JPS5837962A - ゲ−ト補助タ−ンオフサイリスタ - Google Patents

ゲ−ト補助タ−ンオフサイリスタ

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Publication number
JPS5837962A
JPS5837962A JP13645181A JP13645181A JPS5837962A JP S5837962 A JPS5837962 A JP S5837962A JP 13645181 A JP13645181 A JP 13645181A JP 13645181 A JP13645181 A JP 13645181A JP S5837962 A JPS5837962 A JP S5837962A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
auxiliary
semiconductor region
thyristor
gate electrode
turn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13645181A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Ueda
和男 上田
Akira Kawakami
川上 明
Hiroshi Gamo
蒲生 浩
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP13645181A priority Critical patent/JPS5837962A/ja
Publication of JPS5837962A publication Critical patent/JPS5837962A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/744Gate-turn-off devices

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】 本発明は高周波サイリスク、特にゲート補助ターンオフ
サイリスタ(以下、GATTと略す)の改良に関する。
近来、サイリスタ式の高周波電源装置の広範囲な実用化
が急速に進みつつあり、サイリスクのより一層の高周波
化、大容量化が必要となっている。
特に薄板の高周波焼入れ用などを始めとする高周波イン
バータにおいては、効率の向上、可聴周波数外へ動作周
波数を上げることによる騒音防止などの観点から、高い
周波数領域、例えば20KHz程度の大容量サイリスク
インバータの実現が望まれており、20xaz程度の高
周波領域で使用できる高周波サイリスクが要求されてき
ている。ところで、 20KH2の周波数で使用する場
合、ターンオフ時間は4μ8程度でなければならないっ 周知のように、高周波ブイリスクのうちG ATTは、
サイリスクの転流ターンオフ時にゲート・陰極間に逆バ
イアス電圧を印加し、強制的にベース層のキャリアをゲ
ートから吸い出し、ターンオフ時間を短縮させるもので
あるから、()ATTは高耐圧、大容量での高周波化に
有利であり、ターンオフ時間を数μBまで短縮すること
ができる。したがって、ターンオフ時間からは、20K
HzのGATTは実現可能である。
本発明の目的とする々ころは、GATT構造のサイリス
タにおいて、その高周波化をはかる上での障害を明らか
にし、その解決策を与え、20KH2程度の高周波で使
用できるGATTを提供しようとするものである。
以F1図を参照しながら詳細に説明する。第1図は高周
波用GATTの基本構成図である。図中(1)は21層
、(2)けnB層、(3)tliPa層、(4)はnE
層、(5)は補助サイリスタのnE層、(6)はJl接
合、(7)FiJz接合、(8)けJ3接合、(9)は
補助サイリスタのJ3’接合、(]o)は陰極、(11
)はダート電極、(12)は補助ダート電極、(13)
は補助サイリスクの陰極、(14)はバイパスダイオー
ド、(15)は陽極、(a)R補助サイリスク部、(1
))は主サイリスク部、(0)はゲート回路の主要部で
ある。ゲート回路部(C)のSWIおよヒSW2は、そ
れぞれターンオフおよびターンオフ時に使用するスイッ
チである。なお、nE層(5)はゲート電極(11)と
は離れた位置でゲート電極(11)を取り囲むように形
成され、補助ゲート電極(12)は補助サイリスクの陰
極(13)とは離れた位置で上記陰極(13)を少なく
とも取り囲むように形成され、nE層(4)は補助ゲー
ト電極とは離れた位置でこの補助ゲート電極の周縁に沿
ってこれを取り囲むように形成されている。
第1図に示したバイパスダイオード(14)は、次に述
べる理由から接続されている。高周波サイリスタでは、
スイッチング損失のうちターンオシ損失が主要部分を占
めるので、初期ターンオン領域を拡大し、ターンオン損
失を減らさせるために、陰極エミッタnKに対向するゲ
ート電極が極めて長くとられている。例えば、10xa
zの高周波サイリスクでは、45傳以上必要である。し
かし、この長い陰極エミッタの周辺をゲート電流のみで
均一にターンオンさせることは困難である。このため−
、第1図に示したような補助サイリスク(IIL)が設
けられている。ところ、で、このような補助サイリスタ
を設けたGATT構造において、ターンオフ期間中、ゲ
ート電極(11)と陰極(10)の間に逆電圧が印加さ
れると、主サイリスク部(b)の残留キャリアは、接合
J a (8)および接合J S (93下のFB層(
3)を通って、ゲート電極(11)に集められる。しか
し、補助サイリスタの陰極エミッタ(5)の幅は比較的
大きいため、補助サイリスク部(a)のPa層り3)の
横方向抵抗RAが太きく、この部分の電圧降下が大きく
なるので、接合J 3(8)が充分逆バイアスされなく
なる。すなわち、GATT機能が果せなくなる。このた
め、第114)を接続したものである。・くイバスダイ
オード(14)が接続されると、第1図に示すように、
このバイパスダイオード(14)を通って主サイリスタ
部の残留キャリアがゲート電極(11)に吸い出される
従来、このバイパスダイオードには、逆回復時間trr
が10μB の通常のダイオードが使用されている。
さて、この構造のGATTに高周波電流を通電し、その
動作周波数を上げていくと、IQKH2を越えはじめた
ところでターンオフ失敗を生じる現象がみられ、この現
象が数10KH2以上の高周波GATTを実現する上で
の障害となる。この原因は、次のように考えられる。第
1図において、陽極電流力;しゃ断された後、スイッチ
SW2が閉じられてダート・陰極G−に間に逆)<イア
スが印加され、陽極・陰極A−に間に再印加オフ電圧か
加えられると、残留キャリア1Dはノイイバスダイオー
ド(14)を通ってゲート回路(Q)に流れ込むか、そ
の後は、)<イバスダイオード(14)に蓄積された過
剰電荷はGATTのオフ期間中、再結合によって除々に
減少していく。この減少時間内に、第2図に示すように
SWlを閉じて次のターンオン時のゲート電獣り力玉流
れはじめると、このゲート電流1Dは、/(イ/くスタ
゛イオード(14)の逆回復電流として直接補助ゲート
電極(12)に分流し、ゲート電極(11)に流れるべ
き電流が減少する。すなわち、バイパスダイオード(1
4)の逆回復時間trrに相当する期間、ゲート電流の
立上り率d i c/d tが減少し、初期ターンオン
領域が狭められ、その結果いわゆるホットスポットが生
じる。このため、素子の温度が著しく上昇し、それとと
もにターンオフ時間が長くなり、ターンオフ失敗に至る
という現象が生じる。したがって、この問題を解決する
ためには、バイパスダイオード(14)の逆回復時間を
短縮し、ターンオ一時のゲート電流IGの補助ゲート電
極(12)への分流を防止すればよいと考えられる。こ
のことを確認するために、バイパスダイオード(14)
の逆回復時間をa(trr=Q、5μB )、b(tr
r=2μEl)、c(t、rr=IUμB)の3櫨類に
変えて、オフ電圧印加時間を短くしていったときのター
ンオフ時間の変化を調べた。その実験結果を第3図に示
す。
図から明らかなように、Cの場合は、オフ電圧印加時間
が20μ8 前後が20μ日 前後でターンオフ時間が
長くなりけじめ、bの場合Vi15μs、aの場合は1
0μB までほとんど変化がない。tfc、cの場合に
ついて、ゲート電流波形を調べると第4図のようになっ
ている。すなわち、オフ電圧印加時間が50μB程度で
は、同図(IiL)のようになっており、ゲート電流上
昇率clic/atの大きい波形であるが、20μB程
度になると、同図(b)のようにdic/dt  が小
さい波形となっている。また、aの場合では、オフ電圧
印加時間が10μB程度でも第4図(a)の波形のまま
であることを確認し−だ。したがって、20Kag、5
096du t7 (’) t 151E t” A 
i[スル4h 合、オフ電圧印加時間は通常的20μs
であるので、バイパスダイオード(14)に逆回復時間
trrが2μB以丁のものを使用すれば、ゲート電流の
補助ゲート電極(12)への分流が防止でき、ターンオ
フ失敗を生じさせないと考えられる。実際、バイパスダ
イオード(14)にtrrz2μiiのダイオードを用
いて、20KH2,50%duty の方形波電流を通
電したところ、ターンオフ失敗を生じないことを確認し
た。
以上の説明から明らかなように、本発明は、バイパスダ
イオードに逆回復時間の短いダイオードを使用して、1
6KHz以上の高周波通電を可能にしようとしたもので
ある。ダイオードの逆回復時間は、動作周波期によって
かえねばならないが、例えば、?、QKHz、50%d
utyで通電する場合、少なくとも逆回復時間trrが
2μB以丁のものを使用しなければならない。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は高周波用GATTの前作状態を説
明するための基本構成図、第3図は・くイバスダイオー
ドの逆回復時間f、変えたときのオフ電圧印加時間とタ
ーンオフ時間の関係を示す特性図、第4図はオフ電圧印
加時間を変えた時のゲート電流波形図である。 図において、(1)は第1の半導体領域、(2)は第2
の半導体領域、(3)は第3の半導体領域、(4)は第
5の半導体領域、(5)は@4の半導体領域、(9)は
pn接合、(11)はゲート電極、(12)は補助ダー
ト電極、 (13)l’tオーミック電極、(14)は
ダイオードである0 第1図 に 第2図 第3図 オフ電圧fPDrynt用(μδ) 第4図 定 釣7%I(μS) ? 杓A11(μS) 手続補正書(自発) 11許庁艮官殿 1、・1目′[の表示    特願昭 56−1864
51号/ 2、発明の名称    ゲート補助ターンオフサイリス
タ 3、抽IIEをする者 /τ−へ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の導電型を有する第1の半導体領域、この第1の半
    導体領域の一側に隣接し、第2の導電型を有する第2の
    半導体領域、この第2の半導体領域に隣接し、第1の導
    電型を有する第3の半導体領域、この第3の半導体領域
    にオーミック接触されたゲート電極、このダート電極さ
    け離りた位置で上記第3の半導体領域内に形成された第
    2の導電型を有する′第4の半導体領域、この第4の半
    導体領域と上記第3の半導体領域とが成すPN接合を短
    絡するオーミック電極、とのオーミック電極とは離れた
    位置で上記第3の半導体領域にオーミック接触された補
    助ダート電極、この補助ゲート電極とけ離れた位置で上
    記第3の半導体領域内に形成された第2の導電型を有す
    る第5の半導体領域、上記補助ゲート電極と上記ゲート
    電極の間に上記PN接合と逆並列に接続され、逆回復時
    間が2μθ以下のダイオードを備えたゲート補助ターン
    オフサイリスタ。
JP13645181A 1981-08-28 1981-08-28 ゲ−ト補助タ−ンオフサイリスタ Pending JPS5837962A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52149986A (en) * 1976-06-08 1977-12-13 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its production
JPS52155981A (en) * 1976-06-19 1977-12-24 Mitsubishi Electric Corp Thyristor device
JPS541636A (en) * 1977-06-06 1979-01-08 Ricoh Co Ltd Electrophotographic developing device

Patent Citations (3)

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