DE2851303C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen lichtzündbaren Thyristor, der aus einem Haupt- und einem zur Zündverstärkung integrier­ tem Hilfsthyristor (amplifying gate) besteht, und bei dem die anodenseitige Basiszone in eienm schmalen Kanal bis an die kathodenseitige Oberfläche reicht, so daß der durch diese Basiszone und der kathodenseitigen Basiszone gebilde­ te PN-Übergang ebenfalls direkt an die kathodenseitige Oberfläche grenzt, und bei dem die Kathodenzone des Hilfs­ thyristors von einer ringförmigen Gatezone des Hauptthyri­ stors umgeben und mit dieser kontaktiert ist.

Derartige lichtzündbare Thyristoren sind beispielsweise aus der DE-OS 24 08 079 bekannt. Bei diesen bekannten Thyristo­ ren ist der an die kathodenseitige Oberfläche grenzende schmale Kanal der anodenseitigen Basiszone innerhalb einer ringförmig ausgebildeten Kathodenzone des Hilfsthyristors angeordnet. An diese schließt sich anch außen hin die mit ihr kontaktierte Gatezone des Hauptthyristors an und beide Zonen zusammen werden von der Kathodenzone des Hauptthyri­ stors 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 dU/dt-Festigkeit, möglichst hoch ausgelegt, was zu einer relativ kleinen Kathodenzone führt. Ohne besondere Maß­ nahmen stellt sich dabei ein hohes Zündverhältnis Z ein. Dabei wird als Zündverhältnis das Verhältnis:

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 Beanspru­ chung, 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 kathoden­ seitigen Oberfläche. Denn der hochgezogene PN-Übergang erzeugt dank der Raumladungszone, die sich schon bei klei­ nen Blockierspannungen bis an die kathodenseitige Ober­ fläche erstreckt, eine wirksame Isolationszone. Diese ver­ hindert dann an diesen Stellen einen Stromfluß zwischen Hilfs- und Hauptthyristor, so daß der von dem Hilfsthyri­ stor gelieferte Gatestrom lediglich dort fließt, wo sich kein sperrender Übergang zwischen Gatezone und Kathoden­ zone des Hauptthyristors befindet. Die Länge des für die Zündung des Hauptthyristors wirksamen, gateseitigen Katho­ denzonenrandes wird also reduziert. Die Gatestromdichte, die an diesen Kathodenzonenrand gelangt, ist hingegen größer 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 schmatischen Querschnitt dieses Thyristors entlang der Schnittlinie A-A.

In den Fig. 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 über­ sichtlicheren 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-Übergang 10 ebenfalls an die Oberfläche grenzt. Bereits bei relativ niedrigen Vorwärtsspannungen bildet sich um den PN-Über­ gang 10 eine Raumladungszone aus. Wird diese Raumladungs­ zone mit Licht bestrahlt, so werden Ladungsträger erzeugt, die in dem in der Raumladungszone bestehenden elektrischen Feld sofort getrennt werden (zur grundsätzlichen Wirkungs­ weise des lichtzündbaren Thyristors vgl. die eingangs zi­ tierte DE-OS 24 08 079).

Es bildet sich ein Zündstrom aus, der die Kathodenzone 11 des Hilfsthyristors zur Injektion anregt und diesen Teil­ thyristor, bestehend aus den Zonen 11, 2, 3 und 4, zündet. Der Hilfsthyristor liefert dann den Gatestrom für den Haupt­ thyristor, und zwar gelangt dieser Gatestrom von der Katho­ denzone 11 über die Metallisierung 6 zur Gatezone 7 und von dort an die Kathodenzonenränder 12 und 13 (Fig. 1).

Die Breite D der hochgezogenen Kanäle 8 und 9 muß so groß sein, daß während des ganzen Zündvorganges mindestens eine schmale Raumladungszone um die Übergänge 10 bestehen bleibt (üblicherweise gilt: 0<D200 µm). Da die Krümmung der PN- Übergänge die erreichbare Blockierspannung verringert (vgl. auch: G. Z. Sze, G. Gibbons, "Effect of junction cur­ vature on breackdown voltages in semiconductors", Solid State Electronics, Vol. 9 (1966), S. 831-845), sollte die Kanalbreite 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 Ober­ fläche verbunden sein. Auch die Verwendung von nur einem Kanal ist möglich.

• Bezeichnungsliste  1= Kathodenzone 2= kathodenseitige Basiszone 3= anodenseitige Basiszone 4= Anodenzone 5= Kathodenmetallisierung 6= Metallisierung der Gatezone 7  7= Gatezone 8, 9= schmale Kanäle über die die anodenseitige Basiszone an die kathodenseitige Oberfläche ge­ langt.10= PN-Übergang11= Kathodenzone des Hilfsthyristors12, 13= Kathodenzonenränder

Claims (4)

1. Lichtzündbarer Thyristor, der aus einem Haupt- und einem zur Zündverstärkung integriertem Hilfsthyristor besteht, und bei dem die anodenseitige Basiszone in einem schma­ len Kanal bis an die kathodenseitige Oberfläche reicht, so daß der durch diese Basiszone und der kathodensei­ tigen Basiszone gebildete PN-Übergang 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 (3) gebildet werden, sich zwischen der Gate­ zone (7) und der weiter außen liegenden Kathodenzone (1) des Hauptthyristors befinden, und daß die Breite (D) dieser Oberflächenbe­ reiche (8, 9) so gewählt ist, daß während des gesamten Zündvorganges mindestens teilweise eine schmale Raum­ ladungszone um den an die Oberfläche grenzenden PN-Über­ gang (10) bestehen bleibt.

2. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis R/D »1 ist, wobei R der mitt­ lere Abstand der Oberflächenbereiche (8, 9) die durch die anodenseitige Basiszone (3) gebildet werden, von dem Zentrum der ringförmigen Gatezone (7) bedeutet.

3. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (D) der Oberflächenbe­ reiche (8, 9), die durch die anodenseitige Basiszone (3) gebildet werden, 200 µm ist.

4. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodenseitige Oberfläche mindestens zwei Bereiche (8, 9) aufweist, die durch die anodenseitige Basiszone (3) gebildet werden.