JPH10290001A - Gate turn-off thyristor - Google Patents
Gate turn-off thyristorInfo
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- JPH10290001A JPH10290001A JP9554797A JP9554797A JPH10290001A JP H10290001 A JPH10290001 A JP H10290001A JP 9554797 A JP9554797 A JP 9554797A JP 9554797 A JP9554797 A JP 9554797A JP H10290001 A JPH10290001 A JP H10290001A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲートターンオフ
サイリスタ(以下GTOと略記する)、特に大容量の用
途に適したGTOに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate turn-off thyristor (hereinafter, abbreviated as GTO), and more particularly to a GTO suitable for a large-capacity application.
【0002】[0002]
【従来の技術】交通,産業,電力等の分野において、キ
ーデバイスであるGTOに対して、大容量化,高周波化
の要求が強い。このうち、動作の高周波化は、素子のス
イッチング時に発生する熱により厳しい制限を受ける。
この問題を解決して高周波動作を可能にしたGTOが特
開平7−22609号公報に記載されている。2. Description of the Related Art In the fields of transportation, industry, electric power, and the like, there is a strong demand for a GTO as a key device to have a large capacity and a high frequency. Of these, operating at higher frequencies is severely limited by the heat generated during switching of the elements.
A GTO that solves this problem and enables high-frequency operation is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22609.
【0003】一般にGTOは円板形状であり、円の中心
部に円形パターンのゲート電極が配置されている。そし
て、負荷電流を通電する単位ユニットであるセグメント
が素子と中心を共有する複数個の同心円上に配列され
る。一つの同心円上の多数のセグメントの集合を以下リ
ングと呼ぶ。セグメントは片側の面にカソード電極を、
また反対側の面にアノード電極を持つ。負荷電流通電の
ため、素子は各電極に接触するカソード電極板及びアノ
ード電極板に挟まれ、更に素子と電極板は一対の外部電
極ブロックに挟まれ、加圧接触状態に支持される。先に
挙げた特願平7−22609 号公報の中で、ブロック状外部
電極は加圧時に半導体基体に応力集中を生じさせないた
めに各電極板より小さい径にされていることが記載され
ている。ブロック状外部電極の径が各電極板より大きい
と、最外周のリングにブロック状外部電極周辺部からの
圧が集中し最外周の接触圧が強くなるが、この方法によ
ると、ブロック状外部電極周辺部の圧が電極板周囲に分
散され応力集中の問題は無くなる。しかしながらブロッ
ク電極の径が小さいため素子周辺部で放熱効果が低くな
る。この従来技術の特徴として、pエミッタ層の外径が
nエミッタ層の外径よりも小さくされていて、素子周辺
部での電流密度が内周部より小さくされる。こうして、
素子周辺部での発熱が抑えられ、高周波化しても周辺部
でのターンオフ失敗が無くなった。[0003] Generally, the GTO has a disk shape, and a gate electrode having a circular pattern is arranged at the center of the circle. The segments, which are unit units for supplying a load current, are arranged on a plurality of concentric circles sharing the center with the element. A set of many segments on one concentric circle is hereinafter called a ring. The segment has a cathode electrode on one side,
An anode electrode is provided on the opposite surface. To apply a load current, the element is sandwiched between a cathode electrode plate and an anode electrode plate that are in contact with each electrode, and the element and the electrode plate are sandwiched between a pair of external electrode blocks, and are supported in a pressurized contact state. In the above-mentioned Japanese Patent Application No. Hei 7-22609, it is described that the diameter of the block-shaped external electrode is smaller than that of each electrode plate in order to prevent stress concentration on the semiconductor substrate when pressurized. . If the diameter of the block-shaped external electrode is larger than each electrode plate, the pressure from the peripheral portion of the block-shaped external electrode is concentrated on the outermost ring, and the contact pressure on the outermost periphery is increased. The peripheral pressure is dispersed around the electrode plate, eliminating the problem of stress concentration. However, since the diameter of the block electrode is small, the heat radiation effect is low around the element. As a feature of this conventional technique, the outer diameter of the p-emitter layer is smaller than the outer diameter of the n-emitter layer, and the current density in the periphery of the element is smaller than that in the inner periphery. Thus,
Heat generation in the peripheral portion of the element was suppressed, and turn-off failure in the peripheral portion was eliminated even when the frequency was increased.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来技術を使って素子
を大容量化即ち大面積化すると、従来技術に関して述べ
たものとは別の要因による応力集中が支配的になること
が明らかになった。この点を以下説明する。It has been found that when the element is increased in capacity or area by using the prior art, stress concentration due to factors other than those described in connection with the prior art becomes dominant. . This will be described below.
【0005】素子の電極に接触する電極板の加圧を受け
る表裏二つの面は、加工誤差の影響で完全な平行とはな
らない。この平行度の誤差のため、電極板の厚さが各位
置で異なるようになり、電極板の周辺部の或る位置で厚
さが最大に、また周辺部の別の位置で厚さが最小にな
る。素子を加圧したとき、電極板の位置が厚い部分で応
力が大きくなり、薄い部分で応力が大きくなる。従っ
て、素子を加圧したとき、電極板の最外周部を介して加
圧される最外周のリング内のセグメントで圧力の差が大
きくなる傾向がある。また、最外周のリング内のセグメ
ントで圧力が最大となる傾向がある。実際にはこのよう
な応力の不均一は、電極板のみならず、外部電極,素子
等の加圧面の平行度の誤差が合成して生じるが、この電
極板の平行度の誤差のみを考慮した場合と考え方は同じ
である。[0005] The two surfaces, front and back, which receive the pressure of the electrode plate in contact with the electrodes of the element, are not completely parallel due to processing errors. Due to this parallelism error, the thickness of the electrode plate is different at each position, the thickness is maximum at a certain position on the periphery of the electrode plate, and is minimum at another position on the periphery. become. When the element is pressurized, the stress increases at a portion where the position of the electrode plate is thick, and the stress increases at a portion where the electrode plate is thin. Therefore, when the element is pressurized, the pressure difference tends to increase in the segment in the outermost ring that is pressed through the outermost peripheral portion of the electrode plate. Also, the pressure tends to be the highest in the segment in the outermost ring. Actually, such stress non-uniformity is caused not only by the electrode plate but also by the parallelism error of the pressing surfaces of the external electrodes and the elements, etc., but only the parallelism error of the electrode plate is considered. The idea is the same as in the case.
【0006】素子の通電状態において、圧力の小さいセ
グメントでは素子内部のキャリア量が少なくターンオフ
が速いが、逆に圧力の大きいセグメントでは素子内部の
キャリア量が多くターンオフが遅い。最外周のリングは
ゲートから最も遠いため、ターンオフ時にオフゲート電
流が流れにくく最もターンオフが遅れる、即ち電流集中
を起こしやすいが、その最外周のリング内でもターンオ
フ時間に差が大きいと、ターンオフの遅いセグメントで
電流集中が起きターンオフ失敗が起きる。この電流集中
が素子全体の遮断耐量を制限していた。素子が大面積に
なる程、加圧面の平行度の誤差により生じる面の最外周
部での厚さの差は大きくなり、最外周リング内部の圧力
差も大きくなる。電極板および外部電極ブロックの平行
度の精度を上げれば素子の遮断耐量を更に向上できる
が、これにより加工コストが上がる。When the element is energized, the segment with a small pressure has a small amount of carriers inside the element and the turn-off is fast, whereas the segment with a large pressure has a large amount of carriers inside the element and the turn-off is slow. Since the outermost ring is farthest from the gate, the off-gate current hardly flows at the time of turn-off, and the turn-off is delayed most, that is, the current concentration is apt to occur. Current concentration occurs and turn-off failure occurs. This current concentration has limited the blocking withstand capability of the entire device. As the element has a larger area, the difference in thickness at the outermost peripheral portion of the surface caused by an error in the parallelism of the pressing surface increases, and the pressure difference inside the outermost peripheral ring also increases. Increasing the accuracy of the parallelism between the electrode plate and the external electrode block can further improve the blocking resistance of the element, but this increases the processing cost.
【0007】本発明の目的は、加圧面の平行度のより大
きな誤差を許容し加工コストを抑えながら、遮断耐量の
大きい大容量素子を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a large-capacity element having a large blocking resistance while allowing a larger error in the parallelism of the pressurized surface and suppressing the processing cost.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、最外周リングのセグメントにおいて、カソード電極
に接するnエミッタ領域をアノード面上に投影した領域
がアノード電極と接するpエミッタ領域と重ならないよ
うにする。In order to achieve the above object, in the segment of the outermost ring, a region where an n emitter region in contact with a cathode electrode is projected on an anode surface does not overlap with a p emitter region in contact with the anode electrode. To do.
【0009】また、特にリング状のゲート電極を有する
中間リングゲート素子では、最内周リングのセグメント
において、上記のnエミッタ領域とpエミッタ領域の位
置関係を適用しても良い。Particularly, in the intermediate ring gate element having a ring-shaped gate electrode, the above-described positional relationship between the n emitter region and the p emitter region may be applied to the segment of the innermost ring.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を示しなが
ら詳細に説明する。図1は本発明の第一の実施例を示
す。6kV,6kA級素子である。(a),(b),(c)
は各々素子全体の平面図,最外周リング付近の断面図及
び平面図,素子をパッケージに組み込んだ状態の断面図
を示す。1が素子であり、2がゲート電極である。素子
の中心にゲート電極2を有するセンタゲート型の素子で
ある。3が多数のセグメントが放射状に並べられて構成
されたリングであり、この素子は10個のリングを持
つ。以下中心に近いリングから第1リング,第2リング
…第10リングと呼ぶ。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. It is a 6 kV, 6 kA class device. (A), (b), (c)
Shows a plan view of the entire device, a cross-sectional view and a plan view near the outermost peripheral ring, and a cross-sectional view of a state where the device is incorporated in a package. 1 is an element and 2 is a gate electrode. It is a center gate type device having a gate electrode 2 at the center of the device. Reference numeral 3 denotes a ring formed by arranging a large number of segments radially, and this element has ten rings. Hereinafter, the rings near the center are referred to as a first ring, a second ring,..., A tenth ring.
【0011】これらのリング内のセグメントを並列動作
させ6kAという大電流を通電する。49が第9リング
のセグメントであり410が第10リングのセグメント
である。セグメントの寸法は、長手方向が3mm程度、長
手方向に垂直な方向が0.2mm程度である。5がカソー
ド電極、6がアノード電極であり、7がゲート配線層で
ありセグメントを取り囲む形で設けていて素子中心部の
ゲート電極に繋がっている。図では省略したが、ゲート
配線層7にオーミックコンタクトを与えるp+層がゲー
ト配線層7に接して設けられている。8が電子を注入す
るnエミッタ層、9及び10がアノード電圧を阻止する
ためのpベース層及びnベース層、11がホールを注入
するためのpエミッタ層、12がアノード短絡構造を得
るための高濃度n型層である。13が端面の耐圧を得る
ためのRTV樹脂である。The segments in these rings are operated in parallel to supply a large current of 6 kA. 49 is a segment of the ninth ring, and 410 is a segment of the tenth ring. The dimension of the segment is about 3 mm in the longitudinal direction and about 0.2 mm in the direction perpendicular to the longitudinal direction. Reference numeral 5 denotes a cathode electrode, reference numeral 6 denotes an anode electrode, reference numeral 7 denotes a gate wiring layer, which is provided so as to surround the segment, and is connected to the gate electrode at the center of the device. Although not shown in the figure, ap + layer for providing an ohmic contact to the gate wiring layer 7 is provided in contact with the gate wiring layer 7. 8 is an n-emitter layer for injecting electrons, 9 and 10 are p-base and n-base layers for blocking anode voltage, 11 is a p-emitter layer for injecting holes, and 12 is for obtaining an anode short-circuit structure. It is a high concentration n-type layer. Reference numeral 13 denotes an RTV resin for obtaining the withstand voltage of the end face.
【0012】14がカソード電極5に接触するカソード
電極板、15がカソード外部電極であり、16がアノー
ド電極6に接触するアノード電極板、17がアノード外
部電極であり、20がカソード外部電極15とアノード
外部電極17を絶縁するための円筒状絶縁リングであ
る。18がゲート電極2に接触するゲート電極板であ
り、19がゲートリードである。Reference numeral 14 denotes a cathode electrode plate in contact with the cathode electrode 5, 15 denotes a cathode external electrode, 16 denotes an anode electrode plate in contact with the anode electrode 6, 17 denotes an anode external electrode, and 20 denotes a cathode external electrode. This is a cylindrical insulating ring for insulating the anode external electrode 17. Reference numeral 18 denotes a gate electrode plate in contact with the gate electrode 2, and 19 denotes a gate lead.
【0013】(b)により、本発明の特徴である構造に
ついて説明する。第9リングのセグメント49は、nエ
ミッタ層8をアノード面に投影した領域に重なるように
pエミッタ層11を有し、第10リング以外ではこの第
9リングと同じ構造となっている。一方、第10リング
のセグメント410では、nエミッタ層8をアノード面
に投影した領域にpエミッタ層は無く代わりにn+ 層1
2が設けられている。この素子では、第10リングのセ
グメント410でpエミッタ層を無くすと共に第10リ
ングをサイリスタ動作させぬようにしている。なお、G
TOとしての大電流通電機能を失なわないためには、最
外周に位置するセグメントの総面積(本数)は、最外周
よりも内側に位置するセグメントの総面積(本数)の1
/2以下とするのが好ましい。The structure which is a feature of the present invention will be described with reference to FIG. The segment 49 of the ninth ring has the p emitter layer 11 so as to overlap the region where the n emitter layer 8 is projected on the anode surface, and has the same structure as that of the ninth ring except for the tenth ring. On the other hand, in the segment 410 of the tenth ring, there is no p-emitter layer in the region where the n-emitter layer 8 is projected on the anode surface, and instead the n + layer 1
2 are provided. In this element, the p-emitter layer is eliminated in the segment 410 of the tenth ring, and the thyristor operation of the tenth ring is prevented. Note that G
In order not to lose the large current carrying function as the TO, the total area (number) of the segments located at the outermost periphery is one of the total area (number) of the segments located inside the outermost periphery.
/ 2 or less.
【0014】ここで、従来構造素子で生じた課題につい
て説明する。Here, a problem which has occurred in the conventional structural element will be described.
【0015】図8(a)は特開平7−22609号公報の従来
例の構造を示す。素子全体の平面図、素子をパッケージ
に組み込んだ状態の断面図は図1の場合と同様なので省
略する。第9リングのセグメント49の構造は、図1
(b)と同じであるが、第10のセグメント410にお
いて、nエミッタ層8をアノード面に投影した領域に重
なるようにpエミッタ層11を有している点、図1
(b)と違っている。pエミッタ層11があるため、セ
グメント410もサイリスタ動作をする。FIG. 8A shows the structure of a conventional example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22609. A plan view of the entire device and a cross-sectional view in a state where the device is incorporated in a package are the same as those in FIG. The structure of the segment 49 of the ninth ring is shown in FIG.
1B, except that the tenth segment 410 has a p-emitter layer 11 so as to overlap a region where the n-emitter layer 8 is projected on the anode surface.
It is different from (b). Because of the p-emitter layer 11, the segment 410 also performs a thyristor operation.
【0016】(b)は従来素子を加圧したときのリング
内での圧力の分布を示す。横軸は円周方向の位置を角度
で示す。第10リングでは、第9リングに比べて圧力の
大小差が大きい。このような分布が生じる理由を以下説
明する。素子の電極に接触する電極板の加圧を受ける表
裏二つの面は、加工誤差の影響で完全な平行とはならな
い。この平行度の誤差のため、電極板の厚さが各位置で
異なるようになり、電極板の周辺部の或る位置で厚さが
最大に、また周辺部の別の位置で厚さが最小になる。素
子を加圧したとき、電極板の位置が厚い部分で応力が大
きくなり、薄い部分で応力が大きくなる。従って、素子
を加圧したとき、電極板の最外周部を介して加圧される
最外周のリング内のセグメントで圧力の差が大きくなる
傾向がある。また、最外周のリング内のセグメントで圧
力が最大となる傾向がある。実際にはこのような圧力の
不均一は、電極板のみならず、外部電極,素子等の加圧
面の平行度の誤差が合成して生じるが、この電極板の平
行度の誤差のみを考慮した場合と考え方は同じである。FIG. 2B shows a pressure distribution in the ring when the conventional element is pressurized. The horizontal axis indicates the position in the circumferential direction by an angle. The tenth ring has a larger pressure difference than the ninth ring. The reason why such a distribution occurs will be described below. The two surfaces, front and back, which receive the pressure of the electrode plate in contact with the electrodes of the element, are not completely parallel due to processing errors. Due to this parallelism error, the thickness of the electrode plate is different at each position, the thickness is maximum at a certain position on the periphery of the electrode plate, and is minimum at another position on the periphery. become. When the element is pressurized, the stress increases at a portion where the position of the electrode plate is thick, and the stress increases at a portion where the electrode plate is thin. Therefore, when the element is pressurized, the pressure difference tends to increase in the segment in the outermost ring that is pressed through the outermost peripheral portion of the electrode plate. Also, the pressure tends to be the highest in the segment in the outermost ring. Actually, such pressure non-uniformity is caused by a combination of parallelism errors of not only the electrode plates but also the pressing surfaces of external electrodes, elements, etc., but only the parallelism errors of the electrode plates are considered. The idea is the same as in the case.
【0017】(c)は、従来のセグメントの電流ターン
オフ波形を示す。第10リングについては、(b)にお
いて圧力が最大となったセグメントについて示す。この
第10リングのセグメントでは圧力が大きいため導通状
態に大きな電流が流れていて、注入されたキャリアの量
が多いためターンオフが他の第10リングのセグメント
からも遅れ、ピーク電流Ipが大きい、即ち電流集中度
が大きい。FIG. 3C shows a current turn-off waveform of a conventional segment. Regarding the tenth ring, the segment having the maximum pressure in (b) is shown. In the segment of the tenth ring, a large current flows in a conductive state due to a large pressure, and since the amount of injected carriers is large, the turn-off is delayed from the other segments of the tenth ring, and the peak current Ip is large. High current concentration.
【0018】(d)は、このセグメントのターンオフ時の
電圧電流軌跡を示す。このセグメントが破壊せずに動作
できる電圧電流領域即ち安全動作領域を併せて示す。ピ
ーク電流Ipが大きいため、アノード電圧の急激な跳ね
上り即ちスパイク電圧Vdsp発生時に動作軌跡は安全動
作領域を超え破壊しやすい。このため、大きなスパイク
電圧Vdsp が発生する回路条件では使えない。この電流
集中を緩和するためには、電極板,外部電極等の加圧面
の平行度の精度を上げれば良いが、加工コストが上が
る。より低コストで大きなスパイク電圧Vdsp に耐えら
れる素子が望ましい。(D) shows a voltage / current locus at the time of turning off the segment. A voltage / current region in which this segment can operate without breaking, that is, a safe operation region is also shown. Since the peak current Ip is large, when the anode voltage suddenly jumps, that is, when the spike voltage Vdsp is generated, the operation trajectory exceeds the safe operation area and is easily broken. For this reason, it cannot be used under circuit conditions where a large spike voltage Vdsp is generated. To alleviate this current concentration, the accuracy of the parallelism of the pressurized surfaces such as the electrode plate and the external electrodes may be increased, but the processing cost is increased. A device that can withstand a large spike voltage Vdsp at lower cost is desirable.
【0019】次に再び図1に戻り本発明の効果を説明す
る。この素子では、第10リングのセグメント410を
サイリスタ動作させぬようにしているため、リング内で
圧力の大小差が大きくとも第10リングで電流集中は起
きない。そして、ターンオフ時に第9リングのセグメン
ト49で電流集中が起きるが、第9リングではリング内
で大小差が小さいため、電流集中度は小さくなり大きな
スパイク電圧Vdsp が発生しても動作軌跡は安全動作領
域内にとどまり素子は破壊しない。しかも、従来例と比
べ、このような遮断耐量の向上のために電極板,外部電
極等の加圧面の平行度の精度を上げる必要も無い。結果
として、従来構造に比べ数百V高いスパイク電圧Vdsp
に耐えられる素子を低コストで達成できる。Next, returning to FIG. 1, the effect of the present invention will be described. In this element, since the thyristor operation is not performed on the segment 410 of the tenth ring, current concentration does not occur in the tenth ring even if the pressure difference within the ring is large. At the time of turn-off, current concentration occurs in the segment 49 of the ninth ring. In the ninth ring, the degree of current concentration is small because the size difference is small in the ring, so that even if a large spike voltage Vdsp occurs, the operation trajectory is safe. The device stays in the region and does not break down. Moreover, compared to the conventional example, it is not necessary to increase the precision of the parallelism of the pressurized surfaces of the electrode plates, external electrodes, and the like in order to improve the blocking resistance. As a result, the spike voltage Vdsp is several hundred volts higher than the conventional structure.
A device that can withstand the above can be achieved at low cost.
【0020】以下、本発明の他の実施例を説明してい
く。第一の実施例と共通点が多いので、第一の実施例と
異なる点を中心に説明する。Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. Since the third embodiment has many points in common with the first embodiment, the following description focuses on the differences from the first embodiment.
【0021】図2は、本発明の第二の実施例を示す。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
【0022】(a)は最外周リング付近の断面図及び平
面図を示す。第9リングのセグメント49では、nエミ
ッタ層8をアノード面に投影した領域に重なるようにp
エミッタ層11を有し、第10リング以外ではこの第9
リングと同じ構造となっている。一方、第10リングの
セグメント410では、nエミッタ層8をアノード面に
投影した領域にpエミッタ層は無く代わりにn+ 層12
が設けられている。第一の実施例と異なる点は、導通状
態に第9リングのセグメント49と第10リングのセグ
メント410の間の距離L他を調節して、図中点線矢印
の経路でセグメント49のpエミッタ層11からセグメ
ント410のnエミッタまでホールを注入しサイリスタ
動作をさせていることである。このとき、pエミッタと
nエミッタが遠いのでキャリア注入量は小さく、セグメ
ント410に流れる電流は小さい。(b)はセグメント
の電流ターンオフ波形を示す。第10リングについて
は、圧力が最大となったセグメントについて示す。この
第10リングのセグメントでは圧力が大きいが導通時の
電流は小さく抑えられていて、注入されたキャリアの量
が少ないため、他のセグメントからのターンオフの遅れ
は小さく、ピーク電流Ipは小さく抑えられる、即ち電
流集中度が小さい。FIG. 3A shows a cross-sectional view and a plan view near the outermost peripheral ring. In the segment 49 of the ninth ring, p is set so that it overlaps the region where the n emitter layer 8 is projected on the anode surface.
An emitter layer 11 is provided.
It has the same structure as the ring. On the other hand, in the segment 410 of the tenth ring, there is no p-emitter layer in the region where the n-emitter layer 8 is projected on the anode surface, and instead the n + layer 12
Is provided. The difference from the first embodiment is that the distance L between the segment 49 of the ninth ring and the segment 410 of the tenth ring is adjusted in a conductive state, and the p-emitter layer of the segment 49 is indicated by the dotted arrow in the drawing. This means that holes are injected from 11 to the n emitter of the segment 410 to perform a thyristor operation. At this time, since the p emitter and the n emitter are far apart, the carrier injection amount is small, and the current flowing through the segment 410 is small. (B) shows the current turn-off waveform of the segment. As for the tenth ring, the segment having the maximum pressure is shown. In the segment of the tenth ring, the pressure is large but the current at the time of conduction is kept small and the amount of injected carriers is small, so that the delay of turn-off from other segments is small and the peak current Ip is kept small. That is, the degree of current concentration is small.
【0023】(c)は、このセグメントのターンオフ時
の電圧電流軌跡を示す。このセグメントの安全動作領域
を併せて示す。セグメント410ではpエミッタ層11
までの距離が遠くホール注入量が小さいため、ターンオ
フ時に電流集中してもサイリスタの再点弧が起きにく
い、即ち安全動作領域が図8(c)の従来例の場合より
も広くなっている。また、ピーク電流Ipが小さい。こ
れらの効果により、図8(c)と同じ回路条件の動作で
も、動作軌跡は大きなマージンを持って安全動作領域内
にある。第一の実施例と比べると、第9リングと第10
リング共同でターンオフ時の集中電流を流すため、より
遮断耐量が大きい。従来構造に比べ1kV程度高いスパ
イク電圧Vdsp に耐えられる素子を低コストで達成でき
た。尚、セグメント410に流れる電流は小さいので素
子周辺における温度上昇の問題は無い。FIG. 3C shows a voltage / current locus at the time of turning off the segment. The safe operation area of this segment is also shown. In the segment 410, the p emitter layer 11
Since the distance to the thyristor is long and the hole injection amount is small, the thyristor is less likely to reignite even when current is concentrated at the time of turn-off, that is, the safe operation area is wider than that of the conventional example of FIG. Further, the peak current Ip is small. Due to these effects, even in the operation under the same circuit conditions as in FIG. 8C, the operation trajectory is within the safe operation area with a large margin. Compared to the first embodiment, the ninth ring and the tenth ring
Since the collective current at the time of turn-off flows together with the ring, the withstand voltage is greater. An element that can withstand a spike voltage Vdsp about 1 kV higher than the conventional structure can be achieved at low cost. Since the current flowing through the segment 410 is small, there is no problem of temperature rise around the element.
【0024】図3は、本発明の第三の実施例を示す。最
外周リング付近の断面図及び平面図を示す。図2の第二
の実施例の場合と同じく第10リングのセグメント41
0を適度にサイリスタ動作させる。第二の実施例と違う
点は、素子の周辺部にpエミッタ11′を設け、ここか
らもサイリスタ電流を流している点である。第二の実施
例と比べ、ターンオフ時の第10リングの集中電流の分
担が増え、遮断耐量は更に高かった。この例では、周辺
部のpエミッタ11′は円環状に設けたが、他にも断続
状に設けるなど種々の方法が有る。セグメント410に
流れる電流は小さいので素子周辺における温度上昇の問
題は無い。FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. It shows a sectional view and a plan view near the outermost peripheral ring. The segment 41 of the tenth ring as in the second embodiment of FIG.
0 is operated as a thyristor. The difference from the second embodiment is that a p-emitter 11 'is provided at the periphery of the device, and a thyristor current flows from here. As compared with the second embodiment, the distribution of the concentrated current of the tenth ring at the time of turn-off was increased, and the withstand voltage was higher. In this example, the peripheral p-emitter 11 'is provided in an annular shape, but there are various other methods such as an intermittent one. Since the current flowing through the segment 410 is small, there is no problem of temperature rise around the element.
【0025】図4は、本発明の第四の実施例の素子の平
面図を示す。図1の第一の実施例と違い、円環状のゲー
トがリングに挟まれた形で設けてある、いわゆる中間リ
ングゲート型の素子である。この方式の素子では、最内
周の第1リングの電流集中も問題となる。理由は、第1
リングがゲート電極2から遠いこと、第1リングはセグ
メント数が少ないこと、外部ブロック電極の構造の関係
上第1リングへの応力集中が避けられないことである。
これらの問題を回避するため、この素子では、第1リン
グのセグメントに、本発明の特徴である構造即ちnエミ
ッタ層をアノード面に投影した領域にpエミッタ層が無
い構造を適用してある。中間リングゲート型の素子は、
素子内のゲート配線が短いため高遮断耐量が期待できる
構造であり、本発明の適用により、従来構造の素子より
1kV以上高いスパイク電圧Vdspに耐えられる素子が得
られた。セグメント数が少ない第1リングでpエミッタ
を削除したため、本発明の適用に伴うオン電圧の増大は
小さかった。中間リングゲート型の素子でも最外周の第
10リングの電流集中が問題になる場合は第10リング
で本発明を適用すれば良い。或いは、第1リング,第1
0リング両方に本発明を適用しても良い。FIG. 4 is a plan view showing a device according to a fourth embodiment of the present invention. Unlike the first embodiment shown in FIG. 1, this is a so-called intermediate ring gate type element in which an annular gate is provided so as to be sandwiched between rings. In this type of element, current concentration in the innermost first ring also poses a problem. The reason is first
That is, the ring is far from the gate electrode 2, the first ring has a small number of segments, and stress concentration on the first ring is inevitable due to the structure of the external block electrode.
In order to avoid these problems, in this device, a structure which is a feature of the present invention, that is, a structure in which the p emitter layer is not provided in a region where the n emitter layer is projected on the anode surface, is applied to the segment of the first ring. The intermediate ring gate type element is
Since the gate wiring in the device is short, the structure is expected to have high withstand voltage. By applying the present invention, a device that can withstand a spike voltage Vdsp higher than the device of the conventional structure by 1 kV or more is obtained. Since the p-emitter was eliminated in the first ring having a small number of segments, the increase of the on-voltage due to the application of the present invention was small. Even when the current concentration of the outermost outermost tenth ring becomes a problem even in an intermediate ring gate type element, the present invention may be applied to the tenth ring. Alternatively, the first ring, the first
The present invention may be applied to both O-rings.
【0026】図5は、本発明の第五の実施例の素子の最
外周リング付近の構造を示す。センタゲート型の素子の
場合である。図1の第一の実施例における第10リング
のセグメントを二つに分けリング数を11個とし、第1
1リングのセグメント411で、nエミッタ層8をアノ
ード面に投影した領域にpエミッタ層は無く代わりにn
+ 層12が設けられている。第10リングのセグメント
410の長手方向の長さを約2mm、第11リングのセグ
メント411の長手方向の長さを約1mmとしている。p
エミッタ層を削除した面積が小さいので、本発明の適用
に伴うオン電圧の増大は小さかった。特に電極板の反り
の影響他でセグメント中の外周部近傍の狭い部分のみに
応力集中が起きるとき、この方法は有効である。FIG. 5 shows the structure near the outermost peripheral ring of the device according to the fifth embodiment of the present invention. This is the case of a center gate type device. The segment of the tenth ring in the first embodiment of FIG.
In one ring segment 411, there is no p-emitter layer in the area where the n-emitter layer 8 is projected on the anode surface.
+ Layer 12 is provided. The length of the tenth ring segment 410 in the longitudinal direction is about 2 mm, and the length of the eleventh ring segment 411 in the longitudinal direction is about 1 mm. p
Since the area from which the emitter layer was removed was small, the increase in the on-voltage due to the application of the present invention was small. This method is particularly effective when stress concentration occurs only in a narrow portion near the outer peripheral portion in the segment due to the influence of warpage of the electrode plate and the like.
【0027】図6は、本発明の第六の実施例の素子の最
外周リング付近の断面図を示す。いわゆるパンチスルー
構造の素子であり、nベース層10より不純物濃度が高
いnバッファ層21を使い耐圧を維持しつつ、nベース
層10の不純物濃度を下げ厚さを薄くすることで、低損
失化を実現している。第10リングのセグメント410
で、nエミッタ層8をアノード面に投影した領域にpエ
ミッタ層は無く代わりにn+ 層12が設けられている。FIG. 6 is a sectional view showing the vicinity of the outermost peripheral ring of the element according to the sixth embodiment of the present invention. This is an element having a so-called punch-through structure. The n-buffer layer 21 having a higher impurity concentration than the n-base layer 10 is used to maintain the breakdown voltage and reduce the impurity concentration of the n-base layer 10 to reduce the thickness, thereby reducing the loss. Has been realized. Segment 410 of the 10th ring
Thus, the p-emitter layer is not provided in the region where the n-emitter layer 8 is projected on the anode surface, and the n @ + layer 12 is provided instead.
【0028】図7は、第一の実施例の素子(SW11,S
W12,SW21,SW22,SW31,SW32)をスイッチン
グ素子として使って構成した電動機駆動インバータの一
例を示す。2個のスイッチング素子(例えばSW11とS
W12)が直列に接続されて一相分のインバータ単位が構
成されている。また、各々のスイッチング素子にフリー
ホイールダイオードFDが逆並列に接続されている。更
に各々のスイッチング素子には、スイッチング素子を急
峻な電圧の上昇から保護するために、いわゆるスナバ回
路Sが並列に接続される。このスナバ回路は、ダイオー
ドSDと抵抗SRの並列回路にコンデンサSCを直列に
接続したものである。各相における2個のスイッチング
素子の直列接続点は、それぞれ、交流端子T3,T4,T
5 に接続される。各交流端子に3相誘導電動機が接続さ
れる。上アーム側のスイッチング素子のアノードは、3
個とも共通であり、直列端子T1 において直流電圧源の
高電位側と接続されている。下アーム側のスイッチング
素子のカソードは、3個とも共通であり、直列端子T2
において直流電圧源の低電位側と接続されている。この
ような構成の装置において、各スイッチング動作により
直流を交流に変換し、3相誘導電動機を駆動する。上下
アームの各スイッチング素子のゲートとカソード間に
は、スイッチング動作を制御のゲート回路が接続され
る。本発明により、高遮断耐量を持つ素子が実現できた
ため、スナバ回路のコンデンサSCの容量を大幅に低減
できた。その結果従来を上回る装置の低損失化,高周波
化,小型化,簡略化が実現できた。しかも、これらは低
コストで実現できた。FIG. 7 shows a device (SW 11 , S 11) of the first embodiment.
An example of a motor drive inverter configured using W 12 , SW 21 , SW 22 , SW 31 , and SW 32 ) as switching elements will be described. Two switching elements (eg, SW 11 and S
W 12) there is one phase of the inverter units are connected in series is constituted. A freewheel diode FD is connected to each switching element in anti-parallel. Furthermore, a so-called snubber circuit S is connected to each switching element in parallel to protect the switching element from a sharp rise in voltage. In this snubber circuit, a capacitor SC is connected in series to a parallel circuit of a diode SD and a resistor SR. The series connection points of the two switching elements in each phase are AC terminals T 3 , T 4 , T
Connected to 5 . A three-phase induction motor is connected to each AC terminal. The anode of the switching element on the upper arm side is 3
Pieces with a common, are connected to the high potential side of the DC voltage source in series with the terminal T 1. The cathode of the switching element on the lower arm side is common to all three, and the series terminal T 2
Is connected to the low potential side of the DC voltage source. In the device having such a configuration, DC is converted into AC by each switching operation, and the three-phase induction motor is driven. A gate circuit for controlling the switching operation is connected between the gate and the cathode of each switching element of the upper and lower arms. According to the present invention, an element having high withstand voltage can be realized, so that the capacitance of the capacitor SC of the snubber circuit can be significantly reduced. As a result, lower loss, higher frequency, downsizing and simplification of the device than before were realized. Moreover, they could be realized at low cost.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上、本発明によると、ゲートから遠い
リングにおけるリング内の加圧の不均一に起因する電流
集中を抑制できるため、主に大容量素子での高遮断耐量
を実現できる。即ち、許容スパイク電圧を1kV程度高
めることができる。しかもこのことは、電極用部品の加
工精度を高めずに、即ち低コストで実現できる。As described above, according to the present invention, since the current concentration caused by the non-uniform pressure in the ring in the ring far from the gate can be suppressed, it is possible to realize a high blocking capability mainly in a large capacity element. That is, the allowable spike voltage can be increased by about 1 kV. Moreover, this can be realized without increasing the processing accuracy of the electrode component, that is, at low cost.
【図1】本発明の第一の実施例を示す。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第二の実施例を示す。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第三の実施例を示す。FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第四の実施例を示す。FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第五の実施例を示す。FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第六の実施例を示す。FIG. 6 shows a sixth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の素子を使った電動機駆動インバータの
回路図。FIG. 7 is a circuit diagram of a motor drive inverter using the element of the present invention.
【図8】従来技術による素子を示す。FIG. 8 shows a device according to the prior art.
11…pエミッタ層、49…内周リング(第1〜9リン
グ)のセグメント、410…最外周リング(第10リン
グ)のセグメント。11 ... p emitter layer, 49 ... segment of inner ring (first to ninth rings), 410 ... segment of outermost ring (tenth ring).
Claims (2)
及び第二の主表面を有し、第二の主表面が突部を有し、
第一の主表面上の第一の電極,第二の主表面突部上の第
二の電極,第二の主表面上の第三の電極,第一の電極に
隣接する第一導電型の第一の半導体領域,第一の半導体
領域に隣接する第二導電型の第二の半導体領域,第二の
電極に隣接する第二導電型の第三の半導体領域,第三の
電極に隣接する第一導電型の第四の半導体領域,第二の
半導体領域,第三の半導体領域及び第四の半導体領域に
隣接する第一導電型の第五の半導体領域を構成要素と
し、第二の電極と隣接する突部が半導体基体と中心を共
有する複数の同心円上に配列されているゲートターンオ
フサイリスタにおいて、最外周部の同心円上の突部にお
いて、第三の半導体領域を第一の主表面上に投影した領
域と第一の半導体領域が重ならないことを特徴とするゲ
ートターンオフサイリスタ。1. A disk-shaped semiconductor as a base, having a first main surface and a second main surface, a second main surface having a projection,
A first electrode on the first main surface, a second electrode on the second main surface protrusion, a third electrode on the second main surface, a first conductivity type adjacent to the first electrode. A first semiconductor region, a second semiconductor region of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor region, a third semiconductor region of the second conductivity type adjacent to the second electrode, and adjacent to the third electrode A fourth semiconductor region of the first conductivity type, a second semiconductor region, a third semiconductor region, and a fifth semiconductor region of the first conductivity type adjacent to the fourth semiconductor region, and a second electrode In the gate turn-off thyristor in which the protrusions adjacent to the semiconductor base are arranged on a plurality of concentric circles sharing the center with the semiconductor substrate, the third semiconductor region is formed on the first main surface at the concentric protrusion on the outermost peripheral portion. A gate turn-off area characterized in that the projected area does not overlap the first semiconductor area. Register.
及び第二の主表面を有し、第二の主表面が突部を有し、
第一の主表面上の第一の電極,第二の主表面突部上の第
二の電極,第二の主表面上の第三の電極,第一の電極に
隣接する第一導電型の第一の半導体領域,第一の半導体
領域に隣接する第二導電型の第二の半導体領域,第二の
電極に隣接する第二導電型の第三の半導体領域,第三の
電極に隣接する第一導電型の第四の半導体領域,第二の
半導体領域,第三の半導体領域及び第四の半導体領域に
隣接する第一導電型の第五の半導体領域を構成要素と
し、第三の電極が半導体基体の円と中心を共有する同心
円環状であり、第二の電極と隣接する突部が半導体基体
の円と中心を共有する複数の同心円上に配列されている
ゲートターンオフサイリスタにおいて、最内周部の同心
円上の突部において、第三の半導体領域を第一の主表面
上に投影した領域と第一の半導体領域が重ならないこと
を特徴とするゲートターンオフサイリスタ。2. A disk-shaped semiconductor as a base, having a first main surface and a second main surface, wherein the second main surface has a projection,
A first electrode on the first main surface, a second electrode on the second main surface protrusion, a third electrode on the second main surface, a first conductivity type adjacent to the first electrode. A first semiconductor region, a second semiconductor region of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor region, a third semiconductor region of the second conductivity type adjacent to the second electrode, and adjacent to the third electrode A fourth semiconductor region of the first conductivity type, a second semiconductor region, a third semiconductor region, and a fifth semiconductor region of the first conductivity type adjacent to the fourth semiconductor region; Is a concentric annular shape sharing the center with the circle of the semiconductor substrate, and the protrusion adjacent to the second electrode is arranged on a plurality of concentric circles sharing the center with the circle of the semiconductor substrate. At the protruding portion on the concentric circle of the peripheral portion, a region where the third semiconductor region is projected on the first main surface is Gate turn-off thyristor, characterized in that one semiconductor regions do not overlap.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9554797A JPH10290001A (en) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Gate turn-off thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9554797A JPH10290001A (en) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Gate turn-off thyristor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10290001A true JPH10290001A (en) | 1998-10-27 |
Family
ID=14140607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9554797A Pending JPH10290001A (en) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Gate turn-off thyristor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10290001A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001284575A (en) * | 2000-04-04 | 2001-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | Pressure-welded type semiconductor device, and stacked semiconductor device using the same |
DE10350770B4 (en) * | 2003-02-25 | 2011-02-17 | Mitsubishi Denki K.K. | Pressure contact semiconductor component with dummy segment |
-
1997
- 1997-04-14 JP JP9554797A patent/JPH10290001A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001284575A (en) * | 2000-04-04 | 2001-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | Pressure-welded type semiconductor device, and stacked semiconductor device using the same |
DE10350770B4 (en) * | 2003-02-25 | 2011-02-17 | Mitsubishi Denki K.K. | Pressure contact semiconductor component with dummy segment |
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