JPH10256572A - サージ吸収素子 - Google Patents
サージ吸収素子Info
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- JPH10256572A JPH10256572A JP5590197A JP5590197A JPH10256572A JP H10256572 A JPH10256572 A JP H10256572A JP 5590197 A JP5590197 A JP 5590197A JP 5590197 A JP5590197 A JP 5590197A JP H10256572 A JPH10256572 A JP H10256572A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作電圧及びサージ耐量がそれぞれ高く、か
つ高温環境下で動作し、素子の直径を5mm未満にして
も高いサージ耐量特性を有する。 【解決手段】 pn接合の逆方向特性を利用したツェナ
ーダイオード型の炭化珪素半導体からなるサージ吸収素
子10であって、pn接合した炭化珪素半導体11と、
この半導体のp型層11a及びn型層11bにそれぞれ
設けられた電極12,13とを有する。p型層11aに
設けられた電極12がショットキー特性を有する、A
u、W、Mo、TiN、TaN又はその合金からなる。
つ高温環境下で動作し、素子の直径を5mm未満にして
も高いサージ耐量特性を有する。 【解決手段】 pn接合の逆方向特性を利用したツェナ
ーダイオード型の炭化珪素半導体からなるサージ吸収素
子10であって、pn接合した炭化珪素半導体11と、
この半導体のp型層11a及びn型層11bにそれぞれ
設けられた電極12,13とを有する。p型層11aに
設けられた電極12がショットキー特性を有する、A
u、W、Mo、TiN、TaN又はその合金からなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、pn接合の逆方向
特性を利用したツェナーダイオード型の炭化珪素半導体
(SiC)からなるサージ吸収素子に関する。更に詳し
くはパワーツェナーダイオード型の炭化珪素半導体から
なるサージ吸収素子の電極構造に関するものである。
特性を利用したツェナーダイオード型の炭化珪素半導体
(SiC)からなるサージ吸収素子に関する。更に詳し
くはパワーツェナーダイオード型の炭化珪素半導体から
なるサージ吸収素子の電極構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種のツェナーダイオード型のサージ
吸収素子として、pn接合又はpnp接合をしたシリコ
ン半導体からなる素子が知られている。この素子の両側
の電極には、p型層及びn型層とも、Al、Al−Si
等からなる抵抗性電極(ohmiccontact)が用いられてい
る。従来の上記サージ吸収素子は、サージ吸収時の発
熱により電極材料がシリコン半導体中に拡散したり、又
はp型層、n型層の各ドーパントが相互に拡散したりし
て素子を破壊しないように、単位体積当りの発熱を低
くして高耐量の特性を得るために、サージ吸収時の素子
中に流れる電流密度を低下させる必要がある。そのた
め、直径が5mm以上のチップサイズで作られている。
近年、上記サージ吸収素子を使用する電子機器が小型化
するに従って、このサージ吸収素子を小型化する要求が
強くなってきている。
吸収素子として、pn接合又はpnp接合をしたシリコ
ン半導体からなる素子が知られている。この素子の両側
の電極には、p型層及びn型層とも、Al、Al−Si
等からなる抵抗性電極(ohmiccontact)が用いられてい
る。従来の上記サージ吸収素子は、サージ吸収時の発
熱により電極材料がシリコン半導体中に拡散したり、又
はp型層、n型層の各ドーパントが相互に拡散したりし
て素子を破壊しないように、単位体積当りの発熱を低
くして高耐量の特性を得るために、サージ吸収時の素子
中に流れる電流密度を低下させる必要がある。そのた
め、直径が5mm以上のチップサイズで作られている。
近年、上記サージ吸収素子を使用する電子機器が小型化
するに従って、このサージ吸収素子を小型化する要求が
強くなってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の上記サ
ージ吸収素子の直径を5mm未満に小型化した場合に
は、上述した及びの目的が達成されず、特に高いサ
ージ耐量のサージ吸収素子が得られない不具合があっ
た。本発明の目的は、動作電圧及びサージ耐量がそれぞ
れ高く、かつ高温環境下で動作するサージ吸収素子を提
供することにある。本発明の別の目的は、素子の直径を
5mm未満にしても高いサージ耐量特性を有するサージ
吸収素子を提供することにある。
ージ吸収素子の直径を5mm未満に小型化した場合に
は、上述した及びの目的が達成されず、特に高いサ
ージ耐量のサージ吸収素子が得られない不具合があっ
た。本発明の目的は、動作電圧及びサージ耐量がそれぞ
れ高く、かつ高温環境下で動作するサージ吸収素子を提
供することにある。本発明の別の目的は、素子の直径を
5mm未満にしても高いサージ耐量特性を有するサージ
吸収素子を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1(a)に示すように、pn接合した炭化珪素半導体
11と、この半導体のp型層11a及びn型層11bに
それぞれ設けられた電極12,13とを有するサージ吸
収素子10である。ツェナーダイオード型のサージ吸収
素子用の半導体として炭化珪素半導体を用いることによ
り、シリコン半導体と比べて降伏電界強度が約一桁高い
ため、動作電圧を高くできる。また動作電圧を同じにし
た場合、炭化珪素半導体はキャリア濃度が高くなるの
で、中性領域の抵抗が下がり、サージ吸収時の発熱量が
低くなる。更に炭化珪素半導体は電極材料との反応性が
低く、かつ不純物の拡散係数が極めて小さく、高温に耐
えるため、サージ耐量の高い素子が得られる。また耐熱
性に優れるために高温環境下でも動作するサージ吸収素
子が得られる。
図1(a)に示すように、pn接合した炭化珪素半導体
11と、この半導体のp型層11a及びn型層11bに
それぞれ設けられた電極12,13とを有するサージ吸
収素子10である。ツェナーダイオード型のサージ吸収
素子用の半導体として炭化珪素半導体を用いることによ
り、シリコン半導体と比べて降伏電界強度が約一桁高い
ため、動作電圧を高くできる。また動作電圧を同じにし
た場合、炭化珪素半導体はキャリア濃度が高くなるの
で、中性領域の抵抗が下がり、サージ吸収時の発熱量が
低くなる。更に炭化珪素半導体は電極材料との反応性が
低く、かつ不純物の拡散係数が極めて小さく、高温に耐
えるため、サージ耐量の高い素子が得られる。また耐熱
性に優れるために高温環境下でも動作するサージ吸収素
子が得られる。
【0005】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、pn接合した炭化珪素半導体11のp型層
11aに設けられた電極12がショットキー特性を有す
る電極であるサージ吸収素子10である。図1(a)、
図1(b)及び図2に示すように、このサージ吸収素子
10はpn接合部が逆バイアスされる向きの電圧が印加
されるように、電子機器15の前段に接続され、このp
n接合部の降伏電圧が動作電圧となるようになってい
る。このような構成のサージ吸収素子では、図2の矢印
に示すようにサージノイズが侵入して電極間電圧が増加
し、pn接合部の両端の電圧がpn接合の降伏電圧を越
えると、降伏電流が流れようとし、pn接合部の両端の
電圧は降伏電圧を維持する。このときp型層11aとシ
ョットキー特性を有する電極12はpn接合の降伏電圧
を越える電圧分で順方向にバイアスされるため、p型層
11aと電極12の接触抵抗率は無視できる程度(10
-6〜10-7Ωcm2以下)に小さくなる。このため、電
極12における電圧降下は著しく低くなり、容易に電流
が流れ、電極12近傍での発熱は極めて少なくなる。こ
の結果、炭化珪素半導体の高耐量特性を限界まで発揮で
き、pn接合部の直径を5mm未満にしても高いサージ
耐量特性を有するようになる。請求項3に係る発明は、
請求項2に係る発明であって、ショットキー特性を有す
る電極12がAu、W、Mo、TiN、TaN又はその
合金であるサージ吸収素子である。上記金属材料は炭化
珪素半導体との反応性が乏しいため、素子の信頼性及び
寿命を著しく高める。
明であって、pn接合した炭化珪素半導体11のp型層
11aに設けられた電極12がショットキー特性を有す
る電極であるサージ吸収素子10である。図1(a)、
図1(b)及び図2に示すように、このサージ吸収素子
10はpn接合部が逆バイアスされる向きの電圧が印加
されるように、電子機器15の前段に接続され、このp
n接合部の降伏電圧が動作電圧となるようになってい
る。このような構成のサージ吸収素子では、図2の矢印
に示すようにサージノイズが侵入して電極間電圧が増加
し、pn接合部の両端の電圧がpn接合の降伏電圧を越
えると、降伏電流が流れようとし、pn接合部の両端の
電圧は降伏電圧を維持する。このときp型層11aとシ
ョットキー特性を有する電極12はpn接合の降伏電圧
を越える電圧分で順方向にバイアスされるため、p型層
11aと電極12の接触抵抗率は無視できる程度(10
-6〜10-7Ωcm2以下)に小さくなる。このため、電
極12における電圧降下は著しく低くなり、容易に電流
が流れ、電極12近傍での発熱は極めて少なくなる。こ
の結果、炭化珪素半導体の高耐量特性を限界まで発揮で
き、pn接合部の直径を5mm未満にしても高いサージ
耐量特性を有するようになる。請求項3に係る発明は、
請求項2に係る発明であって、ショットキー特性を有す
る電極12がAu、W、Mo、TiN、TaN又はその
合金であるサージ吸収素子である。上記金属材料は炭化
珪素半導体との反応性が乏しいため、素子の信頼性及び
寿命を著しく高める。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のサージ吸収素子は次の方
法により作られる。先ずSiC基板上にCVD(Chemic
al Vapor Deposition: 化学気相堆積)法により、基板
がn型であれば単結晶n型膜を、また基板がp型であれ
ば単結晶p型膜を形成した後、この膜の上に単結晶p型
膜又はn型膜を形成する。次いでフォトリソグラフィ技
術及びドライエッチング技術を用いて、成膜した表面か
らSiC基板に達するまでメサエッチングすることによ
り所定の大きさのpn接合した炭化珪素半導体を基板上
に得る。次にこの炭化珪素半導体の表面及び側面並びに
基板の裏面に熱酸化膜を形成し、熱酸化膜の上にCVD
法によりシリコン窒化膜を形成する。これにより炭化珪
素半導体の表面、側面及び基板の裏面を不動態化(pass
ivate)する。
法により作られる。先ずSiC基板上にCVD(Chemic
al Vapor Deposition: 化学気相堆積)法により、基板
がn型であれば単結晶n型膜を、また基板がp型であれ
ば単結晶p型膜を形成した後、この膜の上に単結晶p型
膜又はn型膜を形成する。次いでフォトリソグラフィ技
術及びドライエッチング技術を用いて、成膜した表面か
らSiC基板に達するまでメサエッチングすることによ
り所定の大きさのpn接合した炭化珪素半導体を基板上
に得る。次にこの炭化珪素半導体の表面及び側面並びに
基板の裏面に熱酸化膜を形成し、熱酸化膜の上にCVD
法によりシリコン窒化膜を形成する。これにより炭化珪
素半導体の表面、側面及び基板の裏面を不動態化(pass
ivate)する。
【0007】基板がn型の場合、基板の裏面に形成され
た熱酸化膜及びシリコン窒化膜を、また基板がp型の場
合、pn接合した炭化珪素半導体のn型層表面に形成さ
れた熱酸化膜及びシリコン窒化膜を除去した後、この除
去部分にNiの膜を蒸着し、続いてこの基板を熱処理し
て抵抗性電極を得る。更に基板がn型の場合、pn接合
した炭化珪素半導体のp型層表面に、また基板がp型の
場合、基板の裏面にコンタクトホールを形成した後、A
u、W、Mo、TiN、TaN又はその合金の膜を所定
のパターンで真空蒸着により形成する。これによりショ
ットキー特性を有する電極が形成される。最後にこのS
iC基板をダイシングしてチップ化した後、パッケージ
ングしてサージ吸収素子が作られる。
た熱酸化膜及びシリコン窒化膜を、また基板がp型の場
合、pn接合した炭化珪素半導体のn型層表面に形成さ
れた熱酸化膜及びシリコン窒化膜を除去した後、この除
去部分にNiの膜を蒸着し、続いてこの基板を熱処理し
て抵抗性電極を得る。更に基板がn型の場合、pn接合
した炭化珪素半導体のp型層表面に、また基板がp型の
場合、基板の裏面にコンタクトホールを形成した後、A
u、W、Mo、TiN、TaN又はその合金の膜を所定
のパターンで真空蒸着により形成する。これによりショ
ットキー特性を有する電極が形成される。最後にこのS
iC基板をダイシングしてチップ化した後、パッケージ
ングしてサージ吸収素子が作られる。
【0008】上記と異なり、仮りにpn接合した炭化珪
素半導体のp型層に、従来のpn接合したシリコン半導
体のn型層と同じようにAl又はTi/Alからなる抵
抗性電極を形成した場合には、この電極のp型層への接
触抵抗率は10-2〜10-4Ωcm2となって、従来のp
n接合したシリコン半導体の電極接触抵抗と比べて数桁
大きくなる。このため、炭化珪素半導体のp型層に抵抗
性電極を有するサージ吸収素子を大電流を扱う用途に用
いた場合には、動作時にp型層の電極部があたかもpn
接合に直列に接続された高抵抗素子として働き、電流密
度が十分に上がらず、また電極部の発熱が多くなる。
素半導体のp型層に、従来のpn接合したシリコン半導
体のn型層と同じようにAl又はTi/Alからなる抵
抗性電極を形成した場合には、この電極のp型層への接
触抵抗率は10-2〜10-4Ωcm2となって、従来のp
n接合したシリコン半導体の電極接触抵抗と比べて数桁
大きくなる。このため、炭化珪素半導体のp型層に抵抗
性電極を有するサージ吸収素子を大電流を扱う用途に用
いた場合には、動作時にp型層の電極部があたかもpn
接合に直列に接続された高抵抗素子として働き、電流密
度が十分に上がらず、また電極部の発熱が多くなる。
【0009】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 <実施例1>先ず6H(六方晶)の厚さ300μmの単
結晶n型SiC基板上にCVD法により厚さ5μmの単
結晶n型膜を形成した後、この膜の上に厚さ2μmの単
結晶p型膜を形成した。次いでフォトリソグラフィ技術
及びドライエッチング技術を用いて、成膜した表面から
SiC基板に達するまでメサエッチングすることにより
接合径が0.25mmのpn接合した炭化珪素半導体を
基板上に得た。次にこの炭化珪素半導体の表面及び側面
並びに基板の裏面に熱酸化膜を形成し、熱酸化膜の上に
CVD法によりシリコン窒化膜を形成した。基板の裏面
に形成された熱酸化膜及びシリコン窒化膜を除去した
後、この除去部分に厚さ0.5μmのNi膜を蒸着し、
続いてこの基板をAr雰囲気下、950℃で15分間熱
処理して抵抗性電極を得た。更にpn接合した炭化珪素
半導体のp型層表面にコンタクトホールを形成した後、
厚さ0.5μmのAu膜を真空蒸着し電極のパターン化
を行い、ショットキー特性を有する電極を形成した。最
後にこのSiC基板をダイシングしてチップ化した後、
パッケージングしてサージ吸収素子を得た。
る。 <実施例1>先ず6H(六方晶)の厚さ300μmの単
結晶n型SiC基板上にCVD法により厚さ5μmの単
結晶n型膜を形成した後、この膜の上に厚さ2μmの単
結晶p型膜を形成した。次いでフォトリソグラフィ技術
及びドライエッチング技術を用いて、成膜した表面から
SiC基板に達するまでメサエッチングすることにより
接合径が0.25mmのpn接合した炭化珪素半導体を
基板上に得た。次にこの炭化珪素半導体の表面及び側面
並びに基板の裏面に熱酸化膜を形成し、熱酸化膜の上に
CVD法によりシリコン窒化膜を形成した。基板の裏面
に形成された熱酸化膜及びシリコン窒化膜を除去した
後、この除去部分に厚さ0.5μmのNi膜を蒸着し、
続いてこの基板をAr雰囲気下、950℃で15分間熱
処理して抵抗性電極を得た。更にpn接合した炭化珪素
半導体のp型層表面にコンタクトホールを形成した後、
厚さ0.5μmのAu膜を真空蒸着し電極のパターン化
を行い、ショットキー特性を有する電極を形成した。最
後にこのSiC基板をダイシングしてチップ化した後、
パッケージングしてサージ吸収素子を得た。
【0010】<実施例2>pn接合した炭化珪素半導体
の接合径を0.5mmにした以外は、実施例1と同様に
してサージ吸収素子を得た。 <実施例3>pn接合した炭化珪素半導体の接合径を
1.0mmにした以外は、実施例1と同様にしてサージ
吸収素子を得た。 <実施例4>pn接合した炭化珪素半導体の接合径を
2.0mmにした以外は、実施例1と同様にしてサージ
吸収素子を得た。 <実施例5>pn接合した炭化珪素半導体の接合径を
4.0mmにした以外は、実施例1と同様にしてサージ
吸収素子を得た。
の接合径を0.5mmにした以外は、実施例1と同様に
してサージ吸収素子を得た。 <実施例3>pn接合した炭化珪素半導体の接合径を
1.0mmにした以外は、実施例1と同様にしてサージ
吸収素子を得た。 <実施例4>pn接合した炭化珪素半導体の接合径を
2.0mmにした以外は、実施例1と同様にしてサージ
吸収素子を得た。 <実施例5>pn接合した炭化珪素半導体の接合径を
4.0mmにした以外は、実施例1と同様にしてサージ
吸収素子を得た。
【0011】<比較例>p型層の電極及びn型層の電極
がともにAlからなり、接合径が5mmのpn接合した
シリコン半導体からなるサージ吸収素子を比較例とし
た。 <比較試験>実施例1〜5のサージ吸収素子と比較例の
サージ吸収素子にそれぞれ同じサージ電圧を印加し、各
サージ耐量を計測した。比較例を1とするときの実施例
1〜5の比率を表1に示す。
がともにAlからなり、接合径が5mmのpn接合した
シリコン半導体からなるサージ吸収素子を比較例とし
た。 <比較試験>実施例1〜5のサージ吸収素子と比較例の
サージ吸収素子にそれぞれ同じサージ電圧を印加し、各
サージ耐量を計測した。比較例を1とするときの実施例
1〜5の比率を表1に示す。
【0012】
【表1】
【0013】表1から明らかなように、実施例3と比較
例とはほぼ同じサージ耐量を示し、実施例3より接合径
の大きいサージ吸収素子は更に高い耐量を示した。これ
らのことから実施例のサージ吸収素子は、比較例のサー
ジ吸収素子の約25倍程度のサージ耐量を有することが
判った。
例とはほぼ同じサージ耐量を示し、実施例3より接合径
の大きいサージ吸収素子は更に高い耐量を示した。これ
らのことから実施例のサージ吸収素子は、比較例のサー
ジ吸収素子の約25倍程度のサージ耐量を有することが
判った。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、従来のpn接合した
シリコン半導体からなるサージ吸収素子と比較して、本
発明のサージ吸収素子は約20分の1以下のチップ面積
で同程度のサージ耐量が得られる。これにより素子の実
装面積を低減することができる。また半導体に炭化珪素
半導体を用い、p型層の電極にSiCと反応性の低いシ
ョットキー特性を有する電極材料を用いることにより、
サージ吸収素子の信頼性及び寿命を向上させることがで
き、しかも高温環境下であっても動作可能なサージ吸収
素子が得られる。
シリコン半導体からなるサージ吸収素子と比較して、本
発明のサージ吸収素子は約20分の1以下のチップ面積
で同程度のサージ耐量が得られる。これにより素子の実
装面積を低減することができる。また半導体に炭化珪素
半導体を用い、p型層の電極にSiCと反応性の低いシ
ョットキー特性を有する電極材料を用いることにより、
サージ吸収素子の信頼性及び寿命を向上させることがで
き、しかも高温環境下であっても動作可能なサージ吸収
素子が得られる。
【図1】(a) 本発明のサージ吸収素子の構成図。 (b) その等価回路図。
【図2】本発明のサージ吸収素子の接続状況を示す図。
10 サージ吸収素子 11 pn接合した炭化珪素半導体 11a p型層 11b n型層 12 ショットキー特性を有する電極 13 抵抗性電極
Claims (3)
- 【請求項1】 pn接合した炭化珪素半導体(11)と、前
記半導体(11)のp型層(11a)及びn型層(11b)にそれぞれ
設けられた電極(12,13)とを有するサージ吸収素子。 - 【請求項2】 pn接合した炭化珪素半導体(11)のp型
層(11a)に設けられた電極(12)がショットキー特性を有
する電極である請求項1記載のサージ吸収素子。 - 【請求項3】 ショットキー特性を有する電極(12)がA
u、W、Mo、TiN、TaN又はその合金である請求
項2記載のサージ吸収素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5590197A JPH10256572A (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | サージ吸収素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5590197A JPH10256572A (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | サージ吸収素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10256572A true JPH10256572A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=13012027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5590197A Withdrawn JPH10256572A (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | サージ吸収素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10256572A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2814855A1 (fr) * | 2000-10-03 | 2002-04-05 | St Microelectronics Sa | Jonction schottky a barriere stable sur carbure de silicium |
WO2007023574A1 (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Ritz Corporation Inc. | 電子部品およびその電子部品を用いた自動車ならびに自動車の調整方法および前記電子部品を用いた音響装置 |
JP2008277396A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 炭化珪素ツェナーダイオード |
JP2009260278A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体装置 |
-
1997
- 1997-03-11 JP JP5590197A patent/JPH10256572A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9136400B2 (en) | 2008-03-26 | 2015-09-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Semiconductor device |
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