JPH03239367A - 両方向性2端子サイリスタ - Google Patents

両方向性2端子サイリスタ

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JPH03239367A
JPH03239367A JP3576990A JP3576990A JPH03239367A JP H03239367 A JPH03239367 A JP H03239367A JP 3576990 A JP3576990 A JP 3576990A JP 3576990 A JP3576990 A JP 3576990A JP H03239367 A JPH03239367 A JP H03239367A
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は両方向性2端子サイリスタ、特に電子回路のサ
ーヂ防護に好適する両方向性2端子サイリスタに関する
ものである。
(従来の技術) 第1図(a)(b)の平面図(上部の金属電極、絶縁膜
なとの図示を省略)及び断面図に示す、PNPNPの5
層構造からなる両方向性2端子サイリスタは、小型であ
って使用が簡単であるなどの理由から近時通信回線に接
続された電子回路の雷サージ防護用として広く使用され
ている。例えば第2図のように線路り、、L2間に両方
向性2端子サイリスタZを接続し、線路へ降伏電圧VB
O以上のレベルのサージ性電圧例えば雷サージか侵入し
たとき、サイリスタZが直ちにオンとなって雷サージを
(副路して、被保護電子囲路Aを保護するように(、た
ちのである。
ところてこの場合雷サージの通過後、両方向性2端子サ
イリスタZは第2図中に示す線路電圧E。
を直ちに遮断して、オフ状態に復旧することか必要であ
るか、この場合遮断を確実とするためには、第3図の電
圧−電流特性図に示す保持電流1.値か、次式 ここてRは回路抵抗 を満足することか必要であり、この電流値か大きい保進
断性能か向上することは公知である。
どころて一般に保持電流I l−1は、サイリスタを構
成する各層の不純物濃度や層厚、更にはキャリアライフ
タイム等によって定まる。従ってこれらを制御すること
によ、って所要の保持電流値を得ることかできるか、そ
のためには製造工程上、上記各条件の精密な制御を要求
される。従って歩留りよく製造するのか容易でないはか
りてなく、使用する原材料のばらつきによっても制御状
態にばらつきを生じるため、実現は容易てはない。
そこで本発明者は保持電流値を容易に増大できる新しい
構造の両方向性2端子サイリスタを提案した。
これは第4図(a)(b)に示す平面図(」二面の金属
電極と、絶縁膜なとの図示を省略)と、断面図のように
構成されたものである。即ち、P型半導体基板の一面と
他面にそれぞれN、、N、層(ベース)とP、、P2層
(エミッタ)を設け、N、N2層の一部が複数箇所にお
いてそれぞれPIP7層を突き抜けて表面に露出し、か
っN、N2の露出部か互いに重なり合う部分かないよう
に交互に配置され、金属電極M、、M2により、N、、
N、の露出ベース領域とP、、P2のエミッタ領域を短
絡する。そしてこれによりN、とN2層の露出部分にお
いて4層構造か形成され、また互いに隣合うP、、P2
の型なり部分においては5層構造か形成さ第1て、複数
個の通常の両方向性2端子サイリスタを一素子内にもつ
構造としたものである。
この構造では例えは第4図(b)中の実線矢印のように
電流を流す方向の電圧か印加された場合、複数筒の2端
fサイリスのうちの最も点弧し易い、例えは第11図の
サイリスタTQか最初に点弧すると、第5図に示す等価
回路のように、隣接するサイリスタT、のN2.P層に
、それぞれケート電流■gが流出入してサイリスタTj
がターンオンする。そして以下ターンオン領域か素rの
全面に拡かる。また第・1図中の点線矢印の電流を流す
方向の電圧力<jJ[lえられたときには、例えば最も
点弧し易いサイリスタTIの最初の点弧によりサイリス
タT4かターンオンし、この領域か素子の全面に拡かる
動作を行って、両方向性2端子サイリスタとして動作す
るようにして、以下に説明するように保持電流【□の増
大を図ったものである。
即ち全導通状態における電子と正孔の釣合い状態を示す
部分図第6図において、■をサイリスタを流れている全
電流、TKを短絡部分に流れている電流、α1.α、を
N、、PN2及びP7.N2゜P層の電流増幅率1 c
oを接合漏れ電流とすると、N2層における電子と正孔
の釣合い(j二(I  at)(1−Hz ’) =α
NI−IETIC6Ij! r c+=+α、(1−−)+α、)〕二I。0て与え
られる。−古本発明のような短絡部分のないサイリスタ
場合には公知のように I (1−(α、+α、)=−rc。
となり、本発明の短絡構造においてはα、が(1+Iz
/T)だけ低下し、しかもlxを大にすることができる
から、保持電流I H値を大にすることかできる。
(従来技術の問題点) しかしこの提案された両方向性2@子サイリスタは、以
上のように保持電流り、の増大には有効であるか、その
一方1.4を増大すると、これに伴い、第3図に示すタ
ーンオン移行領域の電流I8も増大する結果となる。そ
の結果ターンオンしにくくなり、雷サージ防護用として
用いた場合にはサージ耐量を低下することになる。即ち
サージ電流に対する耐量は第3図のターンオン移行領域
における電力損失と、−点における点弧か全ターンオン
面積に拡かるまでのスピードによって定まり、特に前者
によるところか大きい。従ってサージ耐量の低下を招く
ことになる。
(発明の目的) 本発明は保持電流の増大にもかかわらず、タンオン移行
領域電流の増大の防ぎつる構造を提供し、サージ耐量か
大きく、しかも遮断特性の良好な両方向性2端子サイリ
スタの実現を図ったものである。
(問題点を解決するための本発明の手段)本発明者の提
案による前記両方向性2端子サイリスタは、保4電流り
、の増大のため、素子全体を点弧しにくい構造にしたこ
とに相当する。
本発明は前記提案された素子の単位サイリスタの一部に
他の単位サイリスタに比して特にターンオンの容易な構
造をもたせる。また更に素子全面へのターンオン領域の
拡がり速度を速くするため、ターンオンの容易な構造を
サイリスタの中央部に設けることにより、保持電流I 
nの増大にもとづくターンオン領域電流I8の増大の抑
制を図って、サージ耐量の低下の問題を解決したもので
、その実現に当たっては、例えば面構造によるもの、不
純物濃度の制御によるもの、主接合の耐圧によるものな
と、各種の具体的手段か考えられる。次に本発明の実施
例について説明する。
(実施例) 第7図(a)(b)は面構造による手段の採用による本
発明の一実施例の平面図(電極絶縁膜などの図示を省略
)、そのA−A’部矢視断面図である。この構造は素子
中央部のN2.P、N、、PI層によって形成される単
位サイリスタT、、T’、、N。
PN2P2層によって形成される単位サイリスタT2.
T、の相隣合う角部において、表面に露呈するN1層と
N2層の面積を大とした部分Cを形成し、この部分Cに
おけるN1層とN2層の距離をd−d’ だけ短くした
ものである。
このようにすれば例えば第7図(1))中の1の方向を
流す方向の電圧が印加されたとき、ターンオン移行領域
における電流■、は第7図(blに示すようにC領域に
集中して流れることから、C領域の電流密度か大となっ
て、同一電流■においてC領域の近傍の電流増幅率α、
を極めて大きくする。
方接台J4の順バイアス即ちN2層の横方向抵抗にもと
つく電圧降下は、C領域に電流か集中することから、P
I、22層の重なり幅dか小となった分を補って、P、
N、層の境界下に沿ってほぼ等しい値となる。その結果
92層からの正孔の注入により、電流は第7図(1))
中の11のようにほぼ均一に分布するこのため電流増幅
率α2.α、の位置分布は第8図の実線図示の如くなり
(図中点線はC領域のない場合)、ターンオン条件を示
すα、十α、は、C領域の近傍に強制的に局限されて最
大となって、等価的にベース幅を小としてターンオンを
容易とする。また初期点弧位置も中央矢印のC領域に強
制的に局限される。従って保持電流を大としてもターン
オン領域電流■8の増大を防ぐことかできる。
第9図は不純物濃度の制御による本発明の実施例の部分
平面図(電極なとの図示を省略)、そのA−A’部矢視
断面図、不純物濃度分布図であって、コノ例では第9図
(a)(b)のようにP、、22層の幅dの重なり部分
の近傍のP、、P2層中に第9図(C)(a) (図中
点線はC領域以外の部分)のように不純物濃度を局部的
に大きくした部分C領域をそれぞれ設けたものである。
このようにすれば第9図(bl中の電流Iを流す方向の
電圧が印加されたとき、N、、P、N2層の横方向抵抗
は不変であるにもかかわらず、22層の不純物濃度か大
であるため、ターンオン移行領域電流I、に対するP2
+N2.Pトランジスタの電流増幅率は大となる。
その結果電流増幅率α、の従来分布は第1O図の横方向
距離と電流増幅率の関係図中の実線図示のようになり(
図中点線C領域の無い場合)、ターンオン条件を示すα
、+α、は、C領域の近傍に強制的に局限されて等価的
にベース幅を小とする。
このためターンオンし易くなるのでISを小さくてき、
しかも初期点弧位置も中央部に局限されるのでターンオ
ン領域の全面への広かりか速くなる。
第11図はベース幅制御による本発明の実施例の0 断面図てあって、前記第10図における不純物濃度を局
部的に大きくした部分の対応位置のP、、P2層に突出
部を設けて、C領域部を形成したもので、第12図の断
面図のようにPl、P2層の重なり部の全長に突出部を
設けてC領域部を形成してもよい。なおこの作動につい
ては第9図の実施例と同様であるので説明を省略する。
なお以上の例の外、例えば中央部の耐圧を低くするよう
に設計することによっても目的を達成てきる。
なお以上ではPNPNP導電型のものについて説明した
か、NPNPNPN型型のものにも同様に適用てきる。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように本発明によれば、大きな
サージ耐量と良好な遮断特性をもった電子回路のサージ
防護に好適する両方向性2@子サイリスタを提供できる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の両方向性2端子サイリスタ説明図、第2
図は両方向性2端子サイリスタによるサージ防護回路、
第3図は両方向性2端子サイリスタの電圧−電流特性図
、第4図、第5図、第6図は保持電流を大として遮断特
性を向上した本発明者提案の両方向性2端子サイリスク
の説明図、第7図、第8図、第9図、第1O図、第1I
図、第12図は本発明の詳細な説明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)P(N)型半導体共通基板の両面に、それぞれN
    (P)ベースとP(N)エミッタを設けると共に、前記
    N(P)ベースの一部が複数箇所において前記P(N)
    エミッタを突き抜けて表面に露出し、かつその一面の露
    出領域が他面の露出領域と交互に配置し、前記各面のP
    (N)エミッタとN(P)ベース領域とを短絡してそれ
    ぞれ一つの電極を構成するようにした電極間に複数個の
    PNPNP(NPNPN)を単位サイリスタをもたせた
    両方向性2端子サイリスタにおいて、前記単位サイリス
    タの一部にターンオン容易な構造をもたせたことを特徴
    とする両方向性2端子サイリスタ。
  2. (2)特許請求の範囲第1項において、中央部の単位サ
    イリスタに実質的にベース幅を小とした部分を設けたこ
    とを特徴とする両方向性2端子サイリスタ。
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