JP2007335713A - Bidirectional thyristor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフの関係を改善した双方向サイリスタ即ちトライアックに関する。 The present invention relates to a bidirectional thyristor or TRIAC in which the trade-off relationship between trigger sensitivity and commutation critical voltage increase rate (dv / dt) c is improved.
特許文献1等で公知の典型的な双方向サイリスタ(トライアック)は、例えば図1に示すように、第1,第2,第3及び第4のN型半導体領域N1,N2,N3,N4と、第1及び第2のP型半導体領域P1,P2とを有する半導体基板1と、第1及び第2の主電極T1,T2と、ゲート電極Gとから成る。第1の主電極T1は半導体基板1の一方の主面2に配置され、第2のN型半導体領域N2と第1のP型半導体領域P1との両方に接続されている。第2の主電極T2は半導体基板1の他方の主面3に配置され、第2のP型半導体領域P2と第3のN型半導体領域N3との両方に接続されている。ゲート電極Gは半導体基板1の一方の主表面2に配置され、第4のN型半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1との両方に接続されている。なお、図1(A)(B)(C)(D)は図2のA−A線に相当する部分をそれぞれ示している。また、図1(A)は後述する第1のモード(モードI)を示し、図1(B)は後述する第2のモード(モードII)を示し、図1(C)は後述する第3のモード(モードIII)を示し、図1(D)は後述する第4のモード(モードIV)を示している。
A typical bidirectional thyristor (triac) known in
この双方向サイリスタは、N2,P1,N1,P2で示されている4つの半導体領域から成る第1の主サイリスタ部分と、P1,N1,P2,N3で示されている4つの半導体領域から成る第2の主サイリスタ部分と、N4,P1,N1,P2、N3とから成るゲート機構部分(補助サイリスタ部分)とを有し、次の4つのモードでターンオンすることができる。
(1) 第1の主電極T1を基準にして第2の主電極T2が正電位の時にゲート電極Gを正電位にしてターンオンさせる第1のモード(モードI)。
(2) 第1の主電極T1を基準にして第2の主電極T2が正電位の時にゲート電極Gを負電位にしてターンオンさせる第2のモード(モードII)。
(3) 第1の主電極T1を基準にして第2の主電極T2が負電位の時にゲート電極Gを負電位にしてターンオンさせる第3のモード(モードIII)。
(4) 第1の主電極T1を基準にして第2の主電極T2が負電位の時にゲート電極Gを正電位にしてターンオンさせる第4のモード(モードIV)。
This bidirectional thyristor is composed of a first main thyristor portion composed of four semiconductor regions indicated by N2, P1, N1, and P2, and four semiconductor regions indicated by P1, N1, P2, and N3. It has a second main thyristor portion and a gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) composed of N4, P1, N1, P2, and N3, and can be turned on in the following four modes.
(1) A first mode (mode I) in which the gate electrode G is turned on with a positive potential when the second main electrode T2 is at a positive potential with reference to the first main electrode T1.
(2) A second mode (mode II) in which the gate electrode G is turned on with a negative potential when the second main electrode T2 is at a positive potential with reference to the first main electrode T1.
(3) A third mode (mode III) in which the gate electrode G is turned on with a negative potential when the second main electrode T2 is at a negative potential with reference to the first main electrode T1.
(4) A fourth mode (mode IV) in which the gate electrode G is turned on with a positive potential when the second main electrode T2 is at a negative potential with respect to the first main electrode T1.
次に第1〜第4のモードの動作を説明する。なお、図1において電子(E)の流れが点線で示され、正孔(H)及びゲートトリガ電流IGT及び第1及び第2の方向の主電流I1、I2の流れが実線で示されている。 Next, operations in the first to fourth modes will be described. In FIG. 1, the flow of electrons (E) is indicated by dotted lines, and the flow of holes (H) and gate trigger current I GT and the main currents I 1 and I 2 in the first and second directions are indicated by solid lines. Has been.
第1のモード(モードI)においては、次の動作によって第1の主サイリスタ部分がオン状態になる。
(1)ゲート電極Gから第1の主電極T1にゲートトリガ電流IGTが流れる。(2)これにより、第1のP型半導体領域P1に電圧降下が生じ、第2のN型半導体領域N2と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合が順バイアス状態となり、第2のN型半導体領域N2から第1のP型半導体領域P1に電子(E)が注入される。
(3)第1のP型半導体領域P1に注入された電子(E)の一部が第1のN型半導体領域N1に入り、ここに電子が蓄積される。
(4)この結果、第2のP型半導体領域P2から第1のN型半導体領域N1への正孔(H)の注入が生じる。
(5)第1のN型半導体領域N1へ注入された正孔(H)の一部が第1のP型半導体領域P1に入り、第2のN型半導体領域N2から第1のP型半導体領域P1への電子(E)の注入を促進させる。
(6)以上の作用が増幅され、最終的に第2の主電極T2と第2のP型半導体領域P2と第1のN型半導体領域N1と第1のP型半導体領域P1と第2のN型半導体領域N2と第1の主電極T1との経路で第1の方向の主電流I1が流れる。
In the first mode (mode I), the first main thyristor portion is turned on by the following operation.
(1) A gate trigger current IGT flows from the gate electrode G to the first main electrode T1. (2) As a result, a voltage drop occurs in the first P-type semiconductor region P1, and the PN junction between the second N-type semiconductor region N2 and the first P-type semiconductor region P1 is in a forward bias state. Electrons (E) are injected from the two N-type semiconductor regions N2 into the first P-type semiconductor region P1.
(3) A part of the electrons (E) injected into the first P-type semiconductor region P1 enters the first N-type semiconductor region N1, where electrons are accumulated.
(4) As a result, injection of holes (H) from the second P-type semiconductor region P2 to the first N-type semiconductor region N1 occurs.
(5) Part of the holes (H) injected into the first N-type semiconductor region N1 enters the first P-type semiconductor region P1, and the second P-type semiconductor region N2 to the first P-type semiconductor The injection of electrons (E) into the region P1 is promoted.
(6) The above operation is amplified, and finally the second main electrode T2, the second P-type semiconductor region P2, the first N-type semiconductor region N1, the first P-type semiconductor region P1, and the second A main current I 1 in the first direction flows through a path between the N-type semiconductor region N2 and the first main electrode T1.
第2のモード(モードII)においては、次の動作によって第1の主サイリスタ部分がオン状態になる。
(1)第1の主電極T1からゲート電極Gにゲートトリガ電流IGTが流れる。(2)これにより、第1のP型半導体領域P1に電圧降下が生じ、第4のN半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合が順バイアス状態となり、第4のN型半導体領域N4から第1のP型半導体領域P1に電子(E)が注入される。
(3)第1のP型半導体領域P1に注入された電子(E)の一部が第1のN型半導体領域N1に入り、ここに電子が蓄積される。
(4)この結果、第2のP型半導体領域P2から第1のN型半導体領域N1への正孔(H)の注入が生じる。
(5)第1のN型半導体領域N1へ注入された正孔(H)の一部が第1のP型半導体領域P1に入り、第4のN型半導体領域N4から第1のP型半導体領域P1への電子(E)の注入を促進させる。これにより、第4のN型半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2とから成るゲート機構部分(補助サイリスタ部分)が導通状態になる。
(6)上記のゲート機構部分(補助サイリスタ部分)はN2,P1,N1,P2で示されている4つの半導体領域から成る第1の主サイリスタ部分に近接しているので、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)における電子及び正孔の注入の動作が第1の主サイリスタ部分に転移即ち波及し、第1の主サイリスタ部分がターンオンし、第1のモードと同様に第2の主電極T2と第2のP型半導体領域P2と第1のN型半導体領域N1と第1のP型半導体領域P1と第2のN型半導体領域N2と第1の主電極T1との経路で第1の方向の主電流I1が流れる。なお、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)の電流は図示されていないゲート回路の抵抗で所定値以下に制限される。
In the second mode (mode II), the first main thyristor portion is turned on by the following operation.
(1) A gate trigger current I GT flows from the first main electrode T1 to the gate electrode G. (2) As a result, a voltage drop occurs in the first P-type semiconductor region P1, the PN junction between the fourth N semiconductor region N4 and the first P-type semiconductor region P1 becomes a forward bias state, and the fourth Electrons (E) are injected from the N-type semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1.
(3) A part of the electrons (E) injected into the first P-type semiconductor region P1 enters the first N-type semiconductor region N1, where electrons are accumulated.
(4) As a result, injection of holes (H) from the second P-type semiconductor region P2 to the first N-type semiconductor region N1 occurs.
(5) Part of the holes (H) injected into the first N-type semiconductor region N1 enters the first P-type semiconductor region P1, and the first N-type semiconductor region N4 to the first P-type semiconductor The injection of electrons (E) into the region P1 is promoted. Thereby, a gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) composed of the fourth N-type semiconductor region N4, the first P-type semiconductor region P1, the first N-type semiconductor region N1, and the second P-type semiconductor region P2 is formed. It becomes conductive.
(6) Since the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) is close to the first main thyristor portion composed of four semiconductor regions indicated by N2, P1, N1, and P2, the gate mechanism portion (auxiliary portion) The electron and hole injection operation in the thyristor portion) is transferred to the first main thyristor portion, the first main thyristor portion is turned on, and the second main electrode T2 and the second main electrode T2 are turned on as in the first mode. Two P-type semiconductor regions P2, the first N-type semiconductor region N1, the first P-type semiconductor region P1, the second N-type semiconductor region N2, and the first main electrode T1 in the first direction. the main current I 1 flows. The current in the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) is limited to a predetermined value or less by the resistance of a gate circuit (not shown).
第3のモード(モードIII)においては、次の動作によって第2の主サイリスタ部分がオン状態になる。
(1)第1の主電極T1からゲート電極Gにゲートトリガ電流IGTが流れる。(2)これにより、第1のP型半導体領域P1に電圧降下が生じ、第4のN半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合が順バイアス状態となり、第4のN型半導体領域N4から第1のP型半導体領域P1に電子(E)が注入される。
(3)第1のP型半導体領域P1に注入された電子(E)の一部が第1のN型半導体領域N1に入り、ここに電子が蓄積される。
(4)これにより、第1のN型半導体領域N1と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合の順バイアス状態が強められ、第1のP型半導体領域P1から第1のN型半導体領域N1に正孔(H)が流れ込む。この正孔(H)は第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2とを通って第2の主電極T2に至る。この結果、第2のP型半導体領域P2に電圧降下が生じ、第3のN型半導体領域N3と第2のP型半導体領域P2との間のPN接合が順バイアス状態になり、第3のN型半導体領域N3から電子(E)が第2のP型半導体領域P2に注入され、この電子(E)が第1のN型半導体領域N1に入り込む。これにより、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)におけるN4、P1,N1,P2、N3で示されている5つの半導体領域が導通状態になる。
(5)導通状態のゲート機構部分(補助サイリスタ部分)はP1,N1,P2、N3で示されている4つの半導体領域から成る第2の主サイリスタ部分に近接しているので、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)における電子及び正孔の注入の動作が第2の主サイリスタ部分に転移即ち波及し、第2の主サイリスタ部分がターンオンし、第1の主電極T1と第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2と第3のN型半導体領域N3と第2の主電極T2との経路で第2の方向の主電流I2が流れる。
In the third mode (mode III), the second main thyristor portion is turned on by the following operation.
(1) A gate trigger current I GT flows from the first main electrode T1 to the gate electrode G. (2) As a result, a voltage drop occurs in the first P-type semiconductor region P1, the PN junction between the fourth N semiconductor region N4 and the first P-type semiconductor region P1 becomes a forward bias state, and the fourth Electrons (E) are injected from the N-type semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1.
(3) A part of the electrons (E) injected into the first P-type semiconductor region P1 enters the first N-type semiconductor region N1, where electrons are accumulated.
(4) Thereby, the forward bias state of the PN junction between the first N-type semiconductor region N1 and the first P-type semiconductor region P1 is strengthened, and the first P-type semiconductor region P1 to the first N-type semiconductor region P1 are strengthened. Holes (H) flow into the type semiconductor region N1. This hole (H) reaches the second main electrode T2 through the first N-type semiconductor region N1 and the second P-type semiconductor region P2. As a result, a voltage drop occurs in the second P-type semiconductor region P2, the PN junction between the third N-type semiconductor region N3 and the second P-type semiconductor region P2 becomes a forward bias state, and the third Electrons (E) are injected from the N-type semiconductor region N3 into the second P-type semiconductor region P2, and the electrons (E) enter the first N-type semiconductor region N1. As a result, the five semiconductor regions indicated by N4, P1, N1, P2, and N3 in the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) become conductive.
(5) Since the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) in the conductive state is close to the second main thyristor portion including the four semiconductor regions indicated by P1, N1, P2, and N3, the gate mechanism portion ( The operation of injecting electrons and holes in the auxiliary thyristor portion) is transferred or spread to the second main thyristor portion, the second main thyristor portion is turned on, and the first main electrode T1 and the first P-type semiconductor region A main current I 2 in the second direction flows through a path between P1, the first N-type semiconductor region N1, the second P-type semiconductor region P2, the third N-type semiconductor region N3, and the second main electrode T2. .
第4のモード(モードIV)においては、次の動作によって第2の主サイリスタ部分がオン状態になる。
(1) ゲート電極Gから第1の主電極T1にゲートトリガ電流IGTが流れる。(2)これにより、第1のP型半導体領域P1に電圧降下が生じ、第2のN型半導体領域N2と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合が順バイアス状態となり、第2のN型半導体領域N2から第1のP型半導体領域P1に電子(E)が注入される。
(3)第1のP型半導体領域P1に注入された電子(E)の一部が第1のN型半導体領域N1に入り、ここに電子が蓄積される。
(4)これにより、第1のN型半導体領域N1と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合の順バイアス状態が強められ、第1のP型半導体領域P1から第1のN型半導体領域N1に正孔(H)が流れ込む。この正孔(H)は第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2とを通って第2の主電極T2に至る。この結果、第2のP型半導体領域P2に電圧降下が生じ、第3のN型半導体領域N3と第2のP型半導体領域P2との間のPN接合が順バイアス状態になり、第3のN型半導体領域N3から電子(E)が第2のP型半導体領域P2に注入され、この電子(E)が第1のN型半導体領域N1に入り込む。これにより、第3のモードと同様に第2の主サイリスタ部分がターンオンし、第1の主電極T1と第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2と第3のN型半導体領域N3と第2の主電極T2との経路で第2の方向の主電流I2が流れる。
In the fourth mode (mode IV), the second main thyristor portion is turned on by the following operation.
(1) A gate trigger current I GT flows from the gate electrode G to the first main electrode T1. (2) As a result, a voltage drop occurs in the first P-type semiconductor region P1, the PN junction between the second N-type semiconductor region N2 and the first P-type semiconductor region P1 enters a forward bias state, and Electrons (E) are injected from the second N-type semiconductor region N2 into the first P-type semiconductor region P1.
(3) A part of the electrons (E) injected into the first P-type semiconductor region P1 enters the first N-type semiconductor region N1, where electrons are accumulated.
(4) Thereby, the forward bias state of the PN junction between the first N-type semiconductor region N1 and the first P-type semiconductor region P1 is strengthened, and the first P-type semiconductor region P1 to the first N-type semiconductor region P1 are strengthened. Holes (H) flow into the type semiconductor region N1. This hole (H) reaches the second main electrode T2 through the first N-type semiconductor region N1 and the second P-type semiconductor region P2. As a result, a voltage drop occurs in the second P-type semiconductor region P2, the PN junction between the third N-type semiconductor region N3 and the second P-type semiconductor region P2 becomes a forward bias state, and the third Electrons (E) are injected from the N-type semiconductor region N3 into the second P-type semiconductor region P2, and the electrons (E) enter the first N-type semiconductor region N1. Accordingly, the second main thyristor portion is turned on as in the third mode, and the first main electrode T1, the first P-type semiconductor region P1, the first N-type semiconductor region N1, and the second P-type are turned on. A main current I 2 in the second direction flows through the path of the semiconductor region P2, the third N-type semiconductor region N3, and the second main electrode T2.
双方向サイリスタの等価回路は、上記第1〜第4のモードの動作からわかるように、2つの逆阻止サイリスタ即ちSCRを逆方向並列に接続した回路で示すことができる。一般的に双方向サイリスタは、モータの位相制御などの交流制御用スイッチとして使用される。従って、双方向サイリスタが上記のような交流回路に使用されている時に、双方向サイリスタにおける第1の方向の電流が流れる第1の主サイリスタ部分と第2の方向の電流が流れる第2の主サイリスタ部分とが交互に導通する。 As can be seen from the operations in the first to fourth modes, the equivalent circuit of the bidirectional thyristor can be represented by a circuit in which two reverse blocking thyristors, that is, SCRs are connected in reverse parallel. In general, the bidirectional thyristor is used as an AC control switch such as a motor phase control. Therefore, when the bidirectional thyristor is used in the above AC circuit, the first main thyristor portion in which the current in the first direction flows in the bidirectional thyristor and the second main in which the current in the second direction flows. The thyristor portion is alternately conducted.
ところで、ゲートトリガ電流が減少し、零になった直後に半導体基板1の内部キャリアのライフタイムにより、第1の主サイリスタ部分がオフ状態になっても残存キャリアが半導体基板1内にしばらく存在し、この残存キャリアに基づいて第1又は第2の主サイリスタ部分が誤ってオン状態になる虞がある。例えば、双方向サイリスタに誘導負荷又は容量負荷が接続されている場合において、双方向サイリスタで電流をON/OFFさせると、電流と電圧との間に位相差が生じ、双方向サイリスタの第1の主サイリスタ部分を流れる第1の方向の電流が零になった時に、第1の方向と反対の第2の方向の電圧(逆方向電圧)が第1の主サイリスタ部分に印加される。また、第1の主サイリスタ部分に対して伝播ノイズ、誘導ノイズ又は外来ノイズ等の第2の方向の電圧(逆方向電圧)が印加される虞もある。もし、ゲートトリガ電流が減少し、零となった直後に導通していた方向とは逆方向である第2の方向の電圧(逆方向電圧)の電圧上昇率(dv/dt)が所定値よりも高いと、双方向サイリスタにゲートトリガ電流IGTを流してON制御していないにも拘わらず、残存キャリアがトリガとなって双方向サイリスタが誤点弧し、誤ってオン状態になることがある。この誤動作は双方向サイリスタがターンオフした時の逆方向電圧の電圧上昇率(dv/dt)が高いほど発生し易い。そこで、双方向サイリスタの誤動作に対する耐量として、双方向サイリスタにゲートトリガ電流IGTが減少し零となった直後に導通していた方向と逆方向に印加された時の双方向サイリスタが誤点弧する電圧上昇率(dv/dt)の臨界値、即ち転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cが使用されている。誤動作防止のために転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cを大きくすることが望ましい。
By the way, immediately after the gate trigger current decreases and becomes zero, the remaining carriers exist in the
転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cを大きくする方法、即ち誤動作を防止する方法として次の3つの方法が知られている。
(a)半導体基板1に金等の重金属を拡散してキャリアの寿命(ライフタイム)を短くし、残存キャリアによる双方向サイリスタの誤動作を低減する方法。
(b)第2のN型半導体領域N2の不純物濃度Cn2と第1のP型半導体領域P1の不純物濃度Cp1との比Cn2/Cp1、及び第3のN型半導体領域N3の不純物濃度Cn3と第2のP型半導体領域P2の不純物濃度Cp2との比Cn3/Cp2を小さくしてキャリアの注入効率を下げることによって電流増幅を下げ、誤動作を低減する方法。
(c)第1の主サイリスタ部分と第2の主サイリスタ部分とを大きく離らかして、残存キャリアに基づく誤動作を低減する方法。例えば特許文献1に、第2のN型半導体領域N2と第3のN型半導体領域N3との距離、第2のN型半導体領域N2と第4のN型半導体領域N4との距離、及び第1の主電極T1と第4のN型半導体領域N4との距離を互いに等しくすることが開示されている。
The following three methods are known as a method of increasing the critical voltage increase rate (dv / dt) c during commutation, that is, a method of preventing malfunction.
(A) A method of reducing the malfunction of the bidirectional thyristor due to the remaining carriers by diffusing heavy metals such as gold into the
(B) The ratio Cn2 / Cp1 between the impurity concentration Cn2 of the second N-type semiconductor region N2 and the impurity concentration Cp1 of the first P-type semiconductor region P1, and the impurity concentration Cn3 of the third N-type semiconductor region N3 and the first A method of reducing current amplification and reducing malfunction by reducing the carrier injection efficiency by reducing the ratio Cn3 / Cp2 with the impurity concentration Cp2 of the P type semiconductor region P2 of 2.
(C) A method in which the first main thyristor portion and the second main thyristor portion are largely separated to reduce malfunctions due to residual carriers. For example, in
しかし、上記(a)及び(b)の方法を使用した場合、転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cが改善される反面、ゲ−トトリガ電流IGTが大きくなる。即ち、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとはトレードオフの関係にあり、いずれか一方の特性を改善すると、他方の特性が悪化する。また、上記(a)及び(b)の方法を使用した場合、双方向サイリスタのオン抵抗(オン電圧)の増加等の双方向サイリスタの他の電気的特性の悪化を招く。
また、上記(c)の方法を使用した場合、従来と同じ定格電流を確保しょうとすると、第1及び第2の主サイリスタ部分は従来と同じサイズに形成しなければならないので、第1の主サイリスタ部分と第2の主サイリスタ部分とを大きく離らかした分だけ半導体基板のサイズ(チップサイズ)が大きくなり、双方向サイリスタの小型化及び低コスト化が阻害される。特許文献1に従う双方向サイリスタの場合には、双方向サイリスタの小型化及び低コスト化が阻害されるばかりでなく、第1の主電極T1と第4のN型半導体領域N4との互いに対向する辺が長くなり、第1のP型半導体領域P1におけるゲ−トトリガ電流IGTが流れる部分の有効面積が大きくなり、第1のP型半導体領域P1で生じる電圧降下が小さくなり、その結果、トリガ感度が低下し、双方向サイリスタを点弧させるためにゲ−トトリガ電流IGTを大きくしなければならない。
However, when using the method of the above (a) and (b), although the time of the commutation threshold voltage rise rate (dv / dt) c are improved, gate - Totoriga current I GT increases. That is, the trigger sensitivity and the commutation critical voltage increase rate (dv / dt) c are in a trade-off relationship, and when one of the characteristics is improved, the other characteristic is deteriorated. In addition, when the methods (a) and (b) are used, other electrical characteristics of the bidirectional thyristor such as an increase in the on-resistance (on voltage) of the bidirectional thyristor are deteriorated.
When the method (c) is used, if the same rated current as in the conventional case is to be secured, the first and second main thyristor portions must be formed in the same size as in the conventional case. The size (chip size) of the semiconductor substrate is increased by a large distance between the thyristor portion and the second main thyristor portion, which hinders downsizing and cost reduction of the bidirectional thyristor. In the case of the bidirectional thyristor according to
転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cの低下を伴わないでトリガ感度を向上させるために、ゲ−トトリガ電流IGTの内でトリガに寄与しない無効電流成分を抑制するための部分を第1の主電極T1と第4のN型半導体領域N4との間に設けることが特許文献2に開示されている。しかし、特許文献2の方法によって所望の転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cと所望のトリガ感度との両方を得ることは困難であった。
In order to improve the trigger sensitivity without involving a reduction in the time of the commutation threshold voltage rise rate (dv / dt) c, gate - a portion for suppressing Totoriga reactive current component which does not contribute to trigger within the current I GT Patent Document 2 discloses that the first main electrode T1 is provided between the first main electrode T1 and the fourth N-type semiconductor region N4. However, it has been difficult to obtain both the desired critical voltage increase rate (dv / dt) c during commutation and the desired trigger sensitivity by the method of
ところで、上記の第1〜第4のモード(モードI〜IV)の内で第4のモード(モードIV)は殆ど利用されていない。従って、第1〜第3のモード(モードI〜III)のトリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフを改善することが望ましい。また、第2及び第3のモード(モードII及びIII)は第1のモード(モードI)に比べてターンオンさせることが難しいので、第2及び第3のモード(モードII及びIII)におけるゲ−トトリガ電流IGTを第1のモード(モードI)に比べて大きくする必要があった。従って、第2及び第3のモード(モードII及びIII)におけるトリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフの改善が特に要求されている。
本発明が解決しょうとする課題は、第2及び第3のモード(モードII及びIII)におけるトリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフの改善が困難なことである。従って、本発明の目的は、第2及び第3のモード(モードII及びIII)におけるトリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフが改善された双方向サイリスタを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is that it is difficult to improve the trade-off between the trigger sensitivity in the second and third modes (modes II and III) and the critical voltage increase rate (dv / dt) c at the time of commutation. It is. Accordingly, an object of the present invention is to provide a bidirectional thyristor with improved trade-off between trigger sensitivity and commutation critical voltage increase rate (dv / dt) c in the second and third modes (modes II and III). It is to provide.
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明を実施形態を示す図面の参照符号を伴って説明する。但し、特許請求の範囲及びここでの参照符号は、本発明の理解を助けるためのものであって、本発明を限定するものではない。
本発明は、半導体基板(1)と、前記半導体基板(1)の一方の主面(2)上に設けられた第1の主電極(T1)及びゲート電極(G)と、前記半導体基板(1)の他方の主面(3)に設けられた第2の主電極(T2)とを備え、
前記半導体基板(1)が、第1の導電型の第1の半導体領域(N1)と、前記第1の半導体領域(N1)の一方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体領域(P1)と、前記第1の半導体領域(N1)の他方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第2の導電型の第3の半導体領域(P2)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(12)に露出する部分を有している第1の導電型の第4の半導体領域(N2)と、前記第3の半導体領域(P2)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第1の導電型の第5の半導体領域(N3)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型の第6の半導体領域(N4)とを有し、
前記第1の主電極(T1)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第4の半導体領域(N2)との両方に接続され、
前記第2の主電極(T2)が前記第3の半導体領域(P2)と前記第5の半導体領域(N3)との両方に接続され、
前記ゲート電極(G)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第6の半導体領域(N4)との両方に接続されている双方向サイリスタにおいて、
前記第6の半導体領域(N4)が、前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W1)を有している第1の部分(N4a)と、前記第1の半導体領域(N1)に対して前記第1の間隔(W1)よりも小さい第2の間隔(W2)を有している第2の部分(N4b)とを備え、
前記半導体基板(1)の一方の表面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第6の半導体領域(N4)の前記第2の部分(N4b)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L2)が前記第6の半導体領域(N4)の前記第1の部分(N4a)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L1)よりも大きく決定されていることを特徴とする双方向サイリスタに係わるものである。
To solve the above problems and achieve the above object, the present invention will be described with reference numerals in the drawings showing the embodiments. It should be noted, however, that the claims and the reference signs used herein are intended to assist the understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention.
The present invention includes a semiconductor substrate (1), a first main electrode (T1) and a gate electrode (G) provided on one main surface (2) of the semiconductor substrate (1), and the semiconductor substrate (1). A second main electrode (T2) provided on the other main surface (3) of 1),
The semiconductor substrate (1) is arranged adjacent to a first semiconductor region (N1) of a first conductivity type and one main surface side of the first semiconductor region (N1), and the semiconductor substrate (1) Of the second conductivity type opposite to the first conductivity type having a portion exposed on the one main surface (2) of the second semiconductor region (P1), and the first semiconductor region (N1) ) Adjacent to the other main surface side and having a portion exposed to the other main surface (3) of the semiconductor substrate (1), a third semiconductor region (P2) of the second conductivity type And a fourth semiconductor of the first conductivity type having a portion that is disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) and exposed to the one main surface (12) of the semiconductor substrate (1). A region (N2) and the other main surface of the semiconductor substrate (1) disposed adjacent to the third semiconductor region (P2) 3) a first conductivity type fifth semiconductor region (N3) having a portion exposed to 3), and the one of the semiconductor substrates (1) disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) A sixth semiconductor region (N4) of the first conductivity type having a portion exposed to the main surface (2) of
The first main electrode (T1) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the fourth semiconductor region (N2);
The second main electrode (T2) is connected to both the third semiconductor region (P2) and the fifth semiconductor region (N3);
In the bidirectional thyristor in which the gate electrode (G) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the sixth semiconductor region (N4),
The sixth semiconductor region (N4) has a first portion (N4a) having a first interval (W1) with respect to the first semiconductor region (N1), and the first semiconductor region A second portion (N4b) having a second interval (W2) smaller than the first interval (W1) with respect to (N1),
The second portion (N4b) of the sixth semiconductor region (N4) and the fourth semiconductor region (N2) when viewed from a direction perpendicular to one surface (2) of the semiconductor substrate (1). ) Is shorter than the shortest distance (L1) between the first portion (N4a) of the sixth semiconductor region (N4) and the fourth semiconductor region (N2). The present invention relates to a bidirectional thyristor characterized by being largely determined.
なお、請求項2に示すように、前記第5の半導体領域(N3)が、前記第1の半導体領域(N1)に対して第3の間隔(W3)を有している第1の部分(N3a)と、前記第1の半導体領域(N1)に対して第3の間隔(W3)よりも小さい第4の間隔(W4)を有し且つ前記第6の半導体領域(N4)の前記第2の部分(N4b)に対向するように配置されている第2の部分(N3b)とを備え、前記半導体基板(1)の一方の主面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第5の半導体領域(N3)の前記第2の部分(N3b)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L4)が前記第5の半導体領域(N3)の前記第1の部分(N3a)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L3)よりも大きく決定されていることが望ましい。
また、請求項3に示すように双方向サイリスタを変形することができる。この変形された双方向サイリスタの前記第5の半導体領域(N3)は、前記第6の半導体領域(N4)に対向していると共に前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W3)を有して対向している第1の部分(N3b´)と、前記第6の半導体領域(N4)に対向していると共に前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W3)よりも小さい第2の間隔(W4)を有して対向している第2の部分(N3c)とを備えている。また、前記半導体基板(1)の一方の表面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第5の半導体領域(N3)の前記第2の部分(N3c)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L4)が前記第5の半導体領域(N3)の前記第1の部分(N3b´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L3)よりも大きく決定されている。
また、請求項4に示すように、前記第2の半導体領域(P1)の中にゲートトリガ電流の無効分を抑制する部分(50)が配置されていることことが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記ゲート電極(G)にゲートトリガ電流の無効分を低減するための切欠き部(60)が設けられていることことが望ましい。
また、請求項6に示すように、請求項1の前記第6の半導体領域(N4)における前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W1)を有している前記第1の部分(N4a)と第2の間隔(W2)を有している前記第2の部分(N4b)との代わりに、第1の不純物濃度を有している第1の部分(N4a´)と前記第1の不純物濃度よりも高い第2の不純物濃度を有している第2の部分(N4b´)とを設けることができる。また、請求項6の構成において、前記第6の半導体領域(N4)における第2の不純物濃度を有している第2の部分(N4b´)と前記第1の半導体領域(N1)との間隔を、前記第6の半導体領域(N4)における第1の不純物濃度を有している第1の部分(N4a´)と前記第1の半導体領域(N1)との間隔よりも大きくすることもできる。
また、請求項7に示すように、請求項3の前記第5の半導体領域(N3)における前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W3)を有している前記第1の部分(N3b´)と第2の間隔(W4)を有している前記第2の部分(N3c)との代わりに、第1の不純物濃度を有している第1の部分(N3b´)と前記第1の不純物濃度よりも高い第2の不純物濃度を有している第2の部分(N3c´)とを設けることができる。また、請求項7の構成において、前記第5の半導体領域(N3)における第2の不純物濃度を有している第2の部分(N3c´)と前記第1の半導体領域(N1)との間隔(W4)を、前記第5の半導体領域(N3)における第1の不純物濃度を有している第1の部分(N3b´)と前記第1の半導体領域(N1)との間隔(W3)よりも大きくすることもできる。
In addition, as shown in
Further, as shown in
Moreover, as shown in
Further, as shown in
Further, as shown in
Further, as shown in
本発明の請求項1に従う双方向サイリスタの第6の半導体領域(N4)は、第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W1)を有している第1の部分(N4a)と、前記第1の半導体領域(N1)に対して前記第1の間隔(W1)よりも小さい第2の間隔(W2)を有している第2の部分(N4b)とを有している。また、第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)は第4の半導体領域(N2)に対して第1の部分(N4a)よりも離間している。第6の半導体領域(N4)の第1の部分(N4a)は、第2の半導体領域(P1)と第4の半導体領域(N2)との両方に接続された第1の主電極(T1)に対して第2の部分(N4b)よりも近いので、第2及び第3のモードにおいて、第6の半導体領域(N4)の第1の部分(N4a)がゲートトリガ開始点として機能する。しかし、第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)は、第1の半導体領域(N1)に対して第1の部分(N4a)よりも近いので、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)におけるオン動作は第1の部分(N4a)から徐々に第2の部分(N4b)へと良好に広がる。即ち、第2の半導体領域(P1)に対する第6の半導体領域(N4)からの少数キャリア(電子)の注入は、最初に第6の半導体領域(N4)の第1の部分(N4a)から開始するが、やがて、第2の部分(N4b)からも行われ、第2の部分(N4b)からの少数キャリア注入量が第1の部分(N4a)からの少数キャリアの注入量よりも大幅に多くなる。従って、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)の主なオン動作領域は、第2のモードにおいては第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)と第2の半導体領域(P1)と第1の半導体領域(N1)と第3の半導体領域(P2)とから成り、第3のモードにおいては第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)と第2の半導体領域(P1)と第1の半導体領域(N1)と第3の半導体領域(P2)と第5の半導体領域(N3)から成る。第2のモードにおいてゲート機構部分(補助サイリスタ部分)がオン状態になると、第1の主サイリスタ部分(N2,P1,N1,P2)にオン状態が波及する。また、第3のモードにおいてゲート機構部分(補助サイリスタ部分)がオン状態になると、第2の主サイリスタ部分(P1,N1,P2,N3)にオン状態が波及する。請求項1の発明に従って第6の半導体領域(N4)に第2の部分(N4b)を設けると、第2及び第3のモードにおいて補助サイリスタがオンし易くなり、トリガ感度が向上する。しかし、転流時臨界電圧上昇率の悪化は生じないか、又は少ない。
ところで、第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)と第1の半導体領域(N1)との間隔(W2)は、第1の部分(N4a)と第1の半導体領域(N1)との間隔(W1)よりも狭いので、請求項1に従う発明の双方向サイリスタのトリガ感度は、第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)に基づいて決まり、従来の双方向サイリスタのトリガ感度よりも高い。即ち、本発明の双方向サイリスタのトリガ感度は、第6の半導体領域(N4)に第2の部分(N4b)を設けずに、第6の半導体領域(N4)と第1の半導体領域(N1)との最小間隔を第1の間隔(W1)とした従来の双方向サイリスタのトリガ感度よりも高い。
既に説明したように従来の双方向サイリスタにおいては、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとはトレードオフの関係にある。これに対し、本発明のトリガ感度の向上に寄与している第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)は、双方向サイリスタの誤動作の原因となる残存キャリアが存在する部分から離れた位置に形成されている。このため、トリガ感度の向上に寄与する第6の半導体領域(N4)の第2の部分(N4b)が設けられているにも拘らず、残存キャリアに基づいて第1又は第2の主サイリスタ部分が誤動作する虞は少ない。従って、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフの関係を伴なわないで又は抑えてトリガ感度を向上すること即ちゲート電流の増大を抑えることができる。
また、従来の第1の主サイリスタ部分と第2の主サイリスタ部分との相互間隔を増大させ、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dc)cとのトレードオフの関係を改善する構造の双方向サイリスタに比べて、双方向サイリスタの小型化を図ることができる。
トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dc)cとのトレードオフの関係の改善は、請求項3に示すように、請求項1の第6の半導体領域(N4)の第1の部分(N4a)及び第2の部分(N4b)に対応する第1の部分(N3b´)及び第2の部分(N3c)を第5の半導体領域(N3)に設けても達成できる。なお、請求項2に示すように、請求項1の第6の半導体領域(N4)の構成と請求項3の第5の半導体領域(N3)の構成との両方を有することが最も望ましい。
また、請求項6の双方向サイリスタの第6の半導体領域(N4)における不純物濃度の高い第2の部分(N4b´)は、請求項1の双方向サイリスタの第6の半導体領域(N4)における第2の部分(N4b)と同様に転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cの低下を伴なわないで又は抑えてトリガ感度の向上に寄与する。
また、請求項7の双方向サイリスタの第5の半導体領域(N3)における不純物濃度の高い第2の部分(N3c´)は、請求項3の双方向サイリスタの第5の半導体領域(N3)における第2の部分(N3c)と同様に転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cの低下を伴なわないで又は抑えてトリガ感度の向上に寄与する。
The sixth semiconductor region (N4) of the bidirectional thyristor according to
By the way, the distance (W2) between the second portion (N4b) of the sixth semiconductor region (N4) and the first semiconductor region (N1) is equal to the first portion (N4a) and the first semiconductor region (N1). The trigger sensitivity of the bidirectional thyristor of the invention according to
As described above, in the conventional bidirectional thyristor, the trigger sensitivity and the commutation critical voltage increase rate (dv / dt) c are in a trade-off relationship. On the other hand, the second portion (N4b) of the sixth semiconductor region (N4) that contributes to the improvement of the trigger sensitivity of the present invention is from the portion where the residual carriers that cause the malfunction of the bidirectional thyristor exist. It is formed at a distant position. Therefore, although the second portion (N4b) of the sixth semiconductor region (N4) contributing to the improvement of the trigger sensitivity is provided, the first or second main thyristor portion is based on the remaining carriers. Is less likely to malfunction. Accordingly, it is possible to improve the trigger sensitivity without the trade-off relationship between the trigger sensitivity and the commutation critical voltage increase rate (dv / dt) c or to suppress the increase of the gate current.
In addition, the mutual distance between the conventional first main thyristor portion and the second main thyristor portion is increased, and the trade-off relationship between the trigger sensitivity and the commutation critical voltage increase rate (dv / dc) c is improved. The bidirectional thyristor can be reduced in size as compared with the bidirectional thyristor having the structure.
The improvement in the trade-off relationship between the trigger sensitivity and the critical voltage increase rate (dv / dc) c at the time of commutation, as shown in
The second portion (N4b ′) having a high impurity concentration in the sixth semiconductor region (N4) of the bidirectional thyristor according to
Further, the second portion (N3c ′) having a high impurity concentration in the fifth semiconductor region (N3) of the bidirectional thyristor according to
次に、図2〜図9を参照して本発明の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2〜図5に示す本発明の実施例1に従う双方向サイリスタは、第4のN型半導体領域N4に第1部分N4aとこれよりも深く形成された第2の部分N4bとを設け、この他は図1の従来の双方向サイリスタと同様に形成したものである。従って、図2〜図5において図1と共通する部分には同一の参照符号が付されている。 The bidirectional thyristor according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 to 5 is provided with a first portion N4a and a second portion N4b formed deeper than this in a fourth N-type semiconductor region N4. Others are formed in the same manner as the conventional bidirectional thyristor of FIG. Accordingly, in FIGS. 2 to 5, the same reference numerals are given to the portions common to FIG. 1.
図2〜図5の実施例1に従う双方向サイリスタは、図1の従来の双方向サイリスタと同様に例えばシリコンから成る半導体基板1と、第1及び第2の主電極T1,T2と、ゲ−ト電極Gと、半導体基板1の一方の主面上の第1の主電極T1とゲ−ト電極Gとの間に配置された絶縁層(図示せず)とを備えている。
2 to 5, the bidirectional thyristor according to the first embodiment is similar to the conventional bidirectional thyristor of FIG. 1 in that the
半導体基板1は、第1、第2、第3及び第4のN型半導体領域N1,N2,N3,N4と、第1及び第2のP型半導体領域P1,P2とから成る。本願の請求項の第1〜第6の半導体領域と図2〜図5の実施例1の第1、第2、第3及び第4のN型半導体領域N1,N2,N3,N4並びに第1及び第2のP型半導体領域P1,P2との対応関係は次の通りである。第1の半導体領域は第1のN型半導体領域N1、第2の半導体領域は第1のP型半導体領域P1、第3の半導体領域は第2のP型半導体領域P2、第4の半導体領域は第2のN型半導体領域N2、第5の半導体領域は第3のN型半導体領域N3、第6の半導体領域は第4のN型半導体領域N4に対応している。
The
半導体基板1は、その一方の主面2に垂直な方向から見て、即ち平面的に見て、4角形に形成され、平坦な一方の主面2とこれに平行な他方の主面3とを有する。図2の半導体基板1の一方の主面2は、互い等しい長さの第1、第2、第3及び第4の辺4,5,6,7を有する正4角形に形成されているが、これを長方形又は別の形状に変形することもできる。
The
第1のN型半導体領域N1は、N型ベース領域と呼ぶこともできる領域であって、半導体基板1の厚み方向の中央に配置されている。
The first N-type semiconductor region N1 is a region that can also be called an N-type base region, and is arranged in the center of the
第1のP型半導体領域P1は、P型ベース領域と呼ぶこともできる領域であって、半導体基板1の一方の主面2と第1のN型半導体領域N1との間に配置され且つ第1のN型半導体領域N1に隣接し且つその一部が一方の主面2に露出している。第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1との間のPN接合は一方の主面2に平行に伸びている。
The first P-type semiconductor region P1 is a region that can also be referred to as a P-type base region, and is disposed between one
第2のP型半導体領域P2は、第1のN形型半導体領域N1に隣接配置され且つその一部が他方の主面3に露出している。第2のP型半導体領域P2と第1のN型半導体領域N1との間のPN接合は他方の主面3に平行に伸びている。
The second P-type semiconductor region P2 is disposed adjacent to the first N-type semiconductor region N1, and a part thereof is exposed on the other
第2のN型半導体領域N2は、第1のP型半導体領域P1の中にN型不純物を選択的に拡散することによって形成した領域であり、第1のP型半導体領域P1に隣接し且つ一方の主面2に露出している。この第2のN型半導体領域N2は短絡エミッタ構造のための複数の孔8を有し、この孔8の中に第1のP型半導体領域P1が配置されている。図5から最も明らかなように、第2のN型半導体領域N2の外形は、平面的に見て、互いに平行な第1及び第2の辺9,10と、この第1及び第2の辺9,10に対して直角に配置された第3の辺11と、この第3の辺11に対して傾斜して対向している第4の辺12とを有する台形である。台形の第2のN型半導体領域N2は半導体基板1の一方の主面2の互い対向する対の角13,14を結ぶ鎖線で示す対角線15の一方の側、即ち半導体基板1の第1及び第4の辺4,7と対角線15で囲まれる三角形(半導体基板1の対角線15の上側)の中に配置されている。また、台形の第2のN型半導体領域N2の第1の辺9は半導体基板1の第1の辺4に平行に配置され且つ第2の辺10よりも半導体基板1の第1の辺4の近くに配置されている。台形の第2のN型半導体領域N2の第3の辺11は半導体基板1の第4の辺7に平行に配置され且つ第4の辺12よりも半導体基板1の第4の辺7の近くに配置されている。
The second N-type semiconductor region N2 is a region formed by selectively diffusing N-type impurities in the first P-type semiconductor region P1, and is adjacent to the first P-type semiconductor region P1 and One
第3のN型半導体領域N3は、第2のP型半導体領域P2の中にN型不純物を選択的に拡散することによって形成した領域であって、第2のP型半導体領域P2に隣接し且つ他方の主面3に露出している。この第3のN型半導体領域N3は図5から明らかなように平面的に見て、台形部分N3aと四角形部分N3bとの組合せから成り、第1、第2、第3、第4及び第5の辺16,17,18,19,20を有する。第3のN型半導体領域N3の台形部分N3aは図5において対角線15を中心にして、第2のN型半導体領域N2に対称(半導体基板1の対角線15の下側)に配置され、四角形部分N3bは第2のN型半導体領域N2及び第3のN型半導体領域N3の台形部分N3aよりも半導体基板1の角14(半導体基板1の左下側)に近い位置において半導体基板1の対角線15上に配置されている。なお、第3のN型半導体領域N3の第1の辺16は半導体基板1の第2の辺5に平行に配置され且つ第4の辺19よりも半導体基板1の第2の辺5の近くに配置されている。第3のN型半導体領域N3の第2の辺17は半導体基板1の第3の辺6に平行に配置され且つ第5の辺20よりも半導体基板1の第3の辺6の近くに配置されている。第3のN型半導体領域N3の第3の辺18は半導体基板1の対角線15に平行に配置されている。第3のN型半導体領域N3の第4の辺19は半導体基板1の第4の辺7に平行に配置されている。第3のN型半導体領域N3の第5の辺20は第2のN型半導体領域N2の第2の辺10に平行に配置されている。また、平面的に見て第3のN型半導体領域N3の四角形部分N3bは、第4のN型半導体領域N4を含むように形成されている。
The third N-type semiconductor region N3 is a region formed by selectively diffusing N-type impurities in the second P-type semiconductor region P2, and is adjacent to the second P-type semiconductor region P2. In addition, the other
第4のN型半導体領域N4は、ゲート領域又は補助サイリスタ領域と呼ぶこともできるものであって、第2のN型半導体領域N2と同様に第1のP型半導体領域P1に隣接し且つ一方の主面2に露出している。この第4のN型半導体領域N4は第1のP型半導体領域P1の中にN型不純物を選択的に拡散することによって形成されている。図5から明らかなように平面的に見て、第4のN型半導体領域N4は第3のN形型半導体領域N3の四角形部分N3bの中に配置され且つ第1、第2、第3、第4、第5及び第6の辺21,22,23,24,25,26を有する。なお、第4のN型半導体領域N4の第1の辺21は半導体基板1の第2の辺5に平行に配置され且つ第3、第5の辺23,25よりも半導体基板1の第4の辺7から離れて配置されている。第4のN型半導体領域N4の第2の辺22は半導体基板1の第3の辺6に平行に配置され且つ第4及び第6の辺24,26よりも半導体基板1の第3の辺6の近くに配置されている。第4のN型半導体領域N4の第3の辺23は第1の辺21の下側一部に平行に配置されている。第4のN型半導体領域N4の第4の辺24は第2の辺22の左側一部に平行に配置されている。第4のN型半導体領域N4の第5の辺25は第1の辺21の上側一部に平行に配置されている。第4のN型半導体領域N4の第6の辺26は第2の辺22の右側一部に平行に配置されている。
The fourth N-type semiconductor region N4 can also be referred to as a gate region or an auxiliary thyristor region, and is adjacent to the first P-type semiconductor region P1 as well as the second N-type semiconductor region N2. The
第4のN型半導体領域N4は、図3及び図4に示すように第1のN型半導体領域N1に対して第1の間隔W1を有し且つ第2のN型半導体領域N2と同一の深さに形成されている第1の部分N4aと、第1のN型半導体領域N1に対して第1の間隔W1よりも小さい第2の間隔W2を有している第2の部分N4bとを備えている。半導体基板1の一方の主面2を基準にした第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bの深さは第1の部分N4aの深さよりも深い。第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bは、第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aよりもN型不純物を深く拡散することによって形成されている。
図5から明らかように平面的に見て、即ち半導体基板1の一方の主面2に対して垂直な方向から見て、第2の部分N4bは第4のN型半導体領域N4の左下角の近傍に配置されている。第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bと第2のN型半導体領域N2との間の最短距離L2は第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aと第2のN型半導体領域N2との間の最短距離L1よりも大きく決定されている。また平面的に見て、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bは、第2のN型半導体領域N2の傾斜している第4の辺12と第3のN型半導体領域N3の傾斜している第3の辺18の対向間に対して第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aよりも離れている。
本発明に従って設けられた第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bは、残留キャリアに基づく双方向サイリスタの誤動作の増加を伴わないで又は抑制してトリガ感度を向上させる機能を有する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the fourth N-type semiconductor region N4 has a first interval W1 with respect to the first N-type semiconductor region N1 and is the same as the second N-type semiconductor region N2. A first portion N4a formed to a depth and a second portion N4b having a second interval W2 smaller than the first interval W1 with respect to the first N-type semiconductor region N1. I have. The depth of the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 with respect to the one
As apparent from FIG. 5, when viewed in a plane, that is, when viewed from a direction perpendicular to one
The second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 provided according to the present invention has a function of improving the trigger sensitivity without increasing or suppressing the malfunction of the bidirectional thyristor based on residual carriers.
図2〜図5から明らかなように平面的に見て第2及び第3のN型半導体領域N2、N3は互いに重ならないように配置されている。これにより、第2のN型半導体領域N2と第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2とによって第1の極性を有する第1の主サイリスタ部分が構成され、第3のN型半導体領域N3の第1の部分N3aと第2のP型半導体領域P2と第1のN型半導体領域N1と第1のP型半導体領域P1とによって第2の極性を有する第2の主サイリスタ部分が構成されている。また、第4のN型半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2と第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3bとによって補助サイリスタ部分即ちゲート機構部分が構成されている。 As is apparent from FIGS. 2 to 5, the second and third N-type semiconductor regions N2 and N3 are arranged so as not to overlap each other in plan view. Thus, the first main having the first polarity is constituted by the second N-type semiconductor region N2, the first P-type semiconductor region P1, the first N-type semiconductor region N1, and the second P-type semiconductor region P2. A thyristor portion is formed, and the first portion N3a, the second P-type semiconductor region P2, the first N-type semiconductor region N1, and the first P-type semiconductor region P1 of the third N-type semiconductor region N3 are the first. A second main thyristor portion having a polarity of 2 is constructed. The second N-type semiconductor region N4, the first P-type semiconductor region P1, the first N-type semiconductor region N1, the second P-type semiconductor region P2, and the second N-type semiconductor region N3 The portion N3b constitutes an auxiliary thyristor portion, that is, a gate mechanism portion.
金属から成る第1の主電極T1は、図2に示すように第1、第2、第3、第4、第5及び第6の辺31,32,33,34,35,36を有して全体として逆L字状パターンに形成され、半導体基板1の一方の主面2において第1のP型半導体領域P1と第2のN型半導体領域N2との両方に接続されている。即ち、第1の主電極T1は第1の主サイリスタ部分を構成する台形状の第2のN型半導体領域N2にほぼ対応する台形状の第1の部分T1aと、第2の主サイリスタ部分を構成する第3のN型半導体領域N3の第1の部分N3aにほぼ対応する台形状の第2の部分T1bとを有する。第1の主電極T1の第1の辺31は第2のN型半導体領域N2の第1の辺9に平行に配置され、第2の辺32は第3のN型半導体領域N3の第1の辺16に平行に配置され、第3の辺33は第3のN型半導体領域N3の第2の辺17に平行に配置され、第4の辺34は第4のN型半導体領域N4の右側において第1の主電極T1の第2の辺32に平行に配置され、第5の辺35は第2のN型半導体領域N2の第2の辺10よりも上側において第2の辺10に平行に配置され、第6の辺36は第2のN型半導体領域N2の第4の辺11よりも右側において第4の辺11に平行に配置されている。なお、第1の主電極T1の第1の部分T1aは、第2のN型半導体領域N2に接続されていると共に、第2のN型半導体領域N2の貫通孔8を介して半導体基板1の一方の表面2に露出している第1のP型半導体領域P1にも接続されている。第1の主電極T1の第2の部分T1bは、第3のN型半導体領域N3上へと伸び且つ第1のP型半導体領域P1に接続されている。
The first main electrode T1 made of metal has first, second, third, fourth, fifth and
金属から成る第2の主電極T2は、第1の主電極T1及びゲート電極Gの全体に対向するように半導体基板1の他方の主面3の全体又はほぼ全体に配置され且つ第2のP型半導体領域P2と第3のN型半導体領域N3との両方に接続されている。
The second main electrode T2 made of metal is disposed on the entire or substantially entire other
金属から成るゲート電極Gは、平面的に見て、図2に示すように第1、第2、第3及び第4の辺41,42,43,44を有する四角形に形成され、半導体基板1の一方の主面2において第4のN型半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1との両方に接続されている。なお、ゲート電極Gの第1の辺41は第4のN型半導体領域N4の第1の辺21に平行に配置され、第2の辺42は第4のN型半導体領域N4の第2の辺22に平行に配置され、第3の辺43は第4のN型半導体領域N4の第3の辺23に平行に配置され、第4の辺44は第4のN型半導体領域N4の第4及び第6の辺24,26に平行に配置されている。平面的に見て、ゲート電極Gの大部分が第4のN型半導体領域N4の内側に配置され、ゲート電極Gの左上の角部のみが第4のN型半導体領域N4からはみ出して第1のP型半導体領域P1に接続されている。即ち、ゲート電極Gの第3の辺43の上部分及び第4の辺44の左部分が第4のN型半導体領域N4からはみ出している。
The gate electrode G made of metal is formed in a quadrilateral shape having first, second, third and
次に図2〜図5の実施例1の双方向サイリスタの動作を説明する。実施例1の双方向サイリスタの第1〜第4のモードの基本的動作は、図1の従来の双方向サイリスタ及び前記特許文献1、2等で公知の双方向サイリスタと同一である。従って、実施例1の双方向サイリスタの第1〜第4のモードの基本的動作の説明を省略する。また、実施例1の双方向サイリスタの動作説明において必要に応じて図1を参照する。また、以下の動作説明において、各半導体領域及び電極を図面の参照符号のみで示すこともある。
Next, the operation of the bidirectional thyristor according to the first embodiment shown in FIGS. The basic operations of the first to fourth modes of the bidirectional thyristor according to the first embodiment are the same as those of the conventional bidirectional thyristor shown in FIG. Therefore, the description of the basic operation of the first to fourth modes of the bidirectional thyristor of
実施例1の双方向サイリスタは、第2及び第3のモード(モードII, III)において特別な効果を発揮する。
第2及び第3のモード(モードII, III)において、実施例1に従う双方向サイリスタの第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aは、第1のP型半導体領域P1と第2のN型半導体領域N2との両方に接続された第1の主電極T1に対して第2の部分N4bよりも近いので、第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aがゲートトリガ開始点として機能する。しかし、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bは、第1のN型半導体領域N1に対して第1の部分N4aよりも近いので、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)におけるオン動作は第1の部分N4aから徐々に第2の部分N4bへと良好に広がる。即ち、第1のP型半導体領域P1に対する第4のN型の半導体領域N4からの少数キャリア(電子)の注入は、最初に第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aから開始するが、やがて、第2の部分N4bからも行われ、第2の部分N4bからの少数キャリア注入量が第1の部分N4aからの少数キャリア(電子)の注入量よりも大幅に多くなる。従って、ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)の主なオン動作領域は、第2のモードにおいて第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bと第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2とから成り、第3のモードにおいて第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bと第1のP型半導体領域P1と第1のN型半導体領域N1と第2のP型半導体領域P2と第3の半導体領域N3から成る。第2のモードにおいてゲート機構部分(補助サイリスタ部分)がオン状態になると、第1の主サイリスタ部分(N2,P1,N1,P2)にオン状態が波及する。また、第3のモードにおいてゲート機構部分(補助サイリスタ部分)がオン状態になると、第2の主サイリスタ部分(P1,N1,P2,N3)にオン状態が波及する。ゲート機構部分(補助サイリスタ部分)におけるオン動作が良好に達成されると、ゲート電流を低減することができ、トリガ感度が向上する。
The bidirectional thyristor according to the first embodiment exhibits a special effect in the second and third modes (modes II and III).
In the second and third modes (modes II and III), the first portion N4a of the fourth N-type semiconductor region N4 of the bidirectional thyristor according to the first embodiment includes the first P-type semiconductor region P1 and the second portion Since the first main electrode T1 connected to both the N-type semiconductor region N2 is closer to the second portion N4b than the first main electrode T1, the first portion N4a of the fourth N-type semiconductor region N4 starts the gate trigger. Acts as a point. However, since the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 is closer to the first N-type semiconductor region N1 than the first portion N4a, the ON operation in the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion). Gradually spreads favorably from the first portion N4a to the second portion N4b. That is, the injection of minority carriers (electrons) from the fourth N-type semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1 first starts from the first portion N4a of the fourth N-type semiconductor region N4. Eventually, the second portion N4b is also used, and the minority carrier injection amount from the second portion N4b is significantly larger than the minority carrier (electron) injection amount from the first portion N4a. Accordingly, the main on-operation region of the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) is the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4, the first P-type semiconductor region P1, and the first in the second mode. The third mode includes an N-type semiconductor region N1 and a second P-type semiconductor region P2. In the third mode, the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4, the first P-type semiconductor region P1, and the first It consists of an N-type semiconductor region N1, a second P-type semiconductor region P2, and a third semiconductor region N3. When the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) is turned on in the second mode, the on state is propagated to the first main thyristor portions (N2, P1, N1, P2). Further, when the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) is turned on in the third mode, the on state is spread to the second main thyristor portions (P1, N1, P2, N3). When the ON operation in the gate mechanism portion (auxiliary thyristor portion) is satisfactorily achieved, the gate current can be reduced and the trigger sensitivity is improved.
第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bと第1のN型半導体領域N1との間の第2の間隔W2は、第1の部分N4aと第1のN型半導体領域N1との間の第1の間隔W1よりも狭いので、双方向サイリスタのトリガ感度は、主として第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bに基づいて決まり、従来の双方向サイリスタのトリガ感度よりも高い。即ち、本実施例の双方向サイリスタのトリガ感度は、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bを設けずに、第4のN型半導体領域N4と第1のN型半導体領域N1との最小間隔を第1の間隔W1とした従来の双方向サイリスタのトリガ感度よりも高い。 The second interval W2 between the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 and the first N-type semiconductor region N1 is the distance between the first portion N4a and the first N-type semiconductor region N1. The trigger sensitivity of the bidirectional thyristor is mainly determined based on the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4, and is smaller than the trigger sensitivity of the conventional bidirectional thyristor. high. That is, the trigger sensitivity of the bidirectional thyristor of the present embodiment is such that the fourth N-type semiconductor region N4 and the first N-type semiconductor region N1 are provided without providing the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4. Is higher than the trigger sensitivity of the conventional bidirectional thyristor having the first interval W1 as the minimum interval.
既に説明したように従来の双方向サイリスタにおいては、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとはトレードオフの関係にある。これに対し、本実施例のトリガ感度の向上に寄与している第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bは双方向サイリスタの誤動作の原因となる残存キャリア(正孔)が存在する部分から離れた位置に形成されている。なお、双方向サイリスタの誤動作の原因となる残存キャリアが多く存在する部分は、第1のN型半導体領域N1における平面的に見て第2のN型半導体領域N2の傾斜している第4の辺12と第3のN型半導体領域N3の傾斜している第3の辺18の対向間に対応する部分、即ち、半導体基板1の中央部分である。このようにトリガ感度の向上に寄与する第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bが、誤動作の原因となる残存キャリアが存在する部分から離れた位置に形成されていれば、トリガ感度が向上したにも拘らず、残存キャリアに基づいて第1の主サイリスタ部分又は第2の主サイリスタ部分に作用して双方向サイリスタが誤動作することも抑制される。従って、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフの関係を伴なわないで又は抑えてトリガ感度を向上することができる。
また、第1の主サイリスタ部分と第2の主サイリスタ部分との相互間隔を増大させないで又は増大を抑えて双方向サイリスタのトリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとの関係を改善することができる。
As described above, in the conventional bidirectional thyristor, the trigger sensitivity and the commutation critical voltage increase rate (dv / dt) c are in a trade-off relationship. On the other hand, in the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 contributing to the improvement of the trigger sensitivity of the present embodiment, there are residual carriers (holes) that cause a malfunction of the bidirectional thyristor. It is formed at a position away from the part. Note that the portion where many residual carriers that cause malfunction of the bidirectional thyristor are present in the fourth N-type semiconductor region N2 inclined in the first N-type semiconductor region N1 as viewed in plan. This is a portion corresponding to the opposite side of the inclined
In addition, the mutual sensitivity between the first main thyristor portion and the second main thyristor portion is not increased or suppressed, and the trigger sensitivity of the bidirectional thyristor and the critical voltage increase rate (dv / dt) c during commutation are set. The relationship can be improved.
更に詳細に説明すると、実施例1の双方向サイリスタは第3のモード(モードIII)においては、図1(C)と同様に第1の主電極T1を基準にして第2の主電極T2が負電位、ゲート電極Gが負電位となる。ゲート電極Gにゲートトリガ信号が印加されると、第1の主電極T1からゲート電極Gにゲートトリガ電流IGTが流れる。これにより、第1のP型半導体領域P1に電圧降下が生じ、第4のN半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合が順バイアス状態となり、第4のN型半導体領域N4から第1のP型半導体領域P1に電子が注入され、この電子の一部が第1のN型半導体領域N1に入り込む。第4のN型半導体領域N4から第1のP型半導体領域P1への電子の注入は既に説明したように第4のN型半導体領域N4の第1の部分4aから開始し、その後第2の部分4bに波及する。これにより、N4b、P1,N1,P2、N3から成る補助サイリスタ部分がオン状態となり、このオン状態がP1,N1,P2、N3から成る第2の主サイリスタ部分に波及する。補助サイリスタ部分から第2の主サイリスタ部分へのオン状態の波及は図1(C)と同様な動作で進む。 More specifically, in the third mode (mode III), the bidirectional thyristor according to the first embodiment includes the second main electrode T2 based on the first main electrode T1 as in FIG. 1C. Negative potential, the gate electrode G becomes negative potential. When a gate trigger signal is applied to the gate electrode G, a gate trigger current I GT flows from the first main electrode T1 to the gate electrode G. As a result, a voltage drop occurs in the first P-type semiconductor region P1, the PN junction between the fourth N-semiconductor region N4 and the first P-type semiconductor region P1 is in a forward bias state, and the fourth N-type Electrons are injected from the semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1, and part of the electrons enter the first N-type semiconductor region N1. As described above, the injection of electrons from the fourth N-type semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1 starts from the first portion 4a of the fourth N-type semiconductor region N4, and then the second It spreads to the part 4b. As a result, the auxiliary thyristor portion composed of N4b, P1, N1, P2, and N3 is turned on, and the on state is spread to the second main thyristor portion composed of P1, N1, P2, and N3. The ON state spillover from the auxiliary thyristor portion to the second main thyristor portion proceeds in the same manner as in FIG.
第3のモード(モードIII)における第2の主サイリスタ部分のオン状態が終了して第2の方向の主電流I2が零になっても、半導体基板1の中にキャリア(正孔)が残存する。即ち、残存キャリアは主に第1のN半導体領域N1に多く存在する。残存キャリアが存在する状態で電圧上昇率(dv/dt)の大きい逆方向電圧即ち図1(A)又は(B)と同様に第1の主電極T1を基準にして正の電源電圧又はノイズが第2の主電極T2に印加されると、残存キャリアがトリガとして働き、N2,P1、N1,P2から成る第1の主サイリスタ部分がオン状態になる虞がある。
Even if the ON state of the second main thyristor portion in the third mode (mode III) ends and the main current I2 in the second direction becomes zero, carriers (holes) remain in the
しかし、本実施例では、トリガ感度を向上させるために、第4のN半導体領域N4の全部を深く形成せずに、誤動作の原因になる残存キャリアが存在する部分から離れた位置にトリガ感度を向上させるための第2の部分N4bを設け、補助サイリスタのオン動作を良好に開始させているので、トリガ感度が向上しているにも拘らず、残存キャリアに基づく主サイリスタ部分の誤動作が増加しない。 However, in this embodiment, in order to improve the trigger sensitivity, the trigger sensitivity is increased at a position away from the portion where the remaining carriers that cause malfunction are present without forming the entire fourth N semiconductor region N4 deeply. Since the second portion N4b for improving is provided and the on-operation of the auxiliary thyristor is started satisfactorily, the malfunction of the main thyristor portion based on the remaining carrier does not increase even though the trigger sensitivity is improved. .
実施例1の双方向サイリスタが第2のモード(モードII)なり、図1(B)と同様に第1の主電極T1を基準にして第2の主電極T2が正電位とされ、ゲート電極Gに負のゲートトリガ信号が印加されると、第1の主電極T1からゲート電極Gにゲートトリガ電流IGTが流れる。これにより、第1のP型半導体領域P1に電圧降下が生じ、第4のN半導体領域N4と第1のP型半導体領域P1との間のPN接合が順バイアス状態となり、第4のN型半導体領域N4から第1のP型半導体領域P1に電子が注入され、この電子の一部が第1のN型半導体領域N1に入り込む。既に説明したように第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aから第1のP型半導体領域P1への電子の注入が開始し、その後N4b、P1,N1,P2から成る補助サイリスタ部分がオン状態になる。この補助サイリスタ部分のオン状態は、図1(B)と同様な動作でN2,P1,N1,P2から成る第1の主サイリスタ部分に波及する。
この第2のモード(モードII)においても、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bはトリガ感度の向上に寄与する。
The bidirectional thyristor according to the first embodiment is in the second mode (mode II), and the second main electrode T2 is set to a positive potential with reference to the first main electrode T1 as in FIG. When a negative gate trigger signal is applied to G, a gate trigger current I GT flows from the first main electrode T1 to the gate electrode G. As a result, a voltage drop occurs in the first P-type semiconductor region P1, the PN junction between the fourth N-semiconductor region N4 and the first P-type semiconductor region P1 is in a forward bias state, and the fourth N-type Electrons are injected from the semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1, and part of the electrons enter the first N-type semiconductor region N1. As already described, the injection of electrons from the first portion N4a of the fourth N-type semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1 starts, and then the auxiliary thyristor portion comprising N4b, P1, N1, and P2 Turns on. The on-state of the auxiliary thyristor part spreads to the first main thyristor part composed of N2, P1, N1, and P2 by the same operation as in FIG.
Also in the second mode (mode II), the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 contributes to the improvement of trigger sensitivity.
第2のモード(モードII)における第1の主サイリスタ部分のオン状態が終了して第1の方向の主電流I1が零になっても第1のN半導体領域N1にキャリアが残存する。残存キャリア(正孔)が存在する状態で電圧上昇率(dv/dt)の大きい逆方向電圧即ち図1(C)又は(D)と同様に第1の主電極T1を基準にして負の電源電圧又はノイズが第2の主電極T2に印加されると、残存キャリアがトリガとして働き、P1、N1,P2、N3から成る第2の主サイリスタ部分が誤ってオン状態になる虞がある。しかし、既に説明したように本実施例では第4のN半導体領域N4が均一の深さに形成されておらず、誤動作の原因となる残存キャリアが存在する位置から離れた位置にトリガ感度を向上させるための第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bが設けられているので、トリガ感度が高められているにも拘らず、第2のモード(モードII)から第3のモード(モードIII)に転換する時の残存キャリアに基づく誤動作が生じ難い。ちなみに、同様の効果は第1のモード(モードI)から第3のモード(モードIII)に転換する時において得られる。 Even if the ON state of the first main thyristor portion in the second mode (mode II) ends and the main current I1 in the first direction becomes zero, carriers remain in the first N semiconductor region N1. A reverse voltage having a large voltage increase rate (dv / dt) in the presence of residual carriers (holes), that is, a negative power source with reference to the first main electrode T1 as in FIG. 1 (C) or (D). When voltage or noise is applied to the second main electrode T2, the remaining carriers act as a trigger, and the second main thyristor portion composed of P1, N1, P2, and N3 may be erroneously turned on. However, as described above, in this embodiment, the fourth N semiconductor region N4 is not formed to a uniform depth, and the trigger sensitivity is improved to a position away from the position where the residual carriers that cause a malfunction exist. Since the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 is provided, the second mode (mode II) to the third mode (mode II) despite the increased trigger sensitivity. Malfunctions based on residual carriers when switching to mode III) are unlikely to occur. Incidentally, the same effect can be obtained when switching from the first mode (mode I) to the third mode (mode III).
次に、図6及び図7を参照して実施例2の双方向サイリスタを説明する。但し、実施例2の双方向サイリスタは図2〜図5の実施例1の双方向サイリスタの第3のN型半導体領域N3を変形し、且つゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50を付加した他は実施例1の双方向サイリスタと同一に構成されている。従って、図6及び図7において図2〜図5と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
Next, the bidirectional thyristor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. However, in the bidirectional thyristor of the second embodiment, the third N-type semiconductor region N3 of the bidirectional thyristor of the first embodiment shown in FIGS. 2 to 5 is modified and a gate trigger current ineffective
図6及び図7の第3のN型半導体領域N3は比較的浅く形成された第1の部分N3b´と比較的深く形成された第2の部分N3cとを有する。第3のN型半導体領域N3の第1の部分N3b´は、第1のN型半導体領域N1に対して比較的広い第3の間隔W3を有し、半導体基板1の他方の主面3から比較的浅く拡散されている。第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cは、第1のN型半導体領域N1に対して第3の間隔W3よりも小さい第4の間隔W3を有し、半導体基板1の他方の主面3から比較的深く拡散されている。また、実施例2の双方向サイリスタのB´―B´線に相当する部分を示す断面において、第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cと第2のN型半導体領域N2との間の最短距離L4が第3のN型半導体領域N3の第1の部分N3b´と第2のN型半導体領域N2との間の最短距離L3よりも大きくなるように決定されている。更に、平面的に見て第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cは第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bに重なる(対向する)ように配置され、且つ第3のN型半導体領域N3の第2の辺17と第4の辺19との角側に配置されている。なお、図7では、平面的に見て第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cが第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bを含むように形成されているが、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bと同一若しくは逆に第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bに含まれる形状に形成することもできる。
The third N-type semiconductor region N3 of FIGS. 6 and 7 has a first portion N3b ′ formed relatively shallow and a second portion N3c formed relatively deep. The first portion N3b ′ of the third N-type semiconductor region N3 has a relatively wide third interval W3 with respect to the first N-type semiconductor region N1, and extends from the other
第3のN型半導体領域N3の第2の分部N3cは第1の部分N3b´よりも第1のN型半導体領域N1に接近している。従って、第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cから第2のP型半導体領域P2に注入された電子は、第3のN型半導体領域N3の第1の部分N3b´から第2のP型半導体領域P2に注入された電子よりも容易に第1のN型半導体領域N1に入り込む。それに伴い、第2のP型半導体領域P2から正孔が第1のN型半導体領域N1に入り込む。従って、第2の部分N3cのトリガ感度は第1の部分N3b´のトリガ感度よりも高い。更に、実施例2においては第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bから第1のP型半導体領域P1に注入された電子の第1のN型半導体領域N1への入り込みに加えて、第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cから第2のP型半導体領域P2に注入された電子の第1のN型半導体領域N1への入り込みが生じる。従って、実施例2によれば、実施例1よりもトリガ感度の高い双方向サイリスタを提供することができる。また、トリガ感度の向上に寄与する第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cが誤動作の原因となる残存キャリアが存在している半導体基板1の中央部分から離れているので、トリガ感度が向上されているにも拘らず、主サイリスタの誤動作が増えない。即ち、トリガ感度を改善しても転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cの低下が発生しない又は少なくなり、トリガ感度と転流時臨界電圧上昇率(dv/dt)cとのトレードオフの関係を伴なわないで又は抑えてトリガ感度を向上することができる。
The second portion N3c of the third N-type semiconductor region N3 is closer to the first N-type semiconductor region N1 than the first portion N3b ′. Accordingly, electrons injected from the second portion N3c of the third N-type semiconductor region N3 into the second P-type semiconductor region P2 are second to second electrons from the first portion N3b ′ of the third N-type semiconductor region N3. It enters the first N-type semiconductor region N1 more easily than the electrons injected into the P-type semiconductor region P2. Along with this, holes enter the first N-type semiconductor region N1 from the second P-type semiconductor region P2. Accordingly, the trigger sensitivity of the second portion N3c is higher than the trigger sensitivity of the first portion N3b ′. Furthermore, in Example 2, in addition to the entry of electrons injected from the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 into the first P-type semiconductor region P1 into the first N-type semiconductor region N1. The electrons injected from the second portion N3c of the third N-type semiconductor region N3 into the second P-type semiconductor region P2 enter the first N-type semiconductor region N1. Therefore, according to the second embodiment, a bidirectional thyristor having a trigger sensitivity higher than that of the first embodiment can be provided. In addition, since the second portion N3c of the third N-type semiconductor region N3 that contributes to the improvement of the trigger sensitivity is away from the central portion of the
実施例2のゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50は、特許文献2のゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分と同様な機能を有するものであって、ゲ−トトリガ電流の無効分の低減に寄与する。このゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50はN型半導体領域から成り、半導体基板1の一方の主面2に露出するように第1のP型半導体領域P1の中の、ゲート電極Gと第1の主電極T1との間に配置され、第2のN型半導体領域N2から第1のP形型半導体領域P1によって分離されている。この実施例2のゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50は製造を簡略化するために第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bと同一の深さに形成されているが、この代りに無効分抑制部分50を第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bよりも深く形成すること、又は第1のN型半導体領域N1に至るように形成することもできる。
The reactive
ゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50は長方形の平面形状を有し、平面的に見て図2に示すように設けられる第1の主電極T1とゲ−ト電極Gとの間に配置されている。なお、無効分抑制部分50の平面形状を例えば円弧状又はコ字状等の別のパターンに変形できる。
The reactive
例えば、図2〜図5に示す実施例1の双方向サイリスタにおける、第1及び第4のモードにおいて、ゲート電極Gが第1のP型半導体領域P1に接触している部分から第2のN型半導体領域N2の下又は中を通って第1の主電極T1に向って流れるトリガ電流の有効成分Iaと、ゲート電極Gが第1のP型半導体領域P1に接触している部分からP型半導体領域P1の露出面(表面)を通って第1の主電極T1に向って流れるなど、第2のN型半導体領域N2の下又は中を通らずに第1の主電極T1に向って流れるトリガ電流の無効成分Ibが生じる。これに対して、図6〜7の本実施例2の双方向サイリスタでは、トリガ電流の無効成分Ibが流れる通路に無効分抑制成分50が設けられているので、トリガ電流の無効成分Ibが小さくなる。
For example, in the first and fourth modes in the bidirectional thyristor of the first embodiment shown in FIGS. 2 to 5, the second N is applied from the portion where the gate electrode G is in contact with the first P-type semiconductor region P <b> 1. The active component Ia of the trigger current flowing under or in the semiconductor region N2 toward the first main electrode T1 and the portion where the gate electrode G is in contact with the first P-type semiconductor region P1 It flows toward the first main electrode T1 without passing under or inside the second N-type semiconductor region N2, such as flowing toward the first main electrode T1 through the exposed surface (surface) of the semiconductor region P1. A reactive component Ib of the trigger current is generated. On the other hand, in the bidirectional thyristor of the second embodiment shown in FIGS. 6 to 7, the reactive
また、図2〜図5に示す実施例1の双方向サイリスタにおける、第2及び第3のモードにおいて、第1の主電極T1が第1のP型半導体領域P1に接触している部分から第4のN型半導体領域N4の下又は中を通ってゲート電極Gに向って流れるトリガ電流の有効成分Iaと、第1の主電極T1が第1のP型半導体領域P1に接触している部分からP型半導体領域P1の露出面(表面)を通ってゲート電極Gに向って流れるなど、第2のN型半導体領域N2の下又は中を通らずにゲート電極Gに向って流れるトリガ電流の無効成分Ibが生じる。これに対して、図6〜7の本実施例2の双方向サイリスタではトリガ電流の無効成分Ibが流れる通路に無効分抑制成分50が設けられているのでトリガ電流の無効成分Ibが小さくなる。
Further, in the second and third modes in the bidirectional thyristor of
本実施例2のゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50は、ゲ−トトリガ電流の無効成分Ibの低減に寄与し、トリガ感度の向上に寄与するが、転流時臨海電圧上昇率(dv/dt)cを悪化させない。従って、実施例2によれば、実施例1よりもトリガ感度の高い双方向サイリスタを提供することができる。即ち、残存キャリアに基づく誤動作を抑えながらトリガ感度を向上させることができる。
The gate trigger current reactive
図6及び図7のゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50を例えばシリコン酸化物等の絶縁物質で形成すること、又は半導体基板1に形成した孔に置き換えることもできる。また、図6及び図7のゲ−トトリガ電流の無効分抑制部分50を図2〜図5の双方向サイリスタに設けることもできる。
6 and 7 may be formed of an insulating material such as silicon oxide, or may be replaced with a hole formed in the
次に、図8を参照して実施例3の双方向サイリスタを説明する。但し、実施例3の双方向サイリスタは、図2〜図5の実施例1の双方向サイリスタのゲート電極Gの第4の辺44に切欠き部60を設け、この他は実施例1の双方向サイリスタと同一に構成したものであるので、図8において図2〜図5と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
Next, the bidirectional thyristor of
図8のゲート電極Gに設けられた切欠き部60は図2の四角形のゲート電極Gの左上(第4の辺44の一部)を切り取ることによって形成されている。図8の切欠き部60を有するゲート電極Gが第1のP型半導体領域P1に接触する面積は、図2の四角形のゲート電極Gが第1のP型半導体領域P1に接触する面積よりも小さい。また、図8の切欠き部60を有するゲート電極Gは、第4のN型半導体領域N4の第4及び第5の辺24,25の交点の近傍のみにおいて第1のP型半導体領域P1に接触している。従って、ゲート電極Gから第2のN型半導体領域N2の中又は下を通らずに第1のP型半導体領域P1を通って第1の主電極T1の第2の部分T1bの方向に流れるゲートトリガ電流の無効成分Ibを低減することができる。ゲ−トトリガ電流の無効成分Ibの低減すればトリガ感度が向上する。なお、切欠き部60は転流時臨海電圧上昇率(dv/dt)cを悪化させない。従って、実施例3によれば、残存キャリアに基づく誤動作を抑えながらトリガ感度を向上させることができる。
なお、ゲート電極Gの第4の辺44に設けた切欠き部60を凹部等に変形することができる。
The
Note that the
次に、図9を参照して実施例4の双方向サイリスタを説明する。但し、実施例4の双方向サイリスタは、図6の実施例2の双方向サイリスタの一部を変形し、この他は実施例2の双方向サイリスタと同一に構成したものであるので、図9において図6と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
Next, the bidirectional thyristor of
図9の実施例4の双方向サイリスタは、図6の第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bの領域に第1の部分N4aよりもN型不純物濃度が高い第2の部分N4b´を設け、且つ図6の第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3cの領域に第1の部分N3b´よりもN型不純物濃度が高い第2の部分N3c´を設け、この他は図6と同一に形成したものである。 The bidirectional thyristor of Example 4 in FIG. 9 includes a second portion N4b having a higher N-type impurity concentration than the first portion N4a in the second portion N4b region of the fourth N-type semiconductor region N4 in FIG. ′ And a second portion N3c ′ having a higher N-type impurity concentration than the first portion N3b ′ is provided in the region of the second portion N3c of the third N-type semiconductor region N3 in FIG. Is the same as FIG.
図9に示すように第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4b´のN型不純物濃度が第1の部分N4aよりも高いと、第2の部分N4b´から第1のP型半導体領域P1への少数キャリア(電子)の注入効率が第1の部分N4aよりも高くなり、トリガ感度が向上する。なお、トリガ感度の向上に寄与する第2の部分N4b´は、第2のN型半導体領域N2及び誤動作の原因となる残存キャリアが存在している半導体基板1の中央部分から離れているので、実施例1〜3と同様にトリガ感度が向上しているにも拘わらず残存キャリアに基づく誤動作が生じ難い。
As shown in FIG. 9, when the N-type impurity concentration of the second portion N4b ′ of the fourth N-type semiconductor region N4 is higher than that of the first portion N4a, the second P-type semiconductor starts from the second portion N4b ′. The efficiency of injecting minority carriers (electrons) into the region P1 is higher than that of the first portion N4a, and the trigger sensitivity is improved. The second portion N4b ′ that contributes to the improvement in trigger sensitivity is away from the second N-type semiconductor region N2 and the central portion of the
図9に示すように第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3c´のN型不純物濃度が第1の部分N3b´よりも高いと、第2の部分N3c´から第2のP型半導体領域P2への少数キャリア(電子)の注入効率が第1の部分N3b´よりも高くなり、トリガ感度が向上する。なお、トリガ感度の向上に寄与する第2の部分N3c´は、第2のN型半導体領域N2及び誤動作の原因となる残存キャリアが存在している半導体基板1の中央部分から離れているので、実施例1〜3と同様にトリガ感度が向上しているにも拘わらず残存キャリアに基づく誤動作が生じ難い。
As shown in FIG. 9, when the N-type impurity concentration of the second portion N3c ′ of the third N-type semiconductor region N3 is higher than that of the first portion N3b ′, the second portion N3c ′ to the second P-type The efficiency of injection of minority carriers (electrons) into the semiconductor region P2 is higher than that of the first portion N3b ′, and the trigger sensitivity is improved. The second portion N3c ′ that contributes to the improvement in trigger sensitivity is away from the second N-type semiconductor region N2 and the central portion of the
図9では第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4b´と第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3c´との両方のN型不純物濃度をそれぞれの第1の部分N4a、N3b´よりも高めたが、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4b´と第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3c´とのいずれか一方のみのN型不純物濃度を高めることもできる。
また、図9に示すように第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4b´のN型不純物濃度を第1の部分N4aよりも高める場合には、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4b´と第1のN型半導体領域N1との間隔W2を第4のN型半導体領域N4の第1の部分N4aと第1のN型半導体領域N1との間隔W1と同一にすることもできる。W2=W1であっても、第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4b´のN型不純物濃度が高められているので、トリガ感度が向上し、実施例1〜3と同様な効果を得ることができる。
また、同様に第3のN型半導体領域N3の第2の部分N3c´のN型不純物濃度を第1の部分N3b´よりも高める場合には、第3のN型半導体領域N3の第2の部分N4c´と第1のN型半導体領域N1との間隔W4を第3のN型半導体領域N3の第1の部分N3b´と第1のN型半導体領域N1との間隔W3と同一にすることもできる。W4=W3であっても、第3のN型半導体領域N3の第2の部分N4c´のN型不純物濃度が高められているので、トリガ感度が向上し、実施例1〜3と同様な効果を得ることができる
In FIG. 9, the N-type impurity concentrations of both the second portion N4b ′ of the fourth N-type semiconductor region N4 and the second portion N3c ′ of the third N-type semiconductor region N3 are set to the respective first portions N4a. N3b ′, which is higher than N3b ′, but only in one of the second portion N4b ′ of the fourth N-type semiconductor region N4 and the second portion N3c ′ of the third N-type semiconductor region N3 The concentration can also be increased.
As shown in FIG. 9, when the N-type impurity concentration of the second portion N4b ′ of the fourth N-type semiconductor region N4 is higher than that of the first portion N4a, the fourth N-type semiconductor region N4 The interval W2 between the second portion N4b ′ and the first N-type semiconductor region N1 is the same as the interval W1 between the first portion N4a of the fourth N-type semiconductor region N4 and the first N-type semiconductor region N1. You can also Even when W2 = W1, since the N-type impurity concentration of the second portion N4b ′ of the fourth N-type semiconductor region N4 is increased, the trigger sensitivity is improved and the same effects as in the first to third embodiments are achieved. Can be obtained.
Similarly, when the N-type impurity concentration of the second portion N3c ′ of the third N-type semiconductor region N3 is made higher than that of the first portion N3b ′, the second N-type semiconductor region N3 second The interval W4 between the portion N4c ′ and the first N-type semiconductor region N1 is made equal to the interval W3 between the first portion N3b ′ of the third N-type semiconductor region N3 and the first N-type semiconductor region N1. You can also. Even if W4 = W3, since the N-type impurity concentration of the second portion N4c ′ of the third N-type semiconductor region N3 is increased, the trigger sensitivity is improved, and the same effects as in the first to third embodiments are achieved. Can get
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) 各実施例ではN型不純物の拡散の深さを変えることによって第4のN型半導体領域N4の第2の部分N4bを設けたが、この代わりに半導体基板1の一方の主面2の第2の部分N4bに対応する部分に予め双方向サイリスタの縦方向(垂直方向)に延びる凹部を設け、この凹部を通してN型不純物を拡散することによって第2の部分N4bを形成し、第1の間隔W1よりも狭い第2の間隔W2を得ることができる。
(2) 平面的に見て多数の孔8を有し全体としてメッシュ状に形成された第2のN型半導体領域N2を、平面的に見て格子状又は櫛歯状に変形することができる。また、第2のN型半導体領域N2から孔8を省くこともできる。
(3) 各半導体領域N1、N2、N3、N4、P1、P2、及び第1及び第2の主電極T1,T2、ゲート電極Gのパタ−ンを任意に変形することができる。
(4)図3に示すように第4のN型半導体領域N4と第1のN型半導体領域N1との間隔を階段状に変化させる代わりに、この間隔を第2のN型半導体領域N2から離れるに従って徐々に連続又は段階的に小さくすることができる。同様に図6に示すように第3のN型半導体領域N3と第1のN型半導体領域N1との間隔を階段状に変化させる代わりに、この間隔を第2のN型半導体領域N2から離れるに従って徐々に連続又は段階的に小さくすることができる。同様に図9に示すように第4のN型半導体領域N4及び/又は第3のN型半導体領域N3の不純物濃度を連続的又は段階的に高めることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) In each embodiment, the second portion N4b of the fourth N-type semiconductor region N4 is provided by changing the diffusion depth of the N-type impurity. Instead, one
(2) The second N-type semiconductor region N2 having a large number of
(3) The patterns of the semiconductor regions N1, N2, N3, N4, P1, P2, and the first and second main electrodes T1, T2 and the gate electrode G can be arbitrarily modified.
(4) Instead of changing the interval between the fourth N-type semiconductor region N4 and the first N-type semiconductor region N1 stepwise as shown in FIG. 3, the interval is changed from the second N-type semiconductor region N2. The distance can be gradually reduced continuously or stepwise as the distance increases. Similarly, instead of changing the interval between the third N-type semiconductor region N3 and the first N-type semiconductor region N1 stepwise as shown in FIG. 6, this interval is separated from the second N-type semiconductor region N2. Can be gradually reduced continuously or stepwise. Similarly, as shown in FIG. 9, the impurity concentration of the fourth N-type semiconductor region N4 and / or the third N-type semiconductor region N3 can be increased continuously or stepwise.
1 半導体基板
T1 第1の主電極
T2 第2の主電極
G ゲ−ト電極
N1 第1のN型半導体領域(第1の半導体領域)
P1 第1のP型半導体領域(第2の半導体領域)
P2 第2のP型半導体領域(第3の半導体領域)
N2 第2のN型半導体領域(第4の半導体領域)
N3 第3のN型半導体領域(第5の半導体領域)
N4 第4のN型半導体領域(第6の半導体領域)
N4a 第1の部分
N4b 第2の部分
1 semiconductor substrate T1 first main electrode T2 second main electrode G gate electrode N1 first N-type semiconductor region (first semiconductor region)
P1 First P-type semiconductor region (second semiconductor region)
P2 Second P-type semiconductor region (third semiconductor region)
N2 Second N-type semiconductor region (fourth semiconductor region)
N3 Third N-type semiconductor region (fifth semiconductor region)
N4 Fourth N-type semiconductor region (sixth semiconductor region)
N4a first part N4b second part
Claims (7)
前記半導体基板(1)が、第1の導電型の第1の半導体領域(N1)と、前記第1の半導体領域(N1)の一方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体領域(P1)と、前記第1の半導体領域(N1)の他方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第2の導電型の第3の半導体領域(P2)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(12)に露出する部分を有している第1の導電型の第4の半導体領域(N2)と、前記第3の半導体領域(P2)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第1の導電型の第5の半導体領域(N3)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型の第6の半導体領域(N4)とを有し、
前記第1の主電極(T1)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第4の半導体領域(N2)との両方に接続され、
前記第2の主電極(T2)が前記第3の半導体領域(P2)と前記第5の半導体領域(N3)との両方に接続され、
前記ゲート電極(G)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第6の半導体領域(N4)との両方に接続されている双方向サイリスタにおいて、
前記第6の半導体領域(N4)が、前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W1)を有している第1の部分(N4a)と、前記第1の半導体領域(N1)に対して前記第1の間隔(W1)よりも小さい第2の間隔(W2)を有している第2の部分(N4b)とを備え、
前記半導体基板(1)の一方の表面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第6の半導体領域(N4)の前記第2の部分(N4b)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L2)が前記第6の半導体領域(N4)の前記第1の部分(N4a)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L1)よりも大きく決定されていることを特徴とする双方向サイリスタ。 A semiconductor substrate (1), a first main electrode (T1) and a gate electrode (G) provided on one main surface (2) of the semiconductor substrate (1), and the other of the semiconductor substrate (1) A second main electrode (T2) provided on the main surface (3) of
The semiconductor substrate (1) is arranged adjacent to a first semiconductor region (N1) of a first conductivity type and one main surface side of the first semiconductor region (N1), and the semiconductor substrate (1) Of the second conductivity type opposite to the first conductivity type having a portion exposed on the one main surface (2) of the second semiconductor region (P1), and the first semiconductor region (N1) ) Adjacent to the other main surface side and having a portion exposed to the other main surface (3) of the semiconductor substrate (1), a third semiconductor region (P2) of the second conductivity type And a fourth semiconductor of the first conductivity type having a portion that is disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) and exposed to the one main surface (12) of the semiconductor substrate (1). A region (N2) and the other main surface of the semiconductor substrate (1) disposed adjacent to the third semiconductor region (P2) 3) a first conductivity type fifth semiconductor region (N3) having a portion exposed to 3), and the one of the semiconductor substrates (1) disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) A sixth semiconductor region (N4) of the first conductivity type having a portion exposed to the main surface (2) of
The first main electrode (T1) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the fourth semiconductor region (N2);
The second main electrode (T2) is connected to both the third semiconductor region (P2) and the fifth semiconductor region (N3);
In the bidirectional thyristor in which the gate electrode (G) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the sixth semiconductor region (N4),
The sixth semiconductor region (N4) has a first portion (N4a) having a first interval (W1) with respect to the first semiconductor region (N1), and the first semiconductor region A second portion (N4b) having a second interval (W2) smaller than the first interval (W1) with respect to (N1),
The second portion (N4b) of the sixth semiconductor region (N4) and the fourth semiconductor region (N2) when viewed from a direction perpendicular to one surface (2) of the semiconductor substrate (1). ) Is shorter than the shortest distance (L1) between the first portion (N4a) of the sixth semiconductor region (N4) and the fourth semiconductor region (N2). A bi-directional thyristor characterized by being largely determined.
前記半導体基板(1)の一方の主面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第5の半導体領域(N3)の前記第2の部分(N3c)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L4)が前記第5の半導体領域(N3)の前記第1の部分(N3b´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L3)よりも大きく決定されていることを特徴とする請求項1記載の双方向サイリスタ。 A first portion (N3b ′) in which the fifth semiconductor region (N3) has a third interval (W3) with respect to the first semiconductor region (N1); and the first semiconductor The region (N1) has a fourth interval (W4) smaller than the third interval (W3) and faces the second portion (N4b) of the sixth semiconductor region (N4). A second portion (N3c) disposed in the
The second portion (N3c) and the fourth semiconductor region (N3c) of the fifth semiconductor region (N3) when viewed from a direction perpendicular to one main surface (2) of the semiconductor substrate (1). N2) is the shortest distance (L3) between the first portion (N3b ′) of the fifth semiconductor region (N3) and the fourth semiconductor region (N2). The bidirectional thyristor according to claim 1, wherein the bidirectional thyristor is determined to be larger than.
前記半導体基板(1)が、第1の導電型の第1の半導体領域(N1)と、前記第1の半導体領域(N1)の一方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体領域(P1)と、前記第1の半導体領域(N1)の他方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第2の導電型の第3の半導体領域(P2)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(12)に露出する部分を有している第1の導電型の第4の半導体領域(N2)と、前記第3の半導体領域(P2)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第1の導電型の第5の半導体領域(N3)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型の第6の半導体領域(N4)とを有し、
前記第1の主電極(T1)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第4の半導体領域(N2)との両方に接続され、
前記第2の主電極(T2)が前記第3の半導体領域(P2)と前記第5の半導体領域(N3)との両方に接続され、
前記ゲート電極(G)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第6の半導体領域(N4)との両方に接続されている双方向サイリスタにおいて、
前記第5の半導体領域(N3)が、前記第6の半導体領域(N4)に対向していると共に前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W3)を有して対向している第1の部分(N3b´)と、前記第6の半導体領域(N4)に対向していると共に前記第1の半導体領域(N1)に対して第1の間隔(W3)よりも小さい第2の間隔(W4)を有して対向している第2の部分(N3c)とを備え、
前記半導体基板(1)の一方の表面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第5の半導体領域(N3)の前記第2の部分(N3c)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L4)が前記第5の半導体領域(N3)の前記第1の部分(N3b´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L3)よりも大きく決定されていることを特徴とする双方向サイリスタ。 A semiconductor substrate (1), a first main electrode (T1) and a gate electrode (G) provided on one main surface (2) of the semiconductor substrate (1), and the other of the semiconductor substrate (1) A second main electrode (T2) provided on the main surface (3) of
The semiconductor substrate (1) is arranged adjacent to a first semiconductor region (N1) of a first conductivity type and one main surface side of the first semiconductor region (N1), and the semiconductor substrate (1) Of the second conductivity type opposite to the first conductivity type having a portion exposed on the one main surface (2) of the second semiconductor region (P1), and the first semiconductor region (N1) ) Adjacent to the other main surface side and having a portion exposed to the other main surface (3) of the semiconductor substrate (1), a third semiconductor region (P2) of the second conductivity type And a fourth semiconductor of the first conductivity type having a portion that is disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) and exposed to the one main surface (12) of the semiconductor substrate (1). A region (N2) and the other main surface of the semiconductor substrate (1) disposed adjacent to the third semiconductor region (P2) 3) a first conductivity type fifth semiconductor region (N3) having a portion exposed to 3), and the one of the semiconductor substrates (1) disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) A sixth semiconductor region (N4) of the first conductivity type having a portion exposed to the main surface (2) of
The first main electrode (T1) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the fourth semiconductor region (N2);
The second main electrode (T2) is connected to both the third semiconductor region (P2) and the fifth semiconductor region (N3);
In the bidirectional thyristor in which the gate electrode (G) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the sixth semiconductor region (N4),
The fifth semiconductor region (N3) is opposed to the sixth semiconductor region (N4) and opposed to the first semiconductor region (N1) with a first interval (W3). The first portion (N3b ') facing the sixth semiconductor region (N4) and smaller than the first interval (W3) with respect to the first semiconductor region (N1) A second portion (N3c) facing each other with a second interval (W4),
The second portion (N3c) of the fifth semiconductor region (N3) and the fourth semiconductor region (N2) when viewed from a direction perpendicular to one surface (2) of the semiconductor substrate (1). ) Is shorter than the shortest distance (L3) between the first portion (N3b ′) of the fifth semiconductor region (N3) and the fourth semiconductor region (N2). Is a bi-directional thyristor that has been determined to be greatly determined.
前記半導体基板(1)が、第1の導電型の第1の半導体領域(N1)と、前記第1の半導体領域(N1)の一方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体領域(P1)と、前記第1の半導体領域(N1)の他方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第2の導電型の第3の半導体領域(P2)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(12)に露出する部分を有している第1の導電型の第4の半導体領域(N2)と、前記第3の半導体領域(P2)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第1の導電型の第5の半導体領域(N3)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型の第6の半導体領域(N4)とを有し、
前記第1の主電極(T1)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第4の半導体領域(N2)との両方に接続され、
前記第2の主電極(T2)が前記第3の半導体領域(P2)と前記第5の半導体領域(N3)との両方に接続され、
前記ゲート電極(G)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第6の半導体領域(N4)との両方に接続されている双方向サイリスタにおいて、
前記第6の半導体領域(N4)が、第1の不純物濃度を有している第1の部分(N4a´)と、前記第1の不純物濃度よりも高い第2の不純物濃度を有している第2の部分(N4b´)とを備え、
前記半導体基板(1)の一方の表面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第6の半導体領域(N4)の前記第2の部分(N4b´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L2)が前記第6の半導体領域(N4)の前記第1の部分(N4a´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L1)よりも大きく決定されていることを特徴とする双方向サイリスタ。 A semiconductor substrate (1), a first main electrode (T1) and a gate electrode (G) provided on one main surface (2) of the semiconductor substrate (1), and the other of the semiconductor substrate (1) A second main electrode (T2) provided on the main surface (3) of
The semiconductor substrate (1) is arranged adjacent to a first semiconductor region (N1) of a first conductivity type and one main surface side of the first semiconductor region (N1), and the semiconductor substrate (1) Of the second conductivity type opposite to the first conductivity type having a portion exposed on the one main surface (2) of the second semiconductor region (P1), and the first semiconductor region (N1) ) Adjacent to the other main surface side and having a portion exposed to the other main surface (3) of the semiconductor substrate (1), a third semiconductor region (P2) of the second conductivity type And a fourth semiconductor of the first conductivity type having a portion that is disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) and exposed to the one main surface (12) of the semiconductor substrate (1). A region (N2) and the other main surface of the semiconductor substrate (1) disposed adjacent to the third semiconductor region (P2) 3) a first conductivity type fifth semiconductor region (N3) having a portion exposed to 3), and the one of the semiconductor substrates (1) disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) A sixth semiconductor region (N4) of the first conductivity type having a portion exposed to the main surface (2) of
The first main electrode (T1) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the fourth semiconductor region (N2);
The second main electrode (T2) is connected to both the third semiconductor region (P2) and the fifth semiconductor region (N3);
In the bidirectional thyristor in which the gate electrode (G) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the sixth semiconductor region (N4),
The sixth semiconductor region (N4) has a first portion (N4a ′) having a first impurity concentration and a second impurity concentration higher than the first impurity concentration. A second portion (N4b ′),
The second portion (N4b ′) of the sixth semiconductor region (N4) and the fourth semiconductor region (the fourth semiconductor region (N4)) when viewed from a direction perpendicular to one surface (2) of the semiconductor substrate (1). N2) is the shortest distance (L1) between the first portion (N4a ′) of the sixth semiconductor region (N4) and the fourth semiconductor region (N2). A bidirectional thyristor characterized in that it is determined to be larger.
前記半導体基板(1)が、第1の導電型の第1の半導体領域(N1)と、前記第1の半導体領域(N1)の一方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体領域(P1)と、前記第1の半導体領域(N1)の他方の主面側に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第2の導電型の第3の半導体領域(P2)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(12)に露出する部分を有している第1の導電型の第4の半導体領域(N2)と、前記第3の半導体領域(P2)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記他方の主面(3)に露出する部分を有している第1の導電型の第5の半導体領域(N3)と、前記第2の半導体領域(P1)に隣接配置され且つ前記半導体基板(1)の前記一方の主面(2)に露出する部分を有している第1の導電型の第6の半導体領域(N4)とを有し、
前記第1の主電極(T1)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第4の半導体領域(N2)との両方に接続され、
前記第2の主電極(T2)が前記第3の半導体領域(P2)と前記第5の半導体領域(N3)との両方に接続され、
前記ゲート電極(G)が前記第2の半導体領域(P1)と前記第6の半導体領域(N4)との両方に接続されている双方向サイリスタにおいて、
前記第5の半導体領域(N3)が、、第1の不純物濃度を有している第1の部分(N3b´)と、前記第1の不純物濃度よりも高い第2の不純物濃度を有している第2の部分(N3c´)とを備え、
前記半導体基板(1)の一方の表面(2)に対して垂直な方向から見て、前記第5の半導体領域(N3)の前記第2の部分(N3c´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L4)が前記第5の半導体領域(N3)の前記第1の部分(N3b´)と前記第4の半導体領域(N2)との間の最短距離(L3)よりも大きく決定されていることを特徴とする双方向サイリスタ。 A semiconductor substrate (1), a first main electrode (T1) and a gate electrode (G) provided on one main surface (2) of the semiconductor substrate (1), and the other of the semiconductor substrate (1) A second main electrode (T2) provided on the main surface (3) of
The semiconductor substrate (1) is arranged adjacent to a first semiconductor region (N1) of a first conductivity type and one main surface side of the first semiconductor region (N1), and the semiconductor substrate (1) Of the second conductivity type opposite to the first conductivity type having a portion exposed on the one main surface (2) of the second semiconductor region (P1), and the first semiconductor region (N1) ) Adjacent to the other main surface side and having a portion exposed to the other main surface (3) of the semiconductor substrate (1), a third semiconductor region (P2) of the second conductivity type And a fourth semiconductor of the first conductivity type having a portion that is disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) and exposed to the one main surface (12) of the semiconductor substrate (1). A region (N2) and the other main surface of the semiconductor substrate (1) disposed adjacent to the third semiconductor region (P2) 3) a first conductivity type fifth semiconductor region (N3) having a portion exposed to 3), and the one of the semiconductor substrates (1) disposed adjacent to the second semiconductor region (P1) A sixth semiconductor region (N4) of the first conductivity type having a portion exposed to the main surface (2) of
The first main electrode (T1) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the fourth semiconductor region (N2);
The second main electrode (T2) is connected to both the third semiconductor region (P2) and the fifth semiconductor region (N3);
In the bidirectional thyristor in which the gate electrode (G) is connected to both the second semiconductor region (P1) and the sixth semiconductor region (N4),
The fifth semiconductor region (N3) has a first portion (N3b ′) having a first impurity concentration and a second impurity concentration higher than the first impurity concentration. A second part (N3c ′)
The second portion (N3c ′) and the fourth semiconductor region (N3c ′) of the fifth semiconductor region (N3) when viewed from a direction perpendicular to one surface (2) of the semiconductor substrate (1). N2) is the shortest distance (L3) between the first portion (N3b ′) of the fifth semiconductor region (N3) and the fourth semiconductor region (N2). A bidirectional thyristor characterized in that it is determined to be larger.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006167172A JP2007335713A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Bidirectional thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006167172A JP2007335713A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Bidirectional thyristor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007335713A true JP2007335713A (en) | 2007-12-27 |
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JP2006167172A Pending JP2007335713A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Bidirectional thyristor |
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JP (1) | JP2007335713A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009206193A (en) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | Triac |
-
2006
- 2006-06-16 JP JP2006167172A patent/JP2007335713A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009206193A (en) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | Triac |
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