DE862198C

DE862198C - Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters

Info

Publication number: DE862198C
Application number: DES7725D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Phil Lehfeldt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1937-01-29
Filing date: 1937-01-30
Publication date: 1953-01-08

Description

Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters Die bekannten Trockengleichrichter bestehen aus zwei Elektroden, einer leitenden und einer halbleitenden und einer zwischen ihnen liegenden Sperrschicht. Bei bestimmten Trockengleichrichtern dieser Art bildet sich die Sperrschicht, welche einen gleichzurichtenden Wechselstrom nur in einer Richtung durchläßt, entweder unter der Wirkung eines hindurchgeschickten elektrischen Stromes, d. h. auf elektrolytischem Wege, oder unmittelbar durch die Berührung beider Elektroden auch ohne Mitwirkung eines elektrischen Stromes.
Gemäß der Erfindung wird die Sperrschicht schon vor dem Zusammenbau der beiden Elektroden hergestellt. Das hat den Vorteil, daß man die Dicke der Sperrschicht sowie ihre sonstigen Eigenschaften weit besser bestimmen und beeinflussen kann, als wenn die Bildung dieser Schicht dem Zusammenwirken des Leiters und des Halbleiters mit oder ohne Einwirkung des elektrischen Stromes überlassen bleibt. Ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, die Metallelektrode mit einer Sperrschicht zu versehen und die Halbleiterelektrode in geschmolzenem oder wenigstens erweichtem Zustande auf diese Sperrschicht aufzubringen, so daß eine innige Berührung mit der Sperrschicht sichergestellt ist.
Eine besonders gute Ausführungsform des Gleichrichters gemäß der Erfindung entsteht z. B. dadurch, daß eine Aluminiumschicht mit Aluminiumoxyd als Sperrschicht überzogen wird und daß auf diese Sperrschicht Selen aufgeschmolzen und dann durch Wärmebehandlung in den leitenden Zustand übergeführt wird. Die Selenschicht wird dann mit einer Ableitungselektrode versehen. -In der Zeichnung ist in Fig. i ein so hergestellter Trockengleichrichter als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei die Dicke der verschiedenen Schichten der Deutlichkeit wegen stark übertrieben gezeichnet ist. Auf der Aluminiumplatte i ist eine Schicht 2 aus Aluminiumoxyd gebildet, vorzugsweise auf elektrolytischem Wege, z. B. nach dem an :sich bekannten Eloxalverfahren.
Auf diese Oxydschicht 2 ist eine Selenschicht 3 aufgeschmolzen und dann durch Wärmebehandlung in den leitenden Zustand übergeführt. Auf diese Selenschicht 3 wird dann eine Ableitungselektrode gebracht. Im allgemeinen wird es unerwünscht sein, daß bei der Verbindung der Selenschicht mit der Ableitungselektrode eine zweite Sperrschicht unbeabsichtigt entsteht.
Um. dies zu vermeiden, wird z. B. die punktiert dargestellte Graphitschicht 4 auf die Selenschicht 3 aufgebracht, und auf die Graphitschicht 4 wird eine metallische Ableitungselektrode 5 aufgespritzt. Sie kann auch angepreßt werden.
Verbindet man die Aluminiumplatte r mit einem Zuleitungsdraht 6 und die Ableitungselektrode 5 mit einem Zuleitungsdraht 7, so läßt das dargestellte Gleichrichterelement einen positiven Strom vom Zuleitungsdraht 7 über die Schichten 5, 4, 3, ?, i zum Zuleitungsdraht 6 hindurchfließen, während in entgegengesetzter Richtung der Stromgesperrt oder wenigstens auf einen kleinen Rest beschränkt ist.
Wesentlich ist, daß dies Aluminiumschicht i vor der Bildung der Oxydschicht 2 aufgerauht wird, beispielsweise durch ein Sandstrahlgebläse oder durch chemische Ätzung. Diese aufgerauhte Schicht 2 wird oxydiert, und auf ihr hält die aufgeschmolzene Selenschicht 3 wesentlich besser und zuverlässiger als auf glatter Unterlage. Außerdem vergrößert die Aufrauhung die Oberfläche und damit die Leitfähigkeit der Kontaktfläche.
Der Gleichrichter gemäß der Erfindung kann beispielsweise auch so hergestellt werden, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, auf die Aluminiumplatte i i mit der Oxydschicht 12 eine dünne Selenschicht 13 aufgeschmolzen wird, und daß auf eine Ableitungselektrode 15, die z. B. aus Eisen, Nickel oder Kobalt oder auch aus einer vernickelten Eisenplatte besteht, die Selenschicht 14 in dünner Schicht aufgeschmolzen wird. Die beiden so entstandenen Teile werden dann bei erhöhter Temperatur mit den Selenschichten 13 und 14 gegeneinander gelegt. Durch entsprechend bemessenen Druck kann man überschüssiges Selen in geschmolzenem Zustand heraus- _ pressen, so daß die entstehende einheitliche Selen-Schicht eben gerade die gewünschte Stärke erhält. Nach der Erstarrung wird dann die Selenschicht durch Wärmebehandlung in die leitende Form übergeführt.
Aluminiumoxyd als Sperrschicht hat den Vorteil, daß es ein guter Isolator ist und sehr fest und zuverlässig auf der Aluminiumunterlage haftet, namentlich wenn es elektrolytisch hergestellt ist -Die Spannung, gegen welche das fertig zusammengebaute Gleichrichterelement zu sperren imstande ist, ist abhängig von derjenigen.Spannung, die bei der elektrolytischen Herstellung der Aluminiumschicht verwendet worden ist. Man kann daher die Sperrschicht der verlangten Betriebsspannung des Gleichrichters genau und sicher anpassen. Um Gleichrichterelemente herzustellen, die gegen besonders hohe Spannungen, z. B. 30 Volt und mehr, zu sperren vermögen, ohne daß in der sonst üblichen Weise mehrere Elemente in Reihe geschaltet werden müssen, empfiehlt es sich, die Poren der Aluminiumoxydschicht durch Behandlung in geeigneten Bädern zu schließen, so daß eine besonders dichte und zuverlässige Sperrschicht entsteht.
Anstelle von Aluminiumoxyd kann für die Sperrschickt auch das Oxyd von Magnesium, Tantal, Cer, Nibb, Eisen oder einem Schwermetall verwendet werden. Allgemein sind solche isolierenden Verbindungen (besonders Oxyde, Sulfide, Silicate) geeignet, die sich in dünnsten, zusammenhängenden und gut haftenden Schichten auf einer Metalloberfläche herstellen lassen. Zweckmäßig verwendet man das Metall, dessen Verbindung als -Sperrschicht benutzt werden soll, als eine Elektrode, da man die Sperrschicht unmittelbar auf ihr aufwachsen lassen kann. Man kann aber auch zwecks Herstellung der Sperrschicht zunächst die metallische Komponente auf irgendeine Metallelektrode aufbringen, z. B. durch Aufdampfen im Vakuum, auf galvanischem Wege, durch.- Kathodenzerstäubung oder-: nach einem sonstigen bekannten Verfahren. Die so hergestellte dünne Metallschicht wird dann auf chemischem Wege in die nicht leitende Verbindung übergeführt, die als Sperrschicht verwendet werden soll. Dieses Verfahren empfiehlt sich aus Ersparnisgründen, wenn die Verbindungen teurer Metalle, wie z. B, solche wie Tantal, als Sperrschicht benutzt werden.
Als Halbleiter können an Stelle von Selen z. B. auch Schwefel, Tellur, deren Gemenge oder gut leitende Verbindungen dieser Stoffe- verwendet werden.
Der neue Gleichrichter hat auch den Vorteil guter Hitzebeständigkeit. So erträgt z. B. ein aus Aluminium, Aluminiumoxyd und Selen bestehender Gleichrichter eine dauernde Betriebstemperatur oberhalb 70° C, bei sorgfältiger Herstellung sogar über ioo° C;- vorübergehend darf die Temperatur auch auf 15 o° C steigen. Bei so hohen Temperaturen läßt sich die Stromwärme leicht abführen, so daß der Gleichrichter mit sehr viel höherer Stromdichte betrieben werden kann als die bisher bekannten.
Es ist bereits bekannt, für Gleichrichter, bei denen eine Sperrschicht nach dem Zusammenbau der Elektroden elektrolytisch erzeugt und aufrechterhalten wird, Aluminium mit anoxydierter Oberfläche zu verwenden, wobei das Aluminiumoxyd nun als Unterlage für die spätere elektrolytische Bildung und Erhaltung einer besonderen Sperrschicht dient. Bei der Erfindung hingegen bildet die Schicht auf Aluminiumoxyd selbst die Sperrschicht. Auch soll der gemäß der Erfindung die Dicke und die Stärke der Oxydschicht lediglich mit Rücksicht auf die im Betriebe zu sperrende Spannung, aber nicht mit Rücksicht auf weitere elektrolytische Wirkungen bemessen werden. Überdies besteht bei den bekannten Gleichrichtern, bei denen Aluminium mit oxydierter Oberfläche verwendet wird, die Gegenelektrode aus Kupfersulfid. Dieses muß auf die Oxydschicht aufgepreßt werden. Dadurch entsteht keine genügend innige Berührung, so daß die Gleichrichterwirkung unstetig bleibt und keine zufriedenstellende Lebensdauer erzielt wird.
Andererseits hat man auch schon versucht, Gleichrichter aus Aluminium und Selen wegen der guten Eigenschaften dieser Materialien zu bauen, jedoch ohne Zwischenschaltung einer Oxydschicht. Dabei wirken jedoch die beiden Stoffe chemisch aufeinander ein, so daß sich eine Zwischenschicht bildet, welche die Gleichrichterwirkung mehr oder weniger schnell beeinträchtigt. Die gemäß der Erfindung -zwischen beiden Stoffen angeordnete Oxydschicht verhindert derartige schädliche Wechselwirkungen.

Claims

PATI:NTANS1'ßiCIIB: i. Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters mit auf einer metallischen Trägerelektrode angeordneter Sperrschicht und auf diese aufgebrachtem Halbleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus einem Oxyd oder einer anderen hochisolierenden Verbindung des Trägerelektrodenmetalls (Aluminium, Magnesium, Cer, Niob oder eines Schwermetalls) besteht und auf der Trägerelektrode unmittelbar erzeugt ist, und daß die aus Selen, Schwefel, Tellur oder einem Gemenge dieser Stoffe bestehende Halbleiterschicht auf die Sperrschicht in geschmolzenem oder wenigstens erweichtem (thermoplastischem) Zustand aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Aluminiumträgerelektrode eine Sperrschicht aus Aluminiumoxyd in an sich bekannter Weise elektrolytisch, insbesondere durch das bekannte Eloxalverfahren, ' hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht auf eine vorher aufgerauhte Trägerelektrode aufgebracht wird. .
4. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter in dünner Schicht erstens auf die mit der Sperrschicht versehene Elektrodenplatte und zweitens auf eine sperrschichtfreie Metallplatte aufgeschmolzen wird, und daß die beiden so hergestellten plattenförmigen Elektroden bei erhöhter Temperatur mit ihren Halbleiterschichten aufeinandergelegt und verschmolzen werden.
5. Verfahren nach Anspruch d, dadurch gekennzeichnet, daß als sperrschichtfreie Deckelelektrode eine gegebenenfalls vernickelte Eisenplatte verwendet wird.
6: Verfahren nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Sperrschicht aufgeschmolzene Halbleiter mit einer Graphitschicht überzogen wird, mit der dann eine Ableitungselektrode, z. B. durch Aufspritzen oder Anpressen, in Verbindung gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verbindung der Sperrschicht bildende Metall, z. B. Tantal, in dünnster Schicht zunächst auf einer anderen Metallplatte, z. B. Eisen, niedergeschlagen, z. B. aufgedampft, und dann durch einen chemischen, thermischen oder elektrischen Vorgang in die isolierende Verbindung umgewandelt wird. B. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 6 hergestellter Trockenplattengleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Teile enthält: eine metallische Trägerelektrode (i)., eine auf dieser erzeugte Sperrschicht (2), eine auf die Sperrschicht aufgeschmolzene Halbleiterschicht (3), eine auf die Halbleiterschicht aufgebrachte Graphitschicht (4.) und eine auf die Graphitschicht aufgespritzte metallische Ableitungselektrode. g. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch .1. hergestellter Trockenplattengleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Teile enthält: eine metallische Trägerelektrode, eine auf dieser erzeugte Sperrschicht, eine Halbleiterschicht und eine metallische Ableitungselektrode, wobei die Halbleiterschicht sowohl auf die Sperrschicht als auch auf die Ableitungselektrode aufgeschmolzen ist.