JPH0126187B2 - - Google Patents

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JPH0126187B2
JPH0126187B2 JP55163382A JP16338280A JPH0126187B2 JP H0126187 B2 JPH0126187 B2 JP H0126187B2 JP 55163382 A JP55163382 A JP 55163382A JP 16338280 A JP16338280 A JP 16338280A JP H0126187 B2 JPH0126187 B2 JP H0126187B2
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gate
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voltage
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resistance
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Junichi Nishizawa
Tadahiro Oomi
Yoshinobu Ootsubo
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Original Assignee
Toyo Denki Seizo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、オン電圧が低くて、電圧利得が高
く、かつ、ゲートによる遮断電流が大きい静電誘
導サイリスタに関する。 ゲートを有するダイオード構造に構成された、
従来の静電誘導サイリスタ(以下SIサイリスタと
称す)は、ゲートによる主電流の遮断が可能な自
己ターンオフ機能を有するが、たとえば導通時の
電圧降下(以下オン電圧と称す)が高いこと、電
圧利得が小さいことなど、特性的には未だ改良す
べき点がいくつか存在する。オン電圧を低減する
方法は、本発明者らの知見する限じ未だ確立され
ていない。 本発明の目的は、オン電圧が高く、電圧利得が
高く、すなわち小さなゲート電圧で大きな順方向
阻止電圧が得られ、ゲートターンオフ電流が大き
く、すなわちゲートにより遮断できる主電流が大
きく、スイツチング速度が速く、かつゲート・カ
ソード間逆方向耐圧が高い改良された特性を有す
るSIサイリスタを提供することにある。 以下図面を参照しながら、本発明を詳細に説明
する。 第1図a乃至第1図cは埋込みゲート静電誘導
サイリスタの例を示し、各々平面図、正面図およ
び側面図である。 第1図a乃至第1図cにおいて、2はn形シリ
コン基体、3はp形領域、4はp形ゲート領域、
5はn形領域、6はn形低抵抗領域である。さら
にp形領域3にはアノード電極7が、p形ゲート
領域4にはゲート電極8が、そしてn形低抵抗領
域6にはカソード電極9が接続されている。 SIサイリスタは、ゲート電極8とカソード電極
9の間に適当な逆方向ゲート電圧VGKを印加する
ことによつて、アノード電極7とカソード電極9
の間に印加される順方向アノード電圧VAKは阻止
されてオフ状態となる。この時のVAK/|VGK
を電圧利得とする。一方、ゲート電極8とカソー
ド電極9間の逆バイアス電圧を除去するか、ある
いは順バイアスすることによつてアノード電極7
とカソード電極9の間は、順方向電流が流れ易い
オン状態となり、オン電圧が発生する。 通常SIサイリスタには、(1)オン電圧が小さいこ
と、(2)電圧利得が大きいこと、(3)ゲートターンオ
フ電流が大きいこと、等が要求される。しかし、
従来のSIサイリスタはオン電圧が比較的高い。そ
こで、ゲート・カソード間n形領域5の実効不純
物密度(以下不純物密度と称す)NDとオン電圧
についてみると、実験的に不純物密度NDの小さ
い方がオン電圧は小さいといえる。このことは、
オン状態におけるn形低抵抗領域6からの電子注
入効率、およびp形領域3からのホール注入効率
は、n形領域5の不純物密度NDが小さい方が結
果的に大きくなるためと解釈される。 ゲート・カソード間n形領域5の不純物密度を
小さくすると、必然的に電圧利得は大きく、そし
てスイツチング速度は速くなる効果がある。ゲー
ト・カソード間接合容量CGKはn形領域5の不純
物密度が小さいほど減少するから、第1図bにお
けるp形のゲート領域4のWG部分及びWG部分か
らゲート電極8に至る間の抵抗rgをゲート抵抗と
すれば、時定数rg・CGKが減少する。したがつて、
全てのゲートにゲート電圧VGKが速く印加される
ことになり、ターンオン、ターンオフが素子全体
でより同時に起こるようになり、スイツチング時
間が速くなるといえる。一方順方向阻止電圧は、
逆バイアスゲート電圧VGKが一定の場合、n形領
域5の不純物密度が小さい方が大きくなる。した
がつて、電圧利得=VAK/|VGK|は大きくなる
効果がある。 以上のことから、本発明のSIサイリスタは基本
的にはn形領域5の不純物密度を第3図のごとく
1011〜5×1014cm-2の低不純物密度とし、n形低
抵抗領域6の前面にn形中不純物密度の薄層L4
を第4図に示したごとく設けることを特徴とす
る。前記n形中不純物密度の薄層L4は不純物密
度は3×1015〜6×1015cm-3で厚み1〜3μmとす
る。このように、n形中不純物密度薄層L4を設
けることは、ゲート電極8とカソード電極9の間
に逆方向ゲート電圧を印加して、空乏層がn形低
抵抗領域6に到達する場合に、n形低抵抗領域で
生じる電界集中が緩和されるため、降伏電圧を高
くかつ安定実現するのに効果がある。さらにこの
程度のn形中不純物密度薄層L4を設けても、オ
ン電圧が増大することは避けられる。 SIサイリスタのp形ゲート領域4のゲート抵抗
rgは、小さい方がターンオンおよびターンオフ時
間は短かくなり、さらにターンオフ時にゲートへ
流れる電流による発生電圧が減少することから、
ゲートターンオフ電流が向上することは明らかで
ある。そこで本発明のSIサイリスタは、前記ゲー
ト抵抗rgを(1)式の関係で定めることを特徴とす
る。 rg・IGP<Vbi ……(1) ただし、IGPはターンオフ時にゲートへ流れる
ピークゲート電流、Vbiはゲート・チヤンネル間
の拡散電位である。 Vbiは通常0.8V程度であり、IGPを設定すること
によつてrgが求まる。そこで、p形ゲート領域4
の不純物密度と断面積および長さWGを設定する
ことによつて、上記で求めたrgを実現できる。そ
の結果、最大ゲートターンオフ電流は単位チヤン
ネル面積当り3×103A/cm3以上が可能となる。 本発明の実施例を試作品に基づいて説明する。 第1図a乃至第2図cは、低抵抗ゲート領域が
埋込み構造に形成されている第1の実施例の内部
の構造を表す。ここで、第1図a乃至第1図cは
小電流SIサイリスタを示し、第2図a乃至第2図
cは電流容量向上のために前記SIサイリスタを並
列化したものである。第2図a、第2図bおよび
第2図cは各々SIサイリスタの平面図、正面図お
よび側面図であり、図の説明は第1図a乃至第1
図cに準ずる。試作素子のセル寸法と実効チヤン
ネル面積を表1に示す。
【表】 ここで、試作SIサイリスタはチヤンネル面積に
よつて、およびの三種類に大別される。サ
ンプル1は第1図a乃至第1図c、そしてサンプ
ルとは第2図a乃至第2図cに示される構造
による。ゲート・カソード間であるL2間のn形
領域5の不純物密度NDは、n形低抵抗領域6の
前面1〜3μmのL4の間は3×1015〜6×1015cm-3
のn形中不純物密度の薄層とし、さらにその前面
は1×1014〜3×1014cm-3の低不純物密度とした
ことを特徴とする。 このように構成することにより、ゲート電極8
とカソード電極9の間に逆方向電圧を印加して空
乏層がn形低抵抗領域6に到達する場合に、中不
純物密度(3×1015〜6×1015cm-3)領域によつ
て電界集中が緩和され、降伏電圧が高く、かつ安
定化される特徴がある。 なお、従来使用されていたn形領域5の不純物
密度は第5図に示されるごとく3〜6×1015cm-3
程度である。 第1図cおよび第2図cにおいて、n形領域5
の厚みL2は10μm程度、そしてp形ゲート領域4
とp形領域3の間のn形シリコン基体2の厚みは
270μm程度で、比抵抗は250〜500Ωcmである。 p形ゲート領域4のゲート抵抗rgは、ターンオ
フ時に実効チヤンネル面積当りの主電流100A/
cm2に相当する電流がゲートへ流れるときに、rg
よる発生電圧が少なくとも0.8V以下となるよう
に設定する。 上記試作素子の製作手順は次の如くである。 (1) n形シリコン基体2にp形領域3とp形ゲー
ト領域4を拡散で作成。 (2) ゲート・カソード間n形領域5をエピタキシ
ヤル成長で作成。 (3) n形低抵抗領域6を拡散で深さL3まで作成。 (4) ゲート電極8の取出し部を選択エツチ。 (5) 金属からなるアノード電極7、ゲート電極8
およびカソード電極9をオーミツク接続する。 上記製作手順(2)は、シリコンの気相成長法で不
純物にはリンを使用したが、その方法は第4図に
示した不純物密度の分布が得られるならばいかな
る方法および不純物を用いてもよい。高不純物密
度p形ゲート領域4の上に低不純物密度n形領域
5を成長させると、オートドーピングにより成長
層がp形化して、チヤンネルが狭くなつたり完全
に閉塞することがある。これを防止するために
は、成長初期に比較的高濃度の不純物を供給し
て、p形不純物のオートドーピングをコンペンセ
ーシヨンする方法を用いるとよい。 上記方法で製作された本発明の第1の実施例の
SIサイリスタの特性について説明する。主電流が
実効チヤンネル面積当り100A/cm2のときのオン
電圧を従来製法によるSIサイリスタと比較すると
表2の如くである。
【表】 上記の結果からわかるように、本発明の第1の
実施例のSIサイリスタは、従来例のものよりもオ
ン電圧が低い。 このようにオン電圧が低下する理由は、本発明
のSIサイリスタはn形領域5の一部の不純物が1
〜3×1014cm-3と、従来のSIサイリスタにおける
不純物密度3〜6×1015cm-3よりも相対的に低い
ことにある。 第6図a、第6図bおよび第6図cは代表的な
順方向阻止特性を示し、横軸は阻止電圧、縦軸は
もれ電流である。なお、図中のパラメータはゲー
ト・カソード間逆バイアスゲート電圧VGKであ
り、そのステツプは第6図aが−2V、第6図b
が−0.5V、そして第6図cが−0.1Vである。こ
れらの素子の電圧利得μ=VAK/|VGK|は、第
6図aではμ=610/16=38、第6図bではμ=
570/2.8=200、そして第6図cではμ=520/
0.9=580である。ここで、逆バイアスゲート電圧
VGKを大きくすれば阻止電圧が増大することがわ
かる。なお、三個の素子とも阻止電圧が500〜
600Vで飽和しているが、これはn形シリコン基
体2の比抵抗が250〜500Ωcm、厚みが270μmで
あることから、500〜600Vの印加電圧で空乏層が
p形領域3に到達し、ひいてはp形領域3からホ
ール注入が増大して電流が流れ始めるためであ
る。 以上のごとく、電圧利得が異なるのは素子の構
造の差によるものである。すなわち、電圧利得μ
は、チヤンネル幅dを小さくするとともに、チヤ
ンネル長Lを大きくし、ゲート・アノード間空乏
層幅LGAを大きくするにつれて増大する。 第7図はブレークオーバー特性の代表例を示
し、横軸はアノード・カソード間電圧、縦軸はア
ノード電流である。なお、サンプルはであり、
ゲート・カソード間は短絡された状態の特性であ
る。 第8図は電圧利得μとブレークオーバー電圧
VBOの関係を示す両軸共対数目盛によるグラフで
ある。 これより、ブレークオーバー電圧は電圧利得の
2乗に比例するといえる。なお、500V以上でブ
レークオーバー電圧が飽和するのは、n形シリコ
ン基体2の空乏層がp形領域3へ到達するためで
ある。 第9図は電圧利得μと実効チヤンネル面積当り
の主電流が100A/cm2のときのオン電圧の関係を
示すグラフである。大多数の素子のオン電圧は
0.9〜1.6Vであり、かつ電圧利得が10〜700におい
て殆んど一定である。 第10図と第11図は代表的なスイツチング波
形を示し、横軸は時間、縦軸は上から順にゲート
電圧VGK、ゲート電流IG、アノード電圧VAK、そ
してアノード電流IAである。なお、サンプルは
で、第10図、第11図とも同一である。第10
図においてターンオフタイムは0.5μs、ターンオ
ンタイムは1μsである。第11図は逆バイアスゲ
ート電圧VGK=−45Vにおける最大ゲートターン
オフ電流をターンオフするときの波形である。 第12図は電圧利得μと実効チヤンネル面積当
りの最大ゲートターンオフ電流密度JATOの関係を
表し、図中のパラメータは逆バイアスゲート電圧
VGKである。これより、電圧利得μおよび逆バイ
アスゲート電圧VGKが増大するとともに、最大ゲ
ートターンオフ電流密度JATOは大きくなることが
わかる。 第13図は電圧利得μとターンオン立上り時間
TONおよびターンオフ立下り時間TOFFの関係を表
す。これより、電圧利得μは100〜600なる素子
が、スイツチング速度は比較的速いことがわか
る。 以上の試作データから、本発明の第1の実施例
によるSIサイリスタによれば、オン電圧が1.0〜
1.6Vと低く、また電圧利得μを100〜600と比較
的高く設定することができ、しかもこの電圧利得
μにおいてスイツチング速度が相対的に速く、か
つゲートターンオフ電流が3×103A/cm2以上と
大きくとれるという改良された特性が得られるこ
とがわかる。 本発明の第2の実施例を第14図と第15図を
用いて説明する。第14図は本発明の第2の実施
例のSIサイリスタの構造を表し、図中符号の説明
は第1図bに準ずる。本実施例のSIサイリスタ
は、第14図に示されるごとく、範囲のn形低
抵抗領域6が範囲のn形領域5で囲むように設
けられ、さらにカソード電極9がn形低抵抗領域
6の周辺部は除去して中央部に接続されることを
特徴とする。このことにより、ゲート・カソード
間逆方向耐圧が向上し、かつ安定化される効果が
ある。 本実施例も、n形領域5の不純物密度を第15
図に示したように、第1の実施例と同様3×1015
〜6×1015cm-3のn形中不純物密度の薄層L4
1011〜3×1014cm-3の低不純物密度の2段階にし
たことを特徴とする。なお、中不純物密度領域
L4の厚みは3μm以下とすればよい。第15図に
示される領域、、L2およびL3は各々第14
図の同符号に対応する。 この第2の実施例のSIサイリスタは第1の実施
例と同様にして製作できる。ただし、n形低抵抗
領域6はn形不純物の選択拡散で作成すればよ
い。以上より、第2の実施例のSIサイリスタは第
1の実施例と同様に改良された特性をもつSIサイ
リスタを得るのに効果的である。 第3の実施例は上記第1または第2の実施例に
よるSIサイリスタのアノード側p形領域3を短絡
構造とした、いわゆる逆導電形(もしくは逆導通
形)SIサイリスタであり、その具体例を第16図
aおよび第16図bを用いて説明する。第16図
aと第16図bはそれぞれ第1図bと第1図cを
逆導電形化した構造を示し、10はn形中抵抗領
域、11はn形低抵抗領域であり、その他の図中
の符号の説明は第1図bと第1図cに準ずる。 第3の実施例は、第16図aおよび第16図b
の領域で示されるごとく、p形領域3の短絡を
ゲート電極8の取出し領域下で行うことを特徴と
する。第16図aと第16図bにおけるn形中抵
抗領域10の厚みと、n形不純物密度および領域
で示される厚さは、次の点を考慮してその値を
設定するとよい。 (1) 阻止状態におけるゲート・アノード間空乏層
拡がりがp形領域3に到達しないこと。 (2) 阻止状態における発生電流はアノード電極7
からn形低抵抗領域11を経てn形中抵抗領域
10の部を横方向に流れ、かつこのときn形
中抵抗領域10の部における発生電圧は拡散
電位よりも小となるようにしてp形領域3から
のホール注入を抑制する。 (3) 阻止状態におけるトランジスタ電流(電流が
立上つたところに相当)は、素子が発熱により
破損することのない、すなわち安定動作するた
めの限界もれ電流を越えないようにする。その
ために、n形中抵抗領域10の部分における
発生電圧が拡散電位以上となるようにしてホー
ル注入を促進し、ひいては素子がブレークオー
バーを起こすようにする。 n形中抵抗領域10の構造を上記方法で求まる
範囲とすることによつて、SIサイリスタは実質的
にpn-nダイオードの特性になるため、n形シリ
コン基体2の単位厚み当りの耐圧が大きくなるか
ら、順方向阻止電圧が大きくなるとともに、もれ
電流が小さくかつターンオフ時間が短かくなる効
果がある。 前記第3の実施例のSIサイリスタのアノード側
は、n形中抵抗領域10をエピタキシイもしくは
拡散法で作成した後、さらにp形領域3およびn
形低抵抗領域11を選択拡散で作成するとよい。
なお、カソード側各領域の製法およびn形領域5
の不純物密度は第1または第2の実施例に準ず
る。 第17図は第3の実施例のSIサイリスタの順方
向阻止特性の例を示し、横軸はアノード電圧
VAK、縦軸はアノード電流IAであり、パラメータ
は逆バイアスゲート電圧VGKである。第17図の
素子はn形シリコン基体2の比抵抗が250〜500Ω
cm、厚みが220μmであり、順方向阻止電圧は
1200V以上ある。 第4の実施例を第18図a乃至第18図cを用
いて説明する。第4の実施例は第3の実施例に基
づき、これを並列化するとともにゲート電極を表
面配線したことに特徴がある。第18図aは平面
図、第18図bは正面図、そして第18図cは側
面図を示し、図中12はn形ゲート取出し領域、
13は表面絶縁層であり、その他の図中符号の説
明は第7図aおよび第7図bに準ずる。 第4の実施例において、p形ゲート取出し領域
12はボロン等のp形不純物を選択拡散法で、表
面絶縁層13はシリコン酸化膜を熱酸化やCVD
法等によつて作成することができる。その他のカ
ソード側の各領域とn形領域5の不純物密度は第
1または第2の実施例と同様に、またアノード側
のn形中抵抗領域10をはじめとした各領域は第
3の実施例と同様にして製作するとよい。 上記第4の実施例によるSIサイリスタは、大電
流容量化のために素子面積を大きくする場合に、
阻止状態でのもれ電流を小さく、かつターンオフ
時間を短縮するのに効果があり、またp形ゲート
取出し領域12でアノード側p形領域3を短絡す
るために、実効チヤンネル面積を減少させること
がなく素子面積を有効利用できる特徴がある。 すでに述べたように、電圧利得が大きい程小さ
なゲート電圧で大きな阻止電圧が得られ、制御回
路が簡単になるという利点を有している。第9図
の結果からわかるように電圧利得が変わつても、
本発明の静電誘導サイリスタは一定チヤンネル電
流密度で比較した場合、オン電圧はほとんど変ら
ない。一方、ゲートターンオフ最大電流密度JATO
は、電圧利得とともに第12図のように増大す
る。小さなゲート電圧でゲートターンオフ電流が
得られる方が、制御回路が簡単になり、装置を組
んだときに小型になるという長所を有する。従つ
て、あまり電圧利得が小さいとデバイスとしては
優れたものにならない。本発明にかかるSIサイリ
スタは、第12図に見るように、少なくとも電圧
利得は10以上、望ましくは50以上ということにな
る。 さて、本発明の静電誘導サイリスタの電圧利得
と構造の関係について述べることとする。ゲー
ト・カソード間に高抵抗領域を介在させた本発明
の静電誘導サイリスタの電圧利得と構造の関係は
第19図のようになる。第19図に示すように、
dはゲート・ゲート間隔、Lはゲート長、LGA
ゲートとアノード間距離、より正確にはゲートと
ゲートからアノード側に延びる空乏層端までの距
離である。電圧利得μは μ=L×LGA/d2 ……(2) で与えられる。ゲート電圧による順方向阻止状態
にあつては、ゲート近傍は完全に空乏化している
から、不純物密度はほとんど影響しないことにな
る。 第20図には、所望の電圧利得を得るためのd
とL/dの関係が一定のLGAに対して示されてい
る。 本発明の静電誘導サイリスタの電圧利得μは、
式(2)の従つて決めればよい。ゲート抵抗rgが小さ
い程SIサイリスタのスイツチング速度は速く、か
つゲートターンオフ電流は大きい。 本発明のSIサイリスタが前記の実施例に限られ
ないことはもちろんである。導電形をまつたく反
対にしたものであつてもよく、ゲート・カソード
間に高抵抗層を介在させてカソードとの間の不純
物密度がゲート側から1011〜5×1014cm-3および
3×1015〜6×1015cm-3の2段に変る層で構成し、
かつ電圧利得を少なくとも10以上とし、ゲート抵
抗rgとゲートピーク電流IGPの積がゲート・チヤン
ネル間の拡散電位Vbiより小さくされていればよ
い。 本発明のSIサイリスタは、スイツチング速度が
速く、オン電圧が小さく、かつ電圧利得が大きい
という特徴を有し、その工業的価値はきわめて高
い。
【図面の簡単な説明】
第1図a乃至第1図cは埋込みゲート静電誘導
サイリスタの一例を示し、第2図a乃至第2図c
と共に本発明の第1の実施例を説明する図で、そ
れぞれaは平面図、bは正面図、cは側面図であ
り、第3図乃至第5図はゲート・カソード間n形
領域の不純物密度を示す図、第6図a乃至第6図
cは代表的な順方向阻止特性を示す図、第7図は
ブレークオーバー特性の代表例を示す図、第8図
は電圧利得とブレークオーバー電圧の関係を示す
図、第9図は電圧利得とオン電圧の関係を示す
図、第10図、第11図は代表的なターンオン立
上り時間およびターンオフ立下り時間を示す図、
第12図は電圧利得と実効チヤンネル面積当りの
最大ゲートターンオフ電流密度の関係を示す図、
第13図は電圧利得とターンオン立上り時間およ
びターンオフ立下り時間の関係を示す図、第14
図は本発明の第2の実施例の構造を示す図、第1
5図はゲート・カソード間のn形領域の不純物密
度を示す図、第16図aおよび第16図bは本発
明の第3の実施例を示す図でそれぞれ正面図およ
び側面図であり、第17図は順方向阻止特性を示
す図、第18図a乃至第18図cは本発明の第4
の実施例を示す図でaは平面図、bは正面図、c
は側面図であつて、第19図は本発明にかかる静
電誘導サイリスタの構造と電圧利得の関係を示す
図、第20図は同じく電圧利得と構造の関係を示
す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一方の導電形の高抵抗半導体基体の一方の主
    面に他方の導電形の低抵抗領域を設けてアノード
    領域となし、他方の主面近傍の一部に他方の導電
    形の低抵抗ゲート領域を設け、前記ゲート領域に
    囲まれる前記他方の主面に前記一方の導電形の低
    抵抗カソード領域を設け、前記ゲート領域からカ
    ソード領域に至る前記一方の導電形の不純物密度
    がゲート領域側から1011〜5×1014cm-3および3
    ×1015〜6×1015cm-3の2段に変る層で構成し、
    前記低抵抗ゲート領域の一部が埋込まれ、かつゲ
    ート長L、ゲート間隔d、ゲート・アノード間空
    乏層幅LGAからなる式、L・LGA/d2により計算さ
    れる値が10以上になされると共に、前記低抵抗ゲ
    ート領域の埋込まれた部分の抵抗rgとゲートピー
    ク電流IGPの積がゲート・チヤンネル間の拡散電
    位Vbiより小さくすることを特徴とする静電誘導
    導サイリスタ。 2 前記一方の導電形高抵抗半導体基体の一方の
    主面の少なくとも前記カソード領域が設けられた
    部分に相対する部分には前記アノード領域を設
    け、前記アノード領域を設けない部分には、一方
    の導電形高不純物密度領域を設けたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の静電誘導サイリ
    スタ。 3 主電流を制御する前記他方の導電形の低抵抗
    ゲート領域が埋込み構造に形成されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記
    載の静電誘導サイリスタ。 4 主電流を制御する前記他方の導電形の低抵抗
    ゲート領域が埋込み型表面ゲート構造に形成され
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の静電誘導サイリスタ。
JP55163382A 1980-11-21 1980-11-21 Electrostatic induction thyristor Granted JPS5788771A (en)

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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5940576A (ja) * 1982-08-30 1984-03-06 Junichi Nishizawa フオトサイリスタ
US4654679A (en) * 1983-10-05 1987-03-31 Toyo Denki Seizo Kabushiki Kaisha Static induction thyristor with stepped-doping gate region
JPS61198779A (ja) * 1985-02-28 1986-09-03 Res Dev Corp Of Japan 両面ゲ−ト静電誘導サイリスタ及びその製造方法
JPH0534116Y2 (ja) * 1986-06-09 1993-08-30
GB2230136B (en) * 1989-03-28 1993-02-10 Matsushita Electric Works Ltd Method for manufacturing static induction type semiconductor device and semiconductor devices manufactured thereby
US5270742A (en) * 1990-06-07 1993-12-14 Olympus Optical Co., Ltd. Image forming apparatus for forming electrostatic latent image using ions as medium, with high-speed driving means
JP2960506B2 (ja) * 1990-09-19 1999-10-06 株式会社日立製作所 ターンオフ形半導体素子
JP2801127B2 (ja) * 1993-07-28 1998-09-21 日本碍子株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP3245308B2 (ja) * 1994-08-26 2002-01-15 日本碍子株式会社 半導体装置の製造方法
JP3277075B2 (ja) * 1994-09-07 2002-04-22 日本碍子株式会社 半導体装置およびその製造方法
DE59812848D1 (de) * 1997-10-11 2005-07-14 Conti Temic Microelectronic Gehäuse zur Aufnahme elektronischer Bauelemente
SE9704149D0 (sv) * 1997-11-13 1997-11-13 Abb Research Ltd A semiconductor device of SiC and a transistor of SiC having an insulated gate
JP2001024182A (ja) * 1999-07-12 2001-01-26 Ngk Insulators Ltd 半導体装置
US8102012B2 (en) * 2009-04-17 2012-01-24 Infineon Technologies Austria Ag Transistor component having a shielding structure
JP6120550B2 (ja) * 2011-12-22 2017-04-26 日本碍子株式会社 半導体装置
JP2013149956A (ja) * 2011-12-22 2013-08-01 Ngk Insulators Ltd 半導体装置
CN106158943A (zh) * 2016-06-28 2016-11-23 长安大学 N沟碳化硅静电感应晶闸管及其制造方法
US10707340B2 (en) * 2018-09-07 2020-07-07 Semiconductor Components Industries, Llc Low turn-on voltage silicon carbide rectifiers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5179588A (ja) * 1974-12-27 1976-07-10 Stanley Electric Co Ltd Denkaikokatoranjisuta
JPS5422179A (en) * 1977-07-20 1979-02-19 Hitachi Ltd Semiconductor switching element
JPS5428579A (en) * 1977-08-05 1979-03-03 Hitachi Ltd Field effect switching element
JPS54152873A (en) * 1978-05-24 1979-12-01 Hitachi Ltd Field effect type thyristor
JPS5599772A (en) * 1979-01-24 1980-07-30 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type thyristor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2299727A1 (fr) * 1975-01-28 1976-08-27 Alsthom Cgee Thyristor a caracteristiques de commutation ameliorees
US4171995A (en) * 1975-10-20 1979-10-23 Semiconductor Research Foundation Epitaxial deposition process for producing an electrostatic induction type thyristor
US4086611A (en) * 1975-10-20 1978-04-25 Semiconductor Research Foundation Static induction type thyristor
JPS5250177A (en) * 1975-10-20 1977-04-21 Semiconductor Res Found Process for production of electrostatic induction type thyristor
US4198645A (en) * 1976-01-27 1980-04-15 Semiconductor Research Foundation Semiconductor controlled rectifier having gate grid dividing surrounding zone into two different impurity concentration sections
US4060821A (en) * 1976-06-21 1977-11-29 General Electric Co. Field controlled thyristor with buried grid
JPS5399879A (en) * 1977-02-14 1978-08-31 Hitachi Ltd Junction-type field effect thyristor
JPS542077A (en) * 1977-06-08 1979-01-09 Hitachi Ltd Semiconductor switching element
US4170019A (en) * 1977-08-05 1979-10-02 General Electric Company Semiconductor device with variable grid openings for controlling turn-off pattern
GB1587540A (en) * 1977-12-20 1981-04-08 Philips Electronic Associated Gate turn-off diodes and arrangements including such diodes
US4364072A (en) * 1978-03-17 1982-12-14 Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai Static induction type semiconductor device with multiple doped layers for potential modification

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5179588A (ja) * 1974-12-27 1976-07-10 Stanley Electric Co Ltd Denkaikokatoranjisuta
JPS5422179A (en) * 1977-07-20 1979-02-19 Hitachi Ltd Semiconductor switching element
JPS5428579A (en) * 1977-08-05 1979-03-03 Hitachi Ltd Field effect switching element
JPS54152873A (en) * 1978-05-24 1979-12-01 Hitachi Ltd Field effect type thyristor
JPS5599772A (en) * 1979-01-24 1980-07-30 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type thyristor

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WO1982001788A1 (fr) 1982-05-27
US4984049A (en) 1991-01-08

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