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DE1564185B2 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER AND CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER - Google Patents
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DE1564185B2 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER AND CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER - Google Patents

CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER AND CONTROLLABLE SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER

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DE1564185B2
DE1564185B2 DE19661564185 DE1564185A DE1564185B2 DE 1564185 B2 DE1564185 B2 DE 1564185B2 DE 19661564185 DE19661564185 DE 19661564185 DE 1564185 A DE1564185 A DE 1564185A DE 1564185 B2 DE1564185 B2 DE 1564185B2
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semiconductor rectifier
rectifier
controllable
cathode
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Edward J. Palos Verdes Estates Calif. Diebold (V.StA.); Yanai, Yigal, Tel-Aviv (Israel)
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International Rectifier Corp USA
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Description

3 43 4

seiner vollständigen Leitfähigkeit beruht zum Teil scheibe hinweg mit größerer Geschwindigkeit ausdarauf, daß die Anfangsleitung mit Stromträgern ein- breiten kann als dies bisher möglich war. Durch die setzt, die von dem Verbindungspunkt zwischen der Verwendung eines Zündstromimpulses, dessen Im-Steuerelektrode und der Halbleiterscheibe ausgehen. pulshöhe gleich oder größer als die Höhe des Last-Dieses verhältnismäßig begrenzte Ladungsträger- 5 stromes ist, der den steuerbaren Halbleitergleichrichplasma kann zwar die Anfangsleitfähigkeit sehr ter zwischen Kathode und Anode in völlig gleitenschnell einleiten, weil es sich nur über eine kurze dem Zustand durchfließt, ist es möglich, ein Strecke längs der Breite der Halbleiterscheibe aus- Ladungsträgerplasma auszubilden, bei dem keine breiten muß, um die Stromleitung einzuleiten. Diese Gefahr des »Aushungerns« des Plasmas besteht, was Strecke kann in der Größe von etwa 0,125 mm io einen zu hohen Innenwiderstand bzw. einen zu liegen. hohen Spannungsabfall an dem Halbleitergleichrich-its complete conductivity is partly due to it, at greater speed, that the initial line can penetrate with current carriers than was previously possible. Through the sets that of the connection point between the use of an ignition current pulse, its Im control electrode and the wafer run out. pulse height equal to or greater than the height of the load-this is relatively limited charge carrier 5 current that the controllable semiconductor rectifier plasma Although the initial conductivity between cathode and anode can slide very quickly because it only flows through the state over a short period, it is possible to initiate a Train length along the width of the semiconductor wafer from charge carrier plasma in which none must wide to initiate the power line. This danger of "starvation" of the plasma exists, what Distance can in the size of about 0.125 mm io too high an internal resistance or too lie. high voltage drop across the semiconductor rectifier

Um die vollständige Leitfähigkeit zu erzielen, muß ter sowie eine Zerstörung dieses Halbleitergleich-In order to achieve full conductivity, this semiconductor equalization must be destroyed as well as

sich jedoch das Ladungsträgerplasma über die ge-, richters zur Folge haben würde,However, the charge carrier plasma via which the judge would have the consequence,

samte Breite der Halbleiterscheibe erstrecken, das Es ist zwar bereits bekannt (Literaturstelle »Thy-the entire width of the semiconductor wafer, although it is already known (literature reference »Thy-

heißt auf die Größe von etwa 6 mm. Außerdem be- 15 ristor-Handbuch« von A. Hoff mann und K. Stok-means to the size of about 6 mm. In addition, the “ristor-Handbuch” by A. Hoffmann and K. Stok-

stehen über die Breite der Halbleiterscheibe hinweg ker,Siemens-SchuckertWerke,Berlin/Erlangen, 1965,stand across the width of the semiconductor wafer, Siemens-SchuckertWerke, Berlin / Erlangen, 1965,

keine Beschleunigungsfelder, so daß die Expansions- Seiten 20, 21 und 48), daß der Steuerelektrodenstromno acceleration fields, so that the expansion sides 20, 21 and 48) that the control electrode current

geschwindigkeit des Ladungsträgerplasmas verhält- einen merklich über den statischen Wert hinaus-speed of the charge carrier plasma behaves - a noticeably above the static value -

nismäßig gering ist. gehenden Wert erreichen muß, doch waren bisheris moderately low. must reach going value, but were so far

Zur Verringerung der Zeitdauer bis zur vollen 20 genaue qualitative Angaben in bezug auf das VerLeitfähigkeit ist es bereits bekannt (Patentschrift hältnis von Steuerstrom zu Laststrom nicht bekannt. 47 975 des Amtes für Erfindung- und Patentwesen Die Erzeugung eines ausgedehnten Ladungsträgerin Ost-Berlin), die äußere (Kathoden-)Schicht des plasmas bei der erfindungsgemäßen Schaltungssteuerbaren Halbleitergleichrichters in Segmente zu anordnung erfordert eine große Steuerelektrodenunterteilen, zwischen denen zusammenhängende 25 fläche, die der Kathodenfläche des steuerbaren Streifen der angrenzenden inneren Schicht freigelas- Halbleitergleichrichters eng benachbart ist. Entspresen sind, in die die in Steuerteilelektroden unterteilte chend ist auch ein verhältnismäßig starker Zünd-Steuerelektrode an dieser inneren Schicht eingefügt stromimpuls erforderlich, da anderenfalls nur längs ist. Bei diesem bekannten steuerbaren Halbleiter- des Kathodenrandes einige Plasmapunkte entstehen gleichrichter ist der vom Initialplasma zurückzu- 30 können.To reduce the time to the full 20 precise qualitative information in relation to the conductivity it is already known (patent specification ratio of control current to load current not known. 47 975 of the Office for Invention and Patents The production of an extended charge carrier East Berlin), the outer (cathode) layer of the plasma in the circuit controllable according to the invention Arranging the semiconductor rectifier in segments requires a large control electrode base, between the contiguous 25 area that is the cathode area of the controllable Strips of the adjacent inner layer exposed semiconductor rectifier is closely adjacent. Dispensed are, in which the subdivided into control part electrodes is also a relatively strong ignition control electrode A current pulse is required to be inserted at this inner layer, otherwise only longitudinally is. With this known controllable semiconductor edge of the cathode some plasma points arise The rectifier is the one who can return from the initial plasma.

legende Weg unter die die vollständige Leitung über- Im einzelnen muß bei der erfindungsgemäßenlegend way under which the complete line over- In detail must with the invention

nehmenden Bereiche der Kathode dennoch relativ Schaltungsanordnung vom Steuerstromkreis einoccupying areas of the cathode nevertheless a relative circuit arrangement from the control circuit

groß, so daß die Einschaltzeit nur wenig verringert Steuerelektroden-Kathodenstromimpuls geliefert wer-large, so that the switch-on time is only slightly reduced. Control electrode-cathode current pulse is delivered

wird und die Probleme der Überlastung des Steuer- den, der ebenso groß ist, wie der von der Kathodeand the problems of overloading the control end, which is as large as that of the cathode

baren Halbleitergleichrichters vor seiner vollständig 35 zu führende Laststrom oder noch größer als dieser,semiconductor rectifier before its full 35 load current to be carried or even greater than this,

gen Durchschaltung weiterhin gegeben sind. Andererseits muß dieser Stromimpuls von extremgen throughput are still given. On the other hand, this current pulse must be of extreme

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kurzer Dauer sein, und bei einer sehr geringen Span-Schaltungsanordnung für einen steuerbaren Halb- nung zur Verfügung gestellt werden, während selbstleitergleichrichter der obengenannten Art zu schaf- verständlich der durch die Kathode fließende Lastfen sowie einen steuerbaren Halbleitergleichrichter 40 strom bei hoher Spannung und für eine verhältnisfür diese Schaltungsanordnung auszubilden, bei dem mäßig lange Zeitdauer auftritt,
die Einschaltzeit wesentlich verringert ist, so daß die Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung obere Frequenzgrenze erhöht wird und die vom ergibt sich also eine Spannungsverstärkung (mit bei steuerbaren Halbleitergleichrichter aufzunehmende weitem kleineren Leistungsverlusten während der Verlustleistung sehr gering ist. 45 Stromleitung als bei einem steuerbaren Halbleiter-The invention is based on the object of being short in duration and providing a very low voltage circuit arrangement for a controllable halving, while self-conductor rectifiers of the type mentioned above provide understandable loads flowing through the cathode as well as a controllable semiconductor rectifier 40 current at high voltage and for a ratio for this circuit arrangement in which a moderately long period occurs,
the switch-on time is significantly reduced, so that the upper frequency limit of the circuit arrangement according to the invention is increased and the result is a voltage gain (with much smaller power losses to be absorbed with controllable semiconductor rectifiers during the power dissipation. 45 current line than with a controllable semiconductor rectifier)

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- gleichrichter vom Transistortyp), wobei der steuerlöst, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter mit bare Halbleitergleichrichter leitend bleibt, wenn eineiner vier Schichten von abwechselnd entgegengesetz- mal der Zündstromimpuls angelegt ist, so daß dieser tem Leitfähigkeitstyp aufweisenden Halbleiterscheibe nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit benötigt und mit einer Kathode an der ersten Schicht, einer 50 wird.According to the invention, this object is achieved by a rectifier of the transistor type), the control solving that the controllable semiconductor rectifier with bare semiconductor rectifier remains conductive if one four layers of alternately opposite times the ignition current pulse is applied so that this tem conductivity type semiconductor wafer is only required for a relatively short time and with a cathode on the first layer, one becomes 50.

Steuerelektrode an der zweiten Schicht und einer Bei dem Abschalten des steuerbaren Halbleiter-Anode an der vierten Schicht versehen ist, wobei die gleichrichters muß das Ladungsträgerplasma zwi-Steuerelektrode in eine Vielzahl von Steuerteilelek- sehen der Kathode und der Anode schnellstens betroden unterteilt ist, die die Kathode über ihre Kon- seitigt werden, und zwar unabhängig von der normataktfläche hinweg unterbrechen, und daß die zweite 55 len Rekombination in den vier Schichten. Daher Spannungsquelle so ausgelegt ist, daß ihr ein Zünd- wird eine Schnellabschaltung des steuerbaren Halbstromimpuls entnehmbar ist, dessen Impulshöhe leitergleichrichters dadurch herbeigeführt, daß aus gleich oder größer als die Höhe des Laststromes ist, den Steuerteilelektrodenbereichen ein starker negader den steuerbaren Halbleitergleichrichter zwischen tiver Strom abgezogen wird, wobei die Anode des Kathode und Anode in völlig gleitendem Zustand 60 steuerbaren Halbleitergleichrichters an einer negatidurchfließt. ven Spannung liegt. Die Kombination des negativenControl electrode on the second layer and one when switching off the controllable semiconductor anode is provided on the fourth layer, the rectifier must be the charge carrier plasma between the control electrode See the cathode and anode in a multitude of control elements as quickly as possible is subdivided, which the cathode can be eliminated via its side, regardless of the normalized contact area interrupt away, and that the second 55 len recombination in the four layers. Therefore The voltage source is designed so that its ignition is a rapid shutdown of the controllable half-current pulse can be seen, the pulse height of which is brought about by the ladder rectifier that from is equal to or greater than the level of the load current, the control part electrode areas a strong negader the controllable semiconductor rectifier between tiver current is withdrawn, the anode of the Cathode and anode in completely sliding state 60 controllable semiconductor rectifier on a negative flow. ven voltage. The combination of the negative

Auf diese Weise wird das Ladungsträgerplasma Steuerelektrodenstroms mit der negativen Anödender Anfangsleitung an vielen über die Breite der spannung führt zu einem äußerst schnellen Abbau Halbleiterscheibe verteilten Punkten erzeugt. Die des Ladungsträgerüberschusses des steuerbaren HaIb-Vielzahl von einzelnen, voneinander getrennten 65 leitergleichrichters, weil die Ladungsträger innerhalb Steuergitterelektroden schafft eine Vielzahl von der geringen Teilkathodenbreite eine kleine Weg-Stromleitungs-Ansatzpunkten, so daß sich das La- strecke bis zu den Steuerteilelektroden hin zu dungsträgerplasma über die Breite der Halbleiter- durchlaufen haben, wobei beim Übergang in dieIn this way, the charge-carrier plasma becomes the control electrode current with the negative anode Initial conduction at many across the width of the voltage leads to an extremely rapid degradation Semiconductor wafer distributed points generated. That of the load carrier surplus of the controllable Halb multitude of individual, separate 65 ladder rectifiers, because the charge carriers are inside Control grid electrodes create a large number of the small partial cathode width a small path current line starting points, so that the bed stretch as far as the control part electrodes and the fertilizer carrier plasma have passed through the width of the semiconductor, with the transition to the

Steuerteilelektroden ein äußerst wirksamer Ladungsträgerverlust durch Rekombination eintritt. Dementsprechend ist auch ein starker Abschaltstrom für die Steuerelektrode erforderlich.Control part electrodes an extremely effective loss of charge carriers occurs through recombination. Accordingly a strong cut-off current is also required for the control electrode.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schaltungsanordnung wird die Ansprechgeschwindigkeit des steuerbaren Halbleitergleichrichters wesentlich erhöht und die Einschaltzeit stark verringert. Dadurch sind steuerbare Halbleitergleichrichter in dieser Schaltungsanordnung bei höheren Frequenzen zu betreiben als dies bisher möglich war.The inventive design of the circuit arrangement increases the response speed of the controllable semiconductor rectifier is significantly increased and the switch-on time is greatly reduced. As a result, there are controllable semiconductor rectifiers in this circuit arrangement at higher frequencies to operate than was previously possible.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert.The invention and its advantages are explained below with reference to the drawing.

Es zeigt ■It shows ■

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß verwendbaren steuerbaren Halbleitergleichrichter,1 shows a plan view of a controllable semiconductor rectifier which can be used according to the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linien 4-4 nach Fig. 1,Fig. 2 is a cross-section along lines 4-4 of Fig. 1;

F i g. 3 einen Ausschnitt aus der F i g. 2, der die Anordnung einer Steuerteilelektrode in einer Nut der Halbleiterscheibe darstellt,F i g. 3 shows an excerpt from FIG. 2, which shows the arrangement of a control part electrode in a groove represents the semiconductor wafer,

F i g. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, F i g. 4 a circuit arrangement according to the invention,

F i g. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren steuerbaren Halbleitergleichrichters,F i g. 5 is a plan view of a further embodiment a controllable semiconductor rectifier that can be used according to the invention,

F i g. 6 einen Querschnitt entlang der Linien 6-6 nach F i g. 5,F i g. 6 is a cross-section along lines 6-6 of FIG . 5,

F i g. 7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren steuerbaren Halbleitergleichrichters,F i g. 7 shows a plan view of a further embodiment of one that can be used according to the invention controllable semiconductor rectifier,

F i g. 8 einen Querschnitt entlang der Linien 8-8 nach F i g. 7,F i g. Figure 8 is a cross-section along lines 8-8 of Figure 8. 7,

F i g. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren steuerbaren Halbleitergleichrichters,
. Fig. 10 einen Querschnitt durch eines der Löcher der Fig. 9 entlang der Linien 10-10 nach Fig. 9..F i g. 9 shows a plan view of a further embodiment of a controllable semiconductor rectifier that can be used according to the invention,
. Fig. 10 is a cross-section through one of the holes of Fig. 9 along lines 10-10 of Fig. 9.

In den Fig. 1 bis.3 ist eine Silizium-Halbleiterscheibe 20 mit einer NPNP-Schichtenfolge dargestellt. 1 to 3 is a silicon semiconductor wafer 20 shown with an NPNP layer sequence.

Bei dem erfindungsgemäß verwendbaren steuerbaren Halbleitergleichrichter ist eine Vielzahl von miteinander zusammenwirkenden Steuerteilelektroden und Teilkathoden vorgesehen. Hierzu ist, wie aus F i g. 2 zu erkennen, aus der Oberfläche der Halbleiterscheibe 20 eine Vielzahl von Nuten 21, 22, 23 und 24 herausgearbeitet, deren Tiefe bis unter den obersten P-N-Übergang der Halbleiterscheibe 20 hinunterreicht. Daraufhin werden, wie aus F i g. 3 zu erkennen, dünne Aluminiumstreifen 25, 26, 27 und 28 als Steuerteilelektroden am Boden der Nuten 21 bis 24 eingelegt und anlegiert, so daß eine P+- leitende Kontaktzone (F i g. 3) entsteht, wobei die Steuerteilelektroden 25 bis 28 mit der Halbleiterscheibe 20 elektrisch verbunden sind. Daraufhin werden diese Nuten in geeigneter Weise abgedeckt, und es werden Teilkathoden 29, 30, 31, 32 und 33 auf die stehengebliebenen N-leitenden Schichten der Halbleiterscheibe 20 aufgebracht, während eine Anode 34 mit der Unterseite der Halbleiterscheibe 20 verbunden wird.In the controllable semiconductor rectifier that can be used according to the invention, a plurality of cooperating control part electrodes and part cathodes are provided. This is how from Fig. 2 can be seen from the surface of the semiconductor wafer 20 a plurality of grooves 21, 22, 23 and 24 worked out, the depth of which extends to below the uppermost P-N junction of the semiconductor wafer 20 reaches down. Thereupon, as shown in FIG. 3, thin aluminum strips 25, 26, 27 can be seen and 28 as control part electrodes at the bottom of the grooves 21 to 24 inserted and alloyed so that a P + - conductive contact zone (FIG. 3) arises, the control part electrodes 25 to 28 with the semiconductor wafer 20 are electrically connected. Then these grooves are covered in a suitable manner, and there are partial cathodes 29, 30, 31, 32 and 33 on the remaining N-conductive layers of the Semiconductor wafer 20 applied, while an anode 34 with the underside of the semiconductor wafer 20 is connected.

Zur Herstellung der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Elektrodenanordnung kann ein beliebiges anderes Verfahren angewandt werden.For the production of the shown in Figs Any other method can be used for electrode placement.

Die Steuerteilelektrode 25 nach den F i g. 1 und 2 wirkt mit den Teilkathoden 29 und 30 zusammen. In ähnlicher Weise wirken die übrigen Steuerteilelektroden 26 bis 28 jeweils mit zwei benachbarten Teilkathoden zusammen.The control part electrode 25 according to FIGS. 1 and 2 cooperate with the partial cathodes 29 and 30. In The remaining control sub-electrodes 26 to 28 each act in a similar manner with two adjacent sub-cathodes together.

Jede der Teilelektroden wird dann mit einer Stromzuleitung verbunden, z. B. sind die Teilkathoden 29 bis 33 mit den Zuleitungen 40, 41, 42, 43 und 44 verbunden. Diese Zuleitungen werden dann mit einem gemeinsamen Anschluß 45 verbunden, der den Kathodenanschluß des steuerbaren Halbleitergleichrichters darstellt.Each of the sub-electrodes is then connected to a power supply line, e.g. B. are the partial cathodes 29 to 33 are connected to the leads 40, 41, 42, 43 and 44. These leads are then with a common terminal 45 connected to the cathode terminal of the controllable semiconductor rectifier represents.

ίο Weiterhin werden Zuleitungen 46 bis 49 jeweils mit den Steuerteilelektroden 25 bis 28 verbunden, und sämtliche Zuleitungen 46 bis 49 sind mit einem gemeinsamen Anschluß 50 verbunden, der den Steuerelektrodenanschluß des steuerbaren Halbleitergleichrichters darstellt. Die Zuleitungen 46 bis 49 können Widerstände enthalten, die zum Ausgleich des Steuerelektrodenstroms dienen und die so bemessen sind, daß sie größer sind als der übrige Widerstand zwischen der Steuerelektrode und der Kathode.ίο Furthermore, leads 46 to 49 are respectively connected to the control part electrodes 25 to 28, and all leads 46 to 49 are connected to one common terminal 50 connected, which is the control electrode terminal of the controllable semiconductor rectifier represents. The leads 46 to 49 can contain resistors that compensate for the control electrode current serve and which are dimensioned so that they are greater than the rest of the resistance between the control electrode and the cathode.

Beim Betrieb des steuerbaren Halbleitergleichrichters nach den F i g. 1 und 2 liegt zwischen den Anschlüssen 45 und 50 die erfindungsgemäß ausgelegte Spannungsquelle V2. Wie dies in F i g. 4 schematisch dargestellt ist, ist eine Spannungsquelle V1 in Reihe mit der Kathode und der Anode und einem Lastwiderstand L geschaltet. Es ist in dieser Schaltung weiterhin eine Spannungsquelle V2 vorgesehen, die in der Lage ist, einen kurzen Stromimpuls I2 zu liefern, dessen Impulshöhe größer ist als der volle LaStStTOmI1. Die Anwendung dieses kurzen Stromimpulses führt zur Entstehung einer Vielzahl einzelner Ladungsträgerplasmen zwischen den Steuerteilelektroden 25 bis 28 und den zugehörigen Teilkathoden, wobei die transversale Plasmaausbreitung über die gesamte Halbleiterscheibenfläche in einer Zeit vor sich geht, die gegenüber bekannten steuerbaren Halbleitergleichrichtern wesentlich verkürzt ist.When operating the controllable semiconductor rectifier according to FIGS. 1 and 2, the voltage source V 2 designed according to the invention is located between the connections 45 and 50 . As shown in FIG. 4 is shown schematically, a voltage source V 1 is connected in series with the cathode and the anode and a load resistor L. A voltage source V 2 is also provided in this circuit, which is able to deliver a short current pulse I 2 , the pulse height of which is greater than the full load current I 1 . The application of this short current pulse leads to the creation of a large number of individual charge carrier plasmas between the control sub-electrodes 25 to 28 and the associated sub-cathodes, with the transverse plasma propagation over the entire semiconductor wafer surface taking place in a time that is significantly shorter than that of known controllable semiconductor rectifiers.

In den Fig. 5 bis 10 sind weitere Ausführungsformen eines steuerbaren Halbleitergleichrichters ähnlich wie in-den Fig. 1 bis 3 dargestellt. In den F i g. 5 und 6 ist eine kreisförmige Halbleiterscheibe 60 mit NPNP-Schichtenfolge wiedergegeben, die Ringnuten 61, 62, 63 und 64 aufweist. In jeder dieser Ringnuten 61 bis 64 liegen kreisringförmige Steuerteilelektroden 65 bis 68 (F i g. 6), während die überstehenden Oberflächenbereiche der Halbleiterscheibe 60 leitende Kreisringbeläge 69 bis 73 tragen, die die Teilkathoden darstellen. Jede der Teilkathoden ist dann mit einer Zuleitung verbunden, wobei alle Zuleitungen mit. einem gemeinsamen Kathodenanschluß 75 verbunden sind. Die Steuerteilelektrodenzuleitungen 65 bis 68 sind mit einem gemeinsamen Steuerelektrodenanschluß 76 verbunden.5 to 10 are further embodiments of a controllable semiconductor rectifier similar to that shown in FIGS. 1 to 3. In the F i g. 5 and 6, a circular semiconductor wafer 60 with an NPNP layer sequence is shown, which Has annular grooves 61, 62, 63 and 64. In each of these annular grooves 61 to 64 there are circular control part electrodes 65 to 68 (FIG. 6), while the protruding surface areas of the semiconductor wafer 60 carry conductive circular ring coatings 69 to 73, which represent the partial cathodes. Each of the partial cathodes is then connected to a lead, all leads with. a common cathode connection 75 are connected. The control part electrode leads 65 to 68 are connected to a common one Control electrode terminal 76 connected.

Die Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 ergibt die gleichen Ergebnisse, wie sie vorstehend in bezug auf die Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden.The embodiment according to FIGS. 5 and 6 give the same results as in FIG with reference to the embodiment of FIGS. 1 to 3 have been described.

Eine weitere Ausführungsform des steuerbaren Halbleitergleichrichters ist in den F i g. 7 und 8 dargestellt. In diesem Fall besteht die Kathode aus einer zentralen Nabe 90 mit radialen Speichen 91 bis 98. Die zentrale Nabe 90 kann mit einem Kathodenanschluß 99 verbunden werden, wie dies in F i g. 8 dargestellt ist.Another embodiment of the controllable semiconductor rectifier is shown in FIGS. 7 and 8 shown. In this case the cathode consists of a central hub 90 with radial spokes 91 to 98. The central hub 90 can be connected to a cathode connector 99 as shown in FIG. 8th is shown.

Daraufhin werden die Oberflächenbereiche zwischen den Speichen 91 bis 98 bis unter den obersten pn-übergang hinunter entfernt, wie dies in F i g. 8 dargestellt ist, und die so gewonnenen Oberflächen-Then the surface areas between the spokes 91 to 98 to below the top pn junction removed as shown in FIG. 8 is shown, and the surface

bereiche nehmen dann kreissegmentförmige Steuerteilelektroden 100 bis 106 auf. Jedes der Segmente 100 bis 106 weist eine von ihm ausgehende Zuleitung (nicht dargestellt) auf, die zu einem gemeinsamen Steuerelektrodenanschluß geführt ist.Areas then accommodate control part electrodes 100 to 106 in the shape of a segment of a circle. Each of the segments 100 to 106 has a feed line (not shown) going out from it, which leads to a common Control electrode connection is performed.

Eine letzte Ausführungsform ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. In diesem Fall ist die Halbleiterscheibe 110 in der üblichen Weise aus vier Schichten unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp aufgebaut und mit einer Kathode 111 und einer Anode 112 versehen,A final embodiment is shown in FIGS. In this case it is the semiconductor wafer 110 built up in the usual way from four layers of different conductivity types and with a cathode 111 and an anode 112 are provided,

die sich jeweils über die gesamte obere bzw. untere Scheibenoberfläche hinweg erstrecken. Danach wird in die Oberfläche der Oberseite der Halbleiterscheibe 110 eine Vielzahl von Öffnungen 113 eingebracht, die sich, wie in Fig. 10 gezeigt, bis unter den obersten pn-übergang hinunter erstrecken.which each extend over the entire upper and lower disk surface. After that, will a plurality of openings 113 are made in the surface of the upper side of the semiconductor wafer 110, which, as shown in FIG. 10, extend down to below the uppermost pn junction.

Daraufhin wird eine Zuleitung 114 mit dem Grund jeder der Öffnungen 113 unter Bildung einer Steuerteilelektrode verbunden. Diese Steuerteilelektroden-A lead 114 is then connected to the bottom of each of the openings 113 to form a control sub-electrode tied together. This control part electrode

o Zuleitungen werden miteinander verbunden.o Supply lines are connected to one another.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung für einen steuerbaren Halbleitergleichrichter zur Erzielung einer kurzen Einschaltzeit, bei der eine erste Spannungsquelle, ein Lastwiderstand, die Kathode und die Anode in Reihe geschaltet den Laststromkreis bilden und bei der eine zweite Spannungsquelle, der ein Zündstromimpuls kurzer Impulsdauer und großer Impulshöhe entnehmbar ist, die Steuerelektrode und die Kathode in Reihe geschaltet den Steuerstromkreis bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter mit einer vier Schichten von abwechselnd entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweisenden Halbleiterscheibe (20, 60) und mit einer Kathode (29 bis 33, 61 bis 64) an der ersten Schicht, einer Steuerelektrode an der zweiten Schicht und einer Anode (34) an der vierten Schicht versehen ist, wobei die Steuerelektrode in eine Vielzahl von Steuerteilelektroden (25 bis 28, 65 bis 68) unterteilt ist, die die Kathode über ihre Kontaktfläche hinweg unterbrechen, und daß die zweite Spannungsquelle (F2) so ausgelegt ist, daß ihr ein Zündstromimpuls entnehmbar ist, dessen Impulshöhe gleich oder größer als die Höhe des Laststromes ist, der den steuerbaren Halbleitergleichrichter zwischen Kathode und Anode in völlig leitendem Zustand durchfließt.1.Circuit arrangement for a controllable semiconductor rectifier to achieve a short switch-on time, in which a first voltage source, a load resistor, the cathode and the anode connected in series form the load circuit and in which a second voltage source, from which an ignition current pulse of short pulse duration and high pulse height can be taken , the control electrode and the cathode connected in series form the control circuit, characterized in that the controllable semiconductor rectifier with a four layers of alternately opposite conductivity type semiconductor wafer (20, 60) and with a cathode (29 to 33, 61 to 64) on the first layer, a control electrode on the second layer and an anode (34) on the fourth layer, the control electrode being subdivided into a plurality of control part electrodes (25 to 28, 65 to 68) which interrupt the cathode across their contact surface , and that the second voltage source Ile (F 2 ) is designed so that an ignition current pulse can be taken, the pulse height of which is equal to or greater than the magnitude of the load current that flows through the controllable semiconductor rectifier between the cathode and anode in a fully conductive state. 2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerteilelektroden (25 bis 28) streifenförmig ausgebildet und auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe (20) abwechselnd mit den sich dadurch ergebenden streifenförmigen Teilkathoden (29 bis 33) angeordnet sind.2. Controllable semiconductor rectifier for a circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the control part electrodes (25 to 28) are strip-shaped and on the Surface of the semiconductor wafer (20) alternating with the resulting strip-shaped Partial cathodes (29 to 33) are arranged. 3. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerteilelektroden (65 bis 68) ringförmig ausgebildet und auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe (60) abwechselnd mit den sich dadurch ergebenden ringförmigen Teilkathoden (61 bis 64) und konzentrisch zu diesen angeordnet sind.3. Controllable semiconductor rectifier for a circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the control part electrodes (65 to 68) are annular and on the Surface of the semiconductor wafer (60) alternating with the resulting ring-shaped Partial cathodes (61 to 64) and are arranged concentrically to these. 4. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerteilelektroden entlang von Durchmessern einer kreisförmigen Halbleiterscheibe verlaufende Streifen sind, und daß die sich dadurch ergebenden Teilkathoden Kreissegmente sind.4. Controllable semiconductor rectifier for a circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the control part electrodes along diameters of a circular semiconductor wafer running strips are, and that the resulting partial cathodes are segments of a circle are. 5. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerteilelektroden als Kreissegmente (100 bis 106) ausgebildet sind, und daß die sich dadurch ergebenden Teilkathoden (91 bis 98) entlang von Durchmessern der kreisförmigen Halbleiterscheibe verlaufende Streifen sind.5. Controllable semiconductor rectifier for a circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the control part electrodes are designed as circular segments (100 to 106), and that the resulting partial cathodes (91 to 98) along diameters of the circular semiconductor wafer are running strips. 6. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerteilelektroden kleiner Kontaktfläche (14) sich durch Öffnungen in der Kathode (111) und in der ersten Schicht hindurch zu der zweiten Schicht erstrecken.6. Controllable semiconductor rectifier for a circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the control part electrodes with a small contact area (14) extend through openings in the cathode (111) and in the first layer extending through to the second layer. Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen steuerbaren Halbleitergleichrichter zur Erzielung einer kurzen Einschaltzeit, bei der eine erste Spannungsquelle, ein Lastwiderstand, die Kathode und die Anode in Reihe geschaltet den Laststromkreis bilden und bei der eine zweite Spannungsquelle, der ein Zündstromimpuls kurzer Impulsdauer und großer Impulshöhe entnehmbar ist, die Steuerelektrode und die Kathode in Reihe geschaltetThe invention relates to a circuit arrangement for a controllable semiconductor rectifier to achieve a short switch-on time in which a first voltage source, a load resistor, the The cathode and the anode connected in series form the load circuit and a second voltage source, from which an ignition current pulse of short pulse duration and high pulse height can be taken Control electrode and cathode connected in series ίο den Steuerstromkreis bilden sowie auf einen steuerbaren Halbleitergleichrichter für diese Schaltungsanordnung. ίο form the control circuit and a controllable one Semiconductor rectifier for this circuit arrangement. Die bisher in derartigen Schaltungsanordnungen verwendeten steuerbaren Halbleitergleichrichter zeigen hinsichtlich des nutzbaren oberen Frequenzbereichs eine Grenze, die in erster Linie durch die Einschaltzeit des steuerbaren Halbleitergleichrichters bestimmt ist. Im einzelnen ist die Einschaltzeit eines steuerbaren Halbleitergleichrichters äußerst kurz und kann in der Größenordnung von 1 μβ liegen. Der steuerbare Halbleitergleichrichter ist jedoch nach dieser Zeit noch nicht im Zustand völliger Leitfähigkeit, so daß besondere Schaltungsmaßnahmen angewendet werden müssen, um zu vermeiden, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter vor seiner vollständigen Durchschaltung voll belastet wird, wobei für dieses vollständige Durchschalten eine Zeit in der Größenordnung von 5 bis 10 μβ erforderlich sein kann. Daraus ergibt sich, daß ein steuerbarer HaIbleitergleichrichter auch nach Beginn seiner Leitfähigkeit noch einen merklichen Spannungsabfall in der Durchlaßrichtung aufweist, der ständig kleiner wird. Wenn der Durchlaßstrom des steuerbaren Halbleitergleichrichters auf seinen vollen Wert ansteigt, während dieser sich ständig verringernde Spannungsabfall in der Durchlaßrichtung noch verhältnismäßig hoch ist, so übersteigt die im steuerbaren Halbleitergleichrichter auftretende Verlustleistung dessen Belastbarkeit und der steuerbare Halbleitergleichrichter kann beschädigt oder zerstört oder doch in seiner ordnungsgemäßen Arbeitsweise beeinträchtigt werden. Die volle Belastung des steuerbaren Halbleitergleichrichters darf also erst dann auftreten, wenn der innere Spannungsabfall des steuerbaren Halbleitergleichrichters auf die Größenordnung von 1 °/o oder weniger der Ausgangsgleichspannung abgesunken ist.The controllable semiconductor rectifiers previously used in such circuit arrangements show with regard to the usable upper frequency range, a limit that is primarily determined by the Switch-on time of the controllable semiconductor rectifier is determined. In detail, the switch-on time is one controllable semiconductor rectifier extremely short and can be of the order of 1 μβ. Of the controllable semiconductor rectifier is not yet fully conductive after this time, so that special circuit measures must be used to avoid that the controllable semiconductor rectifier is fully loaded before it is fully switched through, with for this complete switching a time on the order of 5 to 10 μβ may be required can. It follows that a controllable semiconductor rectifier even after the start of its conductivity there is still a noticeable drop in voltage in the Has forward direction, which is constantly smaller. When the forward current of the controllable semiconductor rectifier rises to its full value during this steadily decreasing voltage drop is still relatively high in the forward direction, it exceeds that in the controllable semiconductor rectifier occurring power loss, its load capacity and the controllable semiconductor rectifier damaged or destroyed or at least impaired in its proper functioning. The full load on the controllable semiconductor rectifier may only occur when the internal Voltage drop of the controllable semiconductor rectifier on the order of 1% or less the DC output voltage has dropped. Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter kann z. B. innerhalb von 1 μβ eingeschaltet werden, wonach die Sperrspannung in der Vorwärtsrichtung um 50 °/o abgenommen hat und der Vorwärtsstrom auf 50 °/o seines Endwertes angestiegen ist. Bei einer Zeitdauer von 10 με für das Absinken der Sperrspannung in der Vorwärtsrichtung auf 1 %> des Anfangswertes und bis zur vollen Einschaltung des steuerbaren HaIbleitergleichrichters muß der steuerbare Halbleitergleichrichter annähernd doppelt so viel Verlustleistung in Form von Wärme aufnehmen als es seiner Leistungstype entspricht. Wenn die dem steuerbaren Halbleitergleichrichter zugebilligte Stromanstiegszeit auf 5 με verringert wird, so ist die durch die Verlustleistung auftretende Wärme um den Faktor 5 größer, während sie bei einer Verringerung auf 4 μβ um den Faktor 10 vergrößert wird. Bei noch weiterer Verringerung auf 2 μβ muß der steuerbare Halbleitergleichrichter annähernd die 10Ofache Wärmeleistung aufnehmen, für die er ausgelegt ist.A controllable semiconductor rectifier can, for. B. be switched on within 1 μβ, after which the Reverse voltage in the forward direction has decreased by 50% and the forward current to 50% its final value has risen. With a duration of 10 με for the decrease in the reverse voltage in the Forward direction to 1%> the initial value and until the controllable semiconductor rectifier is fully switched on the controllable semiconductor rectifier has to have almost twice as much power loss absorb in the form of heat than it corresponds to its performance type. If the controllable Semiconductor rectifier allotted current rise time is reduced to 5 με, it is due to the power loss occurring heat is larger by a factor of 5, while when it is reduced to 4 μβ by the Is increased by a factor of 10. With a further reduction to 2 μβ, the controllable semiconductor rectifier must absorb approximately 10O times the heat output for which it is designed. Die Zeitverzögerung zwischen der Anfangsstromleitung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters undThe time delay between the initial power conduction of a controllable semiconductor rectifier and
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