JP3110094B2 - 絶縁ゲート型サイリスタ - Google Patents
絶縁ゲート型サイリスタInfo
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- JP3110094B2 JP3110094B2 JP03232920A JP23292091A JP3110094B2 JP 3110094 B2 JP3110094 B2 JP 3110094B2 JP 03232920 A JP03232920 A JP 03232920A JP 23292091 A JP23292091 A JP 23292091A JP 3110094 B2 JP3110094 B2 JP 3110094B2
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- Japan
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲート電極により
ターンオフする絶縁ゲート型サイリスタに関する。
ターンオフする絶縁ゲート型サイリスタに関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁ゲート型サイリスタの一つに、カソ
ード・エミッタ層とカソード電極の間にMOSFETを
挿入した構造のものが提案されている(B.J.Balig
a ,Proceeding of 1990 International Symposium
on Power SemiconductorDevices &ICs p117
-121参照)。この絶縁ゲート型サイリスタは、EST
(Emitter Switched Thyrister)と呼ばれる。
ード・エミッタ層とカソード電極の間にMOSFETを
挿入した構造のものが提案されている(B.J.Balig
a ,Proceeding of 1990 International Symposium
on Power SemiconductorDevices &ICs p117
-121参照)。この絶縁ゲート型サイリスタは、EST
(Emitter Switched Thyrister)と呼ばれる。
【0003】図10(a) (b) は、そのESTの要部構造
を示すカソード側レイアウトとそのA−A′断面図であ
る。p型ベース層2の表面にn型エミッタ層5が形成さ
れ、これに隣接してn型ソース層6が形成されている。
これらn型エミッタ層5とn型ソース層6の間にはゲー
ト絶縁膜7を介してゲート電極8が形成されて、MOS
FETが構成されている。カソード電極9は、n型エミ
ッタ層5にはコンタクトせず、n型ソース層6にコンタ
クトさせて設けられている。n型ソース層6の下には、
ターンオフ時の寄生サイリスタ動作を防止するために高
濃度のp型層11が拡散形成されていて、カソード電極
9はn型ソース層6と同時にこのp型層11にもコンタ
クトさせている。
を示すカソード側レイアウトとそのA−A′断面図であ
る。p型ベース層2の表面にn型エミッタ層5が形成さ
れ、これに隣接してn型ソース層6が形成されている。
これらn型エミッタ層5とn型ソース層6の間にはゲー
ト絶縁膜7を介してゲート電極8が形成されて、MOS
FETが構成されている。カソード電極9は、n型エミ
ッタ層5にはコンタクトせず、n型ソース層6にコンタ
クトさせて設けられている。n型ソース層6の下には、
ターンオフ時の寄生サイリスタ動作を防止するために高
濃度のp型層11が拡散形成されていて、カソード電極
9はn型ソース層6と同時にこのp型層11にもコンタ
クトさせている。
【0004】このサイリスタのターンオンは、ゲート電
極8にカソードに対して正の電圧を印加してMOSFE
Tをオンすることにより行われる。これによってn型エ
ミッタ層5は、ゲート電極8下のn型チャネルおよびn
型ソース層6を介してカソード電極9と接続される。タ
ーンオフは、MOSFETをオフして、n型エミッタ層
5をカソード電極9から分離することで行われる。
極8にカソードに対して正の電圧を印加してMOSFE
Tをオンすることにより行われる。これによってn型エ
ミッタ層5は、ゲート電極8下のn型チャネルおよびn
型ソース層6を介してカソード電極9と接続される。タ
ーンオフは、MOSFETをオフして、n型エミッタ層
5をカソード電極9から分離することで行われる。
【0005】このように図10に示す従来構造では、タ
ーンオフはオン時の電流経路をMOSFETにより遮断
することのみにより行われる。したがって素子内の過剰
少数キャリアは外部回路に積極的に吸い出されることが
なく、再結合電流や拡散電流として消費される以外にな
いため、ターンオフ能力が低いという難点がある。
ーンオフはオン時の電流経路をMOSFETにより遮断
することのみにより行われる。したがって素子内の過剰
少数キャリアは外部回路に積極的に吸い出されることが
なく、再結合電流や拡散電流として消費される以外にな
いため、ターンオフ能力が低いという難点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のE
STと称される絶縁ゲート型サイリスタはターンオフ能
力が低いという問題があった。本発明は上記の点に鑑み
なされたもので、ターンオフ能力の増大を図った絶縁ゲ
ート型サイリスタを提供することを目的とする。
STと称される絶縁ゲート型サイリスタはターンオフ能
力が低いという問題があった。本発明は上記の点に鑑み
なされたもので、ターンオフ能力の増大を図った絶縁ゲ
ート型サイリスタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、高抵抗の第1
導電型ベース層,この第1導電型ベース層の表面に形成
された第2導電型ベース層,この第2導電型ベース層の
表面に形成された第1導電型エミッタ層,および第1導
電型ベース層に第2導電型ベース層とは離れて形成され
た第2導電型エミッタ層からなるpnpn構造を有し、
第2導電型ベース層の表面には第1導電型エミッタ層と
隣接して第1導電型ソース層が形成され、第2導電型ベ
ース層の第1導電型エミッタ層と第1導電型ソース層に
より挟まれた領域に絶縁ゲート電極が形成され、かつ第
1導電型ソース層に第1の主電極が、第2導電型エミッ
タ層に第2の主電極が形成された絶縁ゲート型サイリス
タにおいて、第1の主電極は第1導電型ソース層のみに
コンタクトして設けられ、これとは別に第2導電型ベー
ス層に制御電極が設けられていることを特徴とする。
導電型ベース層,この第1導電型ベース層の表面に形成
された第2導電型ベース層,この第2導電型ベース層の
表面に形成された第1導電型エミッタ層,および第1導
電型ベース層に第2導電型ベース層とは離れて形成され
た第2導電型エミッタ層からなるpnpn構造を有し、
第2導電型ベース層の表面には第1導電型エミッタ層と
隣接して第1導電型ソース層が形成され、第2導電型ベ
ース層の第1導電型エミッタ層と第1導電型ソース層に
より挟まれた領域に絶縁ゲート電極が形成され、かつ第
1導電型ソース層に第1の主電極が、第2導電型エミッ
タ層に第2の主電極が形成された絶縁ゲート型サイリス
タにおいて、第1の主電極は第1導電型ソース層のみに
コンタクトして設けられ、これとは別に第2導電型ベー
ス層に制御電極が設けられていることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明によれば、ターンオフ時、制御電極に所
定のバイアスを印加することによって、素子内部の過剰
少数キャリアを強制的に外部に排出することができ、し
たがってターンオフ能力の高い絶縁ゲート型サイリスタ
が得られる。
定のバイアスを印加することによって、素子内部の過剰
少数キャリアを強制的に外部に排出することができ、し
たがってターンオフ能力の高い絶縁ゲート型サイリスタ
が得られる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。以下の実施例ではすべて、第1導電型をn
型,第2導電型をp型とするが、これを逆にすることも
できる。
説明する。以下の実施例ではすべて、第1導電型をn
型,第2導電型をp型とするが、これを逆にすることも
できる。
【0010】図1は、本発明の一実施例に係る絶縁ゲー
ト型サイリスタの要部構造を示すカソード側レイアウト
とそのA−A′断面図である。高抵抗のn型ベース層1
の一方の面にp型ベース層2が形成され、他方の面にn
型バッファ層3を介してp型エミッタ層4が形成されて
いる。p型ベース層2の表面部にはn型エミッタ層5が
拡散形成され、さらにこのn型エミッタ層5に隣接して
n型ソース層6が拡散形成されている。n型エミッタ層
5とn型ソース層6により挟まれた領域のp型ベース層
2上には、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が形成
されて、nチャネルMOSFETが構成されている。
ト型サイリスタの要部構造を示すカソード側レイアウト
とそのA−A′断面図である。高抵抗のn型ベース層1
の一方の面にp型ベース層2が形成され、他方の面にn
型バッファ層3を介してp型エミッタ層4が形成されて
いる。p型ベース層2の表面部にはn型エミッタ層5が
拡散形成され、さらにこのn型エミッタ層5に隣接して
n型ソース層6が拡散形成されている。n型エミッタ層
5とn型ソース層6により挟まれた領域のp型ベース層
2上には、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が形成
されて、nチャネルMOSFETが構成されている。
【0011】各拡散層およびゲート電極が形成されたカ
ソード側表面は酸化膜12で覆われ、これにコンタクト
孔が開けられて、n型ソース層6にコンタクトするカソ
ード電極9、およびp型ベース層2にコンタクトする制
御電極13が互いに分離されて形成されている。なおp
型ベース層2のn型ソース層6の下および制御電極13
が形成される部分には、高濃度のp型層11が形成され
ている。裏面のp型エミッタ層4にはアノード電極10
が形成されている。
ソード側表面は酸化膜12で覆われ、これにコンタクト
孔が開けられて、n型ソース層6にコンタクトするカソ
ード電極9、およびp型ベース層2にコンタクトする制
御電極13が互いに分離されて形成されている。なおp
型ベース層2のn型ソース層6の下および制御電極13
が形成される部分には、高濃度のp型層11が形成され
ている。裏面のp型エミッタ層4にはアノード電極10
が形成されている。
【0012】この様に構成された絶縁ゲートサイリスタ
の動作を、図2を用いて説明する。図2のVG はゲート
電極8の印加電圧、VB は制御電極13の印加電圧であ
り、IB はベース電流である。ターンオン時は、ゲート
電極8にカソードに対して正の電圧を印加する。これに
より、MOSFETが導通してn型ソース層6とn型エ
ミッタ層5が短絡される。この実施例では更にこのゲー
ト電圧印加に僅かに遅れて、制御電極13に正の電圧を
印加してベース電流を供給する。これにより、高速のタ
ーンオンができる。
の動作を、図2を用いて説明する。図2のVG はゲート
電極8の印加電圧、VB は制御電極13の印加電圧であ
り、IB はベース電流である。ターンオン時は、ゲート
電極8にカソードに対して正の電圧を印加する。これに
より、MOSFETが導通してn型ソース層6とn型エ
ミッタ層5が短絡される。この実施例では更にこのゲー
ト電圧印加に僅かに遅れて、制御電極13に正の電圧を
印加してベース電流を供給する。これにより、高速のタ
ーンオンができる。
【0013】ターンオフ時は、ゲート電極8のバイアス
を切る前に、制御電極13に負の電圧を印加してベース
電流をある程度引き抜いた後、ゲート電極8を零にして
MOSFETをオフし、更にベース電流を引き抜きづけ
ることにより高速ターンオフが可能になる。
を切る前に、制御電極13に負の電圧を印加してベース
電流をある程度引き抜いた後、ゲート電極8を零にして
MOSFETをオフし、更にベース電流を引き抜きづけ
ることにより高速ターンオフが可能になる。
【0014】このようにこの実施例では、MOSFET
による電圧駆動に加えて、p型ベース層に直接形成され
た制御電極による電流駆動を組み合わせて、ターンオン
およびターンオフができる。したがって、ターンオフ能
力を改善できるのみならず、高速ターンオン動作も可能
になる。
による電圧駆動に加えて、p型ベース層に直接形成され
た制御電極による電流駆動を組み合わせて、ターンオン
およびターンオフができる。したがって、ターンオフ能
力を改善できるのみならず、高速ターンオン動作も可能
になる。
【0015】図3は本発明のより具体的な実施例のカソ
ード側レイアウトであり、図4および図5はそれぞれ図
3のA−A′およびB−B′断面図である。先の実施例
と対応する部分には先の実施例と同一符号を付して詳細
な説明は省略する。この実施例では、ゲート電極8がス
トライプ状パターンをなして複数本配設され、これと交
差するように制御電極13がストライプ状パターンをな
して複数本配設されている。これらゲート電極8と制御
電極13により囲まれた領域に、矩形パターンをなすn
型エミッタ層5とn型ソース層6とが制御電極13の長
手方向に沿って交互に配列形成されている。すなわち、
矩形のn型エミッタ層5の相対向する二対の辺のうち、
一対の辺に隣接してMOSFETが形成され、他の一対
の辺に隣接して制御電極13が形成されている。制御電
極13のp型ベース層2とのコンタクト部15は、n型
エミッタ層5の相対向する二辺に隣接する位置に配置さ
れている。
ード側レイアウトであり、図4および図5はそれぞれ図
3のA−A′およびB−B′断面図である。先の実施例
と対応する部分には先の実施例と同一符号を付して詳細
な説明は省略する。この実施例では、ゲート電極8がス
トライプ状パターンをなして複数本配設され、これと交
差するように制御電極13がストライプ状パターンをな
して複数本配設されている。これらゲート電極8と制御
電極13により囲まれた領域に、矩形パターンをなすn
型エミッタ層5とn型ソース層6とが制御電極13の長
手方向に沿って交互に配列形成されている。すなわち、
矩形のn型エミッタ層5の相対向する二対の辺のうち、
一対の辺に隣接してMOSFETが形成され、他の一対
の辺に隣接して制御電極13が形成されている。制御電
極13のp型ベース層2とのコンタクト部15は、n型
エミッタ層5の相対向する二辺に隣接する位置に配置さ
れている。
【0016】カソード電極9は、第1層電極91 と第2
層電極92 の二層構造になっている。第1層電極91
は、各制御電極13の間に制御電極13と並行して走る
ように形成されている。この第1層電極91 は酸化膜1
2に開けられたコンタクト孔を介してn型ソース層6に
接続されている。そして制御電極13が酸化膜14で覆
われた状態で、第2層電極92 (図3では省略されてい
る)が複数本の第1層電極91 を連結するように全面に
配設されている。
層電極92 の二層構造になっている。第1層電極91
は、各制御電極13の間に制御電極13と並行して走る
ように形成されている。この第1層電極91 は酸化膜1
2に開けられたコンタクト孔を介してn型ソース層6に
接続されている。そして制御電極13が酸化膜14で覆
われた状態で、第2層電極92 (図3では省略されてい
る)が複数本の第1層電極91 を連結するように全面に
配設されている。
【0017】この実施例によれば、矩形のn型エミッタ
層5の二辺に接してMOSFETのチャネルが形成さ
れ、十分なチャネル幅を確保することができる。これに
より、低いオン抵抗と高速のターンオン特性を得ること
ができる。また矩形のn型エミッタ層の残りに二辺に隣
接して制御電極13のコンタクト部15が配置れるた
め、ターンオフ時の過剰キャリアの排出が効率的に行わ
れ、高いターンオフ能力が得られる。本発明はさらに種
々変形して実施することができる。図1(b) の断面に対
応させて、図6〜図9に他の実施例の断面構造を示す。
層5の二辺に接してMOSFETのチャネルが形成さ
れ、十分なチャネル幅を確保することができる。これに
より、低いオン抵抗と高速のターンオン特性を得ること
ができる。また矩形のn型エミッタ層の残りに二辺に隣
接して制御電極13のコンタクト部15が配置れるた
め、ターンオフ時の過剰キャリアの排出が効率的に行わ
れ、高いターンオフ能力が得られる。本発明はさらに種
々変形して実施することができる。図1(b) の断面に対
応させて、図6〜図9に他の実施例の断面構造を示す。
【0018】図6は、高濃度p型層11をn型ソース層
6に直接接しないように形成した実施例である。これに
より、p型ベース層2とn型ソース層6間のpn接合耐
圧が上り、制御電極13によってp型ベース層2にn型
エミッタ層5に対する大きな逆バイアスを印加すること
ができる。これにより、効率良く過剰少数キャリアを排
出することができ、一層高いターンオフ能力が得られ
る。
6に直接接しないように形成した実施例である。これに
より、p型ベース層2とn型ソース層6間のpn接合耐
圧が上り、制御電極13によってp型ベース層2にn型
エミッタ層5に対する大きな逆バイアスを印加すること
ができる。これにより、効率良く過剰少数キャリアを排
出することができ、一層高いターンオフ能力が得られ
る。
【0019】図7は、高濃度p型層11とn型ソース層
6の接合終端部をエッチングして溝16を形成すること
により、耐圧向上を図った実施例である。これによって
も、図6の実施例と同様の効果が得られる。
6の接合終端部をエッチングして溝16を形成すること
により、耐圧向上を図った実施例である。これによって
も、図6の実施例と同様の効果が得られる。
【0020】図8は、ゲート電極8と制御電極13の間
に図示極性でダイオード17を挿入して、ゲート電極8
と制御電極13を一つの外部制御端子Tにまとめた実施
例である。この場合、ダイオード17として、MOSF
ETのゲート破壊耐圧より小さい降伏電圧を持つものを
用いると、ターンオン時ゲート電極8に過大な電圧がか
かったときに、ダイオード17が降伏してゲート絶縁膜
破壊を防止することができる。ターンオフ時は端子Tに
負の電圧を印加すれば、ダイオード17を通してベース
電流を引き抜くことができる。この実施例によると、外
部回路も簡略化される。
に図示極性でダイオード17を挿入して、ゲート電極8
と制御電極13を一つの外部制御端子Tにまとめた実施
例である。この場合、ダイオード17として、MOSF
ETのゲート破壊耐圧より小さい降伏電圧を持つものを
用いると、ターンオン時ゲート電極8に過大な電圧がか
かったときに、ダイオード17が降伏してゲート絶縁膜
破壊を防止することができる。ターンオフ時は端子Tに
負の電圧を印加すれば、ダイオード17を通してベース
電流を引き抜くことができる。この実施例によると、外
部回路も簡略化される。
【0021】図9は、n型ソース層6の下に絶縁膜18
を埋込み形成した実施例である。この絶縁膜18は例え
ば、SIMOX膜である。この実施例によれば、寄生サ
イリスタのラッチアップを効果的に防止することができ
る。更に図には示さないが、カソード・エミッタとアノ
ード・エミッタが基板の同じ面に形成された横型サイリ
スタにも本発明を適用することができる。
を埋込み形成した実施例である。この絶縁膜18は例え
ば、SIMOX膜である。この実施例によれば、寄生サ
イリスタのラッチアップを効果的に防止することができ
る。更に図には示さないが、カソード・エミッタとアノ
ード・エミッタが基板の同じ面に形成された横型サイリ
スタにも本発明を適用することができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、p
型ベース層にカソード電極とは独立した制御電極を設け
ることによって、ターンオフ能力を向上させた絶縁ゲー
ト型サイリスタを提供することができる。
型ベース層にカソード電極とは独立した制御電極を設け
ることによって、ターンオフ能力を向上させた絶縁ゲー
ト型サイリスタを提供することができる。
【図1】本発明の一実施例に係る絶縁ゲート型サイリス
タのカソード側レイアウトとそのA−A′断面図。
タのカソード側レイアウトとそのA−A′断面図。
【図2】同実施例の絶縁ゲート型サイリスタの動作を説
明するための信号波形図。
明するための信号波形図。
【図3】他の実施例の絶縁ゲート型サイリスタのカソー
ド側レイアウト図。
ド側レイアウト図。
【図4】図3のA−A′断面図。
【図5】図3のB−B′断面図。
【図6】他の実施例の絶縁ゲートサイリスタの断面図。
【図7】他の実施例の絶縁ゲートサイリスタの断面図。
【図8】他の実施例の絶縁ゲートサイリスタの断面図。
【図9】他の実施例の絶縁ゲートサイリスタの断面図。
【図10】従来の絶縁ゲートサイリスタのカソード側レ
イアウトとそのA−A′断面図。
イアウトとそのA−A′断面図。
1…高抵抗n型ベース層、 2…p型ベース層、 3…n型バッファ層、 4…p型エミッタ層、 5…n型エミッタ層、 6…n型ソース層、 7…ゲート絶縁膜、 8…ゲート電極、 9…カソード電極、 10…アノード電極、 11…高濃度p型層、 12…酸化膜、 13…制御電極。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−758(JP,A) 特開 昭63−209169(JP,A) 特開 平3−70152(JP,A) 特開 平3−240271(JP,A) 特開 平4−27164(JP,A) 特開 平6−268207(JP,A) IEEE Electron Dev ice Letters,Vol.11, No.2(1990−2)p.75−77 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/749
Claims (2)
- 【請求項1】高抵抗の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 前記第2導電型ベース層の表面に形成された第1導電型
エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型エミッ
タ層と隣接して形成された第1導電型ソース層と前記第
1導電型ベース層に前記第2導電型ベース層とは離れて
形成された第2導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層の前記第1導電型エミッタ層と
第1導電型ソース層により挟まれた領域に形成された絶
縁ゲート電極と、 前記第2導電型ベース層にコンタクトして形成された制
御電極と、 前記第1導電型ソース層にコンタクトして形成された第
1の主電極と、 前記第2導電型エミッタ層にコンタクトして形成された
第2の主電極と、 を備えたことを特徴とする絶縁ゲート型サイリスタ。 - 【請求項2】前記絶縁ゲート電極と前記制御電極は互い
に交差して複数本ずつストライプ状に配列形成され、前
記第1導電型エミッタ層と前記第1導電型ソース層は、
前記絶縁ゲート電極と前記制御電極により囲まれた領域
に前記制御電極の長手方向に沿って交互に分散されて配
列形成されていることを特徴とする請求項1記載の絶縁
ゲート型サイリスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03232920A JP3110094B2 (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 絶縁ゲート型サイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03232920A JP3110094B2 (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 絶縁ゲート型サイリスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0575113A JPH0575113A (ja) | 1993-03-26 |
JP3110094B2 true JP3110094B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=16946910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03232920A Expired - Fee Related JP3110094B2 (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 絶縁ゲート型サイリスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3110094B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3255547B2 (ja) * | 1994-03-09 | 2002-02-12 | 株式会社東芝 | 絶縁ゲート付きサイリスタ |
JP5552249B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2014-07-16 | 新電元工業株式会社 | 3端子サイリスタ |
JP6388467B2 (ja) | 2012-12-03 | 2018-09-12 | サントリーホールディングス株式会社 | 樹脂製容器 |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP03232920A patent/JP3110094B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IEEE Electron Device Letters,Vol.11,No.2(1990−2)p.75−77 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0575113A (ja) | 1993-03-26 |
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