セレン整流器は金属整流器の一種で、1933年に発明されました。[ 1 ]電子機器の電源や高電流バッテリー充電器に使用されていましたが、 1960年代後半にシリコンダイオード整流器に取って代わられました。一部の自動車にオルタネーターが搭載されるようになったのは、小型で低コスト、高電流のシリコン整流器が登場したためです。これらの整流器は、シリコン整流器に先立つセレン整流器と は異なり、オルタネーターのケース内に収まるほど小型でした。
セレンの整流特性は、他の半導体の中でも、ブラウン、シュスター、シーメンスによって1874年から1883年にかけて観察されました。[ 2 ]セレンの光電特性と整流特性は、アダムスとデイによって1876年に[ 3 ] 、CEフィッツによって1886年頃に観察されましたが、実用的な整流素子が日常的に製造されるようになったのは1930年代になってからでした。初期の酸化銅整流素子と比較して、セレンセルはより高い電圧に耐えることができましたが、単位面積あたりの電流容量は低かったです。[ 4 ]
工事
セレン整流器は、約 1 μmのビスマスまたはニッケルでコーティングされたアルミニウムまたは鋼板を積み重ねて作られています。ハロゲンをドープしたセレンのはるかに厚い層 (50 ～ 60 μm) が、この薄い金属メッキの上に堆積されます。次に、セレンは焼きなましによって灰色 (六方晶) の多結晶に変換されます。セレン化カドミウムは、セレンとスズ - カドミウム合金の反応によって形成され、CdSe-Seヘテロ接合が有効な整流接合となります。各プレートは、逆方向に約 20 ボルトに耐えることができます。金属の正方形、またはディスクは、セレン ディスクを取り付ける場所を提供することに加えて、ヒート シンクとしても機能します。プレートは、より高い電圧に耐えるために無制限に積み重ねることができます。何千もの小型セレン ディスクの積み重ねが、テレビ セットやコピー機の高電圧整流器として使用されています。
使用
セレン整流器は、特別な保護対策を必要とせずに、繰り返しの大きな過負荷に耐えることができます。200,000A以下の電気めっき整流器や、30～100kVで動作する電気集塵機によく使用されます[ 5 ]。
1947年から1975年頃まで、ラジオやテレビの受信機は、最大数百ボルトのプレート電圧を供給するために真空管整流器を使用していました。真空管整流器の効率は、セレン整流器の85%と比較してわずか60%でした。これは、真空管整流器が加熱を必要としたためでもあります。セレン整流器は、高真空整流器とは異なり、ウォームアップ時間がありません。また、セレン整流器は真空管よりも安価で、仕様や設置も簡単でした。しかし、後に高効率（高電圧でほぼ100%）のシリコンダイオードに置き換えられました。セレン整流器は電流制限器として機能するため、短絡時に整流器を一時的に保護し、バッテリー充電用の安定した電流を供給することができます。
プロパティ
セレン整流器は酸化銅整流器とほぼ同じ大きさですが、シリコンやゲルマニウムダイオードよりもはるかに大きいです。セレン整流器の耐用年数は6万時間から10万時間と長く、定格と冷却方法によって異なりますが、無期限ではありません。長期間保管すると、整流器の特性が劣化することがあります。[ 6 ] 各セルは約25ボルトの逆電圧に耐えますが、順方向電圧降下は約1ボルトであるため、低電圧では効率が低下します。セレン整流器の動作温度限界は130℃であり、高周波回路には適していません。[ 7 ]
交換
セレン整流器の寿命は期待よりも短かった。故障の初期段階では、少量の甘い香りのガス（時に「甘ったるい」と表現される）が発生する。この時点で整流特性はほぼ完全に失われ、整流器を通して逆電圧が漏れるようになる。壊滅的な故障時には、悪臭を放ち毒性の高いセレン化水素[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]が大量に発生し、修理技術者に問題箇所を知らせる。最も一般的だった故障モードは、順方向抵抗の漸進的な増加、順方向電圧降下の増大、そして整流器の効率低下であった。1960年代には、順方向電圧降下が低く、コストが低く、信頼性が高いシリコン整流器に取って代わられ始めた[ 11 ] 。
セレンダイオードコンピュータロジック
1961年、IBMはシリコンと同様の特性を持ちながら1セント未満のコストで動作するセレンダイオードを用いた低速コンピュータロジックファミリー[ 12 ]の開発を開始しました。端末開発部門は低コストを切望しており、速度は求めていませんでした。セレンダイオードのシートから1/8インチ（3.175 mm）のディスクを打ち抜くことが可能でした。GEは信頼性の高いセレンダイオードを製造できると主張しました。2段のダイオードロジックが1つのアロイトランジスタに電力を供給し、直列入力抵抗やスピードアップコンデンサを持たないDDTL回路の設計が実現しました。このファミリーはSMAL [ 13 ]、または「セレンマトリックスアロイロジック」の頭文字をとったSMALLと呼ばれました。アロイトランジスタはセレンダイオードの回復動作には速すぎることが判明しました。この問題を解決するため、ベース・エミッタ間にセレンダイオードを接続して動作を遅くしました。この2段ロジックは、何年も後に市場に登場するプログラマブルロジックアレイ（PLA）に類似していました。 1つの出力を生成するほぼすべての静的論理機能は、1つのトランジスタと少数の安価なダイオードで実現できました。数年後、セレンダイオードは信頼性が低いことが判明し、シリコンダイオードに置き換えられました。この論理ファミリはSMSカードにパッケージ化されました。[ 13 ]
さらに読む
- FTセレン整流器ハンドブック；第2版；連邦電話・ラジオ；80ページ；1953年（アーカイブ）
- STセレン整流器ハンドブック; 第1版; Sarkes Tarzian; 80ページ; 1950年（アーカイブ）
参考文献
- ^ヘムステッド、コリン、ワージントン、ウィリアム (2005年8月8日). 『20世紀技術百科事典』ラウトレッジ. 669ページ. ISBN 978-1-135-45551-4
セレン整流器は1933年にチャールズ・E・フィッツによって発明されました
。 - ^ books.google.co.uk
- ^ books.google.co.uk
- ^ピーター・ロビン・モリス著『世界半導体産業の歴史』 IET、1990年、 ISBN 0-86341-227-0、13、18ページ。
- ^ Reeves, EA; Heathcote, Martin (2013-06-17). Newnes Electrical Pocket Book . Taylor & Francis. p. 95. ISBN 978-1-136-37644-3。
- ^ Ernst Bleule（編）、 Electronic methods、Academic Press、1964年、 ISBN 0-12-475902-5、206～207ページ。
- ^ H. P. Westman (編)、『無線技術者のための参考データ 第5版』、Howard W. Sams & Co., Inc. 1968年、第13章。
- ^ Preston, JS (1950-08-22). 「セレン整流光電池の構成とメカニズム」 . Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences . 202 (1071): 449– 466. Bibcode : 1950RSPSA.202..449P . doi : 10.1098/rspa.1950.0112 . ISSN 0080-4630 . S2CID 93164294 .
- ^ 「セレン化水素に関する労働衛生ガイドライン」（PDF） cdc.gov 1978年2022年10月1日閲覧。
- ^ PubChem. 「セレン化水素」 . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . 2022年10月1日閲覧。
- ^セレン、米国内務省。
- ^米国特許 3218472 : 可変容量フィードバックダイオードによるノイズ除去機能を備えたトランジスタスイッチ。
- ^ a b 1060データ通信システム(PDF) . IBM. p. 2.
