiet dieses Bereiches bedeckt. Das gleiche gilt für die sogenannten verstärkenden Steuersysteme.while the control contact covers only a part of this area. The same goes for the so-called reinforcing Control systems.
Zur Vermeidung einer überhöhten lokalen Stromdichte, die gegebenenfalls zu einer Zerstörung des Bauelementes führen kann, ist bei großer Strom-Anstiegsgeschwindigkeit di/dt ein möglichst großer Rand der Steuerfläche erforderlich. Es sind verschiedene Strukturen derartiger sogenannter ausgedehnter Steuerflächen bekannt geworden, wie z. B. eine sternförmige Ausbildung der Steuerfläche.To avoid excessive local current density, the can possibly lead to the destruction of the component, di / dt is a high current rate of rise The largest possible edge of the control surface is required. There are different structures of such so-called extended ones Control surfaces become known, such as. B. a star-shaped design of the control surface.
Bei diesen ausgedehnten Steuersystemen ergeben sich jedoch einige Probleme bezüglich der zulässigen Spannungs-Anstiegsgeschwindigkeit du/dt. Beim Anlegen einer Sperrspannung in Vorwärtsrichtung mit großer Spannungs-Anstiegsgeschwindigkeit fließt ein kapazitiver Strom über die in Sperrrichtung beanspruchte Sperrschicht. Dieser kapazitive Strom kann zumindest für den Fall, daß die Stromverstärkungsfaktoren der beiden den Thyristor funktionell bildenden Teiltransistoren noch klein sind, über die gesamte Thyristorfläche als relativ homogen angesehen werden.These extended control systems, however, have some problems with the allowable rate of voltage rise you / dt. When applying a reverse voltage in the forward direction with a high voltage rise rate a capacitive current flows through the blocking layer, which is stressed in the reverse direction. This capacitive current can at least in the event that the current amplification factors of the two sub-transistors functionally forming the thyristor are still small, can be viewed as relatively homogeneous over the entire thyristor surface.
Der' Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Homogenität infolge einer unerwünschten Erhöhung der Stromdichte an den der Steuerfläche gegenüberliegenden Kathodenrändern gestört wird. Diese Störung ergibt sich dadurch, daß bei nicht kathodenseitig kurzgeschlossener Steuerfläche der unter dem Steuerkontakt über die mittlere Sperrschicht fließende kapazitive Strom von den Kathodenrandgebieten aufgebracht werden muß. Wegen der Nichtlinearität der sich zwischen dem Steuer- und dem Kathodenkontakt einstellenden Diodenkennlinie ist dieser Strom in besonderem Maß auf den unmittelbaren Kathodenrandbereich beschränkt. Da die Stromdicht eüb erhöhung des Zündstromes bereits zum Einsetzen der Zündung des Thyristors führt, obwohl die homogene Stromdichte zum Zünden noch nicht ausreichen würde, wird durch diesen Effekt die zulässige Spannungs-Anstiegsgeschwindigkeit vermindert.The 'invention is based on the knowledge that this Homogeneity as a result of an undesirable increase in the current density at the cathode edges opposite the control surface is disturbed. This disturbance results from the fact that when the control surface is not short-circuited on the cathode side Capacitive current flowing under the control contact via the middle barrier layer is applied from the cathode edge regions must become. Because of the non-linearity of the diode characteristic that is established between the control and the cathode contact this current is particularly limited to the immediate cathode edge area. Since the current density increases the ignition current already at the onset of the The thyristor is triggered, although the homogeneous current density would not be sufficient to trigger it this effect reduces the allowable rate of voltage rise.
509812/-QA2 1509812 / -QA2 1
- 3 - FBE 72/2?- 3 - FBE 72/2?
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor mit ausgedehnter Steuerfläche so zu verbessern, daß die zulässige Spannungs-Anstiegsgeschwindigkeit erhöht wird.The invention is therefore based on the object To improve thyristor with an extended control surface so that the allowable rate of voltage rise increases will.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer mit einem Kontakt versehenen ausgedehnten Steuerfläche das Verhältnis von Umfang zu Fläche möglichst groß gewählt wird. ·This object is achieved according to the invention in that in one provided with a contact extended Control surface the ratio of circumference to area is chosen as large as possible. ·
Eine ausgedehnte Steuerfläche unterscheidet sich gegenüber einem praktisch punktförmigen Steuerkontakt, der beispielsweise eine kreisförmige Ausdehnung von 1 bis 3 mm haben kann dadurch, daß ihre Fläche wesentlich größer ist, wobei in den bekannten Fällen die Steuerfläche in Bezug auf die Kathodenfläche sternförmig angeordnet ist. Die Erfindung läßt sich in einfacher Weise dadurch verifizieren, daß bei einem bekannten Thyristor mit gegebener Steuerfläche diese in einem technisch vertretbarem Maß verkleinert wird.An extended control surface differs from a practically punctiform control contact, which for example can have a circular extension of 1 to 3 mm due to the fact that its area is much larger, wherein in the known cases the control surface is arranged in a star shape with respect to the cathode surface. The invention can be verified in a simple manner by the fact that in a known thyristor with a given control surface this is reduced to a technically justifiable degree.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die ausgedehnte Steuerfläche in eine Vielzahl von räumlich voneinander getrennten Steuerflächen aufgeteilt. Die Steuerflächen können streifen-, netz-, stern- oder ringförmig angeordnet sein, wobei die kontaktierten Steuerflächen elektrisch leitend miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment of the invention, the extensive control surface is in a plurality of spaced apart divided into separate control surfaces. The control surfaces can be arranged in a strip, network, star or ring shape be, wherein the contacted control surfaces are connected to one another in an electrically conductive manner.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Steuerkontakt kleiner als die von ihm kontaktierte Steuerfläche. Um den notwendigen Zündstrom den einzelnen Kontakten zuzuführen, ist das Steuersystem vorteilhaft derart ausgebildet, daß der nichtkontaktierte Teil der Steuerfläche mit einer Isolierschicht versehen ist, und daß sich auf mindestens einem Teil der Isolierschicht eine den Kontakt überdeckende Metallisierung befindet, wobei sich die Isolierschicht auch über die Steuerfläche hinaus auf einen Teil des Emitters des Thyristors erstrecken kann.In a further development of the invention, the control contact is smaller than the control surface with which it contacts. Around to supply the necessary ignition current to the individual contacts, the control system is advantageously designed such that the non-contacted part of the control surface is provided with an insulating layer, and that on at least one part the insulating layer has a metallization covering the contact, the insulating layer also being over the The control surface may also extend to part of the emitter of the thyristor.
509812/0421509812/0421
- 4 - FBE 72/27- 4 - FBE 72/27
Zu einem einheitlichen aus einer Vielzahl von Steuerflächen bestehenden Steuersystem gelangt man dadurch, daß die Isolierschichten der einzelnen Steuerflächen aneinander anschließen und bis auf die Kontakte eine geschlossene durch die geometrische Anordnung der Steuerfläche vorgegebene Bahn bilden, und daß die Metallisierung auf dieser Bahn die einzelnen Kontakte elektrisch miteinander verbindet.A uniform control system consisting of a plurality of control surfaces is achieved in that the Connect the insulating layers of the individual control surfaces to one another and, apart from the contacts, a closed one the geometric arrangement of the control surface form the predetermined path, and that the metallization on this path is the individual Electrically connects contacts with one another.
Das Wesen der Erfindung soll anhand einiger Figuren erläutert werden·The essence of the invention will be explained with the aid of a few figures
Figur 1 stellt eine Ausführung der Erfindung mit sternförmiger Anordnung der Steuerflächen dar;FIG. 1 shows an embodiment of the invention with a star-shaped arrangement of the control surfaces;
Figur 2 zeigt einen Thyristor gemäß der Erfindung im Querschnitt A-A nach Figur 1;Figure 2 shows a thyristor according to the invention in cross section A-A according to Figure 1;
Figur 3 stellt eine Abwandlung des Thyristors nach Figur 2 dar.FIG. 3 shows a modification of the thyristor according to FIG.
In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same parts are provided with the same reference numerals.
Der Thyristor gemäß den Figuren 1 und 2 besteht aus einem Halbleiterkörper 1 mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps 2, 3, 4 und 5. Die als Emitter wirkende Zone 5 ist teilweise mit einem Kathodenkontakt 10 versehen. An der inneren Zone 4· sind Steuerkontakte 7 als ohmsche. Kontakte vorgesehen und sternförmig angeordnet. Die Steuerfläche 6 wird in der einen Richtung durch den Randbereich des Emitters 5 begrenzt. Bei dem Ausführungsbeispiel bedeckt eine Isolierschicht 8 die Steuerfläche 6 und einen Teil des Emitters 5, wobei, wie aus Figur 1 zu ersehen ist, die die einzelnen Kontakte umgebenden Isolierschichten aneinander anschließen und bis auf die Kontakte selbst streifenförmig ausgebildet sind. Die Isolierschicht 8 ist mit einer Metallisierung 9 bedeckt, welche die Steuerkontakte miteinander verbindet und so ausgelegt ist, daß der den einzelnen Kontakten zugeführte Steuerstrom nicht wesentlich durch den Querwiderstand der Metallisierung beeinträchtigt wird.The thyristor according to FIGS. 1 and 2 consists of a semiconductor body 1 with four zones alternately opposite one another Line types 2, 3, 4 and 5. Zone 5, which acts as an emitter, is partially provided with a cathode contact 10. Control contacts 7 are ohmic on the inner zone 4. Contacts provided and arranged in a star shape. The control surface 6 is in one direction through the edge area of the emitter 5 is limited. In the embodiment, an insulating layer 8 covers the control surface 6 and one Part of the emitter 5, wherein, as can be seen from FIG. 1, the insulating layers surrounding the individual contacts are attached to one another connect and are strip-shaped except for the contacts themselves. The insulating layer 8 is with a Metallization 9 covered, which connects the control contacts and is designed so that the individual Control current supplied to the contacts is not significantly affected by the transverse resistance of the metallization.
509812/0421509812/0421
- 5 - S1BE 72/27- 5 - S 1 BE 72/27
In Figur 1 sind die von der Metallisierung 9 überdeckten Steuerkontakte 7 aus Gründen der Anschaulichkeit in der Draufsicht hervorgehoben.In FIG. 1, the control contacts 7 covered by the metallization 9 are shown in FIG. 1 for reasons of clarity Highlighted top view.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 erstreckt sich die Isolierschicht 8 über den nichtkontaktierten Teil des Emitters 5 bis auf einen angrenzenden Bereich des Kathodenkontaktes 10, wobei die Metallisierung 9 den Kathodenkontakt 10 überlappt. Diese Ausführungsform wird man zweckmäßig dann wählen, wenn eine wesentliche Verkleinerung des Kathodenkontaktes und damit der Stromführungsfläche vermieden werden soll, gleichzeitig aber eine genügende breite Metallisierung im Hinblick auf einen kleinen Querwiderstand erforderlich ist. In vielen Fällen ist es günstig, die Metallisierung 9 mit einer weiteren Isolierschicht 11 abzudecken, um Kurzschlüsse mit der nicht dargestellten Hauptelektrode an dem Kathodenkontakt zu vermeiden.In the embodiment of Figure 3 extends Insulating layer 8 over the non-contacted part of the emitter 5 up to an adjacent area of the cathode contact 10, the metallization 9 overlapping the cathode contact 10. This embodiment is then expedient choose if a significant reduction in the size of the cathode contact and thus the current-carrying area can be avoided should, but at the same time a sufficiently wide metallization with regard to a small transverse resistance is required is. In many cases it is advantageous to cover the metallization 9 with a further insulating layer 11 in order to avoid short circuits to avoid with the main electrode, not shown, at the cathode contact.
Die Erfindung läßt sich vorteilhaft auch bei einem Steuersystem mit pn-übergang und verstärkendem Steuersystem anwenden. The invention can also be used advantageously in a control system with a pn junction and an amplifying control system.
50981 2/042150981 2/0421
Claims (12)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2341211A DE2341211C3 (en) | 1973-08-16 | 1973-08-16 | Thyristor |
| JP49090873A JPS5073579A (en) | 1973-08-16 | 1974-08-09 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (3)
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|---|---|
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| DE2341211B2 DE2341211B2 (en) | 1978-01-05 |
| DE2341211C3 DE2341211C3 (en) | 1978-09-14 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE2341211C3 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2428919A1 (en) * | 1978-06-15 | 1980-01-11 | Bbc Brown Boveri & Cie | POWER THYRISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD AND APPLICATION OF THYRISTORS OF THIS TYPE TO STATIC RECTIFIER CIRCUITS |
| EP0144141A1 (en) * | 1983-11-21 | 1985-06-12 | Westinghouse Brake And Signal Company Limited | Disseminated gate thyristor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5025795A (en) * | 1973-07-10 | 1975-03-18 |
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1973
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-
1974
- 1974-08-09 JP JP49090873A patent/JPS5073579A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2428919A1 (en) * | 1978-06-15 | 1980-01-11 | Bbc Brown Boveri & Cie | POWER THYRISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD AND APPLICATION OF THYRISTORS OF THIS TYPE TO STATIC RECTIFIER CIRCUITS |
| EP0144141A1 (en) * | 1983-11-21 | 1985-06-12 | Westinghouse Brake And Signal Company Limited | Disseminated gate thyristor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2341211C3 (en) | 1978-09-14 |
| JPS5073579A (en) | 1975-06-17 |
| DE2341211B2 (en) | 1978-01-05 |
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