JPS5868976A - 光点弧サイリスタ - Google Patents

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、ｐベースが隣接しカッー′ドにより接触され
たｎエミ、りと、ｎペースが隣接し７ノードにより接触
されたｐエミ、りとを有する半導体素体および半導体素
体の界面に配置されＭＩ８　）ランリスクを介して制御
可能のエミ、クシ、−ト部′とを備え、４）ＭＩ８）ラ
ンリスクがｎ　（ｐｌエミッターｐ　（ｍｌペースに挿
入されこれと導電接続されたｎ　ｌｐｌ形の半導体領域
およびｐ　（ｎｌペースのゲートによって被覆された区
域を包含するような光点弧サイリスタに関する。

この種類のサイリスタは以前の西ドイツ＠特許出ａ　Ｐ
　３１１８１．．１８．２　号ａＡｉｍ書Ｋｍ記１ｅす
ｔＬティル。そのよ５なサイリスタの点弧はしかし、光
インパルスのほかＫＭＩＳ構造に対する制御電圧インパ
ルスが必要である。光点弧の利点、すなわちサイリスタ
端子を制御電圧を生ずる制御回路から障害がなく高電圧
に耐えるように電気的に＋離することの利点を保持する
ために制御回路な一光結合装置として構成されなければ
ならないが、しかしそれは費用がかかる。

本発明は、点弧が点弧過程の間に必要なエミ。

タシ、２ト部の制御を含めて簡単なやり万でサイリスタ
面の胛明に由来するような最初に挙げた種類のサイリス
タを提供することを目的とする・この目的は光が照射さ
れる界面Ｋ　ｍ　（ｐｌｌエヤりの縁部区域−ｐ（ｎｌ
ベースに挿入されＭＩＳ）ランリスクのゲートと接続さ
れた別のａｌｐｌ形の半導体領域およびその間に位置す
るｐ　（ｎｌベースの部分区域を包含する横方向トラン
ジスタを備え、ＭＩＳ）ランリスクのゲートがアノード
と接続されていることＣでよって達成される。

本発明により得ることができる利点は特に、順阻止＆態
でグー・ト容１ｋＫ貯えられたエネルギーが点弧のため
に引き出され、それＫよって比較的僅かな制御入力で点
弧過程の呼び起こしに至ることにある− 以下図を引用して本発明の詳細な説明する。

第１図に本発明により構成された÷イリスグを示す−そ
れは例えばシリコンのような単結晶半導体材料からなる
素体１を有し、その素体はｎ形層２ｍ、２ｂｋよび４ど
ｐ形層３−よび５を有する♂二つの部分２ｍおよび２ｂ
かｉなる層はｎエミ、夕、層３はｐベース、層４はｎペ
ースそして層５はｐエミッタとも呼ばれる。ｎエミ、り
の部分２ａおよび２ｂは半導体素体１の界面６に、例え
ばアルミニウムのような導電材料からなり、−諸にサイ
リスクのカンードを形成する被覆７ｍ　ｍよひ７ｂを備
える。それらは端子にと接続されている・ｐ：Ｌ−ミ。

り５には半導体素体の反対側の界面８で、例えば７、／
Ｉ−、：ミニラムのような導電材料からなる７ノード９
か接触している。７ノード９は端子人と備える。

ｎエミ、り２ａ＊２ｂは第１図では、それぞれＭＩＳへ
゛界効界形トランジスタ、例えば８１．Ｄｌ、Ｇ１ある
いは８２．Ｄｌ、Ｇ２、界ｉ１ｉ′６まで延びるｐペー
ス３の突出部ＫＡおよび界面６上に被着された金属化ブ
リッジＭからなる制御可能なエミッタショート部５ｋ４
ｒ：備えている□ｎエミ、り部２ｍの８１の符号を付し
た縁部、＠の区域はその場合ソース声域となる。

”ｎ”ｌ’−ピングされたドレイン領域ＤＩおよび界面
６の薄い電気絶縁簀１８１によって分離された、導電材
料νらなり端子Ｇと接続されたゲートＧｌが、導通状態
で突出部に人からＭを介してｎエミ、り部分２ａへの低
抵抗接続を生成するＭＩＳ）ランリスクへＳＪを袖５・
同様な方式で部分８２　、　ＤｌおよびＧ２が、導通状
線でＫＡとｎエミ、夕の部分２ｂの間の低抵抗接続を生
成する第二のＭＩＤ）ランリスクを形成す゛　′る・金
属化ブリッジ￥はその際突出部ＫＡをドレイン領域ＤＩ
およびＤｌと接続する・ 第１図に示す制御可能の工ξ、タシ肩−ト部８Ｋを含む
サイリスタ面 るならば、ＭＩＳ＠造は環状の諺工ξ、タ部分２ｍの外
縁および環状のｎ、エミッタ部分２ｂの内縁忙それぞれ
接して位置する。この実施態様の発展においてはそのよ
うなＭＴ８構造の複数を多数の環状で同心の１１ｚ４．
夕部分がそれぞれ相互から分離できることも当然である
。しかしｎエミ、夕部分２　ｍ’　Ｆ２ｂは条状に形成
して条状ＭＩＳ構造により擁護するこ、ともで會る（フ
ィンガ構播）、さらに第１図に示す装置を、互から分離
されたｎエミッタ部分２麿および２ｂの代りに１できる
だけ一様に分布された多数の一口部ＯＦおよびｏｖ′を
備えた連続したｎ工４ツタ２龜、２ｂを用意するよ５に
構成することもできる。この場合、符号Ｄ！およびＤｌ
は、軸１１に中心対称に形成された一つで同じ環状のｎ
＋ドーピングされたドレイン領域の異なる断頁を示すだ
けにすぎないＧ８１および８２はその時は開口部ＯＦを
―む醜工１．り１．ｓ、　２ｂの一つでＷＩ１１′Ｔ：
、緑帯域の異なる断面を意味する。制御可能のエミ、り
短Ｎ１部ＳＫの制御と原理上の作動様式はこの実施変形
に影響されないままである。

デート電圧、すなわちＧを介してＧ１および０２Ｋ　Ａ
かれる電圧がｐベース３のその下Ｋｆｉ置する部分に相
対的に零であるならば、電界効果形トランジスタ活、Ｇ
ｌ、ＤＩおよび８２．Ｇ２．Ｄ２け阻止状叢であり、エ
ミ賃タショート部は遮断され、サイリスタは高い点弧感
度をもつ状態に存在する。正のゲート電圧の印加によっ
て短絡部は導通し□、サイリス；は点弧感度をもたない
安定した状態に移される。ＭＩ８電界効果形トランジス
タの制御のために、この電界効果形トランジスタめ制御
端子Ｇは高抵抗の電流制限抵抗ＲとダイオードＤ３を介
して７ノード端子Ａと接続されている。付加してＧから
ｎエミ曽夕２ａの内ｆｆ１（きわめて近接して存在する
別のｆｌ　　＋”−ピングされた帯域１２の端子への＊
続が存在する。２ａの内縁は光制御のｇｘｐａ横方向ト
ランジスタのエミ、りを、領域１２はコレクタを。

そしてこの領域の間で表面に出るサイリスクのｐペース
の部分はペースなそれぞれ形成する。そこで７ノード９
に正の電圧を印加するやいなや、この電圧は抵抗Ｂとダ
イオード３を介して制御端子ＧＫも達し％−サイリスタ
が点弧感度のない状態に移されるよ５に導く・ゲー）　
Ｇｌ　、ｉ　Ｇ２の容量への電圧はその場合高くとも領
域、臣とｐイー３３０間のｐｎｎ会合ブレークダウン電
圧、゛すなわちＩＯないし２０Ｖの程度の大きさになり
得る。

点弧な起こすために＠１因に符号１３で示されているよ
うにサイリスタに光を照射するならば、光の大部分は照
射されたｎエミータ領域から層３および４０間のｐｍｌ
ｉｋ合まで進み、公知のようにサイリスタの点弧電流と
して役立つ光電流の発生に導く・同時にｎｐｎ横方向ト
ランジスタのベース領域を照射するならば、そ□れはこ
のトランジスタの導通とＭＩＳ）ランリスクのゲート容
量の放電をひきおこ丁・ＭＩＳ−）シンリスクはそれに
よって阻止状ｍＫなり１サイリスタは点弧感度をもつ状
態に変換される一ＭＩ８　）ランリスクの比較的大きい
ゲート容量のため、その際付加的な点弧１！扼インパル
スとし゛〔−動く強力な放電電流がｐベース３（流れる
。外部コンデンサＣの並列接続によってこの付ハ」的な
点弧Ｗ荒インパルスはなお増大される。

へｆｌ８）ランリスクの作動電圧は、点弧の後に７ノー
ド９に印加される順電圧が工！、タ短絡部を再び有効に
接続するのに十分である４１と小さくなけれはならない
。そのとぎ？ｆけサイリスタｅ譚断につづくＡに印加す
る正の電圧の回復しての急上昇番こおいて、゛サイリス
タをｄ′ｖ／ｄｔ点弧がら保護する。　、 サイリスタが冗全に導通状態になる前に光＠１３を４！
９ｒすると、エミ・、夕勺絡部が直ちに有効になり、５
ｑ方向への、へ友弧の拡大の妨害に導くことを阻止しな
ければたチ１ｃい。これは、ＭＩ８’ｌｌ量と充電抵抗
Ｒから形成されるＲ（”回路の時定数なρ弧前面の拡大
時間より太き（選定することＫよって行わ〕ｔ；ひる、
。

一般にサイリスクの順阻止状＠に７ノード９に印’ａ’
ｌＪ　Ｌ”れる電圧はｌ１ｐｎ）ランリスクのブレーク
ダウン電圧よりかなり大キ（、そのことがサイリスタの
望ましくない点弧虻導（。・それ故抵抗ＲはＤを介して
流れる電流を、それがサイリ、スタの７弧にもルクター
ベース間ダイオードＤの破壊にも導かないほど小さいよ
５に選ばれる。

本発明の発ｌＪ！によれば、サイリスタの点弧終度をも
つ彎Ｓ領域に、端子Ｇと接続されたｎ“ドーピング領域
１４を有する第二のダイオードＤ４が備えられる一Ｄ４
のブレークダウン電圧はコレクターペース間ダイオード
Ｄのそれより低（選定されろ。従ってＤ４はＧｌ−およ
びＧ２に加わるゲー）Ｗ圧を制限する１回路の変形忙よ
りＤ４を外部ダイオードに置き換えてもよい。　゛ 第１図に示された装置の等価回路図が第２図に示されて
いる。サイリスタＴＨは負荷抵抗ＲＬを介して７ノード
電圧源ＵＡと接続されている。ＭＩＳ）ランリスクＭＳ
Ｔはサイリスタのカソード７ａ、７ｂとｐイー３３０間
に接続された短絡部ＳＫをあられす。ＲＢは照−された
工２．タ領斌２ｍの内縁から第一の短絡構造までの、す
なわち二重矢印Ｉ５に沿っての径路抵抗を％　ＣｏはＭ
ＩＳ）ランジスタＭＳＴのゲート容量４．Ｒは充電抵抗
を、そしてＤ３はそれを介して容量ＣＯがサイリスタの
７ノード電圧により充電されるダイオードなｉれぞれ意
−味する。

Ｄ４はゲート電圧制限のための集積ダイオードまたは外
部接続ダイオードである。ＴＲはｎｐｎ横方向トランジ
スタをあられし、そのエミ、りはサイリスタエミ、りの
内側の縁部領域から形成される。す関の電圧は、トラン
ジスタＴＲ中にもサイリスタ中に（ＨＡ著な電子注入が
起針ないほど僅かである。

トランジスタＴＴ？のルクタには、ルクターベース接合
あるいはダイオードＤ４のブレークダウン電圧が、両者
のうちのどちらがより小さいかに応じて現われる。Ｍ、
Ｉ８）ランリスタＭＡＴのゲート容量はこの電圧で充電
されており、ＭＩ１９）う′ンリスタＭＡＴは従って導
通状］ＩＩＫある・サイリスタの点弧のために％サイリ
スクのｐペース３とｎｐｍ　）シンリスタのペースに同
時に光（ｐ）が入射される・　ＴＦＬは通電しｓ　Ｃｏ
の端子Ｋを介しての放電に導く。ＣＯの放電電流′が十
分大きければ、それは、照明された工ξ、タ領斌の内縁
部１６におけるサイリスタの点弧に導く。

ＣＧの放電電流はｎｐｎ）ランリスタ’ｒＲＩＦ）電ａ
増輻係教ｐだ汁照明により発生ずる光′Ｎ流によるもの
より大きいから、電流ｔＩＩ！＃１係数βだけが十分大
きいならば・放電電離゛を小さ色光入力に”゛″Ｃ′比
較的大きくあり得る・それ放水発明を補セれた。

電流増幅と共忙行うことが↑き、その場合泊弧エネルギ
ーの一部は導通期間時よびＷ１阻止期間の間アノード電
圧源ＵＡから供給、され、点弧までＭＩＳトランジスタ
のゲート容量番で貯えられる・さらにエミ、タシ望−ト
部８にならびに上述の、り５にも配電されていることが
できる。この回路変形の説明のために１半導体領域のＰ
ｉＬ電形？それぞれ逆のものによって置き換え、端子Ａ
とＫＹｌに交換しそして上述の電圧、電流をそれぞれ炉
の極性をもって導＜　、、ｊｘらば家１図を引用するこ
とができる・　　　　′・

【図面の簡単な説明】

ｆｐ１図は本発明によるサイリスタの一実施例の付；Ｖ
回路を含めた断面図、第２図は第１図に示すサイリスタ
の等価回路図である。 ｌ・・・半導体素体ｓ　２ｍ、２ｂ・・・ロエミツタ、
３・・・ｐペース、６・・・半導体素体界面、７ｍ、７
ｂ＋・・・カソード。 ９・・・γノード、１２　、１４・・・ｎ　領域、ＭＡ
Ｔ・・・ＭＩ８）ランリスタ、　ＴＲ・・・横方向トラ
ンジスタ。 代理人ｆｊ裡十山　口　　Ｊｌ（命 Ｉ０１ ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）ｐペースが隣接しカソードにより接触されたｎエミ
   、りと、ｎペースが隣接し７ノードにより接触されたｐ
   工′ミ、りとを有する半導体素体および半導体素体の界
   面に配置されＭＩ８　）ランリスクを介して制御可能の
   エミ、タシ、−ト郁を備え、各ＭＩ８）ランリスクがｎ
   　（ｐｌｌエヤり、ｐ　（ｎｌペースに挿入されこれと
   導電接続された鳳（−形の半導体領域およびｐ（ｎｌペ
   ースのゲートによって被後された区域を包含するものに
   おいて、光が照射される界面Ｋｎ（ｐｌｌエヤりの縁部
   区域、ｐｌａｌベースに挿入されＭＩＩ９　）ランリス
   クのゲートと接続された別のｎ　（ｐｌ形の半導体領域
   およびその間に位置するｐ（ｓｌペースの部分区域を包
   含する横方向トランジスタを備え、ＭＩ８）ランリスク
   のゲートが７ノードと接続されたことを特徴とする光点
   弧サイリスタ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のサイリスタにおいて、
   ＭＩ８　）ランシスタのゲートが充電抵抗およびダイオ
   、−ドの直列接続を介して７ノードと接続されたことを
   特徴とする光点弧サイリスタ。 Ｓ＞＊許請求の範囲第１項または第２項記載のサイリス
   タにおいて、ＭＩ８　）ランリスクのゲートがコンデン
   サを介してカソードと接続されたことを特徴とする光点
   弧サイリスタ・ ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載のサイリスタＫｍいて％１）（１１１１ペースとｐ（
   ｊ１１ペースに挿入された別のｎ　（ｐｌ形の半導体領
   域、の間の９ａ接合に、ｐ（ｎｌペース中に集積される
   のが望ましい別のダイオードが並列接続されたことを特
   徴とする光点弧サイリスタ・