JP4561734B2 - 半導体装置およびそれを用いたプラズマディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
9Y間に電圧を印加して放電させ、セルに壁電荷を付加することで次のサステイン期間に発光させるセルを選択することができる。
Recovery (TSR) Driving Method for Low Cost AC Plasma Display Panel”で発表されている駆動方式である。この駆動方式は、パネルのX,Y側いずれかをグラウンドに固定し、もう一方の側に正負の電圧を交互に印加することで発光を維持する。この駆動方式を、以後片側駆動方式と呼ぶ。それに対して図34の回路を両側駆動方式と呼ぶ。
PDPでは、上述したようにパネルのXY間に正負の電圧を交互に印加することで発光を繰り返すことができるため、パネルの一方がグラウンドに固定されている片側駆動方式では、パネルの他方の側に±Vsの正負の電圧を印加してパネルを駆動する必要がある。両側駆動方式では、駆動回路が出力する電圧は0VからVsまでであるで、片側駆動方式ではスイッチ素子の耐圧が両側駆動方式と比べて2倍となってしまう。
MOSFETの抵抗が耐圧の2.5 乗に比例して大きくなることが原因である。
上記複数の第1の電極に略平行に配置され、隣接する上記第1の電極とで表示セルを形成するとともに、
当該表示セルを形成する上記第1の電極との間にて放電を行う複数の第2の電極と、
第1の電極及び第2の電極に交差する方向に形成される複数の第3の電極とを備えたプラズマディスプレイパネルであって、
前記プラズマディスプレイパネルの発光を維持する期間において、
第1の電極の電位は、一定の第1の電位に保持され、
第2の電極には第1の電極に対して正の第1の電圧と負の第2の電圧が交互に印加され、
第2の電極に電圧を与えるための第1の駆動回路基板は、
ハイレベルにクランプして発光電流を流すための第1のスイッチ素子と、
ローレベルにクランプして発光電流を流すための第2のスイッチ素子と、
前記プラズマディスプレイパネルの容量をコイルを介して充電,放電するための第3のスイッチ素子を有し、前記第1,2,3のスイッチ素子がIGBTであることを特徴とするものである。
上記複数の第1の電極に略平行に配置され、隣接する上記第1の電極とで表示セルを形成するとともに、
当該表示セルを形成する上記第1の電極との間にて放電を行う複数の第2の電極と、
第1の電極及び第2の電極に交差する方向に形成される複数の第3の電極とを備えたプラズマディスプレイパネル駆動用の半導体装置であって、
前記プラズマディスプレイパネルの発光を維持する期間において、
第1の電極の電位は、一定の第1の電位に保持され、
第2の電極には、第1の電極に対して正の第1の電圧と、第1の電極に対して負の第2の電圧が交互に印加され、
第2の電極に電圧を与えるための第1の駆動回路基板は、
ハイレベルにクランプして発光電流を流すための第1のスイッチ素子と、
ローレベルにクランプして発光電流を流すための第2のスイッチ素子と、
前記プラズマディスプレイパネルの容量をコイルを介して充電,放電するための第3のスイッチ素子を有し、
前記第1,2,3のスイッチ素子がIGBTであることを特徴とするものである。
(1)パワーMOSFETを使用した両側駆動方式、
(2)パワーMOSFETを使用した片側駆動方式(図37)、
(3)IGBTを使用した両側駆動方式(図35)
と、本発明の(4)IGBTを使用した片側駆動方式(図1)の双方向スイッチ素子とクランプ素子の損失を比較したものである。クランプ素子,双方向スイッチ素子の損失とも、本発明の駆動方式が最も低いことが分かる。
1.05μm 以下とすると効果が大きくなることが分かる。しかし、p層213の幅を狭くするのは0.1μm 程度が限界であり、それ以下では、プロセスの安定性を確保できない。
211に電荷が蓄積され、伝導度変調が完了するまでの時間が長くなり、ターンオン損失が無視できない程度まで大きくなることを本発明者は発見した。ターンオンの過程では、p+層210よりホールがn−層211に注入されるが、耐圧を確保するために、p+層210とn−層211の間に介在するバッファ層のn層216は高濃度であるため、ライフタイムが短く、ホールがn−層211に到達するのに時間がかかってしまう。そのため、バッファ層のn層216は、出来る限り薄いことが望ましい。
FZ法で形成されたn−基板211にp層210,n層216を拡散することで形成しても良く、またはp+基板210にn層216とn−層211のエピタキシャル層を結晶成長させても良いが、前者のFZ法で形成されたn−基板を用いる方が廉価である。n+層214,p層213,n−層211に接するようにゲート絶縁膜220を介してトレンチ形状のゲート電極254が形成されている。逆導通IGBTの外周にはターミネーション領域で空乏層の伸びを抑えるチャネルストッパー層となるn+層230が形成され、このn+層230にカソード電極251が低抵抗接触している。n+層230とそれに近いp層213の間には、p層215からなるFLR(Field Limiting Ring) が形成され、逆導通IGBTの耐圧を確保している。カソード電極251を電気的接続配線253でコレクタ電極252と電気的に低抵抗接続することで、p層213とn+層230の間に逆導通のダイオードをIGBTに内蔵することが可能である。接続の方法は、ワイヤボンディングや半田による接続等がある。
n−基板211にp+層210を拡散することで形成しても良く、またはp+基板210にn−層211のエピタキシャル層を結晶成長させても良いが、前者のFZ法で形成されたn−基板を用いる方が廉価である。IGBT領域にはトレンチ型のゲート絶縁膜220とゲート電極254が形成されている。p層213およびp+層21とn+層230の間には、逆方向に接続されたpnダイオードが形成される。この逆阻止IGBTにおいて、順方向の耐圧は、p層213とn−層211の間で主に達成される。一方、逆方向の耐圧は、p+層210およびp+層218とn−層211の間で主に確保される。この結果、図12で示された双方向スイッチのダイオードは不要となり、ダイオード1個分の順方向電圧が双方向スイッチ402から低減され、駆動回路の低損失化と部品点数の削減を実現することができる。
500を双方向スイッチとして用いた駆動回路を示す。
IGBT1つで駆動することができ、さらに部品点数を削減できる。
552にエミッタ1電極551に対して正の電圧を印加したとき、p層512とn−層
510の接合で発生した空乏層の等電位線が、ゲート1電極555からエミッタ1電極
551の方に回りこむ形となるため、ゲート1電極555のコーナーでの電界強度が強くなり、そこでアバランシェしてしまうからである。特許第3352840号公報に記載されている図40の構造では、a>bであり、耐圧が少なくとも300V以上になる、本発明の片側駆動方式の双方向スイッチ素子には適していないことが分かった。
IGBT500がオンし、コイル5を介してパネル容量を充電するときの電流である。
(2) 逆回復電流は、(1) パネル容量を充電する電流を流した後クランプ素子のIGBT
1aがオンして、双方向IGBT500に、(1)のときと逆方向の電圧が印加され、内部のキャリアが吐き出されて流れる電流である。
510の接合付近のキャリア濃度を低減すればよい。
|VtAY| とする。
1x,2x,1y,2y クランプ素子
3b,4b ダイオード
5 コイル
5x,5y コイル
6 パネルの電極
6x X側電極
6y Y側電極
7,8 電源
9 プラズマディスプレイパネル
9a X電極側の放電容量
9b Y電極側の放電容量
9c X−Y間放電を模擬したスイッチ
9d プラズマディスプレイパネルの配線容量
9e アドレス電極側の放電容量
9f A−Y間放電を模擬したスイッチ
9X X電極
9Y Y電極
10 放電空間
10a 前面ガラス
10b,10e 誘電体層
10c MgO保護膜
10d 蛍光体層
10f 背面ガラス
210,218 p+層
211,510 n−層
213,215,217,511,512,516,517 p層
214,230,513,514 n+層
216 n層
220 ゲート絶縁膜
221,222,515 酸化膜
250 エミッタ電極
251,255 カソード電極
252 コレクタ電極
253 電気的接続配線
254 ゲート電極
256 アノード電極
301,302 逆導通ダイオードを内蔵したIGBT
303,304 逆阻止ダイオードを内蔵したIGBT
401 クランプ素子
402 双方向スイッチ
402x,402y 双方向スイッチ素子
500 双方向IGBT
501,555 ゲート1電極
502,554 ゲート2電極
503,551 エミッタ1電極
504,552 エミッタ2電極
553 基板電極
556,557 プラグ
558,559 第2の配線層
561 p層と電極がオーミック接合する領域
562 n−層510と電極がショットキー接合する領域
601 モジュール
Claims (5)
- 複数の第1の電極と、
上記複数の第1の電極に略平行に配置され、隣接する上記第1の電極とで表示セルを形成するとともに、
当該表示セルを形成する上記第1の電極との間にて放電を行う複数の第2の電極と、
第1の電極及び第2の電極に交差する方向に形成される複数の第3の電極とを備えたプラズマディスプレイパネルであって、
前記プラズマディスプレイパネルの発光を維持する期間において、
第1の電極の電位は、一定の第1の電位に保持され、
第2の電極には、第1の電極に対して正の第1の電圧と、第1の電極に対して負の第2の電圧が交互に印加され、
第2の電極に電圧を与えるための第1の駆動回路基板は、
ハイレベルにクランプして発光電流を流すための第1のスイッチ素子と、
ローレベルにクランプして発光電流を流すための第2のスイッチ素子と、
前記プラズマディスプレイパネルの容量をコイルを介して充電,放電するための第3のスイッチ素子を有し、
前記第1及び第2のスイッチ素子は、それぞれ
一対の主表面を有し、一方の主表面の第1の主電極から他方の主表面の第2の主電極へ電流を流すようにゲートで制御できる前記第1のIGBTと、前記第1のIGBTに集積され前記電流と逆向きに流れようとする電流を流すことができる第1のダイオードとを有する第1の駆動素子から構成され、
前記第3のスイッチ素子は、
一対の主表面を有し、一方の主面上に第3の主電極と第4の主電極が形成され、一方の導電型の第1の半導体層と、前記第3の主電極に低抵抗に接し前記第1の半導体層内に伸び第1の半導体層より不純物が高濃度の他方の導電型の第2の半導体層と、前記第2の半導体層内に伸び第3の主電極に低抵抗に接し前記第2の半導体層より不純物が高濃度の一方の導電型の第3の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層と前記第3の半導体層とに接する第1の絶縁ゲートと、前記第4の主電極に低抵抗に接し前記第1の半導体層に伸び第1の半導体層より不純物が高濃度の他方の導電型の第4の半導体層と、前記第4の半導体層内に伸び前記第4の主電極に低抵抗に接し前記第4の半導体層より不純物が高濃度の一方の導電型の第5の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第4の半導体層と前記第5の半導体層とに接する第2の絶縁ゲートを有する第2のIGBTを有し、前記第1及び第2の絶縁ゲートはトレンチ構造を有し、前記第3の主電極と前記第2の半導体層が接する領域が前記第1の絶縁ゲートと前記第4の主電極との間に有ることを特徴とするプラズマディスプレイ装置。 - 請求項1において、前記第2のIGBTは、
前記第1の絶縁ゲートから、前記第2の半導体層の前記第4の主電極側の端部までの距離をa′、
前記第1の絶縁ゲートから、前記第3の主電極の前記第4の主電極側の端部までの距離をb′としたとき、
a′<b′であることを特徴とするプラズマディスプレイ装置。 - 複数の第1の電極と、
上記複数の第1の電極に略平行に配置され、隣接する上記第1の電極とで表示セルを形成するとともに、
当該表示セルを形成する上記第1の電極との間にて放電を行う複数の第2の電極と、
第1の電極及び第2の電極に交差する方向に形成される複数の第3の電極とを備えたプラズマディスプレイパネルであって、
前記プラズマディスプレイパネルの発光を維持する期間において、
第1の電極の電位は、一定の第1の電位に保持され、
第2の電極には、第1の電極に対して正の第1の電圧と、第1の電極に対して負の第2の電圧が交互に印加され、
第2の電極に電圧を与えるための第1の駆動回路基板は、
ハイレベルにクランプして発光電流を流すための第1のスイッチ素子と、
ローレベルにクランプして発光電流を流すための第2のスイッチ素子と、
前記プラズマディスプレイパネルの容量をコイルを介して充電,放電するための第3のスイッチ素子を有し、
前記第1及び第2のスイッチ素子は、それぞれ
一対の主表面を有し、一方の主表面の第1の主電極から他方の主表面の第2の主電極へ電流を流すようにゲートで制御できる前記第1のIGBTと、前記第1のIGBTに集積され前記電流と逆向きに流れようとする電流を流すことができる第1のダイオードとを有する第1の駆動素子から構成され、
前記第3のスイッチ素子は、
一対の主表面を有し、一方の主面上に第3の主電極と第4の主電極が形成され、一方の導電型の第1の半導体層と、前記第3の主電極に低抵抗に接し前記第1の半導体層内に伸び第1の半導体層より不純物が高濃度の他方の導電型の第2の半導体層と、前記第2の半導体層内に伸び第3の主電極に低抵抗に接し前記第2の半導体層より不純物が高濃度の一方の導電型の第3の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層と前記第3の半導体層とに接する第1の絶縁ゲートと、前記第4の主電極に低抵抗に接し前記第1の半導体層に伸び第1の半導体層より不純物が高濃度の他方の導電型の第4の半導体層と、前記第4の半導体層内に伸び前記第4の主電極に低抵抗に接し前記第4の半導体層より不純物が高濃度の一方の導電型の第5の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第4の半導体層と前記第5の半導体層とに接する第2の絶縁ゲートを有する第2のIGBTを有し、
前記第1及び第2の絶縁ゲートはトレンチ構造を有し、前記第1の絶縁ゲートが、前記第3の主電極と前記第2の半導体層が接する領域と前記第4の主電極との間にあり、前記第1の絶縁ゲートと前記第4の主電極の間に、電位がフローティングか、または、前記第3の主電極と抵抗を介して接続された一方の導電型の第6の半導体層を有することを特徴とするプラズマディスプレイ装置。 - 請求項3において、前記第2のIGBTの、
前記第1の絶縁ゲートから前記第5の半導体層の前記第4の主電極側の端部までの距離をa″、
前記第1の絶縁ゲートから、前記第3の主電極の前記第4の主電極側の端部までの距離をb″としたとき、
a″<b″であることを特徴とするプラズマディスプレイ装置。 - 請求項4において、前記第2のIGBTが、
前記第3および第4の主電極を覆う第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜に設けられた開口を介して前記第3および第4の主電極にそれぞれ接続された、第1および第2の導体プラグと、
前記第1および第2の導体プラグにそれぞれ接続された、第1および第2の導体層を有することを特徴とするプラズマディスプレイ装置。
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