JPS584827B2 - サイリスタ - Google Patents
サイリスタInfo
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- JPS584827B2 JPS584827B2 JP52086041A JP8604177A JPS584827B2 JP S584827 B2 JPS584827 B2 JP S584827B2 JP 52086041 A JP52086041 A JP 52086041A JP 8604177 A JP8604177 A JP 8604177A JP S584827 B2 JPS584827 B2 JP S584827B2
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- emitter layer
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
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- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/7428—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action having an amplifying gate structure, e.g. cascade (Darlington) configuration
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はゲート電流の内部増幅作用を有する高耐圧、大
電流サイリスタに係り、特にターンオン初期における電
流突進率di/dt耐量およびスイッチングパワによる
破壊耐量が優れ、また急激な電圧上昇あるいは高温状態
における洩れ電流による誤点弧のない信頼性の高いゲー
ト構造を備えたサイリスタに関する。
電流サイリスタに係り、特にターンオン初期における電
流突進率di/dt耐量およびスイッチングパワによる
破壊耐量が優れ、また急激な電圧上昇あるいは高温状態
における洩れ電流による誤点弧のない信頼性の高いゲー
ト構造を備えたサイリスタに関する。
サイリスタは優れた電圧阻止能力が必要とされる一方よ
り速いスイッチング能力が要求される。
り速いスイッチング能力が要求される。
高耐圧でかつ大電流のサイリスタは通電開始時における
電流突進率di/dtは極めて大きい。
電流突進率di/dtは極めて大きい。
このため小さなゲート電流でも点弧し易いサイリスタは
このdi/dt耐量を向上できるが、反面、高温ではも
れ電流により誤点弧し易く、また急峻に上昇する電圧が
印加された場合その電圧変化率dv/dtに応じて流れ
る変位電流により誤動作し易く、電圧阻止能力が低下す
る恐れが生ずる。
このdi/dt耐量を向上できるが、反面、高温ではも
れ電流により誤点弧し易く、また急峻に上昇する電圧が
印加された場合その電圧変化率dv/dtに応じて流れ
る変位電流により誤動作し易く、電圧阻止能力が低下す
る恐れが生ずる。
素子径の大きなサイリスタでは、小さなゲート電流でも
充分ターンオンすることができるようにゲート電流の内
部増幅作用を有するゲート構造つまり、補助サイリスタ
部分と主サイリスタ部分を内蔵している構造が通常採用
されている。
充分ターンオンすることができるようにゲート電流の内
部増幅作用を有するゲート構造つまり、補助サイリスタ
部分と主サイリスタ部分を内蔵している構造が通常採用
されている。
かかる構造の内、比較的大きなdv/dt耐量が得られ
る一例として再生ゲート構造サイリスタのゲート部分を
拡大して第1図に示す。
る一例として再生ゲート構造サイリスタのゲート部分を
拡大して第1図に示す。
第2図は第1図のA−A′断面図である。
1は半導体基体、2はカソート電極、3はアノード電極
、4は補助ゲート電極、5は外部よりトリガ電流を投入
する主ゲート電極、6は主nエミツタ層、7け補助nエ
ミッタ層、8けpベース層、9ぱnベース層、10けp
エミツタ層、11は主ゲート電極5側の補助エミツタ接
合端、12は補助ゲート電極4による補助エミッタ短絡
部、13は補助nエミッタ層7と主nエミツタ層6とを
連結する首部(抵抗層部分)である。
、4は補助ゲート電極、5は外部よりトリガ電流を投入
する主ゲート電極、6は主nエミツタ層、7け補助nエ
ミッタ層、8けpベース層、9ぱnベース層、10けp
エミツタ層、11は主ゲート電極5側の補助エミツタ接
合端、12は補助ゲート電極4による補助エミッタ短絡
部、13は補助nエミッタ層7と主nエミツタ層6とを
連結する首部(抵抗層部分)である。
かかる構造においてdv/dt耐量を大きくすることが
できる点につき以下に説明する。
できる点につき以下に説明する。
急激に上昇する電圧がアノード電極3−カソード電極2
の間に印加されると逆バイアスとなるnベース層9,p
ベース層8の間の接合付近にキャリアの締め出し層すな
わぢ空乏層が生じる。
の間に印加されると逆バイアスとなるnベース層9,p
ベース層8の間の接合付近にキャリアの締め出し層すな
わぢ空乏層が生じる。
電圧上昇により空乏層が広がるのでこの領域のキャリア
つまりnベース層中では電子はアノード電極へ、pベー
ス層中ではホールがカソート電極へ移動する。
つまりnベース層中では電子はアノード電極へ、pベー
ス層中ではホールがカソート電極へ移動する。
すなわち変位電流が流れる。この変位電流は、主nエミ
ツタ層6を順バイアスする。
ツタ層6を順バイアスする。
主nエミツタ層6の内部は短絡穴を多数個ほぼ均一に分
散させた構造すなわち短絡エミッタ構造を採ること罠よ
り誤点弧を防止できる。
散させた構造すなわち短絡エミッタ構造を採ること罠よ
り誤点弧を防止できる。
しかし周辺部では主nエミツタ層6の周辺に変位電流が
集中し易く誤点弧の恐れが生ずる。
集中し易く誤点弧の恐れが生ずる。
そこで首部13の抵抗rNを小さくすれば周辺に配置し
てある補助ゲード電極54により周辺の変位電流をカソ
ード電極へバイパスすることができdv/dt耐量の低
下を防止できる。
てある補助ゲード電極54により周辺の変位電流をカソ
ード電極へバイパスすることができdv/dt耐量の低
下を防止できる。
次に第1図および第2図のゲートターンオン動作につき
説明する。
説明する。
主ゲート電極5とカソード電極2の間に順方向にゲート
電流を流すと、ゲート電流は主ゲート電極5から補助n
エミッタ層の接合端11に向って流れ、そして補助nエ
ミッタ層7真下のpベース層8を通って補助nエミッタ
層の短絡部12へ至る。
電流を流すと、ゲート電流は主ゲート電極5から補助n
エミッタ層の接合端11に向って流れ、そして補助nエ
ミッタ層7真下のpベース層8を通って補助nエミッタ
層の短絡部12へ至る。
そこでこの電流通路に沿った抵抗成分、主ゲート電極5
から補助nエミツタ層の接合端11までの抵抗r1・お
よび補助nエミツタ層の接合端11から補助nエミツタ
層の短絡部12までの抵抗r2により、補助nエミッタ
層の接合端11に沿って点L〜O〜Mにおいて電径はr
2/r1+r2となるが点0付近が他より高い電位分布
が生ずる。
から補助nエミツタ層の接合端11までの抵抗r1・お
よび補助nエミツタ層の接合端11から補助nエミツタ
層の短絡部12までの抵抗r2により、補助nエミッタ
層の接合端11に沿って点L〜O〜Mにおいて電径はr
2/r1+r2となるが点0付近が他より高い電位分布
が生ずる。
このため点θ付近で最初にターンオンを開始し、そこに
電流が突入する。
電流が突入する。
ターン初期のdi/dtが高い場合点0付近は温度が上
昇し、いわゆるホットスポットが生じ、素子を破壊する
危険性がある。
昇し、いわゆるホットスポットが生じ、素子を破壊する
危険性がある。
一方前述の如くdv/dt耐量向上のため首部抵抗rN
を小さくすると補助nエミッタ層Tがターンオンした後
、補助nエミツタ層1に流れる負荷電流は補助ゲート電
極4を通って主サイリスタつまり主nエミツタ層6に対
するゲート電流成分と首部を通ってカソード電極へ流れ
る成分に分れるが、抵抗rHが低いので、前記ゲート電
流成分が少なくなり、主サイリスタ部分のターンオン開
始が遅くなる。
を小さくすると補助nエミッタ層Tがターンオンした後
、補助nエミツタ層1に流れる負荷電流は補助ゲート電
極4を通って主サイリスタつまり主nエミツタ層6に対
するゲート電流成分と首部を通ってカソード電極へ流れ
る成分に分れるが、抵抗rHが低いので、前記ゲート電
流成分が少なくなり、主サイリスタ部分のターンオン開
始が遅くなる。
したがって高速スイッチング性能がそこなわれてしまう
。
。
このようにターンオン性能あるいはdi/dt耐量とd
v/dt耐量は相反し、首部の抵抗値により大きく左右
され両者の協調をとることは困難である。
v/dt耐量は相反し、首部の抵抗値により大きく左右
され両者の協調をとることは困難である。
本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし、ター
ンオン特性とくにdi/dt耐量およびスイッチングパ
ワ耐量を向上すると共にdv/dt耐量の優れた改良さ
れたサイリスタを提供するにある。
ンオン特性とくにdi/dt耐量およびスイッチングパ
ワ耐量を向上すると共にdv/dt耐量の優れた改良さ
れたサイリスタを提供するにある。
本発明の特徴は主ゲート電極を主サイリスタ部分となる
主nエミッタ層と補助nエミッタ層の間に設け、かつ主
nエミツタ層と補助nエミッタ層は同一導電型抵抗層つ
まり首部で連結され、主ゲート電極はこれら主nエミツ
タ層、首部および補助nエミツタ層で囲む配置としたこ
とにある。
主nエミッタ層と補助nエミッタ層の間に設け、かつ主
nエミツタ層と補助nエミッタ層は同一導電型抵抗層つ
まり首部で連結され、主ゲート電極はこれら主nエミツ
タ層、首部および補助nエミツタ層で囲む配置としたこ
とにある。
本発明の構成および作用効果を実施例に基づき詳細に説
明する。
明する。
第3図は本発明の1実施例である。
第1図との比較から明らかなように本実施例では主ゲー
ト電極5は補助nエミツタ層7と主nエミツタ層6の間
の露出したpベース層8に設けており、また首部(抵抗
層部分)13は補助nエエミツタ層70両端部に設けて
いる。
ト電極5は補助nエミツタ層7と主nエミツタ層6の間
の露出したpベース層8に設けており、また首部(抵抗
層部分)13は補助nエエミツタ層70両端部に設けて
いる。
かかる構造において、先ずゲートターンオン動作につい
て説明する。
て説明する。
主ゲート電極45とカソード電極2の間に順方向にゲー
ト電流を流すと、ゲート電流は補助nエミツタ層1側と
主nエミツタ層6側に分流する。
ト電流を流すと、ゲート電流は補助nエミツタ層1側と
主nエミツタ層6側に分流する。
補助nエミツタ層1側へ流れる成分は主ゲート電極5か
ら補助nエミツタ層の接合端11へ向って流れ、そして
補助nエミツタ層7真下のpベース層8を通って補助n
エミッタ,層の短絡部12へ至る。
ら補助nエミツタ層の接合端11へ向って流れ、そして
補助nエミツタ層7真下のpベース層8を通って補助n
エミッタ,層の短絡部12へ至る。
そして補助ゲート電極4から首部13を通ってカソード
電極へ達する。
電極へ達する。
一方主nエミツタ層側へ流れる成分は主ゲート電極5か
ら主nエミツタ層の接合端14へ向って流れ、そして主
nエミツタ層の真下のpベース層8を通って主ゲート電
極最近傍の短絡穴15を介しカソートt極2へ達する。
ら主nエミツタ層の接合端14へ向って流れ、そして主
nエミツタ層の真下のpベース層8を通って主ゲート電
極最近傍の短絡穴15を介しカソートt極2へ達する。
この分流比は抵抗(r1+r2+rN)と(r3+r4
)によって決る。
)によって決る。
ただし、r1は主ゲート電極5から補助nエミツタ層の
接合端11までの抵抗、r2は補助nエミッタ層の接合
端11から補助nエミツタ層の短絡部にまでの抵抗、r
Hは首部抵抗,r3は主ゲート電極5から主nエミツタ
層の接合端14までの抵抗、r4は主nエミツタ層の接
合端14から主ゲート電極側最近傍の主nエミツタ層の
短絡穴15までの抵抗である。
接合端11までの抵抗、r2は補助nエミッタ層の接合
端11から補助nエミツタ層の短絡部にまでの抵抗、r
Hは首部抵抗,r3は主ゲート電極5から主nエミツタ
層の接合端14までの抵抗、r4は主nエミツタ層の接
合端14から主ゲート電極側最近傍の主nエミツタ層の
短絡穴15までの抵抗である。
前記抵抗値を適当に設定することにより補助nエミツタ
層7側へのゲート電流成分および主nエミツタ層6側へ
のゲート電流成分を変えることができ、したがって各々
の点弧レベルを変えることが可能となる。
層7側へのゲート電流成分および主nエミツタ層6側へ
のゲート電流成分を変えることができ、したがって各々
の点弧レベルを変えることが可能となる。
この両者の点弧レベルをほぼ同一に設定した場合、ター
ンオン初期の導通面積は補助nエミッタ層7のL〜Mお
よび主nエミツタ層6のL′〜M′の約2倍となり、電
流突進率(di/dt)耐量も約2倍に向上できる。
ンオン初期の導通面積は補助nエミッタ層7のL〜Mお
よび主nエミツタ層6のL′〜M′の約2倍となり、電
流突進率(di/dt)耐量も約2倍に向上できる。
このためターンオン初期のスイッチングパワ損失も低減
でき、温度上昇を抑制することが可能である。
でき、温度上昇を抑制することが可能である。
一方dv/dt耐量についても、補助ゲート電極4と対
向する主nエミツタ層6周辺の点弧に影響のない程度に
首部13の抵抗rNを小さくすることができ、周辺部に
おけるdv/dt耐量を向上できる。
向する主nエミツタ層6周辺の点弧に影響のない程度に
首部13の抵抗rNを小さくすることができ、周辺部に
おけるdv/dt耐量を向上できる。
なお第3図において主ゲート電極と対向する主nエミツ
タ層6のL′〜M′をカソード電極2で短絡した場合で
も、第1図〜第2図に示したような再生ゲート構造の場
合とほぼ同様なゲートターンオン動作をするが、補助n
エミツタ層に局部的なホットスポットの発生は防止でき
di/dt耐量を向上できる。
タ層6のL′〜M′をカソード電極2で短絡した場合で
も、第1図〜第2図に示したような再生ゲート構造の場
合とほぼ同様なゲートターンオン動作をするが、補助n
エミツタ層に局部的なホットスポットの発生は防止でき
di/dt耐量を向上できる。
第5図は本発明の一応用例である。
本応用例の特徴は主ゲート電極5と対向する補助nエミ
ツタ層7のL〜Mの領域において主ゲート側接合端11
から補助エミツタ短絡部までの距離を長くし、より一層
補助nエミツタ層7の点弧の均一性の向上が期待できる
。
ツタ層7のL〜Mの領域において主ゲート側接合端11
から補助エミツタ短絡部までの距離を長くし、より一層
補助nエミツタ層7の点弧の均一性の向上が期待できる
。
第5図の場合主ゲート電極側接合端11を主ゲート電極
に近づけているが、L〜Mに相当する補助nエミッタ層
の短絡部12を主ゲート電極から遠ざけても同様な効果
が期待できる。
に近づけているが、L〜Mに相当する補助nエミッタ層
の短絡部12を主ゲート電極から遠ざけても同様な効果
が期待できる。
第6図は本発明の最も好ましい一応用例である。
第5図ではゲートトリガにより主nエミッタ側では首部
13のX,Y部分で最も点弧しやすく、このため主nエ
ミツタ層側では若干点弧の不均一が生ずることが懸念さ
れる。
13のX,Y部分で最も点弧しやすく、このため主nエ
ミツタ層側では若干点弧の不均一が生ずることが懸念さ
れる。
そこで第6図の特徴はこの点を改良するためすなわち主
ゲート電極5の補助nエミツタ層7側ではL′〜M′で
均一に点弧する様,補助nエミッタ層1と首部13の連
結部にてカソート1極2の突出部分16を設け11にて
首部を短絡している。
ゲート電極5の補助nエミツタ層7側ではL′〜M′で
均一に点弧する様,補助nエミッタ層1と首部13の連
結部にてカソート1極2の突出部分16を設け11にて
首部を短絡している。
この構造により補助nエミッタ層側L〜M、主nエミツ
タ層側L′〜M′にて充分一様な点弧が可能である。
タ層側L′〜M′にて充分一様な点弧が可能である。
第7図は本発明の他の実施例であり、前記第6図におけ
る首部短絡部17を首部の両側補助nエミツタ層7に凹
部を設けることにより形成するものである。
る首部短絡部17を首部の両側補助nエミツタ層7に凹
部を設けることにより形成するものである。
本実施例においても第6図と同様な作用効果が達成でき
る。
る。
第1図は従来の再生ゲート構造サイリスタのゲート部分
を拡大した平面略図、第2図は第1図のA−A′断面略
図、第3図は本発明の一実施例の平面略図、第4図は第
3図のB−B′断面略図、第5図は本発明の他の応用例
のゲート部分を拡大した平面略図、第6図は本発明の他
の実施例のゲート部分を拡大した平面略図、第7図は本
発明の他の実施例の平面略図である。 5・・・ゲート電極、6・・・主nエミッタ層、7・・
・補助nエミツタ層、13・・・首部。
を拡大した平面略図、第2図は第1図のA−A′断面略
図、第3図は本発明の一実施例の平面略図、第4図は第
3図のB−B′断面略図、第5図は本発明の他の応用例
のゲート部分を拡大した平面略図、第6図は本発明の他
の実施例のゲート部分を拡大した平面略図、第7図は本
発明の他の実施例の平面略図である。 5・・・ゲート電極、6・・・主nエミッタ層、7・・
・補助nエミツタ層、13・・・首部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 pエミツタ層、nベース層、pベース層、nエミッ
タ層の連続した4層構造を有し、nエミツタ層が主エミ
ツタ部分と、それより小面積でその周縁の一部に接近し
て形成された補助nエミツタ部分と、両部分を連結する
抵抗層部分とから形成され、かつ主nエミツタ部分、補
助nエミツタ部分および抵抗層部分とによってpベース
層の露出面の一部が包囲されてなる半導体基体と、pエ
ミツタ層に設けたアノート電極と,主nエミツタ部分に
設けたカソード電極と、主nエミツタ部分、補助nエミ
ツタ部分及び抵抗層部分で包囲されたpペース層露出面
に設けられた主ゲート電極と、カソード電極および主ゲ
ート電極から分離され、一部が補助nエミツタ部分上に
設けられ、残りの部分が主nエミツタ部分の周縁に露出
するpベース層表面に延び、主nエミツタ部分を包囲す
る補助ゲート電極と、を具備することを特徴とするサイ
リスタ。 2 主ゲート電極に付与されたゲート信号によって、主
ゲート電極に対向する補助nエミツタ部分および主nエ
ミツタ部分各々がほぼ同時に初期点弧することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のサイリスタ。 3 補助nエミツタ部分の主ゲート電極に対向する部分
の幅を他の部分より大きくしたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のサイリスタ。 4 カソード電極を、抵抗部分の主nエミツタ部分側お
よびそれに近接するpベース層上に延長したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項または第3項記載のサイリ
スタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52086041A JPS584827B2 (ja) | 1977-07-20 | 1977-07-20 | サイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52086041A JPS584827B2 (ja) | 1977-07-20 | 1977-07-20 | サイリスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5422180A JPS5422180A (en) | 1979-02-19 |
JPS584827B2 true JPS584827B2 (ja) | 1983-01-27 |
Family
ID=13875584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52086041A Expired JPS584827B2 (ja) | 1977-07-20 | 1977-07-20 | サイリスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS584827B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0526340Y2 (ja) * | 1985-02-06 | 1993-07-02 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5739574A (en) * | 1980-08-22 | 1982-03-04 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5034784A (ja) * | 1973-08-01 | 1975-04-03 |
-
1977
- 1977-07-20 JP JP52086041A patent/JPS584827B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5034784A (ja) * | 1973-08-01 | 1975-04-03 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0526340Y2 (ja) * | 1985-02-06 | 1993-07-02 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5422180A (en) | 1979-02-19 |
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