DE2805055A1

DE2805055A1 - Optically fired photosensitive thyristor - has very low doped control zone and main base zone dimensioned for low junction specific capacity

Info

Publication number: DE2805055A1
Application number: DE19782805055
Authority: DE
Inventors: Dieter Silber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: EUPEC GmbH
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1978-02-07
Publication date: 1979-08-09
Also published as: DE2805055C2

Abstract

The thyristor has a high photosensitivity and dopant-free, or only slightly doped base zone between two zones of different conductivity. The base zone (17) is so rated, as well as the connected main base zone, that the specific capacity of the formed junction is low. Preferably the base zone thickness is greater than required for the thyristor blocking capacity. The design reduces the required light power for the optical thyristor firing, i.e. requiring only about 1 mW without increasing the interference firing sensitivity of the thyristor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eiiieir optisch zündbarenThe invention relates to an optically ignitable

Thyristor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Thyristor according to the preamble of claim 1.

Es ist bereits bekallnt, einen stromzündbaren Leistungsthyristor mittels eines lichtzündbaren Hilfsthyristors zu steuern (Druckschrift "Second International Conference on Power Electronics - Power Semiconductors and their Applications", 27-29 Sept. 1977, Seite 16, Fig. 1 b).It is already known to use a current-ignitable power thyristor to control a light-ignitable auxiliary thyristor (publication "Second International Conference on Power Electronics - Power Semiconductors and their Applications ", Sept. 27-29, 1977, page 16, Fig. 1b).

Der lichtzündbare Iiilfsthyristor ist ein Vierschichten-Thyristor mit einer aus mehreren Bereichen bestehenden n -Emitterzone, einer folgenden p-Steuerbasiszone, einer anschließenden n-llauptbasiszone und einer benachbarten p-Emitterzone. Es ist auch bereits ein lichtzündbarer Thyristor mit einer n+ pinp-Struktur bekannt (vorstehend genannte Druckschrift, Seite 19, rechte Spalte). Bei diesem Thyristor werden ein schnelleres Schalten und geringere statische Verluste erreicht. Dies gelingt deshalb, weil bekanntlich die für eine vorgegebene Vorwärtsspannung notwendige Gesamtdicke der Basiszonen geringer als beim erstgenannten Thyristor mit homogen dotierter n-Hauptbasiszone gewählt werden kann; damit wird das Durchlaßverhalten besser und auch die gespeicherte Ladung kleiner.The light-ignitable auxiliary thyristor is a four-layer thyristor with an n -emitter zone consisting of several areas, a following p-control base zone, a subsequent n-type main base region and an adjacent p-type emitter region. It a light-ignitable thyristor with an n + pinp structure is also known (aforementioned document, page 19, right column). With this thyristor faster switching and lower static losses are achieved. this succeeds because, as is well known, the necessary for a given forward voltage Total thickness of the base zones less than the first-mentioned thyristor with homogeneous doped n-main base region can be selected; thus the transmission behavior better and also the stored charge smaller.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Licht'eistullgsbedarf für den optisch zündbaren Thyristor zu verringern, der zur Zeit bei etwa 2 mW licgi, Der Thyristor soll also schon durch eine sehr geringe Leistung gezündet werden können (etwa 1 mW), ohne daß die Störzündempfindlichkeit bei auftretender du/dt-Belastung des Thyristors entsprechend steigt. Bei einer Zusammenschaltung eines derartigen Thyristors mit einem stromzündbaren Leistungsthyristor überträgt der lichtzündbare Thyristor bei auftretender du/dt-Belastung einen entsprechenden du/dt-Störstrom in die Steuerbasiszone des Leistungsthyristors. Dadurch ergibt sich die weitere Aufgabe, diesen Störstrom möglichst gering zu halten.The invention is based on the object of the Licht'eistullgsbedarf for the optically ignitable thyristor, the one at the moment at about 2 mW licgi, so the thyristor should have a very low output can be ignited (approx. 1 mW) without impairing the sensitivity to interference ignition when du / dt load on the thyristor increases accordingly. With an interconnection transmits such a thyristor with a current-ignitable power thyristor the light-ignitable thyristor generates a corresponding one in the event of a du / dt load du / dt interference current in the control base zone of the power thyristor. This results in the further task of keeping this interference current as low as possible.

Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen des Anspruchs angegebene Maßnahme gelöst.These tasks are followed by the ones specified in the label of the claim Measure solved.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß wegen der Verringerung der Ansteuerleistung des lichtzündbaren Thyristors der technische Aufwand für das dem Thyristor zugeordnete Lichtübertragungssystem erheblich reduziert, das System selbst robuster ausgestaltet und die im Lichtübertragungssystem verwendete Leuchtdiode weniger hoch ausgesteuert werden kann, so daß für diese eine erhöhte Lebensdauer erreicht ist.The advantages achieved by the invention are, in particular, that because of the reduction in the drive power of the light-ignitable thyristor technical effort for the light transmission system assigned to the thyristor is considerable reduced, the system itself made more robust and the light transmission system used light emitting diode can be controlled less high, so that for this one increased service life is reached.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is illustrated schematically below with reference to one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Es zeigen Fig. 1 die Zusammenschaltung eines lichtziiiidbaren Thyristors mit einem stromzündbaren Vierschichten-Leistungsthyristor, Fig. 2 einen Ausschnitt eines lichtzündbaren n pnp-Thyristors, Fig. 3 einen Ausschnitt eines lichtzündbaren +pinp-Thyristors.1 shows the interconnection of a photoconductive thyristor with a current-ignitable four-layer power thyristor, FIG. 2 shows a section of a light-ignitable n pnp thyristor, FIG. 3 shows a section of a light-ignitable + pinp thyristor.

Die Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 ist im Prinzip bekann. Ein lichtzündbarer Thyristor 1 wird als externer ~Gate-Amplifier" für einen konventionellen stromzündbaren Vierschichten-Thyristor 2 verwendet. Mit 3 ist ein Vorwiderstand und mit 4 eine Seriendiode für die Rückwärtsspannung bezeichnet.The circuit arrangement according to FIG. 1 is known in principle. A light-ignitable thyristor 1 is used as an external gate amplifier for a conventional Current ignitable four-layer thyristor 2 is used. With 3 there is a series resistor and 4 denotes a series diode for the reverse voltage.

Bei dieser Schaltungsanordnung hängt die Größe des vom lichtzündbaren Thyristors 1 in den Leistungsthyristor 2 eingespeisten du/dt-Störstromes, welcher die du/dt-Gefährdung des Leistungsthyristors 2 noch unterstützt, erstens von der Flächenbemessung des lichtzündbaren Thyristors 1 und zweitens von dessen erforderlicher Sperrspannungsfestigkeit ab, die in etwa mit der des Leistungsthyristors 2 gewählt wird.In this circuit arrangement, the size of the light-ignitable depends Thyristor 1 fed into the power thyristor 2 du / dt interference current, which the dv / dt hazard of the power thyristor 2 still supports, firstly by the Dimensioning of the area of the light-ignitable thyristor 1 and, secondly, of the required area Reverse voltage resistance, which is selected approximately with that of the power thyristor 2 will.

Damit ergibt sich am Leistungsthyristor 2 eine parasitäre Kapazität, die Störstrom in den Leistungsthyristor 2 einspeist und dadurch dessen du/dt-Empfindlichkeit erhöht.This results in a parasitic capacitance at the power thyristor 2, which feeds interference current into the power thyristor 2 and thereby its du / dt sensitivity elevated.

Um den Einfluß der parasitären Kapazität kleinzuhalten, kann ein speziell ausgebildeter Leistungsthyristor verwendet werden, oder es kann unter zusätzlichem technischen Aufwand eine Ableitung des kapazitiven Störstromes erfolgen.In order to keep the influence of the parasitic capacitance small, a special trained power thyristor can be used, or it can under additional technical effort to derive the capacitive interference current.

Gemäß der Erfindung wird anstelle der spezifischen Kapazität des mittleren pn-Übergangs des lichtzündbaren Thyristors die kleinere spezifische Kapazität des entsprechend bemessenen pin- bzw. psn-Thyristors wirksam.According to the invention, instead of the specific capacity of the middle pn junction of the light-ignitable thyristor has the smaller specific capacitance of the appropriately sized pin or psn thyristor effective.

Beim bekannten lichtzündbaren Spnp-Thyristor nach der Fig. 2, + von dem nur der belichtete n -Emitterbereich 10 einer aus mehreren Bereichen bestehenden Emitterzone, die anliegende p-Steuerbasiszone 11, eine den Bereich 10 und Zone 11 verbindende Elektrode 12, die folgende n-Hauptbasiszone 13 und die anschließende p-Emitterzone 14 mit Anodenelektrode 15 dargestellt ist, kann zwecks Erzielung einer kleinen spezifischen Kapazität des pn-Übergangs 16 die Dotierung der n-Hauptbasiszone 13 verringert werden, wodurch die notwendige Dicke dieser Zone jedoch vergrößert wird.In the known light-ignitable Spnp thyristor according to FIG. 2, + from only the exposed n emitter area 10 of one consisting of several areas Emitter zone, the adjacent p-control base zone 11, one the area 10 and zone 11 connecting electrode 12, the following n-main base zone 13 and the subsequent p-emitter zone 14 is shown with anode electrode 15, for the purpose of achieving a small specific capacitance of the pn junction 16, the doping of the n-main base zone 13 can be reduced, whereby the necessary thickness of this zone increases will.

Durch die verringerte Dotierung wird das Durchlaßverhalten und durch die größere Dicke der n-Wauptb asi ss chi cht 13 werden die Einschalt-Parameter des Thyristors verschlechtert.Due to the reduced doping, the transmission behavior becomes and through the greater thickness of the n-Wauptbasi ss cht 13 become the switch-on parameters of the thyristor deteriorates.

Beim erfindungsgemäßen lichtzündbaren n+pinp-Thyristor nach der Fig. 3 ist die n-Basiszone 13' gegenüber der n-Hauptbasiszone 13 des n pnp-Thyristors nach der Fig. 2 in ihrer Dicke stark verringert, jedoch relativ hoch dotiert, während die i-Zone 17 des Thyristors nach der Fig. 3 beispielsweise völlig undotiert ist.In the light-ignitable n + pinp thyristor according to the invention according to FIG. 3 is the n-base zone 13 'opposite the n-main base zone 13 of the n pnp thyristor according to FIG. 2 greatly reduced in thickness, but relatively highly doped, while the i-zone 17 of the thyristor according to FIG. 3 is, for example, completely undoped.

Die extrem schwach oder undotierte i-Zone 17 und die sehr dünne, höher dotierte n-i3asiszone 13' sind also herangezogen, um die spezifische Kapazität des pn-Überganges 16 beim Thyristor nach der Fig. 2 durch heranziehung des pin-Überganges 16' nach der Fig. 3 zu verringern. Dies liegt daran, daß sich bereits bei geringer Vorwärtsspannung die Raumladungszone über den ganzen i-Bereich 17 ausdehnt.The extremely weak or undoped i-zone 17 and the very thin, higher one doped n-base zone 13 'are therefore used to determine the specific capacitance of the pn junction 16 in the thyristor according to FIG. 2 by using the pin junction 16 'according to FIG. 3 to reduce. This is due to the fact that it is already at a lower level Forward voltage extends the space charge zone over the entire i-region 17.

Bei einem mittelhoch sperrenden lichtzündbaren n+pnp-Thyristor nach der Fig. 2 mit einer n-Dotierung der Hauptbasiszone 13 von 3 . 1013/cm3, einer Sperrspannung von beispielsweise 2500 V und einer Ausdehnung der Raumladungszone von etwa 330 Fm bei dieser Spannung ergibt sich eine mittlere spezifische Kapazität (pro cm2) des pn-Überganges 16 von etwa 60 pF. Bei einem lichtzündbaren n+pinp-Thyristor nach Fig. 3 mit einer 330 pm dicken i-Basiszone 17 ergibt sich eine mittlere spezifische Kapazität des pin-Überganges 16' von etwa 30 pF. Dieser Verringerung um den Faktor 2 enspricht eine ebenso großc, im allgemeinen aber wesentlich höhere Steigerung der du/dt-Festigkeit des lichtzündbaren Thyristors nach der Fig. 3.In the case of a medium-high blocking light-ignitable n + pnp thyristor after of FIG. 2 with n-doping of the main base zone 13 of FIG. 1013 / cm3, a reverse voltage of, for example, 2500 V and an expansion of the space charge zone of about 330 Fm at this voltage there is a mean specific capacity (per cm2) of the pn junction 16 of about 60 pF. In the case of a light-ignitable n + pinp thyristor after Fig. 3 an i-base zone 17 with a thickness of 330 μm results in a mean one specific capacity of the pin junction 16 'of about 30 pF. This reduction by a factor of 2 corresponds to an equally large, but generally much higher Increase in the du / dt resistance of the light-ignitable thyristor according to FIG. 3.

Der Thyristor nach der Fig. 3 kann auch eine n+psnp-Struktur aufweisen. Die Dotierung der s-Zone muß jedoch wesentlich geringer gewählt werden, als die der n-Hauptbasiszone 13 des Thyristors nach der Fig. 2.The thyristor according to FIG. 3 can also have an n + psnp structure. However, the doping of the s-zone must be chosen to be significantly lower than that the n-main base zone 13 of the thyristor according to FIG. 2.

LeerseiteBlank page

Claims

Patent claims i. Optically ignitable thyristor with high light sensitivity speed and an undoped or extremely weakly doped base zone between two Zones of different conductivity types, characterized by such a dimensioning the base zone (17) and the adjoining main base zone (13 ') that the specific Capacity of the resulting pin or psn junction is small.

2. Thyristor according to claim 1, characterized in that the thickness the base zone (17) is selected to be larger than for the blocking capability of the thyristor is required.