JPH0191474A - 半導体スイッチング素子 - Google Patents

半導体スイッチング素子

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JPH0191474A
JPH0191474A JP24956487A JP24956487A JPH0191474A JP H0191474 A JPH0191474 A JP H0191474A JP 24956487 A JP24956487 A JP 24956487A JP 24956487 A JP24956487 A JP 24956487A JP H0191474 A JPH0191474 A JP H0191474A
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JP
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gate
cathode
turn
cathodes
channel
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JP24956487A
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Naoshige Tamamushi
玉蟲 尚茂
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Toyota Industries Corp
Semiconductor Research Foundation
Original Assignee
Semiconductor Research Foundation
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概   要〕 本発明は、埋め込みゲート間に形成されるチャネルの上
方にのみカソードまたはソースとなる半導体領域を設け
て、 ゲート−カソード間またはゲート−ソース間の容量を小
さくすることによりチャネル電流を低減することなくス
イッチング速度を向上させたものである。
〔従 来 技 術〕
埋め込みゲート構造を有する半導体スイッチング素子、
例えば静電誘導サイリスク(以後、Slサイリスクと記
す)、静電誘導トランジスタ(以後SITと記す)は、
ゲート−カソード間またはゲート−ソース間に印加する
電圧の制御により、チャネルを流れる電流を制御してス
イッチの0N10FFを行うものである。
第3図に、従来のSlサイリスクの模式断面図を示す。
同図において、低不純物濃度のn形半導体層であるベー
ス1の一方の主面に高不純物濃度のn形半導体層である
カソード2が形成され、他方の主面に高不純物濃度のp
形半導体層であるアノード3が形成されている。さらに
、ベース1内には高不純物濃度のp形半導体層であるゲ
ート4が所定間隔で埋め込まれている。また、図示して
はいないが、カソード2、アノード3および素子の端部
のゲート4には、それぞれA1等から成るカソード電極
、アノード電極、ゲート電極が形成されている。また、
図中破線で囲まれたゲート4.4間の領域はチャネル5
を形成しており、ゲート4とカソード3の間に正のゲー
ト電圧■ を印加することによりカソード3から注入さ
れる電子が、チャネル5を通過しベース1に注入される
ようになる。すると、カソード3からアノード2へ電子
がアノード2からカソード3へ正孔が流れるようになり
、この電流が一定値以上になると、ランチアンプが起こ
りゲート電圧V6Lの値に関係なくSIサイリスクはO
N状態となる(ターンオン)。
一方、ゲート4とカソード3の間に適当な負のゲート電
圧Vecを印加するとチャネル5が遮断されカソード3
からベース1へ電子の注入が中止されると共にベース1
内にある過剰の正孔はゲート4から引き抜かれ、また過
剰の電子はアノード2から引き抜かれるので、SIサイ
リスクはOFF状態となる(ターンオフ)。
このように、SIサイリスクはゲート4とカソード3間
に印加されるゲート電圧VGtの制御により、ターンオ
ン、ターンオフの制御を行っているが、ゲート電圧VQ
Kの伝播時間はゲート4とカソード3間の接合容Etc
ei=及びゲート4の抵抗r)から成る時定数r) ・
C4μに比例する。従って、時定数r、・CGKの値を
小さくすれば、ゲート電圧V、にがゲート電極から遠く
離れたゲート4にも速やかに伝播する″ようになり、ゲ
ート電圧■、に正の電圧を印加した場合のターンオン、
負の電圧を印加した場合のターンオフが素子全体でより
一層同時に起きるようになり、スイッチング速度が向上
する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述したように、スイッチング速度を高速にするために
は時定数r8  ・09にの値を小さくすればよい。と
ころで、周知のようにゲート4とカソード3間の接合容
M Cc、*は、ゲート4とカソード3の間の接合面積
に比例する。ところが、従来のS■サイリスクではカソ
ード3の全面にn形半導体層を形成していたため、接合
容量CQKの値が大きくスイッチング速度が遅かった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ターンオン、ター
ンオフ速度の速い高速スイッチングを可能にする半導体
スイッチング素子を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために、埋め込みゲート構
造を有する半導体スイッチング素子において、カソード
またはソースとなる半導体領域をゲート間に形成される
チャネルの上方にのみ配設するようにしたことを特徴と
するものである。
〔作   用〕
カソード領域またはソース領域となる高不純物濃度の半
導体領域を、埋め込みゲート間に形成されるチャネル領
域の上方にのみ配設したので、ゲートとカソード領域ま
たはソース領域間の接合容量は従来よりも減少する。従
って、ゲート抵抗と前記接合容量の積から成る時定数は
従来よりも小さ(なり、ゲート−カソード間電圧または
ゲートニソース間電圧がゲート電極から離れたゲートに
伝播する速度は従来よりも速くなる。この結果、ターン
オン時間、ターンオフ時間は減少し、高速スイッチング
が可能となる。
〔実  施  例〕
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。
第1図は、本発明の一実施例のSIサイリスクの模式断
面図である。同図において、前述した筆画に示す従来の
SIサイリスクと同一の領域には同一符号を記し、詳し
い説明は省略する。すなわち、本実施例のSIサイリス
クでは高不純物濃度のn形半導体領域であるカソード1
1を高不純物濃度のp形半導体領域であるゲート4間に
形成されるチャネル領域5の上方にのみ配設した。この
ように、カソード11をチャネル領域5の上方にのみ形
成しても、カソード11から供給されるキャリア(電子
)がベース1内に注入されるのはチャネル5を介してで
あるから、ベース1内に注入されるキャリアの量は従来
のSIサイリスクとほとんど変わらない。すなわち、O
N電圧はほとんど変化しない。一方、カソード11の接
合面積は従来よりも小さくなるのでゲート4とカソード
11間の接合容量CIrKは従来よりも減少する。また
、ゲート4の抵抗r8  は従来と同一なので時定数r
、・CIJkは従来よりも小さ(なる。前述したように
、SlサイリスクのスイッチのON10 F Fは適当
なゲート電圧■4.を印加して順方向電流を流したりま
たは遮断することによって行う。Slサイリスクをオフ
状態からターンオンさせるためには、所定値以上のゲー
ト電圧■cjにを所定時間以上印加する必要がある。ゲ
ート容i1cegすなわち時定数r、・citbが小さ
いと、ゲート電圧V(、Kが所定電圧に立ち上がるまで
の遅延時間が減少するので、ターンオン時間も短縮され
る。
またSlサイリスクをターンオフさせるためには、ゲー
ト電圧7杯に適当な負の電圧を印加してチャネル領域5
を空乏層化してカソード2からベース1への電子の注入
を防止する。この時、ベース1内にはON状態において
蓄積された過剰なキャリアが存在するため、チャネル領
域5を遮断しても、過渡的に逆電流が流れる。この逆電
流は、ベース1内の過剰な電子が正孔との再結合または
アノード3に引き抜かれることにより消滅し、さらに過
剰な正孔がゲート4に引き抜かれて消滅するまで流れる
逆電流が流れなくなった時点でSrサイリスクは、オン
状態からオフ状態へ移行する(ターンオフ)。
従って、ターンオフ時間を短縮するためには、ゲート電
圧7杯が全てのゲート4に速やかに印加されるようにし
て、全てのチャネル領域5が素早く遮断されるようにす
ればよい。本実施例のsrサイリスクでは上述のような
カソード構造とすることによりCc、Kを減少させたの
でターンオフ速度は向上する。
また、キャリア(電子)がベース1に流れるのはチャネ
ル5を介してであり、キャリア(電子)の流れる量はチ
ャネル領域5の上方に設けられたカソードの不純物濃度
のみによって決定されるので、チャネル5の上方にのみ
カソード11を設けても、ON電圧の大きさは従来と変
わらない。
次に、第2図は本発明の第2の実施例であるSITの模
式断面図である。
同図において、低不純物濃度のn形半導体領域であるベ
ース21の内部には、高不純物濃度のp半導体領域であ
るゲート22が所定間隔で形成されており、その互いに
隣り合うゲート22間に形成されるチャネル23の上方
にのみ高不純物濃度のn形半導体領域であるソース24
が形成されている。また、ベース21のソース24が形
成された側と反対の面には高不純物濃度のn形半導体領
域であるドレイン25が全面に形成されている。
上述のように構成されたSITのスイッチング動作は前
述のSlサイリスクとほぼ同様であり、ON状態におい
てゲート22とソース24間に適当な負の電圧■I、≦
を印加することによりチャネル23が遮断され、ドレイ
ン25−ソース24間に電流が流れなくなる。すなわち
、ターンオフする。
また、OFF状態において、ゲート22とソース24間
に加えら、鉄る電圧VofをOにすることにより、チャ
ネル23が導通しドレイン25からソース24に電流が
流れる(ターンオン)。このように、SITにおいては
ゲート電圧Ves’の制御によりチャネル23を遮断ま
たは導通させ、ターンオン/ターンオフを行っている。
ゲート電圧■牡がゲート22に印加される速度は、ゲー
ト22とソース24間の容*ctts及びゲート抵抗r
、の積から成る時定数r3・CG*に比例する。本実施
例のSITでは、チャネル23の上方にのみソース24
を設けたので、従来のSITよりもゲートとソース間の
容WtCeIが小さい。従って、時定数Q・Cbtが小
さくなるので、ターンオフ時間およびターンオン時間が
短(なりスイッチング速度が向上する。
尚、本発明は上述のnチャネルのSlサイリスク、SI
Tに限定されることなくpチャンネルのSlサイリスク
、SITにも適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、ゲートとカソード
間またはゲートとソース間の容量が減少するので、ター
ンオン時間、ターンオフ時間が短くなり、スイッチング
速度が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるSlサイリスクの模式
断面図、 第2図は本発明の他の実施例であるSITの模武断面図
、 第3図は従来のSIサイリスクの模式断面図である。 11・・・カソード、 24・・・ソース。 特許出願人  株式会社豊田自動111i NM 、1
作所同   上  財団法人 半導体研究振興会串溌1
月の一寅元例め51サイリスタの模式等面図第1rM 卆定明のイ亡の寅方七例のSIT 、)オ莫戎劃1面図
第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  埋め込みゲート構造を有する半導体スイッチング素子
    において、カソードまたはソースとなる半導体領域を前
    記埋め込みゲート間に形成されるチャネルの上方にのみ
    配設したことを特徴とする半導体スイッチング素子。
JP62249564A 1987-10-02 1987-10-02 半導体スイッチング素子 Expired - Fee Related JP2719914B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545905A (en) * 1993-04-19 1996-08-13 Toyo Denki Seizo Kabushiki Kaisha Static induction semiconductor device with a static induction schottky shorted structure
US5608244A (en) * 1992-04-28 1997-03-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor diode with reduced recovery current

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JPS60152063A (ja) * 1984-01-20 1985-08-10 Toyo Electric Mfg Co Ltd 静電誘導サイリスタ

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