JPH0316044B2 - - Google Patents

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JPH0316044B2
JPH0316044B2 JP59127491A JP12749184A JPH0316044B2 JP H0316044 B2 JPH0316044 B2 JP H0316044B2 JP 59127491 A JP59127491 A JP 59127491A JP 12749184 A JP12749184 A JP 12749184A JP H0316044 B2 JPH0316044 B2 JP H0316044B2
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JP
Japan
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conductivity type
bipolar
transistor
channel mos
semiconductor device
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JP59127491A
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Japanese (ja)
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JPS617665A (en
Inventor
Tadakatsu Kimura
Yasunobu Inabe
Yoshitaka Sugawara
Junjiro Kitano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Priority to DE8585107682T priority patent/DE3583897D1/en
Priority to EP85107682A priority patent/EP0166390B1/en
Priority to EP89123184A priority patent/EP0367301A3/en
Priority to US06/748,199 priority patent/US4794441A/en
Publication of JPS617665A publication Critical patent/JPS617665A/en
Publication of JPH0316044B2 publication Critical patent/JPH0316044B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT

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  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に係り、特に制御部と主駆
動部が電気的に絶縁された電気結合方式の半導体
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an electrically coupled semiconductor device in which a control section and a main drive section are electrically insulated.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

近年産業界における多様なエレクトロニクス化
の進展に伴い微小な制御信号でもつて大きな電力
の駆動を行うニーズが増大している。この種のニ
ーズに対しては制御部と主駆動部の電気的な絶縁
が必要である。このニーズを満たす代表的な半導
体素子として光結合素子(通称ホトカプラ)があ
る。中でも光結合サイリスタは純・逆両方向の
阻止能力を有する。スイツチング後の電力損失
が小さい、自己保持機能を有する等の利点をも
つており、電子交換機用スイツチや固体リレー等
に多用されている。しかしいくつかの重要な問題
点を有している。以下に動作原理も含めて詳述す
る。
In recent years, with the development of various electronics in industry, there has been an increasing need to drive large amounts of power with even small control signals. For this kind of needs, electrical isolation of the control part and the main drive part is necessary. A typical semiconductor device that meets this need is an optical coupling device (commonly known as a photocoupler). Among them, optically coupled thyristors have blocking ability in both pure and reverse directions. It has advantages such as low power loss after switching and has a self-holding function, and is widely used in electronic exchange switches and solid state relays. However, it has some important problems. This will be explained in detail below, including the principle of operation.

第1図は光結合サイリスタを用いた典型的な基
本回路構成を示す。
FIG. 1 shows a typical basic circuit configuration using optically coupled thyristors.

スイツチ1をとじると発光素子2に電流が流れ
光が放射される。この光によつてホトサイリスタ
3に光電流が発生し、ホトサイリスタが交流電源
4により順バイアス状態になるとこの光電流でも
つて点弧する。この場合ホトサイリスタと発光素
子が電気的に直流的に絶縁されているので通常の
電気結合方式と異なり次の利点を有する。尚5,
6,7は抵抗である。
When the switch 1 is closed, a current flows through the light emitting element 2 and light is emitted. This light generates a photocurrent in the photothyristor 3, and when the photothyristor is placed in a forward bias state by the AC power source 4, it is ignited by this photocurrent. In this case, since the photothyristor and the light emitting element are electrically DC-insulated, this method has the following advantages, unlike the normal electrical coupling method. Sho 5,
6 and 7 are resistances.

(a) 端子Bと端子Dの間に電位差が存在しても制
御可能すなわち点弧動作等が可能である。
(a) Even if a potential difference exists between terminals B and D, control is possible, that is, ignition operation, etc. is possible.

(b) 発光素子2を流れる電流がサイリスタ側に流
れ込まない。又この逆も起らない。
(b) The current flowing through the light emitting element 2 does not flow into the thyristor side. Nor does the reverse occur.

一方以下の問題点を有する。 On the other hand, it has the following problems.

(1) ホトサイリスタ3やトランジスタ1はもつぱ
らSiを用いて作製されるが、発光素子はGaAs
等に代表される−族もしくは−族の化
合物半導体を用いて作製される。このように材
料が異なるためハイブリツドIC構成にせざる
をえず、精密な組立作業を必要としコスト高を
きたす。化合物半導体ウエハの作製技術やその
加工技術がSiの技術に比べつたないこともコス
ト高を助長している。
(1) Although the photothyristor 3 and the transistor 1 are manufactured mainly using Si, the light emitting element is made using GaAs.
It is manufactured using a - group or - group compound semiconductor represented by, etc. These different materials necessitate a hybrid IC configuration, which requires precision assembly work and increases costs. The fact that the manufacturing technology for compound semiconductor wafers and their processing technology is not as good as that for Si technology also contributes to higher costs.

(2) 発光ダイオードの発光効率、ホトサイリスタ
の受光効率、発光ダイオードからの光をホトサ
イリスタに伝達する効率が小さい。このためこ
れらの効率を相乗した光結合効率が小さく、ホ
トサイリスタを駆動するに当り発光素子に数
mA程度の大きな制御電流を流す必要がある。
特公昭42−24863号公報、特公昭53−46589号公
報にはpnpnをMOSゲート又はMOS・EETで
オン駆動する実施例が開示されている。又特開
昭57−196626号公報にはMOS・FETでオン・
オフ両駆動を行う実施例が開示されている。こ
れはいずれもゲートと主スイツチが絶縁されて
いるという特長は有するが、主スイツチの電位
がフローテイング状態にある場合はオン駆動が
できない、すなわちゲート電位か主スイツチの
カソード電位より高い場合もしくは低い場合の
いずれかの場合にしかオン駆動できない。従つ
て、ホトカプラと同等の機能は達成できないも
のである。
(2) The light emitting efficiency of the light emitting diode, the light receiving efficiency of the photothyristor, and the efficiency of transmitting light from the light emitting diode to the photothyristor are low. For this reason, the optical coupling efficiency that combines these efficiencies is small, and when driving a photothyristor, the number of light emitting elements is required.
It is necessary to flow a large control current of about mA.
Japanese Patent Publication No. 42-24863 and Japanese Patent Publication No. 53-46589 disclose embodiments in which pnpn is turned on by a MOS gate or MOS/EET. Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-196626, there is a
An embodiment is disclosed that performs both off- and off-driving. All of these have the feature that the gate and main switch are insulated, but if the potential of the main switch is in a floating state, it cannot be turned on, that is, if the gate potential is higher or lower than the cathode potential of the main switch. It can only be turned on in one of the following cases. Therefore, it is impossible to achieve the same functionality as a photocoupler.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的はモノリシツク構造で制御部と主
駆動部を直流的に絶縁せしめ得るとともに、主駆
動部の電位がフローテイング状態にあつても制御
可能にせしめ且つ制御電流も小さくせしめ得る半
導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device that has a monolithic structure and can isolate a control section and a main drive section in terms of direct current, and also allows control even when the potential of the main drive section is in a floating state, and can also reduce the control current. It is about providing.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成する本発明半導体装置の第1の
特徴は、少なくとも一つの順阻止接合と少なくと
も一つの逆阻止接合とを有するバイポーラ素子か
ら構成される半導体装置に於いて、上記順阻止接
合の少なくとも一つを短絡する様に接続される一
方導電型ユニポーラ素子と他方導電型ユニポーラ
素子とを具備することにある。
A first feature of the semiconductor device of the present invention that achieves the above object is a semiconductor device comprising a bipolar element having at least one forward blocking junction and at least one reverse blocking junction. The object of the present invention is to include a unipolar element of one conductivity type and a unipolar element of the other conductivity type which are connected so as to short-circuit one of the elements.

本発明の好ましい実施態様では、上記バイポー
ラ素子は、バイポーラトランジスタまたはサイリ
スタである。
In a preferred embodiment of the invention, the bipolar element is a bipolar transistor or a thyristor.

また、本発明の好ましい実施態様では、上記半
導体装置は複数のバイポーラトランジスタから構
成される。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor device is composed of a plurality of bipolar transistors.

さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記
一方導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記他方
導電型ユニポーラ素子の制御端子とは接続されて
いる。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the control terminal of the one conductivity type unipolar element and the control terminal of the other conductivity type unipolar element are connected.

さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記
ユニポーラ素子は絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタである。
Furthermore, in a preferred embodiment of the invention, the unipolar element is an insulated gate field effect transistor.

さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記
一方導電型ユニポーラ素子と上記他方導電型ユニ
ポーラ素子との主端子は、上記バイポーラ素子の
導電型の異なる領域に接続されるか、または、上
記一方導電型ユニポーラ素子と上記他方導電型ユ
ニポーラ素子とは並列接続される。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the main terminals of the unipolar element of one conductivity type and the unipolar element of the other conductivity type are connected to regions of different conductivity types of the bipolar element, or The unipolar element and the other conductive type unipolar element are connected in parallel.

さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記
バイポーラ素子を形成する領域と上記ユニポーラ
素子を形成する領域とが共通一体化される。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the region forming the bipolar element and the region forming the unipolar element are commonly integrated.

本発明の第2の特徴は、少なくとも一つの順阻
止接合と少なくとも一つの逆阻止接合とを有する
バイポーラ素子から構成される半導体装置に於い
て、上記順阻止接合の少なくとも一つを短絡する
様に接続される第1の一方導電型ユニポーラ素子
と第1の他方導電型ユニポーラ素子と、上記逆阻
止接合の少なくとも一つを短絡する様に接続され
る第2の一方導電型ユニポーラ素子と第2の他方
導電型ユニポーラ素子とを具備することにある。
A second feature of the present invention is a semiconductor device including a bipolar element having at least one forward blocking junction and at least one reverse blocking junction, in which at least one of the forward blocking junctions is short-circuited. A first unipolar element of one conductivity type and a first unipolar element of the other conductivity type are connected, and a second unipolar element of one conductivity type is connected to short-circuit at least one of the reverse blocking junctions. and a conductive type unipolar element.

本発明の好ましい実施態様では、上記バイポー
ラ素子はサイリスタである。
In a preferred embodiment of the invention, the bipolar element is a thyristor.

また、本発明の好ましい実施態様では、上記第
1の一方導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記
第1の他方導電型ユニポーラ素子の制御端子とは
接続され、かつ、上記第2の一方導電型ユニポー
ラ素子の制御端子と上記第2の他方導電型ユニポ
ーラ素子の制御端子とは接続されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the control terminal of the first one conductivity type unipolar element and the control terminal of the first other conductivity type unipolar element are connected, and the control terminal of the first one conductivity type unipolar element is connected to The control terminal of the element and the control terminal of the second other conductivity type unipolar element are connected.

さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記
第1の一方導電型ユニポーラ素子と上記第1の他
方導電型ユニポーラ素子とは並列接続され、かつ
上記第2の一方導電型ユニポーラ素子と上記第2
の他方導電型ユニポーラ素子とは並列接続され
る。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the first one-conductivity unipolar element and the first other-conductivity unipolar element are connected in parallel, and the second one-conductivity unipolar element and the second unipolar element are connected in parallel.
is connected in parallel with the other conductivity type unipolar element.

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

<実施例> 第2図から第4図に本発明の第1の実施例を示
す。第2図aは基本構成を示す図、第2図bは第
2図aの接続状態を示す図、第2図cは第2図
a、bの等価な回路図、第3図は第2図a、bの
表示記号を示す図、第4図は第1図に対応する基
本回路構成を示す図である。
<Example> A first example of the present invention is shown in FIGS. 2 to 4. Figure 2a is a diagram showing the basic configuration, Figure 2b is a diagram showing the connection state of Figure 2a, Figure 2c is an equivalent circuit diagram of Figures 2a and b, and Figure 3 is a diagram showing the connection state of Figure 2a. FIG. 4 is a diagram showing the basic circuit configuration corresponding to FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing the symbols shown in FIGS.

第2図a、bに於いて、8はバイポーラ素子と
なるp1、n1、p2の三層から構成される電流制御形
pnpバイポーラトランジスタ(以下単にpnpトラ
ンジスタと称す)であり、エミツタ接合p1、n1
逆阻止接合を、コレクタ接合n1、p2が順阻止接合
を形成する。9はバイポーラ素子となるn2p3n3
三層から構成される電流制御形npnバイポーラト
ランジスタ(以下単にnpnトランジスタと称す)
であり、コレクタ接合n2p3が順阻止接合を、エミ
ツタ接合p3n3が逆阻止接合を形成する。ここで、
pnpトランジスタ8のベースn1とnpnトランジス
タ9のコレクタn2とはAl等の配線によつて接続
され、pnpトランジスタ8ののコレクタp2とnpn
トランジスタ9のベースp3とはAl等の配線によ
つて接続される。10はユニポーラ素子となるp
チヤネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以
下単にpチヤネルMOS・FETと称す)であり、
ソース及びドレインp4、p5は、npnトランジスタ
8のエミツタp1及びコレクタp2にAl等の配線に
よつて、少なくともコレクタ接合n1p2を短絡する
様に夫々接続される。11はユニポーラ素子とな
るnチヤネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(以下単にnチヤネルMOS・FETと称す)であ
り、ドレイン及びソースn5、n6はnpnトランジス
タ9のコレクタn2及びエミツタn6にAl等の配線
によつて少なくともコレクタ接合n2p3を短絡する
様に夫々接続される。ここで、pnpトランジスタ
8、npnトランジスタ9、pチヤネルMOS・
FET10、nチヤネルMOS・FET11は、例え
ばF.H.LEE:IEEE Transactions on Electron
Devices vol.ED−15、No.9、1968,p645に示さ
れる様なEpitaxial Passivated Integrated
Circuit(EPIC)プロセスで作成した誘電体分離
基板の単結晶島内に独立に形成され、前述の如く
Al等によつて配線されモノリシツチ半導体装置
を構成する。
In Figures 2a and b, 8 is a current control type bipolar element consisting of three layers p 1 , n 1 and p 2.
It is a pnp bipolar transistor (hereinafter simply referred to as a pnp transistor), in which emitter junctions p 1 and n 1 form a reverse blocking junction, and collector junctions n 1 and p 2 form a forward blocking junction. 9 is a current-controlled npn bipolar transistor (hereinafter simply referred to as npn transistor) consisting of three layers of n 2 p 3 n 3 , which is a bipolar element.
, the collector junction n 2 p 3 forms a forward blocking junction, and the emitter junction p 3 n 3 forms a reverse blocking junction. here,
The base n1 of the pnp transistor 8 and the collector n2 of the npn transistor 9 are connected by wiring such as Al, and the collector p2 of the pnp transistor 8 and the collector n2 of the npn transistor 9
It is connected to the base p3 of the transistor 9 by a wiring made of Al or the like. 10 is p which becomes a unipolar element
It is a channel insulated gate field effect transistor (hereinafter simply referred to as p-channel MOS/FET),
The source and drains p 4 and p 5 are respectively connected to the emitter p 1 and collector p 2 of the npn transistor 8 by wiring made of Al or the like so as to short-circuit at least the collector junction n 1 p 2 . Reference numeral 11 denotes an n-channel insulated gate field effect transistor (hereinafter simply referred to as n-channel MOS/FET) which is a unipolar element, and the drain and source n 5 and n 6 are connected to the collector n 2 and emitter n 6 of the npn transistor 9 with Al. are connected to short-circuit at least the collector junction n 2 p 3 by wiring such as . Here, pnp transistor 8, npn transistor 9, p channel MOS・
FET10, n-channel MOS/FET11, for example, FHLEE: IEEE Transactions on Electron
Epitaxial Passivated Integrated as shown in Devices vol.ED−15, No.9, 1968, p645
It is formed independently within a single crystal island of a dielectric isolation substrate created by the circuit (EPIC) process, and as described above.
A monolithic semiconductor device is constructed by wiring with Al or the like.

尚、第2図cは、第2図bに於いて、pnpトラ
ンジスタ8とpチヤネルMOS・FET10とが一
体化され、かつ、npnトランジスタ9とnチヤネ
ルMOS・FET11とが一体化されたものであ
る。
In addition, in FIG. 2c, the pnp transistor 8 and p-channel MOS/FET 10 are integrated in FIG. 2b, and the npn transistor 9 and n-channel MOS/FET 11 are integrated. be.

さらに、第4図に於いて、制御端子G1,G2
共通にスイツチに接続され、npnトランジスタよ
り成るスイツチ1、抵抗5,7も誘導体分離基板
の中に形成され、モノリシツク化されている。
Furthermore, in FIG. 4, the control terminals G 1 and G 2 are commonly connected to the switch, and the switch 1 consisting of an npn transistor and the resistors 5 and 7 are also formed in the dielectric isolation substrate and are monolithic. .

本実施例の動作原理を第2図と第4図を用いて
説明する。
The operating principle of this embodiment will be explained using FIGS. 2 and 4.

スイツチ1が開いているときはA1,B1は遮断
状態にある。スイツチ1を閉じると電源15より
G1,G2にMOS・FET10,11のしきい値電圧
より高い電圧が印加される。従つて順バイアス状
態すなわちA1の電位がB1の電位より十分高くな
るとA1とB1の間を導通状態にできる。この場合
G1,G2とA1,B1との電位の関係に係らず、いず
れの場合も導通を実現できる。但しB1端子が電
気的にフローテイング状態にある場合G1,G2
電位とA1,B1の電位の高低によつて動作機構が
異るので各ケースについて以下に詳述する。
When switch 1 is open, A 1 and B 1 are in a cutoff state. When switch 1 is closed, power supply 15 is activated.
A voltage higher than the threshold voltage of the MOS-FETs 10 and 11 is applied to G 1 and G 2 . Therefore, in a forward bias state, that is, when the potential of A 1 is sufficiently higher than the potential of B 1 , conduction can be established between A 1 and B 1 . in this case
Regardless of the potential relationship between G 1 , G 2 and A 1 , B 1 , conduction can be achieved in either case. However, when the B 1 terminal is in an electrically floating state, the operating mechanism differs depending on the level of the potentials of G 1 and G 2 and the potentials of A 1 and B 1 , so each case will be explained in detail below.

() G1,G2の電位がB1,A1の電位より低い
場合。(例えばスイツチ12が電源13側にオ
ンした時と等価) nチヤネルMOS・FET11はオフであるがp
チヤネルMOS・FET10がオンする。この結果
pチヤネルMOS・FET10を介して電流がnpn
トランジスタ9のベースp3に流れ、npnトランジ
スタ9がオンする。この結果A1→pnpトランジス
タ8のエミツタ接合n1p1→npnトランジスタ9→
B1の径路で電流が流れA1、B1間が導通する。
npnトランジスタ9とnpnトランジスタ8のコレ
クタ電流は他方のトランジスタのベース電流とな
る構成であるので、トランジスタの電流増幅率を
大きくしておくと正帰還が起こり両方のトランジ
スタが飽和状態となる。従つてA1,B1間はより
深い導通状態にできる。
() When the potential of G 1 and G 2 is lower than the potential of B 1 and A 1 . (For example, equivalent to when the switch 12 is turned on to the power supply 13 side) The n-channel MOS/FET 11 is off, but the p
Channel MOS/FET10 turns on. As a result, the current flows through the p-channel MOS/FET10.
The current flows to the base p3 of the transistor 9, and the npn transistor 9 is turned on. As a result, A 1 → emitter junction of pnp transistor 8 n 1 p 1 → npn transistor 9 →
Current flows through the path of B 1 and conduction occurs between A 1 and B 1 .
Since the collector currents of the npn transistors 9 and 8 serve as the base current of the other transistor, if the current amplification factor of the transistors is increased, positive feedback occurs and both transistors become saturated. Therefore, deeper conduction can be achieved between A 1 and B 1 .

() G1,G2の電位がB1,A1の電位より高い
場合。(例えばスイツチ12が電源14側にオ
ンし、この電源14の電圧が交流電源4の電圧
より大きい時と等価) pチヤネルMOS・FET10はオフであるが、
nチヤネルMOS・FET11がオンする。この結
果nチヤネルMOS・FET11を介してpnpトラ
ンジスタ8のベース電流が流れ、このpnpトラン
ジスタ8がオンする。この結果A1→pnpトランジ
スタ8→npnトランジスタ9のエミツタ接合p3n3
→B1の径路で電流が流れA1,B1間が導電する。
トランジスタの電流増幅率を大きくしておくと
()と同様正帰還が起こり、A1,B1間はより深
い導通状態にできる。
() When the potential of G 1 and G 2 is higher than the potential of B 1 and A 1 . (For example, this is equivalent to when the switch 12 is turned on to the power supply 14 side and the voltage of this power supply 14 is higher than the voltage of the AC power supply 4.) Although the p-channel MOS/FET 10 is off,
N-channel MOS/FET 11 is turned on. As a result, the base current of the pnp transistor 8 flows through the n-channel MOS/FET 11, and the pnp transistor 8 is turned on. As a result, A 1 → pnp transistor 8 → emitter junction of npn transistor 9 p 3 n 3
→Current flows through the path B 1 and conductivity occurs between A 1 and B 1 .
If the current amplification factor of the transistor is increased, positive feedback will occur as in (), and a deeper conduction state can be created between A 1 and B 1 .

() G1,G2の電位がB1の電位より高く、A1
の電位より低い場合。
() The potentials of G 1 and G 2 are higher than the potential of B 1 , and A 1
If the potential is lower than .

pチヤネルMOS・FET10及びnチヤネル
MOS・FET11の両方ともオンする。この結果
上記()、()の両方の現象が起こりA1,B1
間が導通できる。
p channel MOS/FET10 and n channel
Both MOS and FET11 are turned on. As a result, both of the above phenomena () and () occur, and A 1 , B 1
Conductivity can be established between the two.

以上のごとく本実施例によれば制御部と主駆動
部の間に電位差が存在してもコントロールできる
という動作を実現できる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to realize an operation that can be controlled even if there is a potential difference between the control section and the main drive section.

又本実施例の制御用素子はユニポーラ素子とな
るMOS・FETである。従つて周知のごとくゲー
ト電極とソース・ドレイン・チヤネル部との間に
は酸化膜等の絶縁膜を介在せしめてあるので、制
御部と主駆動部の間の直流的な電気的絶縁を実現
できる。この絶縁耐圧はゲート絶縁膜の膜厚や膜
質等によつて定まり、しきい値電圧と通常相反関
係にある。しかしチヤネル部の不純物濃度を低く
(例えば約1×1014cm-3)し、酸化膜を厚く(例
えば約1μm)することにより、1000V程度の絶縁
耐圧と5V程度のしきい値電圧を同時に実現でき
る。
Further, the control element of this embodiment is a MOS/FET which is a unipolar element. Therefore, as is well known, since an insulating film such as an oxide film is interposed between the gate electrode and the source/drain/channel section, it is possible to realize direct current electrical insulation between the control section and the main drive section. . This dielectric strength voltage is determined by the thickness and quality of the gate insulating film, and is usually in a contradictory relationship with the threshold voltage. However, by lowering the impurity concentration in the channel portion (e.g., approximately 1×10 14 cm -3 ) and making the oxide film thicker (e.g., approximately 1 μm), a dielectric strength voltage of approximately 1000V and a threshold voltage of approximately 5V can be achieved at the same time. can.

なお各素子間はEPICプロセスを用いて誘電体
分離されており、素子間の絶縁耐圧は1000V以上
である。
Each element is dielectrically isolated using the EPIC process, and the insulation voltage between the elements is 1000V or more.

さらに制御電流としてはゲート容量(ゲート電
極とチヤネル部の間に存在する絶縁膜の容量等)
を充放電するのに必要な変位電流のみでよく、通
常数μA程度であり光結合方式に比べ約3桁少な
くできる。
Furthermore, as a control current, gate capacitance (capacitance of the insulating film existing between the gate electrode and the channel part, etc.)
The displacement current required to charge and discharge is usually only a few microamperes, which is about three orders of magnitude lower than that of the optical coupling method.

本実施例は主駆動部を100V、10KHzの交流電
源で駆動した場合100mAの主駆動電流を5Vの信
号電源を用いて制御でき、導通時のオン電圧は約
1.4Vであり、入出力間耐圧は例えば、約1000Vで
ある。
In this example, when the main drive section is driven by a 100V, 10KHz AC power supply, the main drive current of 100mA can be controlled using a 5V signal power supply, and the on-voltage when conducting is approximately
The voltage is 1.4V, and the breakdown voltage between input and output is, for example, about 1000V.

以上のごとく本実施例によれば、制御部と主駆
動部を同一材料を用いてモノシツク構成にできる
とともに両者間を直流的に絶縁でき、且つ小さな
電流でもつて制御することができる。
As described above, according to this embodiment, the control section and the main drive section can be made of the same material and have a monolithic structure, and can be DC-insulated between them, and can be controlled with a small current.

<実施例 2> 第5図は本発明の第2の実施例を示す回路図で
あり、破線内の素子は、第2図に示す各素子が一
体化されて、バイポーラ素子となるサイリスタ構
造を形成する。
<Example 2> FIG. 5 is a circuit diagram showing a second example of the present invention, and the elements within the broken lines are integrated into a thyristor structure that becomes a bipolar element by integrating the elements shown in FIG. Form.

即ち、pエミツタ(pE)17は第2図bのpnp
トランジスタ8のp1とpチヤネルMOS・FET1
0のp4とが共通一体化されたものであり、nベー
ス(nB)16は第2図bのpnpトランジスタ8の
n1とnpnトランジスタ9のn2とpチヤネルMOS・
FET10のn4とnチヤネルMOS・FET11のn5
とが共通一体化されたものであり、pベース
(pB)18は第2図bのpnpトランジスタ8のp2
とnpnトランジスタ9のp3とpチヤネルMOS・
FET10のp5とnチヤネルMOS・FET11のp6
とが共通一体化されたものであり、nエミツタ
(nE)19は第2図bのnpnトランジスタ9のn3
とnチヤネルMOS・FET11のn6とが共通一体
化されたものである。ここで、nBpB接合は順阻止
接合となり、pEnB接合及びpEnB接合は逆阻止接合
となる。
That is, p emitter (p E ) 17 is pnp in Figure 2b.
Transistor 8 p 1 and p channel MOS/FET 1
0 p 4 are commonly integrated, and the n base (n B ) 16 is the same as that of the pnp transistor 8 in FIG. 2b.
n 1 and npn transistor 9 n 2 and p channel MOS・
n 4 of FET10 and n 5 of n-channel MOS/FET11
The p base (p B ) 18 is the p 2 of the pnp transistor 8 in FIG. 2b.
and p3 of npn transistor 9 and p channel MOS・
p 5 of FET10 and p 6 of n-channel MOS/FET11
The n emitter (n E ) 19 is the n 3 of the npn transistor 9 in FIG. 2b.
and n6 of n-channel MOS/FET 11 are commonly integrated. Here, the n B p B junction becomes a forward blocking junction, and the p E n B junction and the p E n B junction become reverse blocking junctions.

スイツチ1が開いているときはA2,B2はオフ
状態にある。スイツチ1を閉じると電源15より
制御端子G3,G4にしきい値より高い電圧が印加
される。従つて交流電源4によりA2,B2間が順
バイアス状態になるとオンする。この時制御端子
G3,G4端子の電位とB2,A2端子の電位の高低関
係によらずA2,B2間をオンさせることができる
が、その動作機構は端子間電位の相対関係で異
る。G3,G4端子の電位がA2,B2端子の電位より
低い場合はG3電極15下のnB16の表面にpチ
ヤネルが形成されpE17からpE18に正孔が流れ
込む。この結果nE19からpEへの電子の注入が促
進されnEpBnBトランジスタ部分がオンし、電子が
nB内に流れ込む。従つて次にpE17からnE16内
への正孔の注入が促進されpEnBpEトランジスタ部
分がオンする。nEpEnB及びpEnBpBトランジスタ部
分のコレクタ電流は相互に他のトランジスタのベ
ース電流となるので正帰還が起こり、ついにはサ
イリスタpEnBpEnEとしてオンするに至る。
When switch 1 is open, A 2 and B 2 are in the off state. When the switch 1 is closed, a voltage higher than the threshold voltage is applied from the power supply 15 to the control terminals G 3 and G 4 . Therefore, it turns on when the AC power supply 4 puts A 2 and B 2 into a forward bias state. At this time, the control terminal
A 2 and B 2 can be turned on regardless of the relationship between the potentials of the G 3 and G 4 terminals and the potentials of the B 2 and A 2 terminals , but the operating mechanism differs depending on the relative relationship of the potentials between the terminals. . When the potential of the G 3 and G 4 terminals is lower than the potential of the A 2 and B 2 terminals, a p channel is formed on the surface of the n B 16 below the G 3 electrode 15, and holes flow from p E 17 to p E 18. . As a result, the injection of electrons from n E 19 to p E is promoted, the n E p B n B transistor part is turned on, and the electrons are
n Flows into B. Therefore, the injection of holes from p E 17 into n E 16 is then promoted, and the p E n B p E transistor portion is turned on. The collector currents of the n E p E n B and p E n B p B transistors mutually become the base current of other transistors, so positive feedback occurs, and eventually the thyristor p E n B p E n E is turned on. reach.

G3,G4端子の電位がB2,A2端子の電位よりも
高い場合はG4電極下のpB表面にnチヤネルが形
成されnE19からnB16へ電子が流れ込む。この
結果pE17からnB16への正孔の注入が促進され
pEnBpBトランジスタ部分がオンし、正孔がpB18
内に流れ込む。従つて次にnE19からpB18への
電子の注入が促進されnEpBnB部分がオンし、上記
の正帰還を起こしpEnBpBnEがオンする。
When the potential of the G 3 and G 4 terminals is higher than the potential of the B 2 and A 2 terminals, an n channel is formed on the p B surface under the G 4 electrode, and electrons flow from n E 19 to n B 16. As a result, hole injection from p E 17 to n B 16 is promoted.
p E n B p B The transistor part turns on, and the holes p B 18
Flow inside. Therefore, next, the injection of electrons from n E 19 to p B 18 is promoted and the n E p B n B portion is turned on, causing the above-mentioned positive feedback and p E n B p B n E is turned on.

G3,G4端子の電位がB2端子の電位より高く、
A2端子の電位より低い場合は上記の両ケースの
動作が起こりpEnBpBnEがオンする。
The potential of the G 3 and G 4 terminals is higher than the potential of the B 2 terminal,
If the potential is lower than the potential of the A2 terminal, both of the above cases occur and p E n B p B n E is turned on.

次に本実施例になる半導体装置の電気的特性と
特徴を説明する。
Next, the electrical characteristics and features of the semiconductor device according to this embodiment will be explained.

A2,B2端子間の順逆耐圧は約100Vである。
G3・G4端子とA2,B2端子間の直流絶縁耐圧は約
650Vである。pBとnE間にノイズ耐量を増大する
ために抵抗10KΩを接続した場合、G3端子の電位
を約4VにすることによりA2,B2端子間をオンで
きる。又G4端子の電位は約7Vにすることにより
A2,B2端子間をオンできる。従つてG3,G4端子
を接続してA2,B2端子間をオンさせるには、こ
の端子電位は約7Vにする必要がある。又オンし
た後100mA通電時のA2,B2間の電位差すなわち
オン電圧は約1.25Vである。
The forward and reverse withstand voltage between the A 2 and B terminals is approximately 100V.
The DC insulation voltage between the G 3 and G 4 terminals and the A 2 and B 2 terminals is approximately
It is 650V. If a 10KΩ resistor is connected between pB and nE to increase noise tolerance, the potential between the A 2 and B 2 terminals can be turned on by setting the potential of the G 3 terminal to approximately 4V. Also, by setting the potential of G4 terminal to approximately 7V
The A 2 and B terminals can be turned on. Therefore, in order to connect the G 3 and G 4 terminals and turn on the A 2 and B 2 terminals, the potential of this terminal needs to be approximately 7V. Furthermore, the potential difference between A 2 and B 2 when 100 mA is applied after turning on, that is, the on voltage is approximately 1.25V.

本実施例は第1の実施例と同じ特徴を有する他
に更に次の特徴も有する。
In addition to having the same features as the first embodiment, this embodiment also has the following features.

複合一体化した構成であるため占有面積が小さ
く(本実施例の場合、例えば約300μm×300μm)、
ICに内蔵し高集積化を計る上で好適である。第
1の実施例の場合は構成素子数が多い上に、素子
間の絶縁分離にも面積を要するためほぼ同じ特性
を実現するのに約2.8倍の大きさの占有面積が必
要である。
Since it has a composite integrated configuration, the occupied area is small (for example, about 300 μm x 300 μm in the case of this example).
It is suitable for being built into an IC to achieve high integration. In the case of the first embodiment, since the number of constituent elements is large and the insulation and separation between the elements also requires space, the occupied area is approximately 2.8 times larger in order to achieve almost the same characteristics.

<実施例 3> 第6図は本発明の第3の実施例を示す回路図で
あり、破線内の半導体装置が第1及び第2の実施
例と異なる。
<Embodiment 3> FIG. 6 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention, in which the semiconductor device within the broken line is different from the first and second embodiments.

9はバイポーラ素子となるnpnトランジスタで
ある。10はユニポーラ素子となpチヤネル
MOS・FETであり、ソース及びドレインは、
npnトランジスタ9の順阻止接合となるコレクタ
接合を短絡する様に、npnトランジスタ9のコレ
クタ及びベースに接続される。11はユニポーラ
素子となるnチヤネルMOS・FETであり、ソー
ス及びドレインはnpnトランジスタ9のコレクタ
接合を短絡する様に、npnトランジスタ9のコレ
クタ及びベースにpチヤネルMOS・FETと並列
に接続される。
9 is an npn transistor serving as a bipolar element. 10 is a unipolar element and p channel
It is a MOS/FET, and the source and drain are
It is connected to the collector and base of the npn transistor 9 so as to short-circuit the collector junction, which is a forward blocking junction of the npn transistor 9. Reference numeral 11 denotes an n-channel MOS/FET serving as a unipolar element, and its source and drain are connected to the collector and base of the npn transistor 9 in parallel with the p-channel MOS/FET so as to short-circuit the collector junction of the npn transistor 9.

各素子はEPICプロセスで作成した誘電体分離
基板の単結晶島内に夫々独立に形成され、Al等
によつて配線される。
Each element is formed independently within a single crystal island of a dielectric isolation substrate created by the EPIC process, and wired with Al or the like.

制御端子G1,G2は共通にスイツチ1に接続さ
れる。
Control terminals G 1 and G 2 are commonly connected to switch 1.

単結晶島の中に形成された各素子はいずれも耐
圧が250V以上の高耐圧素子である。npnトランジ
スタ8は公知の一般的な構造であり、nチヤネル
MOS・FET9は例えば(W.H.A.Mattheus:
Digest of ISSCC P238,Feb.1981)に開示され
ているような縦構造の高耐圧MOS・FETであ
り、pチヤネルMOS・FET10は例えば、(吉
田等「高耐圧MOS・FET」半導体トランジスタ
研究会資料SSD73−14,1973年6月)に開示され
ているようなラテラル構造の高耐圧MOS・FET
である。
Each element formed within the single crystal island is a high voltage element with a withstand voltage of 250V or more. The npn transistor 8 has a well-known general structure, and is an n-channel transistor.
For example, MOS/FET9 (WHAMattheus:
Digest of ISSCC P238, Feb. 1981) is a vertical structure high-voltage MOS/FET, and the p-channel MOS/FET10 is, for example, (Yoshida et al. "High-voltage MOS/FET" Semiconductor Transistor Study Group Materials) High voltage MOS/FET with lateral structure as disclosed in SSD73-14, June 1973)
It is.

第6図に於いて、スイツチ1が開いている時は
トランジスタ8は順バイアス状況にあつてもベー
ス電流が供給されずA2,B2間はオフ状態にある。
スイツチ1を閉じ電源15より制御端子G1,G2
にMOS・FET10,11のしきい値電圧より高
い電圧を印加するとnpnトランジスタ9がオンす
る。この時電源20によりA2,B2端子がフロー
テイング状態にあつても制御端子G1,G2の電位
とA2,B2端子の電位の高低関係によらずnpnト
ランジスタ9をオンさせることができるが、その
動作機構は端子間電位の相対関係により異る。
In FIG. 6, when switch 1 is open, transistor 8 is not supplied with base current even in a forward bias state and is in an off state between A 2 and B 2 .
Close switch 1 and connect control terminals G 1 and G 2 from power supply 15.
When a voltage higher than the threshold voltage of the MOS-FETs 10 and 11 is applied to the npn transistor 9, the npn transistor 9 is turned on. At this time, even if the A 2 and B 2 terminals are in a floating state, the power supply 20 turns on the npn transistor 9 regardless of the relationship between the potentials of the control terminals G 1 and G 2 and the potentials of the A 2 and B 2 terminals. However, the operating mechanism differs depending on the relative relationship of the potentials between the terminals.

制御端子G1,G2の電位がA2,B2端子の電位よ
りも低い場合はMOS・FET10,11のソー
ス、ドレイン電位がゲート電位より高い状態にな
つている。従つてnチヤネルMOS・FET11は
オフのままであるが、pチヤネルMOS・FET1
0がオンする。その結果、pチヤネルMOS・
FET10のソース・ドレイン間電流がnpnトラン
ジスタ9のベースに流れ込みnpnトランジスタ9
がオンする。
When the potentials of the control terminals G 1 and G 2 are lower than the potentials of the A 2 and B 2 terminals, the source and drain potentials of the MOS-FETs 10 and 11 are higher than the gate potentials. Therefore, n-channel MOS/FET11 remains off, but p-channel MOS/FET1
0 turns on. As a result, p-channel MOS
The source-drain current of FET 10 flows into the base of npn transistor 9 and
turns on.

一方、制御端子G1,G2の電位がA2,B2端子の
電位よりも高い場合はMOS・FET10,11の
ソース・ドレイン電位がゲート電位よりも低い状
態になつている。従つてpチヤネルMOS・FET
10はオフ状態のままであるが、nチヤネル
MOS・FET11がオンする。その結果、ベース
電流が供給されることとなりnpnトランジスタ9
がオンする。
On the other hand, when the potentials of the control terminals G 1 and G 2 are higher than the potentials of the A 2 and B 2 terminals, the source/drain potentials of the MOS/FETs 10 and 11 are lower than the gate potentials. Therefore, p-channel MOS/FET
10 remains off, but the n-channel
MOS・FET11 turns on. As a result, base current is supplied to the npn transistor 9.
turns on.

制御端子G1,G2の電位がB2端子よりも高く、
A2端子よりも低い場合は上記の両ケース又はい
ずれか一方のケースの動作が起こりnpnトランジ
スタ9がオンする。
The potential of control terminals G 1 and G 2 is higher than that of B 2 terminal,
If the voltage is lower than the A2 terminal, either or both of the above cases will occur and the npn transistor 9 will be turned on.

以上のごとく、本実施例では主端子A2,B2
電位がフローテイング状態にあつても確実に主駆
動部のnpnトランジスタ8を駆動できる。
As described above, in this embodiment, the npn transistor 8 of the main drive section can be reliably driven even when the potentials of the main terminals A 2 and B 2 are in a floating state.

本実施例のA2,B2間の順方向の耐圧は例えば
約260V、A2,B2端子と制御端子G1,G2間の絶縁
耐圧は例えば約600Vである。又オンせしめる時
のしきい値電圧は約3.5Vであり、オンした後
10mA通電時のオン抵抗は例えば約15Ωである。
In this embodiment, the forward breakdown voltage between A 2 and B 2 is approximately 260V, and the insulation voltage between the A 2 and B 2 terminals and the control terminals G 1 and G 2 is approximately 600V, for example. Also, the threshold voltage when turning on is approximately 3.5V, and after turning on
For example, the on-resistance when 10mA is applied is about 15Ω.

<実施例 4> 第7図に本発明の第4の実施例を示す。主駆動
部が高耐圧のpnpトランジスタ8である点で第3
の実施例と異る。動作機構は第3の実施例とほぼ
同じであり、実施例1の説明においてnpnトラン
ジスタ9をpnpトランジスタ8におきかえて考え
るだけでよいので説明は省略する。
<Example 4> FIG. 7 shows a fourth example of the present invention. It is third in that the main drive part is a high-voltage PNP transistor 8.
This is different from the embodiment. The operating mechanism is almost the same as that of the third embodiment, and the explanation of the first embodiment is omitted since it is sufficient to replace the npn transistor 9 with the pnp transistor 8.

本実施例の耐圧は第3の実施例と同程度であ
り、しきい値電圧は例えば約4V、オン抵抗は
3mA通電時に例えば約10Ωである。
The breakdown voltage of this embodiment is about the same as that of the third embodiment, the threshold voltage is about 4V, and the on-resistance is about 4V.
For example, it is approximately 10Ω when 3mA is applied.

<実施例 5> 第8図は本発明の第5の実施例を示す。本実施
例では、npnトランジスタ9とpnpトランジスタ
8は同一の単結晶島の中に形成することによりサ
イリスタ動作を行うようにせしめてある。尚、
npnトランジスタ9とpnpトランジスタ8とを
別々の単結晶島に設けて、Al等の配線によつて
接続しても良い。また、MOS・FET10,11
のソース及びドレインはnpnトランジスタ9及び
pnpトランジスタ8の各々のコレクタ接合を短絡
する様に並列に接続されてい。従つて、第6図の
点線内に本実施例をおきかえ且つ直流電源14の
代りに交流電源を通いた場合、スイツチ1が閉じ
且つ交流電源から順バイアス電圧がA2,B2間に
印加されたとき(第4図に相当する)、制御端子
G1,G2がA2,B2端子よりも低い場合はpチヤネ
ルMOS・FET10がオンし、npnトランジスタ
9及びpnpトランジスタ8が駆動される結果A2
B2間すなわちサイリスタがオンする。一方、制
御端子G1,G2がA2,B2端子よりも高い場合はn
チヤネルMOS・FET11がオンし、npnトラン
ジスタ9及びpnpトランジスタ8が駆動される結
果サイリスタがオンする。このように両トランジ
スタが同時に駆動される点で第1,第2の実施例
と同じであり、第3,第4の実施例と若干動作機
構が異なる。
<Example 5> FIG. 8 shows a fifth example of the present invention. In this embodiment, the npn transistor 9 and the pnp transistor 8 are formed in the same single crystal island to perform thyristor operation. still,
The npn transistor 9 and the pnp transistor 8 may be provided on separate single crystal islands and connected by wiring such as Al. In addition, MOS・FET10, 11
The source and drain of are npn transistors 9 and
The pnp transistors 8 are connected in parallel so as to short-circuit their respective collector junctions. Therefore, if this embodiment is replaced with the dotted line in FIG. 6 and an AC power source is connected instead of the DC power source 14, the switch 1 is closed and a forward bias voltage is applied between A 2 and B 2 from the AC power source. (corresponding to Figure 4), the control terminal
When G 1 and G 2 are lower than the A 2 and B 2 terminals, the p-channel MOS/FET 10 is turned on, and the npn transistor 9 and the pnp transistor 8 are driven. As a result, A 2 ,
During B2 , the thyristor is turned on. On the other hand, if the control terminals G 1 and G 2 are higher than the A 2 and B 2 terminals, n
The channel MOS/FET 11 is turned on, the npn transistor 9 and the pnp transistor 8 are driven, and as a result, the thyristor is turned on. This embodiment is the same as the first and second embodiments in that both transistors are driven simultaneously, and the operating mechanism is slightly different from the third and fourth embodiments.

なお、本実施例では交流電源を使用する用途を
対象としたので、順・逆方向の耐圧を得る必要が
あるためサイリスタはもちろんのことn,p両チ
ヤネルMOS・FET10,11のいずれにも順・
逆両方向の阻止能力をもたせた。すなわちソー
ス、ドレイン接合はいずれも250Vの電圧に耐え
るようにした。
In addition, since this example is intended for applications that use an AC power source, it is necessary to obtain forward and reverse withstand voltages, so not only the thyristor but also both n and p channel MOS/FETs 10 and 11 are used.・
It has blocking ability in both reverse directions. In other words, both the source and drain junctions were designed to withstand a voltage of 250V.

本実施例のA2,B2間の耐圧は順・逆とも例え
ば約200Vであり、A2,B2端子と制御端子G1,G2
との間の絶縁耐圧は例えば約700Vである。又
A2,B2間をオンさせる時のしきい値電圧は例え
ば約4Vであり、30mA通電時のA2,B2間のオン
抵抗は例えば約5.5Ωである。
The withstand voltage between A 2 and B 2 in this embodiment is, for example, about 200V in both forward and reverse directions, and the A 2 and B 2 terminals and the control terminals G 1 and G 2
The dielectric strength between the two is, for example, approximately 700V. or
The threshold voltage when turning on between A 2 and B 2 is, for example, about 4V, and the on-resistance between A 2 and B 2 when 30 mA is applied is, for example, about 5.5Ω.

<実施例 6> 第9図に本発明の第6の実施例を示す。pnpト
ランジスタ8、npnトランジスタ9、第1のpチ
ヤネルMOS・FET10及び第1のnチヤネル
MOS・FET11は、第8図と同様に接続構成さ
れる。第2のpチヤネルMOS・FET21及び第
2のnチヤネルMOS・FET22のソース及びド
レインは、npnトランジスタ9の逆阻止接合とな
るエミツタ接合を短絡する様に、npnトランジス
タ9のベース(pnpトランジスタ8のコレクタ)
とエミツタとに並列に接続される。第1のpチヤ
ネルMOSトランジスタ10の制御端子と第1の
nチヤネルMOSトランジスタ11の制御端子と
は共通に接続されて制御端子G3となり、また、
第2のpチヤネルMOSトランジスタ21の制御
端子と第2のnチヤネルMOSトランジスタ22
の制御端子とは共通に接続されて制御端子G4
なる。
<Example 6> FIG. 9 shows a sixth example of the present invention. pnp transistor 8, npn transistor 9, first p-channel MOS/FET 10, and first n-channel
The MOS/FET 11 is connected and configured in the same manner as shown in FIG. The sources and drains of the second p-channel MOS/FET 21 and the second n-channel MOS/FET 22 are connected to the base of the npn transistor 9 (the pnp transistor 8 collector)
and the emitter are connected in parallel. The control terminal of the first p-channel MOS transistor 10 and the control terminal of the first n-channel MOS transistor 11 are commonly connected to form a control terminal G3 , and
The control terminal of the second p-channel MOS transistor 21 and the second n-channel MOS transistor 22
It is connected in common with the control terminal G4 .

制御端子G3にゲートが接続された第1のnチ
ヤネルMOS・FET11及び第1のpチヤネル
MOS・FET10はA2,B2端子間のサイリスタを
オンさせる際に用いられる。一方、制御端子G4
にゲートが接続された第2のnチヤネルMOS・
FET22及び第2のpチヤネルMOS・FET21
はこのサイリスタをオフさせる際に用いられる。
本実施例の典型的な動作シーケンスは次のとおり
である。
A first n-channel MOS/FET 11 whose gate is connected to the control terminal G3 and a first p-channel
The MOS/FET 10 is used to turn on the thyristor between the A 2 and B 2 terminals. On the other hand, control terminal G 4
A second n-channel MOS whose gate is connected to
FET22 and second p-channel MOS/FET21
is used to turn off this thyristor.
A typical operation sequence of this embodiment is as follows.

A2,B2間に順バイアスを印加する。 Apply forward bias between A 2 and B 2 .

制御端子G3にオン制御電圧を印加してサイ
リスタをオンせしめる。
Apply an on control voltage to the control terminal G3 to turn on the thyristor.

制御端子G3のオン制御電圧をとり除きサイ
リスタはオン状態を維持せしめる。
The ON control voltage at the control terminal G3 is removed to keep the thyristor in the ON state.

制御端子G4にオフ制御電圧を印加してサイ
リスタをオフせしめる。
An off control voltage is applied to the control terminal G4 to turn off the thyristor.

制御端子G4のオフ制御電圧をとり除き、サ
イリスタのオフ状態を維持せしめる。
The off control voltage at the control terminal G4 is removed to maintain the off state of the thyristor.

かかる動作をせしめる本実施例のオン時の動作
機構は第5の実施例と全く同じであるので説明は
省略し、オフ時の動作機構について以下に説明す
る。本実施例においてはサイリスタがオンしてい
る時、制御端子G4にMOS・FET21,22のし
きい値電圧よりも高いオフ制御電圧を印加するこ
とによりA2,B2端子の電位がフローテイング状
態にあつてもオフ制御が可能である。但し制御端
子G4の電位とA2,B2端子の電位の高低関係によ
りオフ動作機構が異る。
The on-time operation mechanism of this embodiment, which causes such an operation, is exactly the same as the fifth embodiment, so a description thereof will be omitted, and the off-time operation mechanism will be described below. In this embodiment, when the thyristor is on, the potential of the A 2 and B 2 terminals is floated by applying an off control voltage higher than the threshold voltage of the MOS/FETs 21 and 22 to the control terminal G 4 . OFF control is possible even in this state. However, the off-operation mechanism differs depending on the level relationship between the potential of the control terminal G 4 and the potentials of the A 2 and B 2 terminals.

制御端子G4の電位がA2,B2端子の電位よりも
低い場合はMOS・FET21,22のソース、ド
レインの電位がゲート電位より高い状態になる。
従つて第2のnチヤネルMOS・FET22はオフ
のままであるが、第2のpチヤネルMOS・FET
21がオンする。このpチヤネルMOS・FET2
1のオン抵抗を十分小さくしておくと、サイリス
タのnpnトランジスタ部分9のエミツタ接合が短
絡された場合と同じになる。すなわちサイリスタ
を流れている電流がひきぬかれサイリスタがオフ
される。一方制御端子G4の電位がA2,B2端子の
電位よりも高い場合は第2のpチヤネルMOS・
FET21はオフであるが、第2のnチヤネル
MOS・FET22がオンしサイリスタのnpnトラ
ンジスタ部分9のエミツタ接合が短絡されるので
サイリスタをオフできる。制御端子G4の電位が
B2端子の電位よりも高く、A2端子の電位よりも
低い場合は上記の両ケース又はいずれか一方のケ
ースの動作が起こりサイリスタをオフできる。
When the potential of the control terminal G 4 is lower than the potential of the A 2 and B 2 terminals, the source and drain potentials of the MOS-FETs 21 and 22 are higher than the gate potential.
Therefore, the second n-channel MOS/FET 22 remains off, but the second p-channel MOS/FET 22 remains off.
21 turns on. This p-channel MOS/FET2
If the on-resistance of 1 is made sufficiently small, it will be the same as when the emitter junction of the npn transistor portion 9 of the thyristor is short-circuited. In other words, the current flowing through the thyristor is extracted and the thyristor is turned off. On the other hand, if the potential of the control terminal G 4 is higher than the potential of the A 2 and B 2 terminals, the second p-channel MOS
FET21 is off, but the second n-channel
Since the MOS/FET 22 is turned on and the emitter junction of the npn transistor portion 9 of the thyristor is short-circuited, the thyristor can be turned off. The potential of control terminal G 4 is
If the potential is higher than the potential of the B2 terminal and lower than the potential of the A2 terminal, either or both of the above cases will occur and the thyristor can be turned off.

以上のごとく、本実施例では主端子A2,B2
電位がフローテイング状態にあつても確実にオ
ン・オフ駆動が可能である。但しオン制御用の
MOS・FET10,11は通常オン抵抗が比較的
大きくてもオン制御が容易にできるが、オフ制御
用のMOS・FET21,22はオフ制御を容易且
つ確実に行うために比較的小さいオン抵抗(約
500Ω以下)にする必要がある。
As described above, in this embodiment, even when the potentials of the main terminals A 2 and B 2 are in a floating state, on/off driving is possible reliably. However, for on control
MOS/FETs 10 and 11 can normally be easily controlled on even if their on-resistance is relatively large, but MOS/FETs 21 and 22 for off control have relatively small on-resistance (approximately
500Ω or less).

本実施例の耐圧及びオン時のしきい値電圧は第
5の実施例とほぼ同じである。オフさせるに要す
る制御端子G4への印加電圧は例えば約6Vである。
なおオン抵抗は30mA通電時に例えば約8Ωであ
る。
The breakdown voltage and on-state threshold voltage of this embodiment are almost the same as those of the fifth embodiment. The voltage applied to the control terminal G4 required to turn it off is, for example, about 6V.
Note that the on-resistance is, for example, approximately 8Ω when 30mA is applied.

<実施例7,8> 本発明の第7の実施例を第10図、第8の実施
例を第11図にそれぞれ示す。第10図及び第1
1図においてはいずれもトランジスタのコレクタ
接合に直列に別接合すなわちpnpトランジスタ8
のエミツタ接合もしくはnpnトランジスタ9のエ
ミツタ接合を接続した後、これらに並列にnチヤ
ネルMOS・FET11をpチヤネルMOS・FET
10とが接続されている。これらの動作機構は実
質的にはコレクタ接合のみを短絡する様に並列接
続した場合と同様である。すなわち第10図の場
合は第3の実施例と、第11図の場合は第4の実
施例と同様であり、異なる点はトランジスタが駆
動された後、npn及びpnpトランジスタ間で正帰
還が起こりサイリスタとしてオンするという点の
みである。
<Embodiments 7 and 8> A seventh embodiment of the present invention is shown in FIG. 10, and an eighth embodiment is shown in FIG. 11, respectively. Figure 10 and 1
In each figure, there is another junction in series with the collector junction of the transistor, that is, a pnp transistor 8.
After connecting the emitter junction of the npn transistor 9 or the emitter junction of the npn transistor 9, connect the n-channel MOS/FET 11 and the p-channel MOS/FET in parallel.
10 are connected. These operating mechanisms are substantially the same as when they are connected in parallel so that only the collector junctions are short-circuited. In other words, the case in FIG. 10 is the same as the third embodiment, and the case in FIG. 11 is the same as the fourth embodiment. The difference is that after the transistor is driven, positive feedback occurs between the npn and pnp transistors. The only difference is that it turns on as a thyristor.

以上、実施例を用いて本発明の詳細を説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく各種の変形応用が可能である。
Although the details of the present invention have been described above using examples, the present invention is not limited to these examples and can be modified and applied in various ways.

第2図b、第8図、第9図、第10図、第11
図に於いて、pnpトランジスタ8のベースn1
npnサイリスタ9のコレクタn2とを、また、pnp
トランジスタ8のコレクタp2とnpnトランジスタ
9のベースp3とをのみ共通一体化してサイリスタ
としても良い。
Figure 2b, Figure 8, Figure 9, Figure 10, Figure 11
In the figure, the base n 1 of the pnp transistor 8 and
Collector n 2 of npn thyristor 9 and pnp
A thyristor may be formed by integrating only the collector p2 of the transistor 8 and the base p3 of the npn transistor 9.

例えば第2図、第8図、第9図、第10図、第
11図に示した装置は交流駆動の場合順方向バイ
アス時にしかオンできない逆阻止スイツチである
が、これらの装置を各々逆並列に接続した構成に
することにより双方向性スイツチによることがで
き、交流電力の利用効率を向上できる。
For example, the devices shown in Figures 2, 8, 9, 10, and 11 are reverse blocking switches that can only be turned on when forward biased in the case of AC drive. By configuring the switch to be connected to a bidirectional switch, a bidirectional switch can be used, and the efficiency of using AC power can be improved.

又第2図、第8図〜第11図の半導体装置は順
バイアス方向の電圧ノイズに対する耐量が十分で
はない。特公昭53−46588号公報等に開示されて
いる電圧ノイズに対する保護回路を前述の実施例
に付加することにより、本発明の特長を損うこと
なくノイズ耐量を大幅に向上できることは当然で
ある。
Further, the semiconductor devices shown in FIGS. 2 and 8 to 11 do not have sufficient resistance to voltage noise in the forward bias direction. It goes without saying that by adding the voltage noise protection circuit disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-46588 to the above-described embodiment, the noise resistance can be greatly improved without detracting from the features of the present invention.

また、第9図に示す様なオフ制御用の第2のp
チヤネルMOS・FET21及び第2のnチヤネル
MOS・FET22を第2図、第5図、第10図、
第11図等のバイポーラ素子に、その逆阻止接合
の少なくとも一つを短絡する様に接続して、オフ
制御を行なつても良い。
In addition, a second p for off control as shown in FIG.
Channel MOS/FET21 and second n-channel
MOS/FET22 in Figure 2, Figure 5, Figure 10,
Off control may be performed by connecting at least one of the reverse blocking junctions of the bipolar element shown in FIG. 11 and the like to be short-circuited.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のごとく、本発明は電流制御形バイポーラ
素子を電圧制御形ユニポーラ半導体素子で制御で
きるようにしたので、モノリシツク構造で制御部
と主駆動部を直流的に絶縁できるとともに、ユニ
ポーラ素子の電位がフローテイング状態にあつて
も確実に制御でき、その制御電流も小さくでき
る。
As described above, the present invention enables a current-controlled bipolar element to be controlled by a voltage-controlled unipolar semiconductor element, so that the monolithic structure can isolate the control part and the main drive part in terms of direct current, and the potential of the unipolar element can flow. Even in a tying state, the control can be performed reliably, and the control current can also be made small.

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

第1図は従来例を示す回路図、第2図、第3図
及び第4図は本発明の第1の実施例を示す図、第
5図は本発明の第2の実施例を示す図、第6図は
本発明の第3の実施例を示す図、第7図は本発明
の第4の実施例を示す図、第8図は本発明の第5
の実施例を示す図、第9図は本発明の第6の実施
例を示す図、第10図は本発明の第7の実施例を
示す図、第11図は本発明の第8の実施例を示す
図である。 8…pnpトランジスタ、9…npnトランジスタ、
10,21…pチヤネルMOS・FET、11,2
1…nチヤネルMOS・FET。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional example, FIGS. 2, 3, and 4 are diagrams showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. , FIG. 6 shows a third embodiment of the invention, FIG. 7 shows a fourth embodiment of the invention, and FIG. 8 shows a fifth embodiment of the invention.
FIG. 9 is a diagram showing a sixth embodiment of the invention, FIG. 10 is a diagram showing a seventh embodiment of the invention, and FIG. 11 is a diagram showing an eighth embodiment of the invention. It is a figure which shows an example. 8...pnp transistor, 9...npn transistor,
10, 21...p channel MOS/FET, 11, 2
1...n channel MOS/FET.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくとも一つの順阻止接合と少なくとも一
つの逆阻止接合とを有するバイポーラ素子と、バ
イポーラ素子の順阻止接合を短絡するように接続
された一方導電型ユニポーラ素子とを具備するも
のにおいて、上記一方導電型ユニポーラ素子に他
方導電型ユニポーラ素子を並列接続したことを特
徴とする半導体装置。 2 特許請求の範囲第1項に於いて、上記一方導
電型ユニポーラ素子の制御端子と上記他方導電型
ユニポーラ素子の制御端子とを電気的に接続した
ことを特徴とする半導体装置。 3 特許請求の範囲第1項または第2項に於い
て、上記バイポーラ素子が1個のバイポーラトラ
ンジスタ、正帰還動作をするように接続された2
個のバイポーラトランジスタ、サイリスタから選
択された素子であることを特徴とする半導体装
置。 4 少なくとも一つの順阻止接合と少なくとも一
つの逆阻止接合とを有するバイポーラ素子と、バ
イポーラ素子の順阻止接合の少なくとも一つをそ
れぞれ短絡するように接続された第1の一方導電
型ユニポーラ素子及び第1の他方導電型ユニポー
ラ素子と、バイポーラ素子の逆阻止接合の少なく
とも一つをそれぞれ短絡するように接続された第
2の一方導電型ユニポーラ素子及び第2の他方導
電型ユニポーラ素子とを具備することを特徴とす
る半導体装置。 5 特許請求の範囲第4項に於いて、上記第1の
一方導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記第1
の他方導電型ユニポーラ素子の制御端子、及び上
記第2の一方導電型ユニポーラ素子の制御端子と
上記第2の他方導電型ユニポーラ素子の制御端子
をそれぞれ電気的に接続したことを特徴とする半
導体装置。 6 特許請求の範囲第4項または第5項に於い
て、上記バイポーラ素子が正帰還動作をするよう
に接続された2個のバイポーラトランジスタまた
はサイリスタであることを特徴とする半導体装
置。 7 pnpトランジスタ部分とnpnトランジスタ部
分とが正帰還を起すように接続されたバイポーラ
素子と、pnpトランジスタ部分のエミツタとコレ
クタとの間に接続したpチヤネルMOSトランジ
スタと、npnトランジスタ部分のエミツタとコレ
クタとの間に接続したnチヤネルMOSトランジ
スタとを具備することを特徴とする半導体装置。 8 特許請求の範囲第7項に於いて、上記バイポ
ーラ素子がサイリスタであることを特徴とする半
導体装置。
[Claims] 1. A bipolar element having at least one forward-blocking junction and at least one reverse-blocking junction, and a one-side conductivity type unipolar element connected to short-circuit the forward-blocking junction of the bipolar element. 1. A semiconductor device, characterized in that the unipolar element of one conductivity type is connected in parallel with the unipolar element of the other conductivity type. 2. A semiconductor device according to claim 1, wherein a control terminal of the unipolar element of one conductivity type and a control terminal of the unipolar element of the other conductivity type are electrically connected. 3. In claim 1 or 2, the bipolar element is one bipolar transistor, two transistors connected to perform positive feedback operation.
A semiconductor device characterized by being an element selected from bipolar transistors and thyristors. 4 a bipolar element having at least one forward blocking junction and at least one reverse blocking junction; a first one-side conductivity unipolar element connected to short-circuit at least one of the forward blocking junctions of the bipolar element; a second one-side conductivity type unipolar element and a second other-side conductivity type unipolar element connected to short-circuit at least one of the reverse blocking junctions of the bipolar element; A semiconductor device characterized by: 5 In claim 4, the control terminal of the first one-way conductivity type unipolar element and the first
A semiconductor device characterized in that a control terminal of the other conductivity type unipolar element, and a control terminal of the second one conductivity type unipolar element and a control terminal of the second other conductivity type unipolar element are electrically connected to each other. . 6. The semiconductor device according to claim 4 or 5, wherein the bipolar elements are two bipolar transistors or thyristors connected to perform positive feedback operation. 7 A bipolar element in which a pnp transistor part and an npn transistor part are connected to cause positive feedback, a p channel MOS transistor connected between the emitter and collector of the pnp transistor part, and an emitter and collector of the npn transistor part. What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising: an n-channel MOS transistor connected between the semiconductor device and the n-channel MOS transistor; 8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the bipolar element is a thyristor.
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