DE2843960A1 - Stoerotentialkompensierter thyristor mit mindestens vier zonen unterschiedlichen leitfaehigkeittyps - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen störpofcentialkompensierten Thyristor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein störpotentialkompensierter- Thyristor mit einer Mehrzahl von in ihrer Leitfähigkeit unterschiedlichen Zonen bekannt, der aus einem radialsymmetrischen Pilot- mit anschließendem Folgethyristorteil besteht und bei dem die Zündung unter Heranziehung einer ersten, mit einem metallischen Ringkontakt versehenen Emitterzone des Pilotthyristorteils erfolgt; zur Störpotentialkompensation ist im Randbereich der an die erste Emitterzone anliegenden und für Pilot- und Folgethyristorteil gemeinsamen Steuerbasiszone ein metallischer Kontakt vorgesehen, der über eine ohmsche Verbindung mit dem Kontakt der Emitterzone des Pilotthyristorteils verbunden ist, so daß bei in der Steuerbasiszone auftretenden Störströmen im Randbereich der Steuerbasiszone ein Potential entsteht, welches auf die Emitterzone des Pilotthyristorteils übertragen wird (DE-OS 25 ^9 563).

Bei der Erstellung von Thyristoren für die verschiedensten Sperrspannungen und Stromtragfähigkeiten werden diese Forderungen u. a. auch in der entsprechend unterschiedlichen Ausgestaltung des Randbereiches des Thyristors berücksichtigt. Daran angepaßt muß auch die Ausbildung der Störpotentialkompensation jeweils unterschiedlich sein.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgestaltung für die Störpotentialkonipensation zu schaffen, die von den verschiedensten Sperrspanmmgsbereichen und Stromtragfähiglceiten der Thyristoren unaibihän,gi£ ist»

Diese Aufgabe wird erfindungsgeinäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 SMg eg ebene Maßnahme gelöst·

Zweckmäßige Weiterbildungen des JErfiaidungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Kompensationsausbildung benachbart dem Pilotthyristorteil liegt und eine einheitliche, in sich abgeschlossene Struktur darstellt, die von der Form des Folgethyristorteiles weitgehend unabhängig ist, ohne daß Rückwirkungen auf die Kompensationsausbildung auftreten; unabhängig vom Leistungstyp des Thyristors ist stets die gleiche Kompensationsausbildung in den Thyristor integrierbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Teilausschnitt einer bekannten Ausbildung eines nicht störpotentialkompensierten, optisch

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zündbaren Thyristors mit zugehörigem Potentialdiagramra,
Fig. 2 eine Abwandlung des Thyristors nach der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Ausbildung eines störpotentialkompensierten, optisch kündbaren Thyristors mit zugehörigem Potentialdlagramm,

Fig. 4 einen Teilausschnitt einer weiteren erfindungagemaßen Ausbildung eines störpotentialkompensierten, optisch zündbaren Thyristors, bei welchem eine Potentialbegrenzung vorgesehen ist,

Fig. 5 eine Ansicht der Oberfläche dieses Thyristors und zwei zu diesem gehörende Potentialdiagramme,

Fig. 6 einen Teilausschnitt einer anderen Ausbildung eines sowohl optisch als auch elektrisch zündbaren nicht störpotentialkompensierten Thyristors,

Fig. 7 eine gleiche Ausbildung wie nach Fig. 6, jedoch störpotentialkompensiert.

Der optisch zündbare Thyristor nach der Fig. la setzt sich zusammen aus einem Pilotthyristor-ber^i ch 1 und einem Folgethyristorbereich 2; der Thyristor hat eine gemeinsame p-Emitterzone 3, die mit einer Anoden-Anschlußmetallisierung 8 belegt ist, eine folgende gemeinsame n~Hauptbasis-

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zone 4, eine anschließende gemeinsame p-Stouerbasiszone 5, eine anschließende η -Emitterzone 6 des Folgethyristorbereiches 2 und eine η -Emitterzone 7 des Pilotthyristorbereiches Ij die η -Emitterzone 6 des Folgethyristorbereiches 2 ist mit einer Kathoden-Anschlußmetallisierung 9 versehen, während die η -Emitterzone 7 und die p-Steuerbasiszone 5 über eine ringförmige Metallisierung 10 miteinander verbunden sind.

Die die Zündung des Thyristors bewirkende optische Strahlung ist durch Pfeile angedeutet und fällt auf die Fläche des η -Emitters 7 des Pilotthyristorbereiches 1. Mit l4 sind Enixtterkurzschlüsse der η -Emitterzone 6 des Folgethyristorbereicb.es 2 angedeutet.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Thyristors sind in der p-Steuerbasiszone 5 Flächenwiderstände R , R₀ und ein im Einstrahlbereich 11 liegender, sich aus dem vorwärtssperrenden pn-Übergang I ergebender pn-Übergangs-Kondensator C. sowie zwischen den Bereichen 1, 2 liegende pn-Übergangs-Kondensatoren C. angedeutet. Da ein radial-

s symmetrische-- Aufbau vorliegt, ergeben sich in Wirklichkeit

eine Vielzahl von kreisförmig verteilten Widerständen

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Die Wirkungsweise des Thyristors wird, nachstehend: anhand der Fig» la und des Diagramms nach, der Fig. Ib näher erläutert. Es ist dabei angenommen, daß die Kathoden-Metallisierung 9 das Potential Null hat. Die gestrichelte Kurve

φ , stellt das bei optischer Einstrahlung in der p-Steueropt ,p

basiszone 5 auftretende" Potential dar, die ausgezogene Kurve ψ stellt das bei kapazitiven Strömen in der p-Steuer^rcap,p

basiszone 5 auftretende Potential dar. Da die η -Emitterzone 7 über die Ringmetallisierung 10 mit der p-Steuerbasiszone verbunden ist, ist sie bei optischer Einstrahlung entsprechend angehoben, wie durch die Punkt-Strichelung φ +

OJ5t IX

angedeutet ist,· das gleiche gilt für die η -Emitterzone 7 im Falle von auftretenden kapazitiv erzeugten Strömen, wie durch die lange Strichelung φ + angedeutet.

Die optische Zündung wird somit eingeleitet durch die PotentialdifferenzΔ? . und die Störzündung durch die Potentialdifferenz Λ Φ ι die beide zwischen der η -Emitterzone

cap

7 und dem darunterliegenden Bereich der p-Steuerbasiszone auftreten. ^c

Die Größe der Potentialdifferenzen Δφ , , Δφ hängt vom

^p t cap

Flächenwiderstand R„ ab; die Steilheit der Potentiale Φ , und φ ergibt sich einmal durch die Flächen-^Yopt,p cap,ρ

widerstände R„, R₀ und den Fotostrom und zum anderen durch 1 Ct

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die Flächenwiderstände R., R- und die kapazitiven Ströme aus den Kondensatoren C. ,C. , wobei im Bereich a vom Potential Null aus erst ein relativ steiler Anstieg in der p—Steuerbasiszone 5 vorliegt, gefolgt von einem wenig ansteigenden Potential zwischen der η -Emitterzone 6 und der η -Emitterzone 7 mit die p-Steuerbasiszone 5 "teilweise abdeckender Metallisierung IO5 daran schließt sich ein steiler Potentialanstieg in der p-Steuerbasiszone 5 unterhalb der η -Emitterzone 7 mit etwa parabolischem Verlauf an.

Die η -Emitterzone 7 wird im Potential also sowohl bei optischer Einstrahlung als auch bei auftretenden kapazitiv erzeugten Strömen (du/dt-Belastung) angehoben und durch die bei kapazitiven Strömen auftretende Stör-Potentialdifferenz /^φ erfolgt eine ungewollte Zündung des Thyristors, cap

Anstelle der ringartigen Metallisierung 10 kann auch eine nur einen Teil der η -Emitterzone 7 und p-Steuerbasiszone kurzschließende Metallisierung 10' verwendet werden, wie dies in der Fig. 2a dargestellt ist 5 das auftretende Störpotential φ '-'ird nunmehr üb-?r d⁴ «? unsymmetrisch aus- * cap,ρ

gebildete Metallisierung 10' auf die η -Emitterzone 7 übertragen. Flächenwiderstände und pn-Übergangs-Kondensatoren sind unverändert wie bei der Ausbildung nach Fig. la und

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entsprechend ist auch die Funktion und Störanfälligkeit gegen kapazitiv erzeugte Ströme unverändert, wie aus dem Diagramm nach Fig. 2b ersichtlich ist.

Sowohl bei der Ausbildung nach der Fig. la als auch bei der Ausbildung nach der Fig. 2a hängen die optische und die kapazitive Züiidempfindlichkeit vom Flächenwiderstand R₀ ab und sie sind über diesen miteinander verknüpft.

Beim störpotentialkompensierten Thyristor nach der Fig. 3a ist ebenfalls eine unsymmetrisch ausgebildete Metallisierung 10" verwendet, welche lediglich einen Teil 7a der η -Emitterzone 7 ^mi* der p-Steuerbasiszone 5 kurzschließt.

Die Struktur der p-Steuerbasiszone 5 ist zwecks Erzielung einer unmittelbar über den Emitterkurzschluß 10" wirksamen Störpotentialkompensation derart ausgebildet, daß sich die Flächenwiderstände R', R", R · , WA und der im Einstrahlbereich liegende Kondensator C. sowie Kondensatoren C! ,

iz xr

C" ergeben.

Die etwa gleich großen Flächenwiderstände R' , R" liegen wie bisher radialsymmetrisch in der p-Steuerbasiszone 5 unterhalb der η -Emitterzone 7» wie dies auch bei den Thyristoren nach den Fig. 1, 2 der Fall ist; der Flächen-

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Kr

widerstand R" liegt etwa zwischen dem Rand des Emitterkurzschlusses 10" und dem Emitterkurzschluß l4 der Folge-Emitterzone 6. Im nunmehr relativ ausgedehnten Bereich der vom Emitterlcurzschluß 10" bedeckten p-Steuerbasiszone 5
ist der Flächenwiderstand Null. ·

Es ergibt sich eine Parallelschaltung des Flächenwiderstandes R' mit der Reihenschaltung der Flächenwiderstände R", R"; durch diese Widerstände wird der die optische
Zündempfindlichkeit bestimmende Gesamtwiderstand festgelegt

^(R2 ^{+ n}i>/^R£ ^{+ (R}2

Erfolgt eine optische Einstrahlung in den Bereich 11, so

tritt aufgrund des Fotostromes und der Flächenwiderstände

R' , R" ein etwa kreissymmetrisches Potential φ , in der

b & Opt ,ρ

p-Steuerbasiszone 5 und eine .geringe Potentialanhebung .

φ , ,der η -Emitterzone 7 auf, wie bei den Ausbildungen opt, η·

nach den Fig. 1, 2.

Treten kapazitiv erzeugte Ströme in der p-Steuerbasiszone 5 auf, so tritt aufgrund der unsymmetrischen Ausbildung

dieser Zone und der aus den Kondensatoren C. unci C'¹ an-

xz ir

fallenden, die Flächenwiderstände durchfließenden kapazitiven Ströme in der p-Steuerbasiszone 5 ein Potential

φ auf, wie ebenfalls in der Fig. 3b dargestellt ist; cap, ρ

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Potential steigt vom Em£tter-ktirz:sch.li£fi I^t¹ der* Emitterzone 6, wie im Falle der Tiiyristorea nach den. Fig. 1» 2. bis zu einem Schcitelwert an.» bleibt dann, jedoch im Bereich des Emitterkurzschlussee 10" im wesentlichen auf einem geringfügig abgesenkten. Wert konstant und fällt erst außerhalb dieses Bereiches bis zum Emitterkurzschluß l4 im Bereich des Flächenwideretnndes R" ab j die η -Emitterzone 7 i«t dabei auf das Potential f + angehoben, so

cap _tn

daß sich eine Potentialdifferenz Af ergibt, die nicht zum Zünden des Thyristors ausreicht.

Das Potential f entsteht, indem das Produkt der GlIe cap,p

der C" . R" angenähert gleich de« der Glieder C. . R· ir ι xz δ

gemacht ist.

Die Bemessung und Aufteilung des Flächenwiderstandes R" hängt auch mit der Zündeigenschaft des Folgethyristorbereiches 2 zusammen; um ein· gute FoIgezündung zu erreichen, ist der Flächenwiderstand R¹' möglichst klein gewählt und entsprechend groß die Kapazität des Kondensators C** Beides ist durch den etwa pilzförmigen, die η -Emitterzone 7 lediglich in deren Teil 7a und die p-Steuerbaeiszone 5 nur einseitig bedeckenden Emitterkurzechluß 10" erreicht.

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Es liegt also ein unsymmetrischer,, die η -Emitterzone 7 mit dem benachbarten radialen Teil der p-Steuerbasiszone 5 lediglich einseitig verbindender EmitterkurzschlulJ IQ" vor, der in Verbindung vaxfc der von ihm bedeckten. p-Steuerbasiszone 5 einen Kondensator CV bildet, welcher derart mit dem zwischen Berandang des Emitterkurzschlusses 1O^M und Emi tterkurjsscliluß l4 der η —Emitterzone 6 des Folgethyristorbereiches 2 liegenden Flächenwiderstand R" der p-Steuerbasiszone 5 abgestimmt ist, daß bei Auftreten von kapazitiv erzeugten Strömen in der p-Steuerbasiszone 5 eine im Bereich des Emitterkurzschlusses 10" wirksame und etwa dem Zündpotential entsprechende Potentialerhöhung auftritt, so daß die 'anliegende η -Emitterzone 7 auf das Potential φ +

cap, η

gehoben wird und damit nur eine vern&chlässigbare Potentialdifferenz Δ φ voxliegt, wie Fig. 3h zeigt, cap

Die optische Einstrahlung ergibt wie bei den Thyristoren nach den Fig. 1, 2 eine relativ geringe Potentialanhebung

φ .· + der η -Emitterzone 7» während die etwa kreisförmige opt ,η

Potentialanhebung φ . der p-Steuerbasiszone 5 groß ist,

opt ,ρ

so daß sich eine erwünschte große Potentialdifferenz Δφ ergibt; bei Auftreten von kapazitiv erzeugten Strömen hingegen ergibt sich eine große unsymmetrische Potentialanhebung φ + der η -Emitterzone 71 so daß sich eine er^{ö T}cap,n

wünschte kleine Potentialdifferenz Aq> ergibt.

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- Ik -

Die durch die optische Einstrahlung in der η -Emitterzone 7 erzeugte Potentialanhebung φ . + bleibt dagegen klein,

O J) "C f IX

da im gesamten, vom Emitterkurzschluß 10" bedeckten Bereich der p-Steuerbasiszone 5 kein Fotostrom fließt.

Dbjt Thyristor nach der Fig. k. ist mit einer Potentialbegrenzung ausgerüstet.

Hierfür ist gegenüber dem radial unsymmetrisch gestalteten und durch den Emitterkurzschluß 10" abgedeckten Teil der p-Steuerbasiszone 5 ein Bereich 13 mit einer äußeren η -Zone 12 und Kontaktierung 15 vorgesehen. Um eine Diodenwirkung zu erzielen, ist im Bereich 13 beispielsweise eine Rekombinationszentren-Diffusi on durchgeführt; dieser Bereich hat dadurch nicht mehr die Wirksamkeit eines Thyristors. Es kann auch im Bereich 13 anstelle der η -Zone 12 eine Metall-Halbleiterdiode ausgebildet werden. Hierfür wird die Metallisierung 15 auf den gesamten Bereich 13 ausgedehnt und mit der Metallisierung 9 kurzgeschlossen. Die Dotierungskonzentration der Steuerbasiszone 5 im Bereich 13 und die Art der Metallisierung 15 müssen den Erfordernissen einer Met all-Halb.¹ eiterdiode entsprechen.

Der Einstrahlbereich 11 mit dem pn-Ubergangskondensator

C. , die pn-Übergangskondensatoren C! , CV sowie die

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ORlG(NAL INSPECTED

Flächenwiderstände R', R" des Einstrahlbereiches und der Flächenwiderstand R" in der p-Steuerbasiszone 5 entsprechen den beim Thyristor nach der Fig. 3»·

Für die Potentialbegrenzung im Bereich 13 ist in der p-Steuerbasiszone 5 unter der η -Zone 12 ein Flächenwider stand Ri geschaffen, an den sich der Flächenwiderstand H' anschließt, über den der Strom zum Emitterkurzachluß lk* der Emitterzone 6 des Folgethyristerbereiches 2 abfließt.

Die η -Zone 12 bildet mit dem Bereich 13 der p-Steuerbaai zone 5 eine Potentialbegrenzungsdiode D, wi· diea gestrichelt angedeutet ist.

Wird am Punkt K 'das Potential aufgrund von auftretenden kapazitiv erzeugten Strömen größer als etwa 0,7 V, so fließt der Strom nicht mehr über den Flächenwideratand R. sondern in die einen vernachläsaigbaren Widerstand aufweisende η -Zone 12 und weiter zur Kontaktierung 15 und durch den sehr kleinen Flächenwiderstand R' zum Emitterkurzschluß ld¹.

Damit ist das Potential am Punkt K bei unterschiedlichaten kapazitiven Strömen begrenzt\ diese Potentialbegrenzung tritt nur im die η -Emitterzone 7 teilweise umgebenden

Bereich 13 ein.

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Licgen die aus den. Kondensatoren, austretenden kapazi.-ti.vert Ströme unter der durch die Diode D vorgegebenen Grenze, so tritt für den Strom des zentralen. Kondensators C. im Punkt K eine Stromscheidung in dem Sinne auf, daß dessen geteilte Ströme radial nach allen Richtungen fließen; die aus dem Kondensator C! austretenden Ströme fließen radial in Richtung der Emitterkurzschlüsse jA¹ und die aus dem Kondensator CV austretenden Ströme fließen radial in Richtung der Emitterkurzschlüsse ΐΛ der η -Emitterzone 6 des Folgethyristorbereiches 2.

Der Punkt K bildet einen Stromscheitel, wenn die Kondensatoren C! , C¹.¹ etwa gleich groß sind und die Flächenwiderstände R", R" etwa den Flächenwiderständen R', R. entsprechen.

Im Falle unzulässig hoher kapazitiv erzeugter Ströme wird der Flächenwiderstand R^ über die Diodenwirkung der η -Zone 12 praktisch kurzgeschlossen, so daß dadurch in Richtung der Emitterkurzschlüsse 1A' ein größerer Strom als in Richtung der Emitterkurzschlüsse lA fließt; über den Flächenwiderstand RU wird vom Kondensator C her praktisch kein oder nur ein sehr geringer kapazitiver Strom fließen; entsprechend verlagert sich der Stromscheitel und das Potentialmaximum in Richtung des Emitterkurzschlusses 10".

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ORIGINAL INSPECTED

Da dear FlaclhettTOLdeirsitairHa B^ = ~R* gewählt ist, wälirend beim

Thyristor mach der Fig. 3® ira gXeiCihem Bereich der p-Steuearab.asi.s:z<ßaie 5 !««üslä-cla der relativ Jcleiiae ■widerstaaaal R* voariianfleja. ist, er:gi5j-£ sieb, aaunaeltr eine erhöhte GeEaTOtfläciaeiivdLdearstaiMisltoMiiEÄtioii R", ΗΛ, H", R", so daß das enfox-deirliclae Zusulpoibeiiltial für den Pilot-•tfeyristo3"33C3reicIi sai/fc kleineren Fotoströineaa erzieli wird und die LicnteB^findliclikeit gesteigerit ist.

Die potentialbegrenzcnde n —Zone 12 umgibt die der* Zündung dienende, gegenüber der Ausbildung nach Fig. 3* verlängerte η -Emitterzone 7 zu etwa dreiviertel, wodurch die Wirksam keit der Potentialbegrenzung und Lichtempfindlichkeit gesteigert ist.

Die Fig. 5a zeigt nochmals eine ausschnittsweise Ansicht der Oberfläche des Thyristors nach der Fig. 4 mit der η -Emitterzone 6 des Folgethyristorbereiches und deren Kontaktierung 9> der p-Steuerbasiszone 5 mit deren Emitterkurzschluß 10", dessen Vorsprung mit dem Teil 7^£ ^^{er n} ~ Emitterzone 7 des Pilotthyristorbereiches Kontakt macht, und der zusammen mit der p-Steuerbasiszone 5 als Diode wirkenden η -Zone 12, die über die Kontaktierung 15 mit der p-Steuerbasiszone 5 auch ohmisch verbunden ist.

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κ.

Das qualitative Potentialdiagramm nach Fig. 5» zeigt die Zündfall auftretenden Potentialformen.

Erfolgt eine optische Einstrahlung, so bildet sich im unter der n -Emitterzone 7 liegenden Bereich der p-Steuerbasiszone 5 eira. maximales Potential φ . aus. Der Potential-

opt ,p

fußpunfct f ist die Metallisierung 9 der η -Emitterzone des Folgethyristors. Vie weiter ersichtlich, wird der unterhalb des Emitterkurzschlusses 10" liegende Bereich der p-Steuerbasiszone 5 geringfügig auf das Potential φ , _„ angehoben und ebenso die η -Emitterzone 71 da

Opt xU

diese im Bereich 7a durch den Emitterkurzschluß 10" mit diesem Bereich der p-Steuerbasiszone 5 verbunden ist ; φ . + ist also gleich φ . „„,,. ^Topt,n ^{ö T}opt,10"

Die Potentialdifferenz ΔΦ . zwischen den Potentialen

opt

-φ , + und φ , ist das Zündpotential. ^Topt,ii ^Topt,p ^L

In der Fig. 5^C ist die Potentialanhebung bei Auftreten kapaztiv erzeugter Ströme dargestellt.

Entsprechend der U-förmigen Ausbildung der nichtlineare Charakteristik aufweisenden η -Zone 12 tritt an dieser ein

begrenztes Potential φ , . auf. Das im Bereich des ° cap,lim

Emitterkurzschlusses 10" in der ρ-Steuerbasiszone 5 kapazitiv erzeugte Potential φ „ ist nunmehr ganz wesent-

c ap j IU

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lieh angehoben und über den Emitterkurzschluß 10" an die η -Emitterzone 1 gelegt, die somit das Potential φ + hat.

Die η -Emitterzone 7 ist damit auf ein derartiges Potential angehoben, daß die Potentialdifferenz Δ φ zwischen dem

cap

maximalen Störpotential Φ des unter der η -Emittercap ,ρ

zone 7 liegenden Bereiches der p-Steuerbasiszone 5 und dem

Potential φ +der η -Emitterzone 7 nicht zur Störcap,n

zündung au s re icht.

Tritt ein noch größeres Störpotential φ als darge-

cap,p

stellt auf, so hebt sich zwar auch das Kompensationspotential φ .._.„ und damit auch das Potential φ +, jedoch ■ cap,10" cap,η ' °

nicht das Begrenzungspotential φ -ι · 5 dadurch wird

C&JD y -L X Πι

erreicht, daß bei einer Erhöhung des Störpotentials φ

cap, ρ

durch stärkere Störströme das Maximum dieses Störpotentials in weit geringerem Maße als ohne diese Begrenzung ansteigt, so daß die Potentialdifferenz Δφ weiterhin klein genug

cap

bleibt, um Störzündungen zu vermeiden.

Die Fig* 6a ^eigt einer Ausschnitt e^nes nicht störpotentiallcompensierten Thyristors, der im Randbereich entweder optisch oder elektrisch zündbar ist.

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Mit 1 ist der Pilotthyristor- und mit 2 der Folgethyristorbereich bezeichnet.

Die elektrische Zündung erfolgt über den nahe der η -Emitterzone liegenden Kontakt 20, an den ein positiver Steuerstrom gelegt wird j ein gegegenüber dem Kontakt 20 relativ langer Streifenkontakt 21 verbindet die η -Emitterzone 7 mit der p-Steuerbasiszone 5 und bildet im Bereich 21a den Emitterkurzschluß.

Zum Verständnis der Wirkungsweise bei du/dt-Belastung 3ind pn-Übergangskondensatoren C bis C₀ und Flächenwiderstände R bis R₀ angedeutet; der Flächenwiderstand R

JV J £ J\J

endet am Emitterkurzschluß l'i der η -Emitterzone 6 des Folgethyristorbereiches 2; dieser Widerstand muß ausreichend niedrig gehalten werden, um das an ihm auftretende', durch die kapaz\iven Ströme der Kondensatoren C- , C„_o

Jx J«£

verursachte Störpotential kleinzuhalten, um so eine ungewollte Zündung des Folgethyristorbereiches 2 zu vermeiden.

Wie durch den gestrichelten Pfeil angedeutet, fließt auch ein kapazitiver Strom von der Randzone des Pilotthyristorbereiches 1 zur Kathodenmetallisierung 9, der nicht unterhalb der η -Emitterzone 7 durch die p-Steuerbasiszone 5 führt; dieser Strompfad ist durch den gestrichelten Widerstand R„- dargestellt, der mit den Kondensatoren C__o und JJ J^

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und C₀ verbunden ist;' auch dieser-Strom fließt über den Widerstand R _o zum Emitterkurzschluß lk ab.

Treten kapazitiv erzeugte Störströme in den Kondensatoren C__o bis Cq auf, so fließen diese über die Widerstände R _ bis R_o„ in Richtung des Emitterkurzschlusses lk ab; die dadurch hervorgerufene Störpoteritj.alerhöhung im Randbereich (C₀₀) der p-Steuerbasiszone 5 führt zur Störzündung.

Eine Verminderung der Storzündung kann erreicht werden, indem der Kondensator C₀₀ durch Randverkleinerung des Pilotthyristorbereiches 1 verringert und indem der Kondensator C verringert wird; eine Verkleinerujig der Fläche des Kondensators C„ führt auch zu einer Verkleinerung des Widerstandes R₀.,. Die Widerstände R₀ „, R₀₀ sind nun

Jl , JlJ"

maßgebend für die gewollte Zündung; wird die Störziüxidempfindlichkeit durch Verringerung der Widerstände R.,, R₀₀ verringert, so sinkt jedoch auch die gewollte Zündempfindlichkeit und damit wird ain höherer Steuerstrom benötigt.

Wie aus dem Potentialdiagramm nach Fig. 6b ersirHlich, liegt beim nicht storpotentialkompensierten Thyristor nach Fig. 6a die Kathodenkontaktierung 9 des Folgethyristors 2 auf Nullpotential. In der Steuerbasiszone 5 treten zwischen

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κ,

den Emitterkurzschlüssen lA bei kapazitiver Belastung Potentialerliöhungen φ, auf, die durch genügend dichte

ic

Anordnung der Emitterkurzschlüsse niedrig gehalten werden können, so daß eine ungewollte Zündung des Folgethyristors 2 vermieden ist.

Vom dem Rande der Kontaktierung 9 am nächsten, liegenden Emitterkurzschluß lA bis zum Rande der η -Emitterzone 6 ergibt sich bei kapazitiver Belastung ein relativ steiler Anstieg des Störpotentials φ in der Steuerbasiszone 5»

cap ,ρ

der bis zum Rand des Emitterkurzschlusses 21 des Pilotthyristors 1 abflacht, im Bereich dieses Kurzschlusses konstant bleibt und über diesen wird dieses Potential auf die η -Emitterzone 7 übertragen.

Das kapazitiv erzeugte Potential φ in der Steuer-

cap,p

basiszone 5 unterhalb der η -Emitterzone 7 steigt weiter etwa parabelförmig an und erreicht am Randbereich 7h in der p-Steuerbasiszone 5 sein Maximum, an dem damit auch die zur ungewollten Zündung führende Potentialdifferenz Δφ auftritt. Im Bereich der für die elektrische Zündung vorgesehenen Elektrode 20 bleibt das Potential <r kon-

oap ,p

sfcant und steigt zum Rand des Thyristors mir noch wenig an.

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Bei der optischen Zündung tritt ebenfalls in der p-Steuerbasiszone 5 unterhalb des Randbereiches Jh der η -Emitterzone 7 das maximale optische Potential φ , auf, da über

opt ,ρ

den Flächemviderstand R_n nur ein geringer Teil des Fotostromes fließt, während der überwiegende Teil über den
Flächenwiderstand R abfließt.

Auch bei der optischen Zündung wird die η -Emitterzone 7

im Potential φ . + leicht angehoben, die Potential-^Topt ,n ^ö '

differenz Αφ ist jedoch so groß, daß eine Zündung erfolgt .

Beim elektrischen Zünden über die Elektrode 20 treten
nicht weiter dargestellte Potentialänderungen auf, die im
wesentlichen dem'~optischen Potentialverlauf entsprechen;
das Pot entialitiaxiinum in der p-Steuerbasiszone 5 tritt wieder unterhalb der Berandung 7b der η -Emitterzone 7 auf
und fällt dann linear in Richtung des Emittei'kurzschlusses 21 ab.

Beim störpotentialkompensierten Thyristor nach der Fig. 7a sind der Steuerkontakt 20 und der Emitterkurzschluß 21' an der η -Emitterzone 7 des Hilfsthyristorbereiches 1 gegenüber der Ausbildung nach der Fig. 6a zum Thyristorrand hin versetzt angeordnet.

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Die pn-Übergangskondensatoren. sind mit C* bis C* wmd die Flächenwidergtände mit RJ. bis RJ, bezeichnet _% wobei ein weiterer Widerstand R', angedeutet ist _t der mit d.en. Widerständen Rl_n bis R~_o in Reihe liegt. Der Kondensator C* ist durch den unterhalb des Emitterkurzschlusses 2t¹ liegenden Bereich der p-Steuerbasiszone 5 gebildet.

Die Bemessung der Kondensatoren CI , C' ist derart, daß das am Kondensator Ci₂ auftretende Störpotential etwa gleich dem maximal am Kondensator C' auftretenden Störpotential ist, das also in der p-Steaerfaasiszone 5 unterhalb der η -Emitterzone 7 auftritt.

Die η -Emitterzone 7 wird nunmehr mittels des Bereiches 21'a des Emitterkurzschlusses 21' im Störfall auf ein Potential angehoben, das durch den kapazitiven Strom des Randkondensators C' und das dadurch am Widerstand Ri₀ entstehende Störpotential gegeben ist.

Damit ist die Potentialdifferenz zwischen dem unterhalb der η -Emitterzone 7 in der p-Steuerbasiszone 5 auftretenden Störpotential und dem der η -Emitterzone 7 erteilten Potential so gering, daß eine ungewollte Zündung nicht auftritt.

Die gewollte Zündung wird eingeleitet entweder durch optische Einstrahlung in die η -Emitterzone 7 oder durch Anlegen

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einer Zündleistung an den Zündkontakt 20.

Bei der Zuführung von Steuerstrom über den Kontakt 20 fließt ein Teil des Stromes über die Widerstände Ί*Ιλ » R.l_o ab und ein anderer Teil Tiber die Widerstände Ri₁ -bis und wieder über -R*

Die elektrische Zündung wird über den letzteren Strompi'ad. eingeleitet.

Da der Emitterkurzschluß 21· nunmehr im Randbereich des Thyristors angeordnet ist, fließt der optisch erzeugte Zündstrom über die Widerstände RI., RI₀ ab. Um gleiche

JX J «

Zündempfindlichkeit wie beim Thyristor nach Fig. 6a zu erreichen, werden die Flächenwiderstände RI₁, Rio entsprechend größer bemessen.

Wie vorstehend ausgeführt, ist der Flächenwiderstand RIq klein gehalten und der kapazitive Strom des Übergangkondensators C'p fließt im wesentlichen über diesen Widerstand ab und die dadurch an diesem Widerstand erzeugte Potentialerhöhung entspricht dabei e⁺na de"" ar der Reiherschaltung der Widerstände RI₁, RI/, erzeugten Potentialerhöhung, die durch den im wesentlichen nur durch diese Widerstände fließenden Strom des Kondensators C* auftritt« Über den Widerstand R' fließt damit bei kapazitiver Be-

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lastung praktisch kein" kapazitiver-Strom.

Die Bemessung des Widerstandes R* erfolgt durch Wahl einer "bestimmten Länge des streifenförmigen Emitterkurzschluases 21' .

Wie aus dem Potentxaldiagraram nach der Fig. 7^D ersichtlich liegen nunmehr die Maxima des kapazitiv erzeugten St örpotentials φ und des optischen Zündpotantials φ , ^r cap,ρ opt_fp

innerhalb der p-Steuerbasiszone 5 etwa in der Mitte der n -Emitterzone 7·

Der Verlauf des kapazitiv erzeugten Potentials φ im

cap, ρ

rechten Teil des Diagramms ähnelt dem im Potentialdiagramm nach der Fig. ob. Das Potential φ steigt bis zum Rand

^Tcap,p

der η -Emitterzone 6 wieder steil an, steigt dann weniger steil bis zur Elektrode 20, bleibt in deren Bereich konstant, und steigt dann sehr steil an. Die Vergrößerung des

Potentials φ gegenüber dem nach Fig. 6b ist durch den cap ,ρ

vergrößerten Flächenwiderstand R' bewirkt. Der Emxtterkurzschluß 21' hat ein stark angehobenes Potential φ ,

cap,e

das etwa dem Maximum des Potentials φ entspricht: das

^Ycap,p * '

Potential φ ist über den Emxtterkurzschluß 21' auf die cap, e

η -Emitterzone 7 übertragen, so daß sich eine Potentialdifferenz Δ φ ergibt, die zur Zündung des Thyristors nicht ausreicht. _o_

030015/0617 _c0PY

Bei der optischen Zündung fließt der Fotostrom in einer Richtung über die Widerstände Rl.., R-/, , Ri_n und in der anderen Richtung über die Widerstände R'_o, R' , R' ab.

Jd, JJ JO

Damit wird auch der Emitterkurzschluß 21* nur relativ gering angehoben und entsprechend" erhält die η -Emitterzone 7 nur ein geringes Potential "P₊ +} das in der

opx f χι

p-Steuerbasisauno 5 erzeugte Potential ψ . ist dem-

opt ,p

gegenüber so groß, daß eine Potentialdifferenz Δφ , ent-

Op"C

steht, welche· die Zündung des Thyristors bewirkt.—·

Die elektrische Zündung über die Elektrode 20 führt zu einem Steuerbasispotential φ .. , dessen Maximum unterhalb des rechten Randes der η -Emitterzone 7 liegt ; durch die auftretende Potentialdifferenz Δψ wird der Thyristor gezündet.

Die Größe der Flächenwiderstände der p-Steuerbasiszone 5 ergibt sich durch ihre geometrische Form durch Bemessung der Dicke dieser Zone und durch den Verlauf der Störstellendiffusion. Die Dicke dieser Zone 5 kann durch bekannte maskierte Ätzverfahren entsprechend der erforderlichen Flächmviderstände unterschiedlich ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere teilweise maskierte Steuerbasis-Diffusionen mit entsprechend unterschiedlichem Verlauf des Diffusionsprofils verwendet werden.

030015/0617 _{0RIG1NAL 1NspECTH)}.

Claims (3)

1. Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt 70, Theodor-Stern-Kai 1

   F 78/33

   Pat ent ansprüche

   Störpotentialkompensierter Thyristor mit mindestens vier Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeittyps, wobei die Außenzonen mit Hauptelektrodenmetallisierungen versehen sind und ein Bereich der einen Außenzone mit einem direkt benachbart an die Oberfläche tretenden Bereich der anliegenden Zwischenzone und den folgenden Zonen einen Pilotthyristorteil bildet, während der restliche Bereich dieser Außenzone und der anliegenden Zwischenzone mit den folgenden Zonen einen Folgethyristortei.1 bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (7a) des dem Pilotthyristorteil (l) zugeordneten Bereiches (7) der Außenzone über eine Metallisierung (10", 21') mit einem Teil des direkt benachbart an die Oberfläche tretenden Bereiches der anliegenden Zwischenzone (5) verbunden ist und daß diese beiden Bereiche geometrisch

   030016/0817

   ORIGINAL INSPECTED

   derart gestaltet sind, daß die sich aus dem vorwärtssperrenden pn-übergang (I) ergebenden Kondensatoren und die Flächenwiderstände des dem Filotthyristorteil (I)-zugeordneten Bereichs der Zwischenzone (5) derart bemessen und verteilt sind, daß in dem benachbarten, über die Metallisierung (10", 21·) niit dem Teil (7a) des Bereiches (7) de*· Außenzone verbundene Bereich der Zwischenzone (5) bei Auftreten von Vorwärts-Sperrströmen oder kapazitiv erzeugten du/dt-Sperrströmen ein zur Kompensation· herangezogenes Potential (φ _{nll o}..)

   cap j lu y Cä\

   entsteht, welches näherungsweise dem unterhalb des Bereiches (7) der Außenzone in der Zwischenzone (5) auftretenden maximalen Störpotential (φ ) entspricht, während bei einer optischen oder elektrischen Zündung in dem dem Teil (7a) benachbarten, an die Oberfläche tretenden Bereich der Zwischenzone (5) ein Potential

   (^ 4- -mn) entsteht, welches wesentlich kleiner als das opt,xu

   unterhalb des Außenzonenbereiches.(7) in der anliegenden Zwischenzone (5) erzeugte maximale Zündpotential
2. 2. xliyrxscor nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Oberfläche tretende Bereich der an den Bereich (7) der Außenzone anliegenden Zwischenzone (5) in seiner Geometrie und/oder in seinen Flächenwider-

   03001 B/0617

   ständen unsymmetrisch ausgebildet ist und beide Bereiche über- die Metallisierung (10", 21') miteinander verbunden sind.
3. 3. Thyristor nach Anspruch 1 und· 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Zwischenzone (5) in Nähe des Außenzonen-

   bersiches (7) auftretende Störpotential (φ ) teil-

   cap,p

   weise mittels eines Elementes (12) mit nichtlinearer
   Charakteristik begrenzt ist.

   030015/0617