JP3144585B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
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- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
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Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用の縦型半導体装
置に関し、特に、MOSFET及びIGBT(Insulated
Gate Bipolar Transistor)に関するものである。
置に関し、特に、MOSFET及びIGBT(Insulated
Gate Bipolar Transistor)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3に従来のMOS FETの概略構造
を示す。図において、半導体基板1上に一方の主面側か
らN1層3(基板自体の導電層)、N2層4が順次形成
されている。また、選択拡散法あるいはイオン注入法等
の不純物導入法により前記N2層4中に、島状にP2層
5が形成され、このP2層5内に少なくともその外周部
及び中央部は、一方の主面に露出するようにN3エミッ
タ層6が形成されている。さらに、P2層5の外周部に
位置する半導体基板1の表面に、シリコン酸化膜等の絶
縁層7を介してポリシリコン等からなるゲート層8が設
けられ、P2層5及びN3エミッタ層6を短絡するよう
にソース電極9が形成されている。なお、ソース端子を
Sとする。前記ゲート層8からはゲート電極が引き出さ
れ、その端子をGとする。一方、半導体基板1の他方の
主面側には、N1層3上にドレイン電極10が形成さ
れ、その端子をDとする。上記のような構造を有するM
OS FETは、概略次のように動作する。図3におい
て、ドレイン端子D側を正(+)、ソース端子側を負
(−)、ゲート端子Gをソース端子Sに対して正(+)
にそれぞれ電圧を印加すると、N3層6からゲート層8
の直下のチャネル部、N2層4、N1層3、ドレイン電
極10へと電子電流Ieが流れ、MOS FETはター
ンオンする。
を示す。図において、半導体基板1上に一方の主面側か
らN1層3(基板自体の導電層)、N2層4が順次形成
されている。また、選択拡散法あるいはイオン注入法等
の不純物導入法により前記N2層4中に、島状にP2層
5が形成され、このP2層5内に少なくともその外周部
及び中央部は、一方の主面に露出するようにN3エミッ
タ層6が形成されている。さらに、P2層5の外周部に
位置する半導体基板1の表面に、シリコン酸化膜等の絶
縁層7を介してポリシリコン等からなるゲート層8が設
けられ、P2層5及びN3エミッタ層6を短絡するよう
にソース電極9が形成されている。なお、ソース端子を
Sとする。前記ゲート層8からはゲート電極が引き出さ
れ、その端子をGとする。一方、半導体基板1の他方の
主面側には、N1層3上にドレイン電極10が形成さ
れ、その端子をDとする。上記のような構造を有するM
OS FETは、概略次のように動作する。図3におい
て、ドレイン端子D側を正(+)、ソース端子側を負
(−)、ゲート端子Gをソース端子Sに対して正(+)
にそれぞれ電圧を印加すると、N3層6からゲート層8
の直下のチャネル部、N2層4、N1層3、ドレイン電
極10へと電子電流Ieが流れ、MOS FETはター
ンオンする。
【0003】しかしながら、上記のような構造のMOS
FETにおいては、次のような問題点がある。すなわ
ち、MOS FETに寄生するバイポーラ効果と呼ばれ
る現象がある。この現象を持つMOS FETには、図
中の電子電流Ieの他にも、僅かながら正孔電流Ih
(図示せず)が流れている。これらの正孔電流Ihは本
来発生すべき電流ではないが、MOS FETのソース
端子S―ドレイン端子D間にかかる高電圧を阻止してい
る状態でのリーク電流成分として、あるいは上記MOS
FETのソース端子S側を正(+)、ドレインD側を
負(−)として電圧を印加すると、図中の内蔵ダイオー
ド21に対して順方向電圧を印加したことになり、MO
S FETにとっては少数キャリアである正孔電流を積
極的に用いたバイポーラデバイスであるダイオード動作
となり、正孔電流が発生する。これらの結果、MOS
FET本来の通流モード、ドレイン端子D側を正
(+)、ソース端子S側を負(−)に戻した直後にはN
2層中には正孔が残留することになり、これらのことが
影響してある一定時間内にはMOS FET内部に正孔
電流Ihが発生してしまう。この正孔電流Ihが流れる
結果、図3に示すN3─P2─N2層より形成されるソ
ース部直下のnpnトランジスタ20が活性化し、いわ
ゆる寄生のバイポーラ効果と呼ばれる現象に至る。これ
は、図中のN3層6のソース部直下のP2層5を流れる
正孔電流Ihが、この部分の横方向抵抗RBにより、P
2層5に電圧降下を生じさせ、N3層6、P2層5の接
合部を順バイアスする結果、N3層6─P2層5─N2
層4からなるnpnトランジスタ20が動作しはじめ、
さらにN3層6から電子の注入が増大するようになり、
寄生のバイポーラ効果に至るというものである。一方、
IGBTは、図4に示すように、ドレイン側基板をP1
層とする構造である。IGBTでは、上述のMOS F
ETのnpnトランジスタ20に加え、P1層2─N2
層4─P2層5によるpnpトランジスタ22が加わ
り、図中のようなpnpnサイリスタ動作に入り、いわ
ゆるラッチアップしてしまう。一旦ラッチアップする
と、ゲート電極Gへの信号を取り除いてもIGBTはオ
フすることができなくなり、当該ゲート電極Gで制御で
きないという問題点があった。これらの問題は、正孔電
流Ihがソースパッドの周辺に最も集中し易いことに起
因している。
FETにおいては、次のような問題点がある。すなわ
ち、MOS FETに寄生するバイポーラ効果と呼ばれ
る現象がある。この現象を持つMOS FETには、図
中の電子電流Ieの他にも、僅かながら正孔電流Ih
(図示せず)が流れている。これらの正孔電流Ihは本
来発生すべき電流ではないが、MOS FETのソース
端子S―ドレイン端子D間にかかる高電圧を阻止してい
る状態でのリーク電流成分として、あるいは上記MOS
FETのソース端子S側を正(+)、ドレインD側を
負(−)として電圧を印加すると、図中の内蔵ダイオー
ド21に対して順方向電圧を印加したことになり、MO
S FETにとっては少数キャリアである正孔電流を積
極的に用いたバイポーラデバイスであるダイオード動作
となり、正孔電流が発生する。これらの結果、MOS
FET本来の通流モード、ドレイン端子D側を正
(+)、ソース端子S側を負(−)に戻した直後にはN
2層中には正孔が残留することになり、これらのことが
影響してある一定時間内にはMOS FET内部に正孔
電流Ihが発生してしまう。この正孔電流Ihが流れる
結果、図3に示すN3─P2─N2層より形成されるソ
ース部直下のnpnトランジスタ20が活性化し、いわ
ゆる寄生のバイポーラ効果と呼ばれる現象に至る。これ
は、図中のN3層6のソース部直下のP2層5を流れる
正孔電流Ihが、この部分の横方向抵抗RBにより、P
2層5に電圧降下を生じさせ、N3層6、P2層5の接
合部を順バイアスする結果、N3層6─P2層5─N2
層4からなるnpnトランジスタ20が動作しはじめ、
さらにN3層6から電子の注入が増大するようになり、
寄生のバイポーラ効果に至るというものである。一方、
IGBTは、図4に示すように、ドレイン側基板をP1
層とする構造である。IGBTでは、上述のMOS F
ETのnpnトランジスタ20に加え、P1層2─N2
層4─P2層5によるpnpトランジスタ22が加わ
り、図中のようなpnpnサイリスタ動作に入り、いわ
ゆるラッチアップしてしまう。一旦ラッチアップする
と、ゲート電極Gへの信号を取り除いてもIGBTはオ
フすることができなくなり、当該ゲート電極Gで制御で
きないという問題点があった。これらの問題は、正孔電
流Ihがソースパッドの周辺に最も集中し易いことに起
因している。
【0004】かかる現象を防止する策として各種の方法
が採用されている。高電圧、大電流を扱うMOS FE
Tでは寄生のバイポーラ効果、IGBTについてはラッ
チアップの発生を防止するために、通常はソースパッド
下にはセルを設けずにP2層表面の全面がソース電極S
に接触する広いP型分離領域としている。例えば、図5
に示すように、ソースパッド内を符号IN、ソースパッ
ド外を符号OUTとした場合に、符号INで示されたソ
ースパッド内のP2層5には、N3層6を設けない構成
を採る。これにより正孔電流Ihが流れてもN3層6が
存在しないので、この部分での寄生のバイポーラ効果、
あるいはIGBTではラッチアップが発生しないように
したものである。
が採用されている。高電圧、大電流を扱うMOS FE
Tでは寄生のバイポーラ効果、IGBTについてはラッ
チアップの発生を防止するために、通常はソースパッド
下にはセルを設けずにP2層表面の全面がソース電極S
に接触する広いP型分離領域としている。例えば、図5
に示すように、ソースパッド内を符号IN、ソースパッ
ド外を符号OUTとした場合に、符号INで示されたソ
ースパッド内のP2層5には、N3層6を設けない構成
を採る。これにより正孔電流Ihが流れてもN3層6が
存在しないので、この部分での寄生のバイポーラ効果、
あるいはIGBTではラッチアップが発生しないように
したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の改良
構造としたMOS FETでは、確かにソースパッド近
傍での寄生のバイポーラ効果が生じ難くなる。しかしな
がら、半導体チップ中での活性領域(セル領域)の利用
率が低下し、装置単位面積当たりの駆動電源能力のコス
ト高を招来し、好ましくないとう新たな解決すべき課題
が生じていた。
構造としたMOS FETでは、確かにソースパッド近
傍での寄生のバイポーラ効果が生じ難くなる。しかしな
がら、半導体チップ中での活性領域(セル領域)の利用
率が低下し、装置単位面積当たりの駆動電源能力のコス
ト高を招来し、好ましくないとう新たな解決すべき課題
が生じていた。
【0006】
【発明の目的】本発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、寄生のバイポーラ効果又はIG
BTではラッチアップを抑制しつつ、半導体チップ中で
の活性領域の利用率を高め、装置単位面積当たりの駆動
電源能力のコストを低減することができる半導体装置を
提供することを目的とするものである。
ためになされたもので、寄生のバイポーラ効果又はIG
BTではラッチアップを抑制しつつ、半導体チップ中で
の活性領域の利用率を高め、装置単位面積当たりの駆動
電源能力のコストを低減することができる半導体装置を
提供することを目的とするものである。
【0007】
【問題点を解決するための手段】本発明の半導体装置
は、N2型領域中に形成された島状のP2型領域と、該
P2型領域内に該P2型領域の外周部及び中央部が、一
方の主面に露出するように形成されたN3型エミッタ領
域と、該P2型領域の外周部に位置する半導体基板の一
方の主面に、絶縁層を介して設けられたゲート層と、該
P2型領域及びN3型エミッタ領域を短絡するように形
成されたソース電極と、前記ゲート層から引き出された
ゲート電極と、半導体基板の他方の主面に設けられたド
レイン電極とを備えた半導体装置において、前記ソース
電極から外部に導体を引き出すためのソースパッドの外
周部の直下に位置するP2型領域内には、前記N3型エ
ミッタ領域を形成しないようにし、前記ソースパッドの
中心部の直下に位置するP2型領域内には、前記N3型
エミッタ領域を形成するようにしたことを特徴とするも
のである。
は、N2型領域中に形成された島状のP2型領域と、該
P2型領域内に該P2型領域の外周部及び中央部が、一
方の主面に露出するように形成されたN3型エミッタ領
域と、該P2型領域の外周部に位置する半導体基板の一
方の主面に、絶縁層を介して設けられたゲート層と、該
P2型領域及びN3型エミッタ領域を短絡するように形
成されたソース電極と、前記ゲート層から引き出された
ゲート電極と、半導体基板の他方の主面に設けられたド
レイン電極とを備えた半導体装置において、前記ソース
電極から外部に導体を引き出すためのソースパッドの外
周部の直下に位置するP2型領域内には、前記N3型エ
ミッタ領域を形成しないようにし、前記ソースパッドの
中心部の直下に位置するP2型領域内には、前記N3型
エミッタ領域を形成するようにしたことを特徴とするも
のである。
【0008】
【作用】本発明の半導体装置は、ソースパッドの外周部
では最も電流集中が生じるため、この部分にはN3層を
形成しない構成とする。一方、ソースパッドの中心部で
は、その外周部より電流集中が発生しにくいので、N3
層を設けて本来の活性領域の面積の低下を防止するよう
にする。これにより活性領域の減少を必要最小限に抑え
ながらラッチアップの発生を防止することができる。
では最も電流集中が生じるため、この部分にはN3層を
形成しない構成とする。一方、ソースパッドの中心部で
は、その外周部より電流集中が発生しにくいので、N3
層を設けて本来の活性領域の面積の低下を防止するよう
にする。これにより活性領域の減少を必要最小限に抑え
ながらラッチアップの発生を防止することができる。
【0009】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図1は本発明の半導体装置の概略構造図
であり、図2は上記半導体装置の平面図である。図1に
おいて、N型半導体基板N1層3上に、N2層4が形成
される。さらに、N2層4内に選択拡散法により島状に
P2層5が形成され、このP2層5内に少なくともその
外周部及び中央部は一方の主面に露出するように、N3
エミッタ層6が形成されている。さらに、P2層5の外
周部に位置する半導体基板1の表面に、シリコン酸化膜
等の絶縁層を介してポリシリコン等からなるゲート層8
が設けられ、P2層5及びN3エミッタ層6を短絡する
ようにソース電極9が形成され、そのソース端子をSと
する。前記ソース電極9の一部は絶縁層11により覆わ
れている。前記ゲート層8からはゲート電極が引き出さ
れ、その端子をGとする。一方、半導体基板1の他方の
主面側には、N1層3上にドレイン電極10が形成さ
れ、その端子をDとする。上記のような半導体装置にお
いて、本発明の最も重要な構成要素は、ソース電極9か
ら外部に導体を引き出すためのソースパッドの外周部の
直下に位置するP2層5には、N3エミッタ層6を形成
しないようにし、該ソースパッドの中心部の直下に位置
するP2層5には、N3エミッタ層6を形成するように
したことである。すなわち、図2において、12はソー
スパッド、13はゲートパッド、14は活性領域とする
と、該ソースパッド12の外周部の斜線を施した境界領
域15内には、上記のN3エミッタ層6を形成しないよ
うにし、斜線を施さない該ソースパッドの12の中心部
には、上記のN3エミッタ層6を形成するようにしたも
のである。上記のように構成することにより、ソースパ
ッド12の外周部に生じる電流集中を回避することがで
き、寄生のバイポーラ効果を防止することができる。ま
た、ソースパッド12の中心部においては、その外周部
よりも電流集中が発生しにくいため、通常のN3エミッ
タ層6を設けて、活性領域の面積の低下を防止し、半導
体チップ中での活性領域の利用率を高め、装置単位面積
当たりの駆動電源能力のコストを低減することができる
こととなる。また、IGBT構造においては、図示を省
略したが、図1のN1層3を図4に示したようにP1層
2とすることによって上記と同様の効果を得ることがで
きる。なお、上記の構成は、従来の製造工程に何等付加
することなく、単にN3エミッタ層6の拡散形成時に使
用されるマスクパターンを変更するのみで容易に形成す
ることができ、製造コスト的にも顕著な利点がある。
細に説明する。図1は本発明の半導体装置の概略構造図
であり、図2は上記半導体装置の平面図である。図1に
おいて、N型半導体基板N1層3上に、N2層4が形成
される。さらに、N2層4内に選択拡散法により島状に
P2層5が形成され、このP2層5内に少なくともその
外周部及び中央部は一方の主面に露出するように、N3
エミッタ層6が形成されている。さらに、P2層5の外
周部に位置する半導体基板1の表面に、シリコン酸化膜
等の絶縁層を介してポリシリコン等からなるゲート層8
が設けられ、P2層5及びN3エミッタ層6を短絡する
ようにソース電極9が形成され、そのソース端子をSと
する。前記ソース電極9の一部は絶縁層11により覆わ
れている。前記ゲート層8からはゲート電極が引き出さ
れ、その端子をGとする。一方、半導体基板1の他方の
主面側には、N1層3上にドレイン電極10が形成さ
れ、その端子をDとする。上記のような半導体装置にお
いて、本発明の最も重要な構成要素は、ソース電極9か
ら外部に導体を引き出すためのソースパッドの外周部の
直下に位置するP2層5には、N3エミッタ層6を形成
しないようにし、該ソースパッドの中心部の直下に位置
するP2層5には、N3エミッタ層6を形成するように
したことである。すなわち、図2において、12はソー
スパッド、13はゲートパッド、14は活性領域とする
と、該ソースパッド12の外周部の斜線を施した境界領
域15内には、上記のN3エミッタ層6を形成しないよ
うにし、斜線を施さない該ソースパッドの12の中心部
には、上記のN3エミッタ層6を形成するようにしたも
のである。上記のように構成することにより、ソースパ
ッド12の外周部に生じる電流集中を回避することがで
き、寄生のバイポーラ効果を防止することができる。ま
た、ソースパッド12の中心部においては、その外周部
よりも電流集中が発生しにくいため、通常のN3エミッ
タ層6を設けて、活性領域の面積の低下を防止し、半導
体チップ中での活性領域の利用率を高め、装置単位面積
当たりの駆動電源能力のコストを低減することができる
こととなる。また、IGBT構造においては、図示を省
略したが、図1のN1層3を図4に示したようにP1層
2とすることによって上記と同様の効果を得ることがで
きる。なお、上記の構成は、従来の製造工程に何等付加
することなく、単にN3エミッタ層6の拡散形成時に使
用されるマスクパターンを変更するのみで容易に形成す
ることができ、製造コスト的にも顕著な利点がある。
【0010】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ソース
パッドの外周部の直下に位置するP2型領域内には、N
3型エミッタ領域を形成しないようにし、ソースパッド
の中心部の直下に位置するP2型領域内には、N3型エ
ミッタ領域を形成するようにしたので、活性領域の減少
を最小限に抑えながら寄生のバイポーラ効果及びIGB
Tにおいてはラッチアップの発生を防止することができ
る効果がある。
パッドの外周部の直下に位置するP2型領域内には、N
3型エミッタ領域を形成しないようにし、ソースパッド
の中心部の直下に位置するP2型領域内には、N3型エ
ミッタ領域を形成するようにしたので、活性領域の減少
を最小限に抑えながら寄生のバイポーラ効果及びIGB
Tにおいてはラッチアップの発生を防止することができ
る効果がある。
【図1】本発明の半導体装置の概略構造図である。
【図2】本発明の半導体装置の平面図である。
【図3】従来の半導体装置の概略構造図である。
【図4】従来のIGBTの半導体装置の概略構造図であ
る。
る。
【図5】従来の改良型の半導体装置の概略構造図であ
る。
る。
1 半導体装置 2 P1層 3 N1層 4 N2層 5 P2層 6 N3エミッタ層7 絶縁層 8 ゲート層 9 ソース電極 10 ドレイン電極11 絶縁層 12 ソースパッド 13 ゲートパッド 14 活性領域 15 境界領域
Claims (1)
- 【請求項1】 N2型領域中に形成された島状のP2型
領域と、該P2型領域内に該P2型領域の外周部及び中
央部が、一方の主面に露出するように形成されたN3型
エミッタ領域と、該P2型領域の外周部に位置する半導
体基板の一方の主面に、絶縁層を介して設けられたゲー
ト層と、該P2型領域及びN3型エミッタ領域を短絡す
るように形成されたソース電極と、前記ゲート層から引
き出されたゲート電極と、半導体基板の他方の主面に設
けられたドレイン電極とを備えた半導体装置において、 前記ソース電極から外部に導体を引き出すためのソース
パッドの外周部の直下に位置するP2型領域内には、前
記N3型エミッタ領域を形成しないようにし、前記ソー
スパッドの中心部の直下に位置するP2型領域内には、
前記N3型エミッタ領域を形成するようにしたことを特
徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35015091A JP3144585B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35015091A JP3144585B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160409A JPH05160409A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3144585B2 true JP3144585B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=18408569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35015091A Expired - Lifetime JP3144585B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144585B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012089565A (ja) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Honda Motor Co Ltd | 半導体装置 |
| US9859238B2 (en) | 2014-06-26 | 2018-01-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device comprising regions of different current drive capabilities |
| DE112015007172B4 (de) | 2015-12-07 | 2022-10-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Siliciumcarbid-halbleitereinheit |
-
1991
- 1991-12-10 JP JP35015091A patent/JP3144585B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05160409A (ja) | 1993-06-25 |
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