DE2851303A1

DE2851303A1 - Lichtzuendbarer thyristor

Info

Publication number: DE2851303A1
Application number: DE19782851303
Authority: DE
Inventors: Andre Jaecklin
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-11-15
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1980-06-12
Also published as: CH634442A5; SE443477B; JPH0116022B2; GB2035691B; GB2035691A; DE2851303C2; SE7909252L; US4343014A; JPS5568673A

Description

BBC Baden

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Lichtzündbarer Thyristor

Die Erfindung betrifft einen lichtzündbaren Thyristor, der aus einem Haupt- und einem zur Zündverstärkung integriertem Hilfsthyristor (amplifying gate) besteht, und bei dem die anodenseitige Basiszone in einem schmalen Kanal bis an die kathodenseitige Oberfläche reicht, so dass der durch diese Basiszone und der kathodenseitigen Basiszone gebildete PN-Üebergang ebenfalls direkt an die kathodenseitige Oberfläche grenzt, und bei dem die Kathodenzone des Hilfsthyristors von einer ringförmigen Gatezone des Hauptthyristörs umgeben und mit dieser kontaktiert ist.

Derartige Iientzündbare Thyristoren sind beispielsweise aus der DE-OS 24 08 079 bekannt. Bei diesen bekannten Thyristoren ist der an die kathodenseitige Oberfläche grenzende schmale Kanal der anodenseitigen Basiszone innerhalb einer ringförmig ausgebildeten Kathodenzone des Hilfsthyristors angeordnet. An diese·schliesst sich nach aussen hin die mit ihr kontaktierte Gatezone des Hauptthyristors an und beide Zonen zusammen werden von der Kathodenzone des Hauptthyristors eingeschlossen. Bei Bestrahlung der kathodenseitigen Oberfläche mit Licht zündet zunächst der Hilfsthyristor, der dann anschliessend über die Gatezone eine Zündung des Hauptthyristors bewirkt.

Bei diesen bekannten lichtzündbaren Thyristoren wird die Zündempfindlichkeit des Hilfsthyristors, bei vorgegebener dü/dt-Festigkeit, möglichst hoch ausgelegt, was zu einer relativ kleinen Kathodenzone führt. Ohne besondere Massnahmen stellt sich dabei ein hohes Zündverhältnis Z ein. Dabei wird als Zündverhältnis das Verhältnis:

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Zur Zündung des Hauptthyristors erforderlicher Mindeststrom Zur Zündung des Hilfsthyristors erforderlicher Mindeststrom

bezeichnet. Dieses Verhältnis liegt bei lichtzündbaren Thyristoren mit hoher Lichtempfindlichkeit etwa zwischen 30 und 100. Zum Zünden des Hauptthyristors muss daher ein relativ grosser Strom vom Hilfsthyristor geliefert werden, was bei hohem di/dt zur Zerstörung des Hilfsthyristors führen kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen lichtzündbaren Thyristor mit hoher Lichtempfindlichkeit der eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, dass keine Zerstörung des Hilfsthyristors bei harter Beanspruchung, d.h. bei hohem di/dt eintritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Merkmale enthalten die Unteransprüche.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, dass der Hilfsthyristor durch ein genügend kleines Zündverhältnis entlastet werden kann. Da die Zündempfindlichkeit des Hilfsthyristors erhalten bleiben soll, um die zur Zündung erforderliche Lichtstärke möglichst' gering halten zu können, muss die Zündempfindlichkeit des Hauptthyristors ebenfalls heraufgesetzt werden. Dieses erfolgt durch die besondere Anordnung der anodenseitigen Basiszone auf der kathodenseitigen Oberfläche. Denn der hochgezogene PN-Uebergang erzeugt dank der Raumladungszone, die sich schon bei kleinen Blockierspannungen bis an die kathodenseitige Oberfläche erstreckt, eine wirksame Isolationszone. Diese ver-

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hindert dann an diesen Stellen einen Stromfluss zwischen Hilfs- und Hauptthyristor, so dass der von dem Hilfsthyristor gelieferte Gatestrom. lediglich dort fliesst, wo sich kein sperrender Uebergang zwischen Gatezone und Kathodenzone des Hauptthyristors befindet. Die Länge des für die Zündung des Hauptthyristors wirksamen, gateseitigen Kathodenzonenrandes wird also reduziert. Die Gatestromdichte, die an diesen Kathodenzonenrand gelangt ist hingegen grosser geworden, so dass die Zündempfindlichkeit des. Hauptthyristors zunimmt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht, auf einen Teil der kathodenseitigen Oberfläche eines Thyristors gemäss der Erfindung; und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt dieses Thyristors entlang der Schnittlinie A-A.

In den Figuren 1 und 2 bedeuten 1 die Kathodenzone, 2 die kathodenseitige Basiszone, 3 die anodenseitige Basiszone und 4 die Anodenzone. Die Kathodenmetallisierung 5 und die Metallisierung 6 der Gatezone 7 wurde aufgrund einer übersichtlicheren Darstellung in Fig. 1 weggelassen.

Wie Fig. 2 zeigt, wird die Basiszone 3 über schmale Kanäle 8, 9 bis an die kathodenseitige Oberfläche hochgeführt, so dass der sich zwischen den Basiszonen bildende PN-Uebergang

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10 ebenfalls an die Oberfläche grenzt. Bereits bei relativ niedrigen Vorwärtsspannungen bildet sich um den PN-Uebergang 10 eine Raumladungszone aus. Wird diese Raumladungszone mit Licht bestrahlt, so werden Ladungsträger erzeugt, die in dem in der Raumladungszone bestehenden elektrischen Feld sofort getrennt werden (zur grundsätzlichen Wirkungsweise des lichtzündbaren Thyristors vgl. die eingangs zitierte DE-OS 24 08 079).

Es bildet sich ein Zündstrom aus, der die Kathodenzone 11 des Hilfsthyristors zur Injektion anregt und diesen Teilthyristor, bestehend aus den Zonen 11, 2, 3 und 4, zündet. Der Hilfsthyristor liefert dann den Gatestrom für den Hauptthyristor, und zwar gelangt dieser Gatestrom von der Kathodenzone 11 über die Metallisierung 6 zur Gatezone 7 und von dort.an die Kathodenzonenränder 12 und 13 (Pig· I).

Die Breite D der hochgezogenen Kanäle 8 und 9 muss so gross sein, dass während des ganzen Zündvorganges mindestens eine schmale Raumladungszone um die Uebergänge 10 bestehen bleibt (üblicherweise gilt: 0^05200 ium). Da die Krümmung der PN-Uebergänge die erreichbare Blockierspannung verringert (vgl. auch: G. M. Sze, G. Gibbons, "Effect of junction curvature on breackdown voltages in semiconductors", Solid State Electronics 9 p. 831 (1966)), sollte die Känalbreite D auch nicht zu gross gemacht werden. Ferner muss für den Krümmungsradius R (Fig. 1) gelten R">>D.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, kann die Basiszone 3 auch über mehr als zwei Kanälen mit der kathodenseitigen Oberfläche verbunden sein. Auch die Verwendung von nur einem Kanal ist möglich.

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Claims

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BBC Aktiengesellschaft P-/dh

Brown, Boveri & Cie.

Baden (Schweiz) 2851303

■Patentansprüche

Lichtzündbarer Thyristor, der aus einem Haupt- und einem zur Zündverstärkung integriertem Hilfsthyristor besteht, und bei dem die anodenseitige Basiszone in einem schmalen Kanal bis an die kathodenseitige Oberfläche reicht, so dass der durch diese Basiszone und der kathodenseitigen Basiszone gebildete PN-Uebergang ebenfalls direkt an die kathodenseitige Oberfläche grenzt, und bei dem die Kathodenzone des Hilfsthyristors von einer Gatezone des Hauptthyristors umgeben und mit dieser kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodenseitigen Oberflächenbereiche (8, 9)., die durch die anodenseitige Basiszone (2)gebildet werden, sich zwischen der Gatezone (7) und der Kathodenzone (1) des Hauptthyristors befinden, und dass die Breite, D, dieser Oberflächenbereiche (8, 9) so gewählt ist, dass während des gesamten Zündvorganges mindestens teilweise eine schmale Raumladungszone um den an die Oberfläche grenzenden PN-Uebergang (10) bestehen bleibt.

2. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis ■=■^0*1 ist, wobei R der mittlere Abstand der Oberflächenbereiche (8, S)₃ die durch die anodenseitige Basiszone (2) gebildet werden, von dem Zentrum der ringförmigen Gatezone (7) bedeutet (vgl. Fig. I)..""

"3· Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite, D, der Oberflächenbereiche (8, 9)ι die durch die anodenseitige Basiszone- (2) gebildet werden, < 200yum ist.

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4. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, dass die kathodenseitige Oberfläche mindestens zwei Bereiche (8₃ 9) aufweist, die durch die anodenseitige Basiszone (2) gebildet werden.

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