JPH0529607A - Misゲート制御型サイリスタ半導体装置 - Google Patents

Misゲート制御型サイリスタ半導体装置

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JPH0529607A
JPH0529607A JP18244891A JP18244891A JPH0529607A JP H0529607 A JPH0529607 A JP H0529607A JP 18244891 A JP18244891 A JP 18244891A JP 18244891 A JP18244891 A JP 18244891A JP H0529607 A JPH0529607 A JP H0529607A
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mis
gate electrode
semiconductor device
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JP18244891A
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Hitoshi Sumida
仁志 澄田
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 各領域の境界の構造を改善することによっ
て、MISゲート制御型サイリスタ半導体装置のターン
オン特性の向上及び低オン電圧化を図ること。 【構成】 伝導度変調層5の表面側には、n型の第1の
MIS部8のチャネル拡散層9aを含む第2導電型の第
2領域9と、この第2領域9の表面側に第1のMIS部
8の第1導電型の拡散層14をドレイン領域とするn型
の第2のMIS部13aとを有する。ここで、第2のゲ
ート電極12は、横方向に向けて交互に曲折している。
従って、このゲート電極12の自己整合で形成されたソ
ース領域16及び拡散層14(ドレイン領域)のチャネ
ル形成領域側の側面は、ゲート電極12の形状に対応し
て、交互に他方側に向けて張り出す形状になっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MISゲート制御型サ
イリスタ半導体装置に関し、特に、そのターンオフ用M
IS部の構造技術に関する。
【0002】
【従来の技術】代表的な電力用スイッチング素子として
は、pnpn構造のサイリスタあるが、この構造のサイ
リスタは、電流駆動素子であるため、消費電力が大き
く、またターンオフさせるために、アノード・カソード
間を電圧無印加状態とし、素子電流を除去する必要があ
る。そこで、伝導度変調型MISFET(IGBT)の
ラッチアップ現象を利用すると共に、その構造にターン
オフ用MIS部を設けたMISゲート制御型サイリスタ
が開発されている。
【0003】その代表的な構造は、図4に示すように、
+ 型アノード領域21にn+ 型バッファ層22を介し
て積層されたn- 型伝導度変調層23と、その表面側に
第1のゲート電極24を備えるn型の第1のMOS部2
5と、そのp型チャネル拡散層を含むp型拡散領域26
と、その表面側に第2のゲート電極27を備え、第1の
MOS部25のn+型拡散領域28をドレイン領域とす
るn型の第2のMOS部29とを有する。ここで、第2
のMOS部29のn+ 型ソース領域30及びp型拡散領
域26には、カソード電極31が導電接続されている。
【0004】かかる構造のMISゲート制御型サイリス
タにおいて、p+型アノード領域21に導電接続するア
ノード電極32をカソード電極31に対し正電位とした
状態で、第1のゲート電極24及び第2のゲート電極2
7に対し、正電位を印加すると、第1のMOS部25及
び第2のMOS部29において、各ゲート電極24,2
7の直下におけるp型拡散領域26の表面がn型に反転
して、n+ 型ソース領域30,n+ 型拡散領域28,及
びn- 型伝導度変調層23が同電位となる。これによ
り、n- 型伝導度変調層23には、電子が注入されると
共に、p+ 型アノード領域21から正孔も注入される。
ここで、n- 型伝導度変調層23に注入された正孔が、
p型拡散領域26におけるn+ 型拡散領域28直下を通
り、正孔電流が流れると、この領域の短絡抵抗に起因し
て電圧降下が発生し、n+ 型拡散領域28,p型拡散領
域26及びn- 型伝導度変調層23によって構成される
npn構造のトランジスタがオン状態となってサイリス
タがターンオンする。この状態から、第1のゲート電極
24及び第2のゲート電極27を0電位に低下させる
と、第2のMOS部29において、n+ 型ソース領域3
0とn+ 型拡散領域28とが非導通状態となって、サイ
リスタがターンオフする。
【0005】ここで、第2のゲート電極27は、図5
(a),(b)に示すように、直線構造を有しており、
このゲート電極27の自己整合で形成されたn+ 型ソー
ス領域30及びn+ 型拡散領域28の側面も、第2のゲ
ート電極27の形状に対応して直線形状を有する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の構造
のMISゲート制御型サイリスタ半導体装置において、
サイリスタがターンオンしやすくするために、n+ 型拡
散領域28の距離を拡大し、その直下においてラッチア
ップ現象が発生しやすいように設計されている。
【0007】しかしながら、n+ 型拡散領域28の距離
の拡大は、この領域の抵抗分の増大となって、n- 型伝
導度変調層23への電子の注入の遅延、すなわち、サイ
リスタのターンオン動作を遅らせる原因となるという問
題を有している。さらに、オン電圧が高くなるという問
題も招来させる。
【0008】かかる問題に対し、本願発明者は、この構
造のサイリスタ半導体装置に特有の拡散領域の距離を拡
大した構造を逆に利用して、チャネル抵抗分を低減し、
ターンオン動作を改善すると共に、そのオン電圧も低減
することを提案にする。
【0009】すなわち、本発明の課題は、各領域の境界
側の構造を改善することによって、チャネル抵抗を低減
可能なMISゲート制御型サイリスタ半導体装置を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るMISゲート制御型サイリスタ半導体
装置は、第1導電型の伝導度変調層に第2導電型の第1
領域を介して導電接続する第1の電極部と、伝導度変調
層の表面側に第1のゲート電極を備える第1のMIS部
と、このMIS部のチャネル拡散層を含む第2導電型の
第2領域の表面側に第2のゲート電極を備え、第1のM
IS部の第1導電型の拡散層をドレイン領域とする第1
導電型の第2のMIS部と、このMIS部の第1導電型
のソース領域及び第2領域に導電接続する第2の電極部
とを有している。ここで、第2の電極部は、コンタクト
領域を介して第2領域に導電接続させてもよい。この構
造のサイリスタ半導体装置に対し、本発明が講じた手段
は、第2のゲート電極を、第2領域の表面側で横方向に
向けて交互に曲折させ、このゲート電極の自己整合で形
成されるソース領域及びドレイン領域のチャネル形成領
域側の側面を、交互に他方側に向けて張り出すようにす
ることである。
【0011】さらに、確実にターンオフ動作を制御でき
るように、第2の電極部は、ソース領域の側面に接する
高濃度の第2導電型の第3領域を介して第2領域に導電
接続しており、この第3領域とソース領域側面との境界
面が、ソース領域及びドレイン領域のチャネル形成領域
側の側面に対応して、ソース領域側に向けて張り出して
いることが好ましい。
【0012】本発明において、第1のゲート電極及び第
2のゲート電極は、例えば、互いに外部で導電接続され
て、共通のゲート駆動信号が印加される。
【0013】
【作用】以上の構成を有するMISゲート制御型サイリ
スタ半導体装置において、ターンオン動作時に、第1及
び第2のゲート電極に正電位を印加して、各MIS部に
チャネルを形成すると、第1導電型(n型)の伝導度変
調層に電子が注入されると共に、正孔も注入される。こ
のうち、正孔は、第2導電型(p型)の第2領域におけ
る第1導電型(n型)の拡散層の直下で、電圧降下を発
生させて、ラッチアップ現象を起こさせ、サイリスタを
オンさせる。ここで、第2のMIS部において、そのソ
ース領域及び拡散層(ドレイン領域)のチャネル形成領
域側の側面は、交互に他方側に向けて張り出すようにし
ているため、チャネル幅は実質的に延長され、チップ面
積に対するチャネル密度が高められている。このため、
チャネル抵抗が低減されているので、伝導度変調層に対
する電子の注入速度が高められ、サイリスタのターンオ
ン特性が向上すると共に、オン電圧の低下できる。ここ
で、拡散層は、ラッチアップ現象が発生しやすいよう
に、その長さが比較的拡張されているので、このソース
領域及び拡散層(ドレイン領域)の張り出し構造は、チ
ップに対するサイリスタ半導体装置の占有面積を拡大す
ることなく形成できる。
【0014】ここで、ソース領域のドレイン領域に向か
う張り出し部分を、同じピッチに形成するのであれば、
奥深く張り出させる程、チャネルの幅を延長することに
なって好ましいが、延長するに伴って、第2電極側から
遠くにソース領域の側面が位置する構造になってしま
う。その距離が長くなりすぎると、ソース領域直下から
正孔の引出しが充分に行われず、第2のMIS部でラッ
チアップ現象が発生し、ターンオフ動作の制御に支障が
生じる。そこで、ソース領域の側面と、この側面に接す
る高濃度の第2導電型の第3領域との境界面も、前述の
張り出し構造に追従させて、ソース領域側に張り出す構
造を採用した場合には、このソース領域の直下の全体領
域から正孔をスムーズに引出すことができるので、第2
のMIS部でラッチアップ現象が発生することがない。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例に係るMISゲート制
御型サイリスタ半導体装置について、図面を参照して、
説明する。
【0016】〔実施例1〕図1は、実施例1のMISゲ
ート制御型サイリスタ半導体装置の断面図である。
【0017】このMISゲート制御型サイリスタ半導体
装置1において、アノード電極2が導電接続されたp+
型アノード領域3(第1領域)の表面側には、n+ 型バ
ッファ層4を介してn- 型伝導度変調層5が積層されて
いる。このn- 型伝導度変調層5の表面側には、この表
面にゲート酸化膜6を介して対峙する第1のゲート電極
7を備えるn型の第1のMOS部8が形成されており、
そのp型チャネル拡散層9の表面が第1のチャネル形成
領域10になる。さらに、n- 型伝導度変調層5の表面
側には、p型チャネル拡散層9aを含むようにp型拡散
領域9(第2領域)が形成されており、その表面側に
は、この表面にゲート酸化膜11を介して対峙する第2
のゲート電極12を備えるn型の第2のMOS部13が
形成されている。ここで、第1のMOS部8と第2のM
OS部13とは、n+ 型拡散層14を共通に形成されて
おり、このn+ 型拡散層14は、第1のMOS部8のソ
ース領域であると共に、第2のMOS部13のドレイン
領域でもある。この第2のMOS部13においては、p
型拡散領域9の表面側が第2のチャネル形成領域15に
なる。さらに、第2のMOS部13のn+ 型ソース領域
16には、カソード電極17が導電接続しており、この
カソード電極は、p型拡散領域9中のp+ 型のコンタク
ト領域9b(第3領域)にも導電接続している。ここ
で、n+ 型ソース領域16は、その直下でラッチアップ
現象が発生しにくいように、縮小されて形成されてい
る。
【0018】かかる構造のMISゲート制御型サイリス
タ半導体装置1において、p+ 型アノード領域3、n-
型伝導度変調領域5、及びp型チャネル拡散層9aは、
- 型伝導度変調領域5をnベースとするpnp構造の
トランジスタを構成している。また、n- 型伝導度変調
領域5、p型チャネル拡散層9a、及びn+ 型拡散層1
4は、p型チャネル拡散層9aをpベースとするnpn
構造のトランジスタを構成している。さらに、p+ 型ア
ノード領域3、n- 型伝導度変調領域5、p型チャネル
拡散層9a、及びn+ 型拡散層14は、pnpn構造の
サイリスタを構成している。ここで、第1のゲート電極
部7及び第2のゲート電極部12は、いずれも、外部配
線層によってゲート端子Gに導電接続された状態で使用
され、いずれにも共通のゲート駆動信号が供給されるよ
うになっている。
【0019】ここで、第2のMOS部13の構造を、図
2(a),(b)を参照して、詳述する。
【0020】図2(a)は第2のMOS部13周囲の概
略平面図であり、図2(b)はその概略断面図である。
なお、カソード電極17は図示していない。
【0021】これらの図において、第2のMOS部13
におけるn+ 型拡散層14(ドレイン領域)の長さは、
その直下で正孔電流による電圧降下が発生して、ラッチ
アップ状態となりやすいように、一般に拡大されてい
る。従って、拡大された分に相応して、抵抗分が増大す
る。本例においては、この拡大されたn+ 型拡散層14
(ドレイン領域)の形成領域を利用して、逆に、第2の
MOS部13のチャネル抵抗分を低下させる構造を有し
ている。すなわち、第2のMOS部13におけるn+
拡散層14(ドレイン領域)及びn+ 型ソース領域16
は、いずれも第2のゲート電極12のセルファラインで
形成されるが、この第2のゲート電極12は、p型拡散
領域9の表面側で横方向に略直角に交互に曲折しなが
ら、幅方向へ延びている。従って、n+ 型拡散層14
(ドレイン領域)及びn+ 型ソース領域16のチャネル
形成領域15側の側面も、この第2のゲート電極12の
形状に対応して、他方側に向かって交互に張り出した形
状になっている。このため、チャネル幅が実質上延長さ
れて、チャネル抵抗が低減されている。
【0022】次に、このMISゲート制御型サイリスタ
半導体装置1の動作について説明する。
【0023】まず、p+ 型アノード領域3に導電接続す
るアノード電極2(アノード端子A)を、カソード電極
17(カソード端子K)に対し正電位にバイアスしてお
き、第1のゲート電極7及び第2のゲート電極12(ゲ
ート端子G)に対し、正電位を印加すると、第1のMO
S部8及び第2のMOS部13において、第1のゲート
電極7及び第2のゲート電極12の直下におけるp型拡
散領域9及びp型チャネル拡散層9aの表面、すなわ
ち、チャネル形成領域10,15がn型に反転して、そ
こにチャネルが形成され、n+ 型ソース領域16,n+
型拡散領域14,及びn- 型伝導度変調層5が導通す
る。このため、カソード電極17側からの電子が、n+
型ソース領域16、チャネル形成領域15、n+ 型拡散
領域14、及びチャネル形成領域10を経て、伝導度変
調層5に注入される。これに対し、n- 型伝導度変調層
5には、p+ 型アノード領域3側から正孔が注入され、
- 型伝導度変調層5は伝導度変調状態となる。ここ
で、n- 型伝導度変調層5に注入された正孔が、チャネ
ル拡散領域9aに注入され、そのn+ 型拡散領域14の
直下を通って、正孔電流が流れると、この領域の短絡抵
抗に起因して電圧降下が発生する。この電圧降下によっ
て、n+ 型拡散領域14の直下でラッチアップ現象が発
生する。すなわち、n+ 型拡散領域14,p型チャネル
拡散領域9a,及びn- 型伝導度変調層5によって構成
されるnpn構造のトランジスタがオン状態になってサ
イリスタがターンオンする。
【0024】このターンオン動作において、第2のMO
S部13においては、n+ 型拡散層14(ドレイン領
域)及びソース領域16のチャネル形成領域15側の側
面が、他方側に向かって交互に張り出した形状になって
いるため、チャネル幅が実質上延長されて、チャネル抵
抗が低減されている。このため、n+ 型ソース領域16
からn+ 型拡散層14(ドレイン領域)を経て、n-
伝導度変調層5に注入される電子の注入速度が高くなっ
ており、サイリスタがトリガしやすい。また、チャネル
抵抗の低下によって、動作中のオン電圧も低いので、消
費電力が低い。
【0025】次に、この状態から、第1のゲート電極7
及び第2のゲート電極12を0電位に低下させると、第
2のMOS部13において、n+ 型ソース領域16とn
+ 型拡散領域14とが非導通状態となって、サイリスタ
がターンオフする。
【0026】このように、本例のMISゲート制御型サ
イリスタ半導体装置1においては、サイリスタアクショ
ンを確実に起こさせるために、n+ 型拡散層14の長さ
を拡大するサイリスタ特有の構造を、逆に利用して、n
+ 型拡散層14の形成領域で、チャネル幅を実質的に延
長することにより、チャネル抵抗を低減している。ここ
で、抵抗分としては、チャネル抵抗が最も支配的である
ため、本例における抵抗低減効果は、n+ 型拡散層14
の拡大によって生じる抵抗増大分を補完する以上の効果
を奏する。
【0027】〔実施例2〕次に、実施例2に係るMIS
ゲート制御型サイリスタ半導体装置について説明する。
図3(a)は実施例2のMISゲート制御型サイリスタ
半導体装置の概略平面図であり、図3(b)はその概略
断面図である。これらの図において、カソード電極17
は図示していない。なお、このMISゲート制御型サイ
リスタ半導体装置は、図1及び図2に示した実施例1の
MISゲート制御型サイリスタ半導体装置と同様な構造
を有しているので、共通の部分には、同一符号を付し、
その説明を省略する。
【0028】図3(a),(b)においても、n型の第
2のMOS部13aにおけるn+ 型拡散層14(ドレイ
ン領域)及びn+ 型ソース領域16aは、いずれも第2
のゲート電極12のセルファラインで形成されたもので
あり、この第2のゲート電極12は、第1拡散領域9の
表面側で横方向に略直角に曲折しながら、幅方向へ延び
ている。従って、n+ 型拡散層14及びn+ 型ソース領
域16aのチャネル形成領域15側の側面も、第2のゲ
ート電極12の形状に対応して、他方側に向かって交互
に張り出した形状になっている。このため、チャネル幅
が実質上延長されて、チャネル抵抗が低減されている。
【0029】さらに、本例においては、n+ 型ソース領
域16aとp+ 型のコンタクト領域9cとの境界におい
て、その境界面の形状は、n+ 型拡散層14及びn+
ソース領域16aのチャネル形成領域15側の側面の曲
折形状に対応しており、コンタクト領域9cは、n+
ソース領域16aの側に向かって部分的に張り出した形
状になっている。このため、n+ 型ソース領域16aに
おけるチャネル形成領域15の側の側面が、カソード電
極17から離れて位置しても、その形状に追従してコン
タクト領域9cがチャネル形成領域15の側に向かって
延びているため、ソース領域16aの直下全体のp型拡
散領域9から正孔を充分に引き抜きできるようになって
いる。従って、第2のMIS部13aがラッチアップ状
態になって、ターンオフ動作が制御不能になることを確
実に防止している。それ故、MISゲート制御型サイリ
スタ半導体装置1aのラッチアップ耐量が高いので、そ
の安全動作領域が広い。
【0030】なお、上記実施例に示すMISゲート制御
型サイリスタ半導体装置においては、いずれのゲート電
極も共通のゲート駆動信号が印加されるものであった
が、これに限定されるものではなく、この半導体装置の
サイリスタ動作を制御するMIS部を有するものであれ
ば、限定のないものである。
【0031】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のMISゲート制
御型サイリスタ半導体装置においては、第1導電型の伝
導度変調層の表面側に第1導電型の第1のMIS部と、
このMIS部のチャネル拡散層を含む第2導電型の第2
領域の表面側に、第1のMIS部の第1導電型の拡散層
をドレイン領域とする第1導電型の第2のMIS部とを
有し、第2のMIS部において、第2のゲート電極は、
第2領域の表面側で横方向に向けて交互に曲折し、この
ゲート電極の自己整合で形成されたソース領域及びドレ
イン領域のチャネル形成領域側の側面が、第2のゲート
電極に対応して、他方側に向けて交互に張り出している
ことを特徴としている。従って、本発明によれば、チャ
ネル形成幅が実質的に延長され、チャネル抵抗が低いの
で、以下の効果を奏する。まず、伝導度変調状態への移
行が早いので、ターンオン動作特性が向上する。また、
オン電圧が低下できるので、消費電力の低減が実現でき
る。
【0032】しかも、この構造はソース領域及びドレイ
ン領域の占有面積内で形成されているので、チップ内に
おけるサイリスタ半導体装置の占有面積を拡大する必要
がない。
【0033】また、第2のMIS部のソース領域の側面
に接する高濃度の第2導電型の第3領域を、上記の屈曲
構造に対応させて、ソース領域側に張り出させた場合に
は、ソース領域直下から正孔等を確実に引き出して、こ
のMIS部でラッチアップ現象が発生することを防止す
る。従って、サイリスタ半導体装置の安全動作領域を拡
大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るMISゲート制御型サ
イリスタ半導体装置の断面図である。
【図2】(a)は本発明の実施例2に係るMISゲート
制御型サイリスタ半導体装置の主要部の概略平面図であ
り、(b)はその概略断面図である。
【図3】(a)は本発明の実施例1に係るMISゲート
制御型サイリスタ半導体装置の主要部の概略平面図であ
り、(b)はその概略断面図である。
【図4】従来のMISゲート制御型サイリスタ半導体装
置の断面図である。
【図5】(a)は従来のMISゲート制御型サイリスタ
半導体装置の主要部の概略平面図であり、(b)はその
概略断面図である。
【符号の説明】
1,1a・・・MISゲート制御型サイリスタ半導体装
置 2・・・アノード電極 3・・・p+ 型アノード領域(第1領域) 5・・・n- 型伝導度変調層 7・・・第1のゲート電極 8・・・第1のMOS部 9・・・p型拡散領域(第2領域) 9a・・・p型チャネル拡散層 9b,9c・・・p+ 型コンタクト領域 12・・・第2のゲート電極 13,13a・・・第2のMOS部 14・・・n+ 型拡散層(ドレイン領域) 16,16a・・・n+ ソース領域 17・・・カソード電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の伝導度変調層に第2導電型
    の第1領域を介して導電接続する第1の電極部と、前記
    伝導度変調層の表面側に第1のゲート電極を備える第1
    導電型の第1のMIS部と、このMIS部の第2導電型
    のチャネル拡散層を含む第2導電型の第2領域の表面側
    に第2のゲート電極を備え、前記第1のMIS部の第1
    導電型の拡散層をドレイン領域とする第1導電型の第2
    のMIS部と、このMIS部の第1導電型のソース領
    域、及び前記第2領域に導電接続する第2の電極部と、
    を有し、前記第2のMIS部において、前記第2のゲー
    ト電極は、前記第2領域の表面側で横方向に向けて交互
    に曲折し、このゲート電極の自己整合で形成された前記
    ソース領域及び前記ドレイン領域のチャネル形成領域側
    の側面も、前記第2のゲート電極に対応して、他方側に
    向けて交互に張り出していることを特徴とするMISゲ
    ート制御型サイリスタ半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記第2の電極部
    は、前記ソース領域の側面に接する高濃度の第2導電型
    の第3領域を介して前記第2領域に導電接続しており、
    この第3領域と前記ソース領域側面との境界面が、前記
    ソース領域及び前記ドレイン領域のチャネル形成領域側
    の側面に対応して、前記ソース領域側に向けて張り出し
    ていることを特徴とするMISゲート制御型サイリスタ
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
    第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極には、共通
    のゲート駆動信号が印加されることを特徴とするMIS
    ゲート制御型サイリスタ半導体装置。
JP18244891A 1991-07-23 1991-07-23 Misゲート制御型サイリスタ半導体装置 Pending JPH0529607A (ja)

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JP18244891A Pending JPH0529607A (ja) 1991-07-23 1991-07-23 Misゲート制御型サイリスタ半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0622854A1 (en) * 1993-04-27 1994-11-02 Hitachi, Ltd. Semiconductor switch with IGBT and thyristor

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