JPH0136712B2 - - Google Patents

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JPH0136712B2
JPH0136712B2 JP57199962A JP19996282A JPH0136712B2 JP H0136712 B2 JPH0136712 B2 JP H0136712B2 JP 57199962 A JP57199962 A JP 57199962A JP 19996282 A JP19996282 A JP 19996282A JP H0136712 B2 JPH0136712 B2 JP H0136712B2
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JP
Japan
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thyristor
pilot
electrode
emitter
thyristors
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JP57199962A
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Japanese (ja)
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Hiromichi Oohashi
Yoshihiro Yamaguchi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE8383108506T priority patent/DE3374740D1/en
Priority to CA000436498A priority patent/CA1188820A/en
Priority to CS836649A priority patent/CS254968B2/en
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Publication of JPH0136712B2 publication Critical patent/JPH0136712B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はdi/dt耐量の増大と高感度化を図つた
サイリスタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a thyristor with increased di/dt tolerance and high sensitivity.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

直流送電用サイリスタバルブなど電力変換装置
の大容量化、高電圧化に伴い、使用されているサ
イリスタを光トリガサイリスタに置きかえること
が強く要望されている。高電圧電力変換装置に光
トリガサイリスタを使うと、主回路と制御回路の
間の電気絶縁、誘導障害対策が容易になるため、
装置を大幅に小型・軽量化できる。
As the capacity and voltage of power conversion devices such as thyristor valves for DC power transmission become larger and higher, there is a strong demand for replacing the thyristors in use with optically triggered thyristors. Using optically triggered thyristors in high-voltage power conversion equipment facilitates electrical insulation between the main circuit and control circuit and measures against inductive disturbances.
The device can be made significantly smaller and lighter.

しかし、現在利用できる光トリガエネルギー
は、電気トリガエネルギーとくらべて微弱なた
め、光トリガサイリスタの光感度を電気トリガ式
サイリスタのゲート感度に換算して数10倍大きく
する必要があつた。一般に、サイリスタのゲート
感度を大きくすると、雷サージなど、主回路側か
ら混入する急峻な立上りの電圧ノイズに対してサ
イリスタは動作しやすくなる。過電圧が印加され
ても誤動作しな許容電圧上昇率をdv/dt耐量と
呼んでいる。受光部の面積を小さくし、この部分
で発生する変位電流を小さくすると、光感度を犠
性にしないでdv/dt耐量を上げることができる
が、受光部面積を小さくするとターンオン初期の
導通領域が減少し、ターンオン初期に発生する急
峻な立上りオン電流に対する耐量(di/dt耐量)
が低下する。dv/dt、di/dt耐量など主要なサイ
リスタ特性を犠性にすることなく高い光感度の光
トリガサイリスタを実現することが重要な技術的
課題となつている。
However, currently available optical trigger energy is weaker than electrical trigger energy, so it was necessary to increase the optical sensitivity of an optical trigger thyristor by several tens of times the gate sensitivity of an electrically triggered thyristor. In general, increasing the gate sensitivity of a thyristor makes it easier for the thyristor to operate against voltage noise with a steep rise that enters from the main circuit side, such as lightning surges. The permissible rate of voltage increase without malfunction even when overvoltage is applied is called dv/dt tolerance. By reducing the area of the light receiving part and reducing the displacement current generated in this part, it is possible to increase the dv/dt tolerance without sacrificing photosensitivity. The ability to withstand the steep rising on-current that occurs at the beginning of turn-on (di/dt ability)
decreases. An important technical challenge is to realize a photo-triggered thyristor with high photosensitivity without sacrificing major thyristor characteristics such as dv/dt and di/dt tolerance.

第1図に代表的な光トリガサイリスタ断面図を
示す。導電型の異なる4層の半導体層が、シリコ
ンなどの半導体ウエハに形成してあり、1はPエ
ミツタ層、2はNベース層、3はPベース層、4
はNエミツタ層と呼ばれている。半導体ウエハの
中央部には、同芯円状にNエミツタ層4aからな
るパイロツトサイリスタ10が配置してあり、そ
の中央部には、Pベース層3を露出し受光部5と
している。Nエミツタ層4aにはアルミニウムな
どの蒸着層からなる電極5aが形成してある。パ
イロツトサイリスタ10と同芯円状に主サイリス
11が形成してあり、そのNエミツタ4bには
カソード電極5bが蒸着してある。Nエミツタ層
4bには短絡部7が設けてあり、所定の間隔でP
ベース層3とカソード電極5bが短絡してある。
主サイリスタ11の外周部にはdv/dt補償電極
8が設けてあり、dv/dt補償電極8は導体9に
よつて電極5aと電気的に結合してある。Pエミ
ツタ層1にはタングステンなどの金属で形成され
たアノード電極6が合金法などの方法により取付
けてある。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a typical optical trigger thyristor. Four semiconductor layers of different conductivity types are formed on a semiconductor wafer such as silicon. 1 is a P emitter layer, 2 is an N base layer, 3 is a P base layer, and 4 is a P emitter layer.
is called the N emitter layer. A pilot thyristor 10 consisting of an N emitter layer 4a is arranged concentrically in the center of the semiconductor wafer, and a P base layer 3 is exposed at the center to form a light receiving section 5. An electrode 5a made of a vapor-deposited layer of aluminum or the like is formed on the N emitter layer 4a. A main thyristor 11 is formed concentrically with the pilot thyristor 10 , and a cathode electrode 5b is deposited on its N emitter 4b. Short circuit parts 7 are provided in the N emitter layer 4b, and P
The base layer 3 and the cathode electrode 5b are short-circuited.
A dv/dt compensation electrode 8 is provided on the outer periphery of the main thyristor 11 , and the dv/dt compensation electrode 8 is electrically coupled to the electrode 5a by a conductor 9. An anode electrode 6 made of metal such as tungsten is attached to the P emitter layer 1 by a method such as an alloy method.

このようにして構成された光トリガサイリスタ
の受光部5に光量φの光トリガ信号を照射する
と、Nベース層2とPベース層3によつて形成さ
れる中央接合部J2の両側の空乏層領域で主に発生
する光電流Iphが流れ始める。第1図において破
線で示す光電流Iphは、Pベース層3を横方向に
流れ、主サイリスタ11に設けた短絡部7、カソ
ード電極5bを経由して、負荷12と電源13か
らなる外部回路へ流れる。光電流Iphが流れるP
ベース層3とPベース横方向抵抗R1の両端に発
生する電圧降下V1はPベース層3とNエミツタ
層4aからなる接合部J3を順方向にバイアスす
る。順バイアスの一番深いNエミツタ4aの内周
部4a′の電圧V1がJ3の拡散電位より大きくなると
4a′部分からの電子の注入が急増し、パイロツト
サイリスタ10は4a′部分から光ターンオンす
る。このターンオン電流Ipは4a−5a−9−8
−3−7−5bを経由して外部回路へ流れ出る。
Ipは主サイリスタ11に対してゲート電流として
機能し、Ipによつて主サイリスタ11がターンオ
ンし、この光トリガサイリスタはオン状態にな
る。以上の説明から明らかなように、光トリガサ
イリスタの光感度はPベース横方向抵抗R1によ
つて決定されR1が大きいほど光感度は大きくな
る。
When the light receiving part 5 of the phototrigger thyristor configured in this manner is irradiated with a phototrigger signal having a light amount φ, depletion layers on both sides of the central junction J 2 formed by the N base layer 2 and the P base layer 3 are formed. The photocurrent Iph, which mainly occurs in the region, begins to flow. The photocurrent Iph shown by the broken line in FIG. 1 flows laterally through the P base layer 3, passes through the short circuit part 7 provided in the main thyristor 11 , and the cathode electrode 5b, and is connected to an external circuit consisting of a load 12 and a power source 13. flows. P where the photocurrent Iph flows
The voltage drop V 1 occurring across the base layer 3 and the P base lateral resistance R 1 forward biases the junction J 3 consisting of the P base layer 3 and the N emitter layer 4a. When the voltage V 1 at the inner peripheral part 4a' of the deepest forward biased N emitter 4a becomes larger than the diffusion potential of J3 , the injection of electrons from the 4a' part increases rapidly, and the pilot thyristor 10 is photo-turned on from the 4a' part. do. This turn-on current Ip is 4a-5a-9-8
It flows out to the external circuit via -3-7-5b.
Ip functions as a gate current for the main thyristor 11 , and the main thyristor 11 is turned on by Ip, and this photo-triggered thyristor is turned on. As is clear from the above description, the photosensitivity of the photo-triggered thyristor is determined by the P-base lateral resistance R1 , and the larger R1 is, the higher the photosensitivity is.

次にこの光トリガサイリスタのアノード電極6
とカソード電極5bの間に急峻な立上りの電圧ノ
イズが印加された場合を考える。光トリガ信号を
受光部に照射した場合と異なり電圧ノイズが光ト
リガサイリスタのアノード電極6とカソード電極
5bの間に印加されると変位電流Idは光トリガサ
イリスタの全接合面積を流れる。受光部直下の中
央接合部J2の接合容量をC1とするとC1を経由して
流れる変位電流Id1は実線で示してあるように光
電流Iphと同一経路を流れる。一方、dv/dt補償
電極8の近傍の接合容量C2を介して流れる変位
電流Id2は主サイリスタ11に設けた短絡部7を
経由して流れる。この時の光トリガサイリスタを
等価回路で示すと第2図のようになる。A点はカ
ソード電極5bに対応する。パイロツトサイリス
10のNエミツタ層4aとPベース層3からな
るダイオードDのバイアス電圧VjはR1とR2の両
端電圧V1′,V2′の差V1′−V2′で表わせる。Vj=
V1′−V2′の値がJ3の拡散電位をこすとパイロツト
サイリスタ10はdv/dtトリガする。この場合、
R2の値を調節しVjの値を低くおさえると電圧ノ
イズが印加されてもJ3は順バイアスされにくくな
り、パイロツトサイリスタ10のdv/dt耐量は
R1の値と無関係に改善することができる。
Next, the anode electrode 6 of this photo-triggered thyristor
Consider a case where voltage noise with a steep rise is applied between the electrode 5b and the cathode electrode 5b. Unlike when the light-receiving section is irradiated with a photo-trigger signal, when voltage noise is applied between the anode electrode 6 and the cathode electrode 5b of the photo-trigger thyristor, the displacement current Id flows through the entire junction area of the photo-trigger thyristor. Assuming that the junction capacitance of the central junction J 2 directly below the light receiving section is C 1 , the displacement current Id 1 flowing through C 1 flows along the same path as the photocurrent Iph, as shown by the solid line. On the other hand, the displacement current Id 2 flowing through the junction capacitance C 2 near the dv/dt compensation electrode 8 flows through the short circuit portion 7 provided in the main thyristor 11 . The equivalent circuit of the optical trigger thyristor at this time is shown in FIG. 2. Point A corresponds to the cathode electrode 5b. The bias voltage Vj of the diode D consisting of the N emitter layer 4a and the P base layer 3 of the pilot thyristor 10 can be expressed as the difference V1' - V2 ' between the voltages V1 ' and V2 ' across R1 and R2 . Vj=
When the value of V 1 '-V 2 ' crosses the diffusion potential of J 3 , the pilot thyristor 10 triggers dv/dt. in this case,
By adjusting the value of R 2 and keeping the value of Vj low, J 3 will be less likely to be forward biased even if voltage noise is applied, and the dv/dt tolerance of the pilot thyristor 10 will be
The improvement can be made independently of the value of R1 .

以上の方法により、従来の光トリガサイリスタ
は光感度とdv/dt耐量の改善を図つていた。と
ころが、従来の光トリガサイリスタには次のよう
な欠点があつた。
By using the methods described above, conventional photo-triggered thyristors have been able to improve their light sensitivity and dv/dt tolerance. However, conventional optically triggered thyristors have the following drawbacks.

即ち、従来の光トリガサイリスタでは、R1
R2を大きくし、dv/dt補償電極の効果を使い、
光感度とdv/dt耐量の改善おこなうが、不必要
にR2を大きくすると主サイリスタ11のゲート
感度が大きくなり、主サイリスタ11のdv/dt
耐量が低下してしまう問題があつた。R2は第2
図の等価回路から明らかなように、第1図の溝部
14直下のPベース層抵抗R2′と主サイリスタ1
1のNエミツタ層4a′直下のPベース層抵抗
R2″の和である。Nエミツタ4a′とPベース層3
によつて形成される接合部J3′のバイアス電圧は
R2″で決定されるから溝部14を深くし、R2′を大
きくすることによりR2を大きくすれば主サイリ
スタ11のdv/dt耐量を低下させることなく、
パイロツトサイリスタ10の光感度を増大できる
が、主サイリスタ11のゲート感度が低下するた
め、パイロツトサイリスタ10のターンオンより
も主サイリスタ11のターンオンが遅れる問題が
あつた。その結果、光ターンオン初期のオン電流
がパイロツトサイリスタ10に集中し、di/dt耐
量が大幅に低下してしまう。このように、dv/
dt、di/dt耐量を損うことなく、光感度を改善す
るのに、従来のサイリスタでは限界があつた。
That is, in a conventional optically triggered thyristor, R 1 and
By increasing R 2 and using the effect of the dv/dt compensation electrode,
Although the optical sensitivity and dv/dt tolerance are improved, if R2 is increased unnecessarily, the gate sensitivity of the main thyristor 11 increases, and the dv/dt of the main thyristor 11 increases.
There was a problem that the tolerance level decreased. R 2 is the second
As is clear from the equivalent circuit in the figure, the P base layer resistance R 2 ' directly under the groove 14 in FIG. 1 and the main thyristor 1
P base layer resistance directly under the N emitter layer 4a' of 1
is the sum of R 2 ″.N emitter 4a′ and P base layer 3
The bias voltage at the junction J 3 ′ formed by is
Since it is determined by R 2 ″, by making the groove 14 deeper and increasing R 2 ′, R 2 can be increased without reducing the dv/dt tolerance of the main thyristor 11 .
Although the photosensitivity of the pilot thyristor 10 can be increased, the gate sensitivity of the main thyristor 11 is reduced, so there is a problem that the turn-on of the main thyristor 11 is delayed compared to the turn-on of the pilot thyristor 10 . As a result, the on-current at the initial stage of photo-turn-on is concentrated in the pilot thyristor 10 , and the di/dt withstand capability is significantly reduced. In this way, dv/
Conventional thyristors had limitations in improving photosensitivity without compromising dt and di/dt tolerance.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、このような事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、dv/dt耐量
などの特性を損うことなく、光感度(ゲート感
度)の向上とdi/dt耐量の大幅な改善を図つた実
用性の高いサイリスタを提供することにある。
The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to improve light sensitivity (gate sensitivity) and di/dt tolerance without impairing characteristics such as dv/dt tolerance. The object of the present invention is to provide a highly practical thyristor with a significant improvement in performance.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、ベース層に形成した集電電極に囲ま
れるように複数のパイロツトサイリスタを配し、
かつパイロツトサイリスタのエミツタ層に囲こま
れるベース層上にそれぞれゲート電極を形成し、
これらの各パイロツトサイリスタのゲート電極を
順次前段のパイロツトサイリスタのエミツタ層上
に設けられたエミツタ電極に電気的に接続すると
共に、最終段のパイロツトサイリスタのエミツタ
電極を前記集電電極と共通化し、もれ電流や過電
圧印加に伴う変位電流によつて生じるパイロツト
サイリスタ最終段のカソードエミツタバイアス電
圧より、その他のパイロツトサイリスタのカソー
ドエミツタバイアス電圧を小さくするか、等しく
なるようにしたことを特徴とする。
In the present invention, a plurality of pilot thyristors are arranged so as to be surrounded by a current collecting electrode formed on a base layer,
and a gate electrode is formed on each base layer surrounded by the emitter layer of the pilot thyristor,
The gate electrode of each of these pilot thyristors is sequentially electrically connected to the emitter electrode provided on the emitter layer of the pilot thyristor in the previous stage, and the emitter electrode of the pilot thyristor in the final stage is shared with the current collecting electrode. The cathode emitter bias voltage of the other pilot thyristors is set to be smaller than or equal to the cathode emitter bias voltage of the final stage of the pilot thyristor, which is caused by displacement current due to overcurrent or overvoltage application. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、dv/dt耐量を低下させるこ
となく、各パイロツトサイリスタのゲート感度を
大きくすることができ、更に受光部の径を従来の
2〜3倍以上も大きくすることができる。そして
受光部を大きくできる結果、光感度や光結合効率
を大幅に改善することができる。また受光部の径
を大きくすると、一般にこの部分で発生するもれ
電流が増加し高温動作時に耐圧が低下する傾向に
あるが、本発明では、もれ電流は変位電流と同一
経路を流れるからもれ電流による誤トリガ防止に
も効果がある。更に本発明では、複数のパイロツ
トサイリスタが順次ターンオンするので、第1の
パイロツトサイリスタにターンオン初期に流れる
電流が後段のパイロツトサイリスタ数に比例して
減少するから、第1のパイロツトサイリスタへの
ターンオン電流の集中を軽減することができ、
dv/dt耐量を損うことなくdi/dt耐量を大幅に拡
大することができる。
According to the present invention, the gate sensitivity of each pilot thyristor can be increased without reducing the dv/dt withstand capability, and the diameter of the light receiving portion can also be increased by 2 to 3 times or more compared to the conventional one. As a result of increasing the size of the light receiving section, it is possible to significantly improve photosensitivity and optical coupling efficiency. In addition, when the diameter of the light receiving part is increased, the leakage current generated in this part generally increases and the withstand voltage tends to decrease during high temperature operation, but in the present invention, the leakage current flows along the same path as the displacement current. It is also effective in preventing false triggers due to stray current. Furthermore, in the present invention, since a plurality of pilot thyristors are turned on in sequence, the current flowing through the first pilot thyristor at the initial stage of turn-on decreases in proportion to the number of pilot thyristors in the subsequent stage, so that the turn-on current to the first pilot thyristor decreases. can reduce concentration,
The di/dt capacity can be greatly expanded without compromising the dv/dt capacity.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図を参照して、本発明の一実施例につい
て説明する。第3図および第4図は、本発明の実
施例に係るサイリスタの構成を示すもので、第3
図はゲート電極の平面図、第4図は断面図であ
る。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 3 and 4 show the configuration of a thyristor according to an embodiment of the present invention.
The figure is a plan view of the gate electrode, and FIG. 4 is a cross-sectional view.

Pエミツタ層21、Nベース層22、Pベース
層23、Nエミツタ層24fの4つの積層された
半導体層からなる主サイリスタMTの上記Nエミ
ツタ層24fに隣接するPベース層23表面には
集電電極25が形成されており、この集電電極2
5に囲まれて複数のパイロツトサイリスタが形成
されている。ここでは、受光部26を備えた第1
のパイロツトサイリスタPT1からエミツタ電極を
集電電極25と共通化した第5のパイロツトサイ
リスタPT5まで、計5個のパイロツトサイリスタ
PT1〜PT5が形成されている。集電電極25の周
辺部、つまり各パイロツトサイリスタPT1〜PT5
の周りには、主サイリスタMTが形成される。第
1のパイロツトサイリスタPT1は受光部26の周
りに、円環状に、Nエミツタ層24aを形成し、
その表面に、エミツタ電極27を配置して構成さ
れる。また、第2から第5までのパイロツトサイ
リスタPT2〜PT5はPベース層23中に、集電電
極25に囲まれてNエミツタ層24b,25c,
24d,24eをそれぞれ形成し、これらのNエ
ミツタ層24b,24c,24d,24e上にそ
れぞれエミツタ電極28,29,30,31を形
成すると共に、Pベース層23上に各ゲート電極
32,33,34,35を形成して構成される。
このうち、第5のパイロツトサイリスタPT5のエ
ミツタ電極31は前記集電電極25と共通化され
ている。しかして、各段のパイロツトサイリスタ
PT2,PT3,PT4,PT5の各ゲート電極32,3
3,34,35はそれぞれ前段のパイロツトサイ
リスタPT1,PT2,PT3,PT4の各エミツタ電極
27,28,29,30にAl線等の配線層36
を介して順次電気的に接続されている。従つて、
各段のパイロツトサイリスタPT2,PT3,PT4
PT5はそれぞれ前段のパイロツトサイリスタ
PT1,PT2,PT3,PT4のターンオン電流をゲー
ト電流として受けて、ターンオン動作するように
なつている。37,38はそれぞれカソード電
極、アノード電極である。
The surface of the P base layer 23 adjacent to the N emitter layer 24f of the main thyristor MT is composed of four stacked semiconductor layers: the P emitter layer 21, the N base layer 22, the P base layer 23, and the N emitter layer 24f. An electrode 25 is formed, and this current collecting electrode 2
5, a plurality of pilot thyristors are formed. Here, the first
A total of five pilot thyristors, from the pilot thyristor PT 1 to the fifth pilot thyristor PT 5 whose emitter electrode is shared with the current collector electrode 25.
PT 1 to PT 5 are formed. The periphery of the current collecting electrode 25, that is, each pilot thyristor PT 1 to PT 5
around which the main thyristor MT is formed. The first pilot thyristor PT1 has an N emitter layer 24a formed in an annular shape around the light receiving part 26,
An emitter electrode 27 is arranged on the surface thereof. Further, the second to fifth pilot thyristors PT 2 to PT 5 are provided in the P base layer 23, surrounded by the current collecting electrode 25, and provided with N emitter layers 24b, 25c,
24d, 24e are formed respectively, emitter electrodes 28, 29, 30, 31 are formed on these N emitter layers 24b, 24c, 24d, 24e, respectively, and gate electrodes 32, 33, 31 are formed on P base layer 23, respectively. 34 and 35 are formed.
Among these, the emitter electrode 31 of the fifth pilot thyristor PT 5 is shared with the current collecting electrode 25 . However, the pilot thyristor of each stage
Each gate electrode 32, 3 of PT 2 , PT 3 , PT 4 , PT 5
3, 34, and 35 are wiring layers 36 such as Al wires on the emitter electrodes 27, 28, 29, and 30 of the pilot thyristors PT 1 , PT 2 , PT 3 , and PT 4 in the previous stage, respectively.
are sequentially electrically connected via. Therefore,
Pilot thyristors in each stage PT 2 , PT 3 , PT 4 ,
Each PT 5 is a pilot thyristor in the previous stage.
The turn-on operation is performed by receiving the turn-on currents of PT 1 , PT 2 , PT 3 , and PT 4 as gate currents. 37 and 38 are a cathode electrode and an anode electrode, respectively.

さて、このように構成された本サイリスタの受
光部26に光ゲート信号hνを照射すると、第1
のパイロツトサイリスタPT1の中央接合部の空乏
層領域で主に発生した光電流IphがPベース層2
3に流れ込む。この光電流IphはPベース層23
を横方向に流れ、Pベース層23に設けた集電電
極25を介したのち、Pベース層23とカソード
電極37との間に設けられた短絡部39を介して
上記カソード電極37に流れ込む。この結果、光
電流Iphは、第1のパイロツトサイリスタPT1
域のPベース層23に横方向電位差を発生し、こ
れによつて、第1のパイロツトサイリスタPT1
Nエミツタ層24aが順方向にバイアスされるこ
とになる。この順方向バイアス電圧の一番深い電
位が、上記Nエミツタ層24aとPベース層23
との間の接合部の拡散電位の値に近ずくと、これ
によつてNエミツタ層24aからPベース層23
への電子の注入が急激に増加し、第1パイロツト
サイリスタPT1は上記接合部からターンオンする
ことになる。この第1のパイロツトサイリスタ
PT1のターンオン電流は配線層36を介して第2
のパイロツトサイリスタPT2のゲート電極32に
ゲート電流として印加され、これによつて第2の
パイロツトサイリスタPT2がターンオンすること
になる。同様にしてパイロツトサイリスタPT2
ターンオンによつて、第3〜第5のパイロツトサ
イリスタPT3〜PT5が順次ターンオンすることに
なる。そして第5のパイロツトサイリスタPT5
ターンオン電流は、集電電極25から短絡部39
を介して、カソード電極37に流れ、この時上記
ターンオン電流は主サイリスタMTのゲート電流
として機能するから、主サイリスタMTがターン
オンすることになる。
Now, when the light gate signal hν is irradiated to the light receiving section 26 of the present thyristor configured in this way, the first
The photocurrent Iph generated mainly in the depletion layer region of the central junction of the pilot thyristor PT 1 flows through the P base layer 2.
Flows into 3. This photocurrent Iph is
flows laterally, passes through the collector electrode 25 provided on the P base layer 23, and then flows into the cathode electrode 37 via the short circuit 39 provided between the P base layer 23 and the cathode electrode 37. As a result, the photocurrent Iph generates a lateral potential difference in the P base layer 23 of the first pilot thyristor PT1 region, which causes the N emitter layer 24a of the first pilot thyristor PT1 to move in the forward direction. You will be biased. The deepest potential of this forward bias voltage is between the N emitter layer 24a and the P base layer 24.
When the diffusion potential approaches the value of the junction between the N emitter layer 24a and the P base layer 23,
The injection of electrons into the thyristor PT1 increases rapidly, and the first pilot thyristor PT1 is turned on from the junction. This first pilot thyristor
The turn-on current of PT 1 is transferred to the second through the wiring layer 36.
A gate current is applied to the gate electrode 32 of the second pilot thyristor PT 2 , thereby turning on the second pilot thyristor PT 2 . Similarly, by turning on the pilot thyristor PT2 , the third to fifth pilot thyristors PT3 to PT5 are sequentially turned on. The turn-on current of the fifth pilot thyristor PT 5 flows from the current collecting electrode 25 to the short circuit 39.
The turn-on current flows to the cathode electrode 37 via the gate current, and at this time, the turn-on current functions as a gate current of the main thyristor MT, so that the main thyristor MT is turned on.

ところで、サイリスタの光感度(ゲート感度)
を上げるには、一般に最初にターンオンする第1
パイロツトサイリスタPT1のNエミツタ層24a
直下のPベース層23の横方向抵抗を大きくすれ
ばよい。ところが、本発明からなる構造のサイリ
スタでは、この他に第2パイロツトサイリスタ
PT2のゲート電極32と集電電極25の間の抵抗
値Rp2の値を小さくした方がよい。
By the way, the light sensitivity (gate sensitivity) of the thyristor
In order to increase the
N emitter layer 24a of pilot thyristor PT 1
It is sufficient to increase the lateral resistance of the P base layer 23 immediately below. However, in the thyristor having the structure according to the present invention, in addition to this, the second pilot thyristor
It is better to reduce the resistance value Rp 2 between the gate electrode 32 of PT 2 and the current collecting electrode 25.

第5図に発明者らがおこなつた、第1パイロツ
トサイリスタPT1の最小光トリガパワーφ*とRp2
の関係を示す。Pp2>100Ωになるとφ*が急激に
増大し、光感度が低下することがわかる。これ
は、光電流Iphの一部が第1パイロツトサイリス
タPT1のNエミツタ層24a、配線層36、第2
パイロツトサイリスタPT2のゲート電極32、第
2パイロツトサイリスタPT2のNエミツタ層24
b直下のPベース層23を経由して、集電電極2
5へ流れる結果、集電電極25とゲート電極32
の間に、Nエミツタ24bを逆方向にバイアスす
る電圧が発生するからである。従つてゲート電極
32と集電電極25の間の抵抗Rp2を小さくし、
Nエミツタ層24bに印加される逆バイアス電圧
を小さくするほど光感度が各善される。次にこの
ような構造のサイリスタにdv/dt値の大きな電
圧ノイズがアノード・カソード間に加つた場合を
考える。本発明からなるサイリスタの等価回路を
第6図に示す。受光部のある第1パイロツトサイ
リスタPT1から第5パイロツトサイリスタPT5
でのNエミツタ24a,24b,24c,24
d,24e直下のPベース層23を経由して流れ
る変位電流を供給する接合容量をそれぞれC1
C5で表わす。CMは主サイリスタMTの内周部に
配置された短絡部39に流込む変位電流を供給す
る接合容量である。ダイオードD1〜D5は各パイ
ロツトサイリスタPT1〜PT5のNエミツタ層とP
ベース層23から形成されるダイオードである。
同様にAMは主サイリスタMTのNエミツタ層2
4fとPベース層23から形成されるダイオード
を表わしている。同図においてAはカソード電
極、Kはカソード電極を表わし、Bは受光部、C
〜Fはゲート電極32〜35をそれぞれ表わして
いる。又H1〜H5は集電電極25に対応してい
る。各接合容量C1〜CMを介して流れる変位電流
の密度をJdとすると、変位電流の発生に伴い集
電電極H1〜H5と受光部Bおよびゲート電極C〜
Fの間に発生する電位差V1〜V5はJdに比例する。
各比例定数をR1(=V1/Jd)、R2(=V2/Jd)、R3
(=V3/Jd)、R4(=V4/Jd)、R5(=V5/Jd)で
表わす。
Fig. 5 shows the minimum optical trigger power φ * and Rp 2 of the first pilot thyristor PT 1 , which were determined by the inventors.
shows the relationship between It can be seen that when Pp 2 >100Ω, φ * increases rapidly and the photosensitivity decreases. This means that a part of the photocurrent Iph is transferred to the N emitter layer 24a of the first pilot thyristor PT1 , the wiring layer 36, and the second pilot thyristor PT1.
Gate electrode 32 of pilot thyristor PT 2 , N emitter layer 24 of second pilot thyristor PT 2
b Via the P base layer 23 directly below the current collecting electrode 2
5, the current collector electrode 25 and the gate electrode 32
This is because a voltage that biases the N emitter 24b in the reverse direction is generated during this period. Therefore, the resistance Rp 2 between the gate electrode 32 and the current collecting electrode 25 is reduced,
The smaller the reverse bias voltage applied to the N emitter layer 24b, the better the photosensitivity. Next, consider a case where voltage noise with a large dv/dt value is applied between the anode and cathode of a thyristor having such a structure. FIG. 6 shows an equivalent circuit of a thyristor according to the present invention. N emitters 24a, 24b, 24c, 24 from the first pilot thyristor PT1 to the fifth pilot thyristor PT5 with the light receiving section
The junction capacitances that supply the displacement current flowing through the P base layer 23 directly under d and 24e are respectively C 1 ~
Represented by C 5 . CM is a junction capacitance that supplies a displacement current flowing into a short circuit portion 39 arranged on the inner circumference of the main thyristor MT. The diodes D 1 to D 5 are connected to the N emitter layer and P of each pilot thyristor PT 1 to PT 5 .
This is a diode formed from the base layer 23.
Similarly, A M is the N emitter layer 2 of the main thyristor MT.
4f and a P base layer 23. In the figure, A represents the cathode electrode, K represents the cathode electrode, B represents the light receiving part, and C represents the cathode electrode.
-F represent gate electrodes 32-35, respectively. Further, H 1 to H 5 correspond to the current collecting electrodes 25 . Assuming that the density of the displacement current flowing through each junction capacitance C 1 to C M is Jd, as the displacement current is generated, the current collector electrodes H 1 to H 5 , the light receiving part B, and the gate electrode C to
The potential difference V 1 to V 5 generated between F is proportional to Jd.
Each proportionality constant is R 1 (=V 1 /Jd), R 2 (=V 2 /Jd), R 3
(=V 3 /Jd), R 4 (=V 4 /Jd), and R 5 (=V 5 /Jd).

各パイロツトサイリスタPT1〜PT5の順方向バ
イアスの最大値は第6図においてダイオードD1
〜D5の両端電圧である。D1〜D5の両端に印加さ
れる順方向バイアスV12,V23,V34,V45および
V5はR1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5の両端
電圧の差およびR5の両端電圧で、それぞれ表わ
すことができる。Jdは接合容量Cjとdv/dt値の
積であるからV12,V23,V34,V45およびV5は次
のようになる。
The maximum value of the forward bias of each pilot thyristor PT 1 to PT 5 is determined by the diode D 1 in FIG.
~D is the voltage across 5 . Forward bias applied across D 1 to D 5 V 12 , V 23 , V 34 , V 45 and
V5 can be expressed by the difference in voltage across R1 and R2 , R2 and R3 , R3 and R4 , R4 and R5 , and the voltage across R5 . Since Jd is the product of junction capacitance Cj and dv/dt value, V 12 , V 23 , V 34 , V 45 and V 5 are as follows.

V12=V1−V2=(R1-R2)・Cj・dv/dt …(1) V23=V2−V3=(R2-R3)・Cj・dv/dt …(2) V34=V3−V4=(R3-R4)・Cj・dv/dt …(3) V45=V4−V5=(R4-R5)・Cj・dv/dt …(4) V5=V5=R5・Cj・dv/dt V12,V23,V34,V45およびV5の値が、各ダイ
オードD1〜D5の拡散電位になるとパイロツトサ
イリスタからの電子の注入が急増し、最初にバイ
アス電圧が拡散電位を越したパイロツトサイリス
タがdv/dtトリガする。本実施例ではV12,V23
V34,V45の値がV5より小さいか、等しくなるよ
うR1〜R5の値を選定してある。V12,V23,V34
V45がV5と等しくなるように設計した場合R5
R4−R5=R3−R4=R2−R3=R1−R2となり、こ
れらの関係からR5=R4/2=R3/3=R2/4=
R1/5の関係が得られる。従つて、前述した条
件を満足するには少くなくともR5R4/2、R5
R3/3、R5R2/4、R5R1/5の関係を満
すように、R1〜R5の値を選定しなくてはならな
い。
V 12 =V 1 −V 2 =(R 1 -R 2 )・Cj・dv/dt …(1) V 23 =V 2 −V 3 =(R 2 -R 3 )・Cj・dv/dt …( 2) V 34 =V 3 −V 4 =(R 3 -R 4 )・Cj・dv/dt …(3) V 45 =V 4 −V 5 =(R 4 -R 5 )・Cj・dv/dt …(4) V 5 = V 5 = R 5・Cj・dv/dt When the values of V 12 , V 23 , V 34 , V 45 and V 5 reach the diffusion potential of each diode D 1 to D 5 , the pilot thyristor The injection of electrons from the thyristor rapidly increases, and the pilot thyristor whose bias voltage first exceeds the diffusion potential triggers dv/dt. In this example, V 12 , V 23 ,
The values of R 1 to R 5 are selected so that the values of V 34 and V 45 are smaller than or equal to V 5 . V12 , V23 , V34 ,
If designed so that V 45 is equal to V 5 then R 5 =
R 4 - R 5 = R 3 - R 4 = R 2 - R 3 = R 1 - R 2 , and from these relationships, R 5 = R 4 /2 = R 3 /3 = R 2 /4 =
A relationship of R 1 /5 is obtained. Therefore, to satisfy the above-mentioned conditions, at least R 5 R 4 /2, R 5
The values of R 1 to R 5 must be selected so as to satisfy the relationships R 3 /3, R 5 R 2 /4, and R 5 R 1 / 5 .

なお、本発明では前述したように第2パイロツ
トサイリスタPT2のゲート電極32と集電電極2
5の間の抵抗値を100Ω以下にして光感度の低下
を防止する必要がある。R2は第2パイロツトサ
イリスタPT2のNエミツタ幅に依存すのに対し
て、ゲート電極32と集電電極25の間の抵抗値
はNエミツタ長を大きくすることによつて低くで
きる。従つて前述したR1〜R5の条件と集電電極
25とゲート電極32の間の抵抗値の条件は相互
に矛盾なく実現できる。
In addition, in the present invention, as described above, the gate electrode 32 of the second pilot thyristor PT 2 and the current collecting electrode 2
It is necessary to keep the resistance value between 5 and 5 below 100Ω to prevent a decrease in photosensitivity. While R 2 depends on the width of the N emitter of the second pilot thyristor PT 2 , the resistance value between the gate electrode 32 and the current collecting electrode 25 can be lowered by increasing the length of the N emitter. Therefore, the conditions of R 1 to R 5 and the condition of the resistance value between the current collecting electrode 25 and the gate electrode 32 can be realized without contradicting each other.

ところで、このような構造ではdv/dt耐量が
最終段のパイロツトサイリスタPT5のPベース実
効抵抗Rnで決定される。実施例に示したように、
パイロツトサイリスタを5段にした場合、所定の
仕様のdv/dt値を満すようにR5を決定すればよ
い。その時、R1はR5の5倍まで大きくできる。
受光部のある第1パイロツトサイリスタPT1の光
感度を大きくしたり、又光信号伝送系との光結合
効率を大きくするため、受光部の径を大きくしよ
うとすると、一般にR1を大きくする必要がある。
本発明ではdv/dt耐量を犠性にすることなく容
易にR1を大きくすることができるので、光感度
や、光結合効率を大幅に改善することができる。
例えば4KVの光トリガサイリスタを使つた実験
によれば、受光部の直径d=1.5mmφの場合、
dv/dt=1500V/μsで従来例では最小光トリガパ
ワーφ*=4mwであつたものが、本発明からなる
5段パイロツトサイリスタの光トリガサイリスタ
では、φ*=2mwにすることができた。又同じφ*
=4mwで比較すると、本発明を実施した場合、
d=3mmφと2倍に改善することができた。1.5
mmφのバンドル型光フアイバーからなる光信号伝
送系と3mmφのそれとでは光源に発光ダイオード
を使つた場合、発光ダイオードの光出力とバンド
ル型光フアイバの光結合効率を3倍以上改善する
ことができる。いずれの場合も発光ダイオードの
駆動電流を大幅に改善できる。発光ダイオードの
駆動電流値は、発光ダイオードの寿命に大きく影
響するから本発明を実施することにより、光トリ
ガシステムの信頼性を大幅に向上させることがで
きる。特に、光トリガシステムに高い信頼性が要
求されている直流送電用サイリスタバルブ等に、
本発明からなる光トリガサイリスタを搭載する
と、大きな効果を発揮する。又、受光部の径を大
きくするとこの部分で発生するもれ電流が増加
し、高温動作時に耐圧が低下する傾向に一般にあ
るが、もれ電流は変位電流と同一経路を流れるか
ら、本発明を実施したサイリスタでは、もれ電流
による誤トリガ防止に対しても効果がある。その
結果、高温時の順方向阻止電圧特性のすぐれたサ
イリスタを実現できる。
Incidentally, in such a structure, the dv/dt tolerance is determined by the P-base effective resistance Rn of the final stage pilot thyristor PT5 . As shown in the example,
When the pilot thyristor has five stages, R5 may be determined so as to satisfy the dv/dt value of the predetermined specifications. At that time, R 1 can be up to 5 times larger than R 5 .
If you try to increase the diameter of the light receiving part in order to increase the optical sensitivity of the first pilot thyristor PT 1 , which has the light receiving part, or to increase the optical coupling efficiency with the optical signal transmission system, it is generally necessary to increase R 1 . There is.
In the present invention, R 1 can be easily increased without sacrificing dv/dt tolerance, so photosensitivity and optical coupling efficiency can be significantly improved.
For example, according to an experiment using a 4KV optically triggered thyristor, when the diameter of the light receiving part is d = 1.5mmφ,
In the conventional example, the minimum optical trigger power φ * was 4 mw when dv/dt=1500 V/μs, but in the optical trigger thyristor of the 5-stage pilot thyristor according to the present invention, it was possible to reduce the minimum optical trigger power φ * to 2 mw. Same φ *
= 4 mw, when the present invention is implemented,
We were able to achieve a two-fold improvement to d=3mmφ. 1.5
When a light-emitting diode is used as a light source in an optical signal transmission system consisting of a bundled optical fiber of mmφ and that of a bundled optical fiber of 3mmφ, the light output of the light-emitting diode and the optical coupling efficiency of the bundled optical fiber can be improved by more than three times. In either case, the driving current of the light emitting diode can be significantly improved. Since the driving current value of the light emitting diode greatly affects the life of the light emitting diode, by implementing the present invention, the reliability of the optical trigger system can be greatly improved. Especially for thyristor valves for DC power transmission, which require high reliability in optical trigger systems.
When the optically triggered thyristor of the present invention is installed, great effects can be achieved. In addition, when the diameter of the light receiving part is increased, the leakage current generated in this part increases, and the withstand voltage tends to decrease during high temperature operation. However, since the leakage current flows along the same path as the displacement current, the present invention The implemented thyristor is also effective in preventing false triggering due to leakage current. As a result, a thyristor with excellent forward blocking voltage characteristics at high temperatures can be realized.

さらに本発明では、集電電極によつて次に示す
効果が得られる。第2図に示してあるように従来
例ではR1、R2はカソード電極を介して電気的に
結合し、変位電流によりR1で発生する電圧をR2
の両端で発生する電圧で打ち消し、dv/dt耐量
を改善している。しかし前述したように主サイリ
スタのdv/dt耐量の低下を防止しようとすると
di/dt耐量が低下するといつた問題があつた。
Furthermore, in the present invention, the following effects can be obtained by the current collecting electrode. As shown in Figure 2, in the conventional example, R 1 and R 2 are electrically coupled via a cathode electrode, and the voltage generated in R 1 due to the displacement current is transferred to R 2
The voltage generated at both ends cancels it out, improving dv/dt tolerance. However, as mentioned above, if we try to prevent the main thyristor's dv/dt tolerance from decreasing,
There was a problem that the di/dt tolerance decreased.

これに対して本発明ではR1〜Rfは集電電極を
介して電気的に結合されているため、パイロツト
サイリスタの段数を容易に増設できる。即ち本発
明では、第6図に示されるように集電電極H1
H2,…で抵抗R1,R2,…の一端が短絡されるか
ら、初段のパイロツトサイリスタの接合容量C1
を流れる変位電流は抵抗R1を通つて集電電極に
流れて2段目にはバイアスとならず、2段目のパ
イロツトサイリスタの接合容量C2を流れる変位
電流は同様に抵抗R2を通つて集電電極に流れて
3段目のバイアスとはならない、という作用を有
するからである。そして受光部のある第1パイロ
ツトサイリスタPT1にターンオン初期に流れる電
流は後段のパイロツトサイリスタ数に比例して減
少するから、本発明からなるサイリスタは第1パ
イロツトサイリスタPT1へのターンオン電流の集
中を軽減できる。また、dv/dtノイズにより変
位電流が流れた時、第6図において例えば容量
C2を流れる変位電流は抵抗R2を通つてダイオー
ドD1に対して逆バイアスを発生し、容量C3を流
れる変位電流は抵抗R3を通つてダイオードD2
対して逆バイアスを発生する、という効果が得ら
れる。初段パイロツトサイリスタがターンオンし
た時も、そのターンオン電流はダイオードD1
ら抵抗R2を通つて集電電極に流れやはり、ダイ
オードD1に対して逆バイアスを発生する、とい
う関係が得られる。これらの結果本発明では、
di/dt耐量やdv/dt耐量を大きく保ちながら、ゲ
ート感度を高くすることができる。又、本発明か
らなるサイリスタでは光感度、dv/dt耐量を犠
性にすることなく、容易に受光部面積を大きくで
きるので、初期ターンオン領域が拡大し、ターン
オン初期のオン電流密度を大幅に低くすることが
できる。このような、理由により、本発明では、
従来例とくらべて、di/dt耐量を大幅に拡大でき
る。試作結果によれば、実施例のサイリスタでは
di/dt600Aと従来例とくらべて2〜3倍の
di/dt耐量を実現できた。
On the other hand, in the present invention, since R 1 to Rf are electrically coupled via the current collecting electrode, the number of stages of pilot thyristors can be easily increased. That is, in the present invention, as shown in FIG .
Since one end of the resistors R 1 , R 2 ,... is short-circuited by H 2 ,..., the junction capacitance of the first stage pilot thyristor C 1
The displacement current flowing through the junction capacitance C2 of the second stage pilot thyristor flows through the resistor R2 to the current collecting electrode and does not provide a bias to the second stage. This is because it has the effect of not flowing to the current collecting electrode and becoming a third stage bias. Since the current flowing through the first pilot thyristor PT 1 in which the light receiving section is located at the initial stage of turn-on decreases in proportion to the number of pilot thyristors in the subsequent stage, the thyristor according to the present invention prevents the concentration of turn-on current to the first pilot thyristor PT 1 . It can be reduced. Also, when a displacement current flows due to dv/dt noise, for example, the capacitance
The displacement current flowing through C 2 creates a reverse bias on the diode D 1 through the resistor R 2 , and the displacement current flowing through the capacitor C 3 creates a reverse bias on the diode D 2 through the resistor R 3 . This effect can be obtained. Even when the first-stage pilot thyristor is turned on, the turn-on current flows from the diode D 1 through the resistor R 2 to the current collecting electrode, and a reverse bias is also generated for the diode D 1 . As a result of these, in the present invention,
Gate sensitivity can be increased while maintaining high di/dt tolerance and dv/dt tolerance. In addition, in the thyristor of the present invention, the area of the light receiving area can be easily increased without sacrificing photosensitivity or dv/dt tolerance, so the initial turn-on area is expanded and the on-current density at the initial turn-on stage is significantly lowered. can do. For this reason, in the present invention,
Compared to the conventional example, di/dt tolerance can be greatly expanded. According to the prototype results, the thyristor of the example
di/dt600A and 2 to 3 times as much as the conventional example.
We were able to achieve di/dt tolerance.

こうして本実施例により、dv/dt耐量等のサ
イリスタに要求される主要な特性を損うことなし
に、di/dt耐量と光感度(ゲート減度)の飛躍的
な向上を図つた高性能で実用性の高いサイリスタ
を実現することができる。
In this way, this embodiment achieves high performance with dramatically improved di/dt tolerance and light sensitivity (gate reduction) without impairing the main characteristics required of a thyristor such as dv/dt tolerance. A highly practical thyristor can be realized.

第7図に本発明のもう一つの実施例を模式的平
面図で示す。中心部に受光部のある第1パイロツ
トサイリスタPT1が形成され、これに対して3個
の第2パイロツトサイリスタPT21〜PT23および
3個の第3パイロツトサイリスタPT21〜PT23
交互に放射状に配列形成されている。第1パイロ
ツトサイリスタPT1のNエミツタの外周部には3
個の突出部を設けてここにもNエミツタ電極を配
設し、この突出部と第2パイロツトサイリスタ
PT21〜PT23の各ゲート電極の間をアルミニウム
線でボンデイング接続している。また第2パイロ
ツトサイリスタPT21〜PT23のNエミツタ層にも
突出部を設けてこの上にもやはり、Nエミツタ電
極を配設し、この突出部と第3パイロツトサイリ
スタPT31〜PT33の各ゲート電極との間をアルミ
ニウム線でボンデイング接続している。第3パイ
ロツトサイリスタPT31〜PT33では先の実施例と
同様、放射状に配設された集電電極40がエミツ
タ電極を兼ねている。各パイロツトサイリスタお
よび主サイリスタMTはシリコンウエハの<111
>面に形成してあり、各パイロツトサイリスタの
Nエミツタおよび集電電極40の周辺長方向は結
晶軸〔011〕、〔011〕、〔110〕、〔110〕、〔
10
1〕、〔101〕方向に配列してある。各Nエミツタ
および集電電極40の周辺長の半分は〔011〕、
〔110〕、〔101〕の結晶軸方向であり、この方
向の結晶軸方向であり、この方向の結晶軸はター
ンオン初期の導通領域を維持するのに適してお
り、確実なターンオンが実現できる。
FIG. 7 shows a schematic plan view of another embodiment of the present invention. A first pilot thyristor PT 1 having a light receiving part in the center is formed, and three second pilot thyristors PT 21 to PT 23 and three third pilot thyristors PT 21 to PT 23 are arranged radially alternately. An array is formed. The outer circumference of the N emitter of the first pilot thyristor PT1 has 3
An N emitter electrode is provided here as well, and this protrusion and the second pilot thyristor are connected to each other.
Each of the gate electrodes PT 21 to PT 23 is connected by bonding with an aluminum wire. Furthermore, protrusions are also provided on the N emitter layers of the second pilot thyristors PT 21 to PT 23 , and N emitter electrodes are also provided on these. A bonding connection is made between the gate electrode and the gate electrode using an aluminum wire. In the third pilot thyristors PT 31 to PT 33 , the radially arranged current collecting electrodes 40 also serve as emitter electrodes, as in the previous embodiment. Each pilot thyristor and main thyristor MT is
> plane, and the peripheral length directions of the N emitter of each pilot thyristor and the current collecting electrode 40 are crystal axes [011], [011], [110], [110], [
Ten
1] and [101] directions. Half of the peripheral length of each N emitter and current collecting electrode 40 is [011],
The [110] and [101] crystal axes are in this direction, and the crystal axes in this direction are suitable for maintaining the conduction region at the initial stage of turn-on, and reliable turn-on can be achieved.

尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるもの
ではない。実施例では、光サイリスタにつき例示
したが受光部にゲート電極を形成してなる電気ト
リガ式のサイリスタにも同様に適用することがで
きる。またパイロツトサイリスタの構成段数やそ
の配置構成は仕様に応じて定めればよいものであ
り、要は各パイロツトサイリスタをベース層に設
けられた集電電極によつて囲まれるように配置構
成して、前述した方法により、順次電気的に接続
すればよい。
Note that the present invention is not limited only to the above embodiments. In the embodiment, an optical thyristor is illustrated, but the present invention can be similarly applied to an electrically triggered thyristor in which a gate electrode is formed in a light receiving section. In addition, the number of stages of pilot thyristors and their arrangement can be determined according to the specifications, and the key is to arrange each pilot thyristor so that it is surrounded by current collecting electrodes provided on the base layer. The electrical connection may be made sequentially by the method described above.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のサイリスタの一例を示す構成
図、第2図はその等価回路図、第3図は本発明の
一実施例のサイリスタの平面図、第4図はそのサ
イリスタの断面図、第5図は同じくそのサイリス
タの動作特性を説明するための図、第6図は同じ
くそのサイリスタの等価回路図、第7図は本発明
の他の実施例のサイリスタの模式的平面図であ
る。 MT…主サイリスタ、ST1〜ST5…パイロツト
サイリスタ、24a〜24f…Nエミツタ層、2
5…集電電極、26…受光部、27〜31…エミ
ツタ電極、32〜35…ゲート電極、36…配
線、37…カソード電極、38…アノード電極。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional thyristor, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram thereof, FIG. 3 is a plan view of a thyristor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view of the thyristor. 5 is a diagram for explaining the operating characteristics of the thyristor, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the thyristor, and FIG. 7 is a schematic plan view of a thyristor according to another embodiment of the present invention. MT...Main thyristor, ST1 to ST5 ...Pilot thyristor, 24a to 24f...N emitter layer, 2
5... Current collecting electrode, 26... Light receiving part, 27-31... Emitter electrode, 32-35... Gate electrode, 36... Wiring, 37... Cathode electrode, 38... Anode electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 導電型を交互に異ならせて積層された4つの
半導体層からなる主サイリスタのベース層中に上
記主サイリスタのエミツタ層を除く他の3つの半
導体層を共有する複数のパイロツトサイリスタの
エミツタ層を上記主サイリスタのエミツタ層と同
導電型にそれぞれ形成してなるサイリスタにおい
て、上記各パイロツトサイリスタは、主サイリス
タのエミツタ層に隣接するベース層上に設けた集
電電極の内側にそれぞれ個別に集電電極に取囲ま
れるように配置し、かつ各パイロツトサイリスタ
のエミツタ層に囲まれるベース層上にそれぞれゲ
ート電極を形成し、これらの各パイロツトサイリ
スタのゲート電極を順次前段のパイロツトサイリ
スタのエミツタ層に設けられたエミツタ電極に電
気的に接続し、最終段のパイロツトサイリスタの
エミツタ電極を前記集電電極と共通化し、もれ電
流や過電圧印加に伴う変位電流によつて生じる最
終段のパイロツトサイリスタのカソード・エミツ
タの順方向バイアス電圧に比べてその他のパイロ
ツトサイリスタのカソード・エミツタの順方向バ
イアス電圧を小さくまたは等しくなるように設定
したことを特徴とするサイリスタ。 2 前記複数のパイロツトサイリスタのうち2段
目のパイロツトサイリスタのゲート電極と前記集
電電極の間の抵抗値を100Ω以下にしたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のサイリス
タ。 3 前記複数のパイロツトサイリスタのエミツタ
層およびその上のエミツタ電極の一部に、これを
隣接するパイロツトサイリスタのゲート電極に電
気的に接続するための突出部を設けたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載のサイリスタ。 4 前記複数のパイロツトサイリスタのうち初段
のパイロツトサイリスタを光トリガ信号により点
呼駆動することを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載のサイリスタ。
[Scope of Claims] 1. A main thyristor comprising four semiconductor layers laminated with alternating conductivity types, including a plurality of semiconductor layers that share three semiconductor layers other than the emitter layer of the main thyristor in the base layer. In the thyristor in which the emitter layer of the pilot thyristor is formed to have the same conductivity type as the emitter layer of the main thyristor, each of the pilot thyristors has a current collector electrode provided on the base layer adjacent to the emitter layer of the main thyristor. A gate electrode is formed on the base layer surrounded by the emitter layer of each pilot thyristor, and the gate electrode of each pilot thyristor is sequentially connected to the previous pilot stage. It is electrically connected to the emitter electrode provided on the emitter layer of the thyristor, and the emitter electrode of the pilot thyristor in the final stage is shared with the current collecting electrode, so that the final stage generated by displacement current due to leakage current or overvoltage application. A thyristor characterized in that the forward bias voltages of the cathodes and emitters of the other pilot thyristors are set to be smaller than or equal to the forward bias voltage of the cathodes and emitters of the pilot thyristors. 2. The thyristor according to claim 1, wherein the resistance value between the gate electrode of the second stage pilot thyristor of the plurality of pilot thyristors and the current collecting electrode is 100Ω or less. 3. The emitter layer of the plurality of pilot thyristors and a part of the emitter electrode thereon are provided with a protrusion for electrically connecting the emitter layer to the gate electrode of an adjacent pilot thyristor. Thyristor according to range 1. 4. Claim 1, characterized in that the pilot thyristor at the first stage among the plurality of pilot thyristors is driven by an optical trigger signal.
Thyristor described in section.
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CA000436498A CA1188820A (en) 1982-11-15 1983-09-12 Radiation-controllable thyristor
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50120279A (en) * 1974-02-18 1975-09-20
JPS5183784A (en) * 1974-12-10 1976-07-22 Siemens Ag

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