DE2809564B2

DE2809564B2 - Steuerbarer Halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE2809564B2
Application number: DE2809564A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fukui; Shin Kimura; Yoshio Katsuta Terasawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1980-05-14
Also published as: SE428981B; SE7802656L; DE2809564C3; JPS53110483A; DE2809564A1; US4214254A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit Steuerverstärkung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 35 26 815 bekannten Art.

Wird zwischen Steueranschluß und Kathode eines steuerbaren Halbleitergleichrichters, beispielsweise eines Thyristors, eine Triggerspannung angelegt, um einen Steuerstrom fließen zu lassen, wobei die Durchlaßspannung zwischen Anode und Kathode liegt, se schlagen die pn-Obergänge des gesteuerten Halbleitergleichrichters über und es fließt ein Strom zwischen Anode und Kathode. Die Änderung des Zustandes des Thyristors aus seinem sperrenden in seinen leitenden Zustand wird als Einschalten des Thyristors bezeichnet

Das Einschalten des Thyristors beginnt mit dem Einschalten der kleinen, an der Oberfläche der Kathode und in nächster Nähe zum Steueranschluß befindlichen kleinen Fläche und die eingeschaltete oder leitende Fläche dehnt sich dann über den gesamten Thyristor aus. Ist daher die Anstiegsgeschwindigkeit-pdes Stroms in Durchlaßrichtung in einem frühzeitigen Zeitpunkt des Einschaltens groß, so fließt durch einen kleinen leitenden Bereich ein hoher Strom in Durchlaßrichtung, so daß die Stromdichte sehr hoch wird und der Leistungsverlust in diesem Bereich sehr groß werden kann, wodurch der Thyristor in extremen Fällen zerstört wird.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, weist der aus der US-PS 35 26 815 bekannte Thyristor einen Hilfsthyristorbereich auf. Hilfsthyristorbereich und Hauptthyristorbereich sind miteinander integriert und im gleichen Halbleitersubstrat parallelgeschaltet. Durch das Triggersignal wird zunächst der Hilfsthyristorbereich eingeschaltet und der Einschaltstrom, d. h. der durch den Hilfsthyristorbereich fließende Strom wird als Triggersignal zum Einschalten des Hauptthyristorbereichs benutzt. Der in dem frühzeitigen Stadium des Einschaltvorgangs in Durchlaßrichtung gerichtete Strom teilt sich somit auf den Haupt- und den Hilfsthyristorbereich auf. Daher wird die Schaltenergie auf beide Bereiche verteilt, so daß die mögliche

Stromanstiegsgeschwindigkeit-p im frühzeitigen Stadium des Einschaltvorgangs beträchtlich erhöht werden kann.

Durch immer höher werdende Anforderungen an Gleichrichter mit höherer Durchbruchspannung, größerem Stromführungsvermögen und höherer Schallgeschwindigkeiten sind jedoch weitere Verbesserungen bei derartigen Thyristoren mit verstärkendem Steueranschluß notwendig. Es hat sich nämlich gezeigt, daß, wenn bei derartigen Thyristoren der Hauptthyristorbereich lediglich mit einem Hilfsthyristorbereich in seiner Nähe versehen ist, im Hilfsthyristorbereich und in seiner Nachbarschaft leicht ein elektrischer oder thermischer Durchbruch stattfindet, so daß die mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit^ nicht ausreichend erhöht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen steuerbaren Halbleitergleichrichter so auszubilden, daß sich eine ausreichend hohe Stromanstiegsgeschwindigkeit^ erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die vom Hilfsthyristorbereich, wo die Einschaltfläche lokal konzentriert werden kann, verbrauchte Schaltenergie

abgesenkt werden, so daß die mögliche Stromänderungsgeschwindigkeit -Tj während des Einschaltvorganges beträchtlich erhöht werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Halbleitergleichrichters sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3, wobei die Erzeugung von Rekombinationszentren durch radioaktive Bestrahlung deshalb bevorzugt wird, weil die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristorbereich, die ein geringes Volumen haben, selektiv mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gesteuert werden muß.

Dabei ist es aus der DE-OS 25 34 703 bei einem Thyristor mit .Steuerverstärkung an sich bekannt, zur Verbesserung der Abschalteigenschaften die Konzentration an Rekombinationszentren im Hauptthyristor durch entsprechende Eindiffusion von Gold oder Platin größer als im Hilfsthyristor zu machen. Weiter ist aus der US-PS 36 71 821 ein Thyristor mit Steuerverstärkung bekannt, bei dem anstelle einer Hilfssteuerelektrode benachbart zur Hilfsemitterzone eine Zone hoher Leitfähigkeit und entgegengesetzten Leitungstyps vorgesehen ist und in diese Zone ebenso wie in die Hilfsemitterzone Gold eindiffundiert ist, wodurch der infolge des zwischen diesen Zonen bestehenden pn-Überganges auftretende Sperrwiderstand reduziert wird. Schließlich ist es aus Elektronik 160, Nr 11, S. 329 an sich bekannt, bei Halbleitern die Lebensdauer der Minoritätsträger durch radioaktive Strahlung zu beeinflüssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Draufsicht auf einen Thyristör mit Steuerverstärkung,

F i g. 2 den Querschnitt 11-11 der F i g. 1,

F i g. 3 ein Ersatzschaltbild für einen Thyristor mit Steuerverstärkung,

F i g. 4 zum Vergleich in einem Diagramm den Verlauf von Strom und Spannung in einem frühzeitigen Stadium des Einschaltvorganges bei einem herkömmlichen und einem Thyristor gemäß F i g. 1 bis 3,

Fig.5 die Abhängigkeit der Schaltenergie von der Lebensdauer der Ladungsträger in der η-leitenden Basisschicht des Hilfsthyristorbereiches,

F i g. 6A, 7A, 8A Querschnitte abgewandelter Ausführungen des steuerbaren Halbleitergleichrichters und

Fig.6B, 7B₁ 8B Draufsichten der Haloleitergleichrichterder Fig.6A,7Abzw.8A.

F i g. 1 und 2 zeigen die Draufsicht bzw. den Querschnitt eines Thyristors mit Steuerverstärkung. Gemäß F i g. 1 und 2 besteht ein scheibenförmiges Halbleitersubstrat 1 aus Silicium mit zwei Hauptflächen 11 und 12 auf den einander gegenüberliegenden Seiten aus vier Halbleiterschichten, nämlich einer p-leitenden Emitterschicht Pi^ einer η-leitenden Basisschicht Nb einer p-leitenden Basisschicht Pr und einer n-leitenden Emitterschicht Ni:. Die η-leitende Emilterschicht Nb besteht aus einem Hauptemitterbereich N^ \ und einem von diesem durch die p-leitende Basisschicht Pb isolierten Hilfsemitterbereich /V_E2, dessen Fläche kleiner ist als die des Bereichs Nfi. Die p-leitende Emitterschicht Pi; und die η-leitende Basisschicht N_H bilden einen ersten pn-Übergang /1, die η-leitende Basisschicht NßUnddie p-leitende Basisschicht /-"«bilden einen zweiten pn-übergang /2, und die p-leitende Basisschicht Pn und die η-leitende Emitterschicht Nr bilden einen dritten pn-Übergang /i Eine auf der einen Hauptoberfläche 11 des Halbleitersubstrats 1 befindliche Anode 2 steht in ohmschem Kontakt mit der p-leitenden Emitterschicht Pe- Die auf der anderen

■> Hauptfläche 12 des Siliciumvabstrats 1 befindliche Kathode 3 steht in ohmschem Kontakt mit dem Hauptemitterbereich Ne ι der η-leitenden Emitterschicht Ne. Auf der Hauptoberfläche 12 befindet sich ein Steueranschluß 4, der in ohmschem Kontakt mit der

in p-leitenden Basisschicht Pe steht Die Steuerelektrode 4 ist bezüglich des Hilfsemitterbereichs Ne2 auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptemitterbereichs Νε ι angeordnet Ein Hilfssteueranschluß 5 auf der Hauptoberfläche 12 des Siliciumsubstrats 1, nämlich der

i") p-leitenden Basisschicht Pb, ist vom Hauptemitterbereich Ne ι getrennt und umgibt diesen. Der Hilfssteueranschluß 5 steht elektrisch mit der Oberfläche des Hilfsemitterbereichs N_E2 auf der Seite des Hauptemitterbereichs Ne ι Verbindung. Der Hauptthyristorbereich Tm besteht aus den Teilen der vier Schichten Pe, Nb, Pb und ΛΊεί auf der rechten Seite der gestrichelten Linie X der Fig.2. Der Hilfsthyristorbereich T_A auf der linken Seite der gestrichelten Linie X besteht aus einem Teil der vier Schichten Pf, N_& P_B und /Vf₂- Die Schichten Pe,

2) Nb und Pb sind gemeinsam Bestandteile des Haupt- und des Hilfsthyristorbereichs 7Afbzw. T_A.

Die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristorbereich Ta ist kürzer als die der Ladungsträger im Hauptthyristorbereich Tm. Beispielsweise wird der

jo Hauptthyristorbereich T_A selektiv einer geeigneten Strahlung ausgesetzt, so daß Rekombinationszentren erzeugende Strahlungsschäden entstehen.

Die Auswirkung der Verminderung der Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristorbereich Ta, wird im

r> folgenden anhand des vorstehend beschriebenen Thyristors erläutert.

Wird zwischen Steueranschluß 4 und Kathode 31 esne Triggersignalspannung angelegt, wenn zwischen Anode 2 und Kathode 3 eine Spannung in Durchlaßrichtung anliegt, so fließt der Steuerstrom über den Hilfsemitterbereich M: 2, den Hilfssteueranschluß 5 und über den Hauptemitterbereich N_E\ zur Kathode 3 (Pfeil i). Da hierbei die Dichte Ja des in den Hilfsemitterbereich Nn fließenden Sreuerstroms und die Dichte Jm des in den Hauptemitterbereich Ni: ι fließenden Steuerstroms derart bestimmt sind, daß J_A<J\t. wird zunächst der Hilfsthyristorbereich Ta eingeschaltet, so daß der durch einen Pfeil /₂ angedeutete Strom in Durchlaßrichtung fließt. Darauf wird durch den in Durchlaßrichtung

ίο gerichteten Strom die größere Fläche des Hauptthyristorbereichs Tm gegenüber dem Hilfssteueranschluß 5 eingeschaltet, so daß in Durchlaßrichtung ein Strom i_} fließt. Somit wird bei dem Thyristor der in Durchlaßrichtung fließende Strom in dem frühzeitigen Stadium

o> des Einschaltvorganges in zwei Komponenten unterteilt, die durch den Hilfsthyristorbereich T_A bzw. den Hauptthyristorbereich Tu fließen. Infolgedessen w:rd die Schaltenergie durch den Hilfs- und den Hauptthyristorbereich Ta bzw. Tm aufgeteilc, so daß die mögliche

^b0 Stromanstiegsgeschwindigkeit -r^ verbessert werden kann.

Bei einem Thyristor mit Hilfsthyristorbe^reich, bei dem die Lebensdauer der Ladungsträger nicht wie oben angegeben gesteuert wird, treten leicht eine elektrische und thermische Zerstörung bzw. Durchbruch im Hilfsthyristorbereich und in seiner Nähe auf. so daß die

Stromanstieeseeschwinditikeit ^i nicht ausreichend er-

höht werden kann. Der Grund hierfür ist folgender. Die ist, der Anstieg der Stromänderungsgeschwindigkeii

mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit 5i des Thyristors mit Steuerverstärkung wird, wird je nach dem, welche größer ist, durch die vom anfänglich leitenden > Bereich des Hilfsthyristorbereichs Ta bzw. vom anfänglich leitenden Bereich des Hauptthyristorbereichs T\ verbrauchte Schaltenergie begrenzt. Daher müssen zur

Vergrößerung der Stromanstiegsgeschwindigkeit~ die

anfänglich leitenden Flächen des Hilfs- und des Hauptthyristors T_A bzw. Tm entsprechend ihrem Energieverbrauch vergrößert werden. Da für den Hauptthyristorbereich Tm als Steuerstrom ein großer in Durchlaßrichtung fließender Strom i₂ ausgenutzt wird, der durch den Hilfsthyristor T^ fließt, kann die anfänglich leitende Fläche leicht durch Vergrößerung der Umfangslänge des Hauptemitters Ne ι gegenüber der Hilfssteuerelektrode 5 vergrößert werden. Wird aber die Umfangsfläche des Hilfsemitters Ne₂ gegen den Steueranschluß 4 einfach vergrößert, wird für den Hilfsthyristor T_A ein höherer Steuerstrom gebraucht. Darüber hinaus kann die anfänglich leitende Fläche aus den noch zu beschreibenden Gründen kaum vergrößert werden. Wenn nämlich bei einem Thyristor mit Steuerverstärkung der Hilfsthyristor T_A eingeschaltet wird und der Anodenstrom (/2, F i g. 2) vom Hilfssteueranschluß 5 zur Kathode 3 fließt, so fällt zwischen Hilfssteueranschluß 5 und Kathode 3 eine Spannung ab. Der Steuerstrom (Z₂, Fig.2) nimmt mit steigendem Spannungsabfall ab. In extremen Fällen kann sich sogar die Richtung des Steuerstroms i\ umkehren. Ist daher im Hilfsthyristor T_A gegenüber dem Steueranschluß 4 die Einschallverzögerung ungleichmäßig und wird mit dem Steuerstrom /, eingeschaltet, so erfolgt wegen des Steuerstroms in den Teilen des Hilfsthyristors T_A keine Einschaltung, wo die Einschaltung mit einer Verzögerung beginnen soll, so daß die gesamte anfänglich leitende Fläche nicht vergrößert werden kann. Wenn die Stromanstiegsgeschwindigkeit -^ des Anodenstroms

erhöht wird, steigt ebenso der Spannungsabfall zwischen Hilfssteueranschluß 5 und Kathode 3, so daß die Abnahme des Steuerstroms beschleunigt und die anfänglich leitende Fläche weiter verringert wird.

Der in Durchlaßrichtung durch den Hilfsthyristor T_A fließende Strom i₂ fließt nicht nur vor und während der Einschaltung des Hauptthyristors T_M, sondern fließt auch als Komponente i₃ des Anodenstroms (/2+ /3) nach dem Einschalten des Hauptthyristors Tm weiter. Infolgedessen wird bei sich erhöhender Anstiegsgeschwindigkeit des Anodenstroms ji die Komponente i₂, d.h. der in Durchlaßrichtung fließende Strom erhöht Daher wird im anfänglich leitenden Bereich des Hilfsthyristors T_A, dessen anfänglich leitende Fläche kaum vergrößert wird, die größte Schaltenergie verbraucht. Da weiter der in Durchlaßrichtung fließende Strom h durch der, Teil der p-leitenden Basisschicht P_B fließt, der sich zwischen dem Hilfssteueranschluß 5 eo und der Kathode 3 befindet, und außerdem in seitlicher Richtung längs des Hauptemitterbereichs Ne ι fließt, ist die dort infolge des erhöhten, in Durchlaßrichtung fließenden Stroms i₂ erzeugte Wärme nicht vernachlässigbar.

Wie erwähnt, ist bei einem Thyristor mit Steuerverstärkung, bei dem die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristor nicht in geeigneter Weise eingestellt j-i des Anodenstroms von einer Erhöhung des ir

Durchlaßrichtung durch den Hilfsthyristor T_A fließen den Stroms /2 begleitet, so daß leicht elektrische unc thermische Zerstörungen oder Durchbrüche auftreten.

Dagegen tritt bei einem Thyristor gemäß F i g. 1 unc 2, bei dem die Lebensdauer der Ladungsträger irr Hilfsthyristorbereich vermindert ist, die beschriebene Schwierigkeit nicht auf. Der Grund hierfür ist folgender.

F i g. 3 zeigt das Ersatzschaltbild eines Thyristors mil verstärkendem Steueranschluß gemäß Fig. 1 und 2. Ir F i g. 2 ist mit Rc 1 der Widerstand des Teils dei p-leitenden Basisschicht Pb zwischen Steueranschluß A und Hilfsemitterbereich N_E2 und mit Rc₂ der Widerstand der Schicht Pb zwischen dem HilfssteueranschluE 5 und dem Hauptemitterbereich Ne\ bezeichnet. Mit R/ und V_A sind der Widerstand bzw. die Spannungskompo nente des Hilfsthyristorbereichs T_A im frühzeitiger Stadium des Einschaltvorgangs bezeichnet. Die Wider Standskomponente R_A ist entsprechend der Menge dei Ladungsträger in der η-leitenden Basisschicht N₁ veränderlich, die erhöht wird, wenn der Steuerstrom i_c und der Strom in Durchlaßrichtung i_A in den Hilfsthyristor T_A fließen. Die Spannungskomponente V_A ist die unter dem Einfluß des Steuerstromes ic und des Strom« i_A in Durchlaßrichtung unveränderliche Komponente Ähnlich kann der Hilfsthyristor Tm als Widerstand R\ und Spannungskomponente VV/dargestellt werden.

Versuche und Untersuchungen haben gezeigt, daß die Widerstandskomponenten R_A und Rm des Hilfs- bzw Hauptthyristors T_A bzw. T_M in Abhängigkeit von dei Menge der Ladungsträger in der η-leitenden Basisschicht N_B veränderlich sind, die sich proportional zum Integral des Steuerstroms /<jund des Stroms i_A erhöhen Die Werte sind angenähert durch folgende Gleichunger gegeben:

K,

fi_Gdt

dt

Ji₀ di

Ji_Md(

worin K\ und K₂ Proportionalkonstanten sind, die entsprechend der Lebensdauer der Ladungsträger in der η-leitenden Basisschicht N₈ bzw. p-leitenden Basisschicht Pb veränderlich sind. Ist die Lebensdauer der Ladungsträger kurz, so ist die Menge der in der η-leitenden Basisschicht Nb angesammelten Ladungsträger gering, so daß die Proportionalkonstanten K₁ und K₂ groß werden.

Setzt man die Werte der Proportionalkonstanten K\ und K₂ und anderer erforderlicher Größen in die Gleichungen 1 und 2 ein, so läßt sich durch Berechnung der Ströme an den verschiedenen Punkten des Ersatzschaltbildes der F i g. 3 ermitteln, daß die Lebensdauer TA« der Ladungsträger in der n-leitenden Basisschicht N₈ des Hilfsthyristors T_A kurzer als die entsprechende Lebensauer τ_ΝΒ des Hauptthyristors T_K wird, wobei der Strom i_A im Hilfsthyristor T_A geringer wird Weiter kann der Strom i_A in Durchlaßrichtung auch vermindert werden, indem der Widerstand Rg 2 dei p-leitenden Basisschicht P_B zwischen Hauptemitterbereich Nei und Hilfssteueranschluß 5 erhöht wird. Ir diesem Fall ist jedoch die Auswirkung der Verminderung des Stroms i_A in Durchlaßrichtung nicht zufrieden-

stellend, weil die Steueranordnung die Erhöhung des Widerstandes Rt,-2 begrenzt.

Bei einem Thyristor mit Steuerverstärkung können die durch den Hilfs- und den Hauptthyristor T.\ bzw. Tm fließenden Ströme Z₁ bzw. i'm nicht getrennt gemessen ■> werden. Entsprechend werden zur Messung der Ströme /'ι und /\/ zwei Thyristoren mit je einem Steueranschluß benutzt und die Hilfssteueranschlüsse der beiden Thyristoren werden kurzgeschlossen. Durch Kombination des Hilfsthyristors des einen Thyristors mit dem Hauptthyristor des anderen Thyristors können die Ströme i.\ und im durch den Hilfs- bzw. Hauptthyristor T.\ bzw. Tm sowie die Spannung VV am Hauptthyristor Tm gemessen werden. Die Meßergebnisse sind in F i g. 4 dargestellt, In Fig.4 bedeuten die Kurven A\ und B\ i> den Verlauf der Spannung VV in Durchlaßrichtung und die Kurven A₁ und B₁ den Verlauf des Stroms // in Durchlaßrichtung. Die Kurven A y und Λ, gelten für den Fall, daß die Lebensdauer i/v« der Ladungsträger in der η-leitenden Basisschicht Nb im Haupt- und Hilfsthyri- 2» stör Tm bzw. T_A gleich 40 μ5 und die Kurven B_v und B/ dem Fall, daß die Lebensdauer tn_b des Hauptthyristors Tm gleich 40 μ$, jedoch die Lebensdauer τ_ΝΒ des Hilfsthyristors Ta gleich 31 \is ist. Aus Fig.4 ist daher klar, daß der in Durchlaßrichtung fließende Strom Ία 2> durch den Hilfsthyrisior Ta vermindert werden kann, wenn die Lebensdauer der Ladungsträger im Hilfsthyristor Ta kurzer als die der Ladungsträger im Hauptthyristor TyMlSt.

Bei dem Thyristor gemäß Fi g. 1 und 2 kann also die j< > im Hilfsthyristorbereich Ta verbrauchte Energie, wo die anfänglich leitende Fläche ziemlich leicht lokalisiert wird, verringert werden. Entsprechend steigt die im Hauptthyristor Tm verbrauchte Schaitenergie. Da aber die leitende Fläche des Hauptthyristors T_M im frühzeiti- r> gen Stadium des Einschaltvorgangs wegen der Vergrößerung der Umfangslänge des Hauptemitterbereichs Ni: 1 gegen den Hilfssteueranschluß 5 sehr groß ist, kann der Anstieg der im Hauptthyristor Tm verbrauchten Schaltenergie auf einen geringen Wert begrenzt werden. Infolgedessen kann die mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit 5Ü von einem herkömmlichen dt

Wert von 300 Α/μβ auf mehr 600 Α/μβ verbessert werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 wird die Lebensdauer der Träger im Hilfsthyristor auf der linken Seite der gestrichelten Linie X verkürzt. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die Lebensdauer der Ladungsträger in dem Teil des Substrats, der sich mit den Projektion des Hilfsemitterbereichs Ni 2 in Richtung senkrecht zur Hauptfläche 12 deckt und die Lebensdauer der Ladungsträger in der Nachbarschaft dieses Teils kürzer ist als die Lebensdauer der Ladungsträger im Hauptthyristor Tm. Der Ausdruck »Nachbarschaft« bedeutet hier einen Bereich innerhalb eines Abstandes vom 3fachen der Diffusionslänge der Ladungsträger, parallel zur Hauptfläche 12 vom Rand des oben definierten Teils gemessen.

In den F i g. 6A, 6B bis 8A. 8B sind die schematischen Schnitte bzw. Draufsichten weiterer Ausführungsformen gezeigt.

Bei der Ausführungsform der Fig.6A und 6B befindet sich der Steueranschluß 4 in der Mitte des Halbleitersubstrats 1; der Hilfs- und der Hauptemitterbereich Ni;2 und Ni 1 sind in Form eines den Steueranschluß umgebenden Ringes ausgebildet.

Bei der in der F i g. 7A und 7B gezeigten Ausführungsform ist der Hilfsthyristor Ta im Randbereich des Substrats 1 angeordnet; der Hilfsemitterbereich Nr2 ist als den Steueranschluß 4 umgebender Ring ausgebildet.

Bei der Ausführungsform der Fig. 8A und 8B steht der Steueranschluß 4 in Kontakt mit dem Teil der p-leitenden Basisschicht Pn, der sich zwischen dem Haupt- und dem Hilfsemitterbereich Nn bzw. Ni 2 befindet.

Bei den Ausführungsformen der F i g. 1, 2, 7A, 7 B und 8A, 8B ist der Hilfssteueranschluß 5 nicht ringförmig, sondern längs eines Teils des Umfangs des Hauptemitterbereichs Nr \ verlängert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einem Halbleitersubstrat (1) mit zwei Hauptflächen (11,12) und bestehend aus vier kontinuierlich zwischen den beiden Hauptflächen ausgebildeten, abwechselnd p- und η-leitenden Schiebten, von denen die jeweils aneinander angrenzenden zwischen sich einen pn-Übergang bilden, wobei die eine Hauptfläche (12) aus freiliegenden Oberflächen einer äußeren Schicht (Ne) und einer Zwischenschicht (Pg) und die andere Hauptfläche (11) aus der freiliegenden Oberfläche der anderen äußersten Schicht (Pe) besteht, und die eine äußerste Schicht aus einem Haupibereich (Ne 1) und einem Hilfsbereich (Ne 2) besteht, der eine kleinere Fläche aufweist als der Hauptbereich und von diesem durch die eine Zwischenschicht (P_B) getrennt ist, mit einem ersten Hauptanschluß (3), der auf der einen Hauptoberfläche (12) des Halbleiter-Substrats (1) ausgebildet ist und in ohmschem Kontakt mit dem Hauptbereich steht, mit einem zweiten Hauptanschluß (2) auf der anderen Hauptfläche (11) des Halbleitersubstrats (1), der mit der anderen äußeren Schicht (Pe) in ohmschem Kontakt steht, mit einem auf der einen Hauptoberfläche (12) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildeten Steueranschluß (4), der in ohmschem Kontakt mit einem Teil der einen Zwischenschicht (P_B) in der Nachbarschaft des Hilfsbereichs (Ne:) steht, und mit einem auf der einen Hauptfläche (12) des Halbleitersubstrats ausgebildeten Hilfssteueranschluß (5), der auf der einen Zwischenschicht (Pb) längs des Umfanges des Hauptbereichs (N_E 1) angeordnet ist und von dem ein Teil in ohmschem Kontakt mit dem Hilfsbereich (N_F. 2) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lebensdauer der Ladungsträger in dem Teil des Substrats (1), der mit der Projektion des Hilfsbereichs (7Vf2) in Richtung senkrecht zur einen Hauptoberfläche (12) fluchtet, und die Lebensdauer der Ladungsträger in einem Bereich in der Nähe dieses Teils innerhalb eines Abstandes vom 3fachen der Diffusionslänge der Ladungsträger kürzer ist als die der Ladungsträger in dem Teil des Substrats (1), der mit einer Projektion des Hauptbereichs (Ne\) in Richtung senkrecht zur einen Hauptfläche (12) fluchtet.

2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Lebensdauer der Ladungsträger in den Teilen des Substrats (1) durch unterschiedliche Konzentration an die Lebensdauer verkürzendem Material entsteht.

3. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Lebensdauer der Ladungsträger in den Teilen des Substrats (1) durch unterschiedliche Konzentration an Rekombinationszentren entsteht, die durch Bestrahlung mit radioaktiven Strahlen gebildet sind.

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