JPS5912024B2 - thyristor - Google Patents

thyristor

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JPS5912024B2
JPS5912024B2 JP8878676A JP8878676A JPS5912024B2 JP S5912024 B2 JPS5912024 B2 JP S5912024B2 JP 8878676 A JP8878676 A JP 8878676A JP 8878676 A JP8878676 A JP 8878676A JP S5912024 B2 JPS5912024 B2 JP S5912024B2
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emitter
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thyristor
emitter region
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洋一 荒木
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はサイリスタ特に補助サイリスタを備えるサイ
リスタに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a thyristor, particularly a thyristor with an auxiliary thyristor.

サイリスタの従来の1例を第1図に示す。An example of a conventional thyristor is shown in FIG.

同図イは断面図、同図口は平面図である。第1図に示す
サイリスタは順次隣接する例えばP導電型第一半導体領
域11と、N導電型第二半導体領域12と、P型導電型
第三半導体領域13と、この第三の半導体領域中にその
表面から形成されている何れもNf導電型の主エミッタ
領域14並びに補助5 エミッタ領域15とから成り、
その補助エミッタ領域の電極15’は、この領域が主エ
ミッタ領域に対向する側で第三半導体領域と短絡するよ
うに第三半導体領域上にひろげられている。14’はカ
ソードと呼ばれ主エミッタ領域14の電極であつて、1
0この例では補助エミッタ領域に対向する側では第三半
導体領域上への拡りを示していない。
Figure A is a sectional view, and Figure A is a plan view. The thyristor shown in FIG. 1 has, for example, a first semiconductor region 11 of P conductivity type, a second semiconductor region 12 of N conductivity type, a third semiconductor region 13 of P conductivity type, and a third semiconductor region 13 in this third semiconductor region. It consists of a main emitter region 14 and an auxiliary emitter region 15, both of Nf conductivity type, formed from the surface thereof,
The electrode 15' of the auxiliary emitter region extends over the third semiconductor region in such a way that this region is short-circuited with the third semiconductor region on the side facing the main emitter region. 14' is called a cathode and is an electrode of the main emitter region 14;
0 In this example, no extension onto the third semiconductor region is shown on the side opposite the auxiliary emitter region.

13’はゲートと呼ばれ補助エミッタ領域の主エミッタ
領域と反対側で第三半導体領域に独立に設けられている
電極である。
Reference numeral 13' denotes an electrode called a gate, which is independently provided in the third semiconductor region on the side opposite to the main emitter region of the auxiliary emitter region.

第一半導体領域11の外側には15例えばアルミニウム
11″を介してタングステンであるアノードと呼ばれる
電極11’が全域にわたつて設けられている。このサイ
リスタは次のようにして形成される。
On the outside of the first semiconductor region 11, an electrode 11', which is made of tungsten and is called an anode, is provided over the entire area via a layer 15 of aluminum 11''.This thyristor is formed as follows.

第1図でたと犬ば第二半導体領域となるN導電型20ケ
イ素ウェハ12の両側表面にカリウムを拡散して第一及
び第三の各P導電型領域11及び13を形成し、次に第
三のP導電型領域13中に表面から露光用ガラスマスク
を適用して主エミッタ領域14及び補助エミッタ領域1
5の何れもN+導電25型領域をたとえばリンを選択的
に拡散することによつて形成する。このあと第一のP導
電型領域11側表面にアルミニウム箔11″を介してタ
ングステンのアノード11’を非整流的に合金化するこ
+とによつて設置し、主及び補助両N 導電型エミ30
ツタ領域を含めて第三のP導電型領域13表面にアル
ミニウムを蒸着し、選択的にこのアルミニウムをマスク
蝕刻してゲート13’、主エミッタ14ζ補助エミッタ
領域の電極15’を設置するものである。
In FIG. 1, potassium is diffused onto both surfaces of the N-conductivity type 20 silicon wafer 12, which will become the second semiconductor region, to form first and third P-conductivity type regions 11 and 13. A glass mask for exposure is applied from the surface into the third P conductivity type region 13 to form the main emitter region 14 and the auxiliary emitter region 1.
In each case, an N+ conductive 25 type region is formed by selectively diffusing phosphorus, for example. Thereafter, a tungsten anode 11' is installed on the surface of the first P conductivity type region 11 via an aluminum foil 11'' by non-rectifying alloying, and both main and auxiliary N conductivity type emitters are placed on the surface of the first P conductivity type region 11. 30
Aluminum is vapor-deposited on the surface of the third P conductivity type region 13 including the ivy region, and this aluminum is selectively etched with a mask to install the gate 13' and the electrode 15' of the main emitter 14ζ auxiliary emitter region. .

35このサイリスタでは、ゲートカソード間を順バイヤ
スすると普通数100mAの始動ゲート電流がまず補助
エミッタ領域をカソード側エミッタ領域とする補助サイ
リスタをターンオンし、数乃至数10Aのターンオン電
流を流させる。
35 In this thyristor, when the gate and cathode are forward-biased, a starting gate current of usually several 100 mA first turns on the auxiliary thyristor whose auxiliary emitter region is the cathode-side emitter region, causing a turn-on current of several to several tens of amperes to flow.

次にこの補助サイリスタの大きいターンオン電流が、主
エミツタ領域をカソード側エミツタ領域とする主サイリ
スタに対してゲート電流として働くのである。例えば数
百MAのゲート電流が数十Aのゲート電流に拡大される
ことになる。このため主エミツタ領域に投入される実質
的なゲート電流は大となり、これが補助エミツタ領域に
対向する主エミツタ領域に一様に分布すると順次各主サ
イリスタの対向する領域に数百MAのゲート電流が投入
されたことになつて主サイリスタの初期導通領域が拡大
されるから、DVdt耐量を向上して所謂ホツトスポツ
ト破壊を防止できる。この場合重要なことは補助エミツ
タ領域の電極とこれに対向する主エミツタ領域との距離
Δxが全体で一様でなければならないことである。△x
がもし不揃いであるとすると補助サイリスタのターンオ
ン電流は、主サイリスタに移行して一様に分布すること
が出来ない。この結果主サイリスタに対するゲート電流
が偏つて流へ主サイリスタは一部のみが極めて大きなゲ
ート電流によりターンオンし、極大なDi/Dtを流し
てこの部分でホツトスポツトを招いて破壊を防止出来な
いからである。前記した製造工程で最終の、即ちゲート
、主エミツタ並びに補助エミツタ領域の電極設置のため
の選択蝕刻がサイリスタにおける前述のΔxの一様性を
左右する。
Next, the large turn-on current of this auxiliary thyristor acts as a gate current for the main thyristor whose main emitter region is the cathode side emitter region. For example, a gate current of several hundred MA is expanded to a gate current of several tens of amperes. Therefore, the substantial gate current injected into the main emitter region becomes large, and if this is uniformly distributed in the main emitter region facing the auxiliary emitter region, a gate current of several hundred MA is sequentially applied to the opposing region of each main thyristor. Since the initial conduction region of the main thyristor is expanded when the main thyristor is turned on, the DVdt resistance can be improved and so-called hot spot destruction can be prevented. What is important in this case is that the distance Δx between the electrode of the auxiliary emitter region and the opposing main emitter region must be uniform throughout. △x
If they are uneven, the turn-on current of the auxiliary thyristor cannot transfer to the main thyristor and be uniformly distributed. As a result, the gate current to the main thyristor is biased and only a portion of the main thyristor is turned on by an extremely large gate current, causing an extremely large Di/Dt to flow and causing a hot spot in this area, making it impossible to prevent destruction. . The final, selective etching of the electrodes in the gate, main emitter and auxiliary emitter regions of the manufacturing process described above determines the uniformity of the aforementioned Δx in the thyristor.

この選択蝕刻で蝕刻用マスクは、メタルマスクで被蝕刻
部分を被覆し各電極設置予定部分にスプレーしたワツク
スマスクであるか、又は写真蝕刻法によつて電極形成予
定部分を被覆するフオトレジストマスクであるか、或い
は耐酸性のテープマスクをあてる。これ等のマスクでマ
スク位置精度を得させるものはフオトレジストマスクで
あるが、サイリスタの如きアルミニウム蒸着層を厚くと
る大電力素子にあつては、第三の半導体領域上に予じめ
主エミツタ領域に対すると同時に形成された位置決めマ
ーカーを判読することが難しく、工程も複雑である。ス
ブレ一法又はテープ使用法では目測によつてマスク位置
を定めているからマスク位置の設置精度が得難いもので
ある。従つて△xの一様性はこの選択蝕刻工程で得難く
され、Di/DttJf量にバラツキを生じさせる欠点
がある。この発明はこのような欠点を除き改良されたサ
イリスタを提供するものである。
The etching mask used in this selective etching is either a metal mask that covers the etched area and a wax mask that is sprayed onto the areas where each electrode is to be installed, or a photoresist mask that covers the areas where the electrodes are to be formed using a photo-etching method. Or apply an acid-resistant tape mask. A photoresist mask is used to obtain mask position accuracy with these masks, but in the case of high power devices such as thyristors that have a thick aluminum evaporated layer, the main emitter region is placed on the third semiconductor region in advance. It is difficult to read the positioning markers formed at the same time as the positioning markers, and the process is complicated. In the soubre method or the tape method, the mask position is determined by visual measurement, so it is difficult to obtain accurate mask positioning. Therefore, uniformity of Δx is difficult to obtain in this selective etching process, which has the drawback of causing variations in the amount of Di/DttJf. The present invention provides an improved thyristor that eliminates these drawbacks.

すなわち導電型を異にし界面に接合面を形成して順次隣
接する第一、第二および第三の各半導体領域と、前記第
三の半導体領域中に表面から第三の半導体領域とは導電
型を異にして独立に形成される主エミツタ領域並びに補
助エミツタ領域と、前記両エミツタ領域の対向間にこれ
らエミツタ領域と同じ導電型に形成される電流流路規制
層と、前記第三半導体領域に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極より最も離れた第三半導体領域と前記主
エミツタ領域とを短絡する主エミツタ電極と、前記補助
エミツタ領域と前記電流流路規制層とこの間を連続する
前記第三半導体領域のみを連結する補助エミツタ電極と
を備えるサイリスタである。以下この発明の実施例につ
いて第2図を参照して説明する。
In other words, the first, second and third semiconductor regions, which have different conductivity types and are adjacent to each other with a bonding surface formed at the interface, and the third semiconductor region from the surface in the third semiconductor region have different conductivity types. a main emitter region and an auxiliary emitter region formed independently with different emitter regions, a current flow regulating layer formed between opposing emitter regions and having the same conductivity type as these emitter regions, and a third semiconductor region. a gate electrode formed;
A main emitter electrode that short-circuits a third semiconductor region farthest from the gate electrode and the main emitter region, and only connects the auxiliary emitter region, the current flow regulating layer, and the third semiconductor region that is continuous therebetween. This is a thyristor equipped with an auxiliary emitter electrode. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第2図イは断面図、第2図口は平面図である。第2図は
イ,口両図とも第1図イ,口に対応してえがかれ、引き
出し線に付された番号は、第1図イ,口で用いた番号と
一位の数を等しくする時同義である。それ故相違する点
は電流流路規制層26及びこの電流流路規制層と補助エ
ミツタ領域にまたがつて設けられている電極256の存
在する点である。この電流流路規制層26は、前記現行
のサイリスタについていえば、主エミツタ領域14及び
補助エミツタ領域15の例えば選択拡散工程でのマスク
パターンに付加して同時に拡散形成することが出来る。
そして主、補助両エミツタ領域が対向する領域内にあつ
て独立に配置されなくてはならない。例えば第2図で第
二半導体領域となるN導電型ケイ素ウエハ22の両側表
面にガリウムを拡散して第一及び第三の各P導電型領域
21及び23を形成した後、第三のP導電型領域中にそ
の表面から例えばリンを選択拡散して同時に主エミツタ
領域24、補助エミツタ領域25及び電流流路規制層2
6を形成出来る。この時マスクパターンは、電流流路規
制層を両エミツタ領域の遮断壁となるように対向間隙に
独立に形成出来るものでなければならない。第2図口で
電流流路規制層26はこの要請に従つて充分な平面的拡
りをもたされている。又両エミツタ領域及び電流流路規
制層を分布する側で電極形成のために蒸着されるアルミ
ニウムの蝕刻パターンは、ゲート23′、主エミツタ2
4′の他電流規制層が、補助エミツタ領域に短絡された
主エミツタ領域に対向する側では第三の半導体領域に伸
びることのない電極256を備えさせるものであつて、
この部分はショーゼットエミッタと同様な構造となり、
主エミツタ領域と電流流路規制層との距離△xが全体で
一様となり、主サイリスタへ過大な電流が流入せず、又
、Di/Dt耐量にばらつきを生ずることがなく、この
発明のものは誤点弧をおこさず、特性のすぐれたもので
ある。このようなこの発明の拡散型サイリスタでは第1
図例で述べられた△xは第2図で電流流路規制層と主エ
ミツタ領域との間隔に代る。
FIG. 2A is a sectional view, and FIG. 2A is a plan view. Figure 2 is A and both figures are drawn corresponding to Figure 1 A, Mouth, and the number attached to the leader line is equal to the number used in Figure 1 A, Mouth. It is synonymous when Therefore, the difference lies in the presence of a current flow regulating layer 26 and an electrode 256 provided across this current flow regulating layer and the auxiliary emitter region. In the case of the current thyristor, the current flow regulating layer 26 can be added to the mask pattern of the main emitter region 14 and the auxiliary emitter region 15, for example, in a selective diffusion process, and can be formed by diffusion at the same time.
Both the main and auxiliary emitter regions must be located in opposing regions and independently arranged. For example, in FIG. 2, after gallium is diffused on both surfaces of an N-conductivity type silicon wafer 22 that will become the second semiconductor region to form first and third P-conductivity regions 21 and 23, a third P-conductivity region is formed. For example, phosphorus is selectively diffused from the surface into the mold region, and at the same time, the main emitter region 24, the auxiliary emitter region 25, and the current flow path regulating layer 2 are formed.
6 can be formed. At this time, the mask pattern must be such that the current flow regulating layer can be formed independently in the opposing gap so as to serve as a blocking wall between both emitter regions. In accordance with this requirement, the current flow path regulating layer 26 in FIG. 2 is provided with sufficient planar expansion. Also, the etched pattern of aluminum deposited to form electrodes on both emitter regions and the side where the current flow regulating layer is distributed is the gate 23', the main emitter 2
4', the current regulating layer is provided with an electrode 256 that does not extend into the third semiconductor region on the side opposite the main emitter region short-circuited to the auxiliary emitter region;
This part has the same structure as the Chausette emitter,
The distance △x between the main emitter region and the current flow regulating layer is uniform throughout, and an excessive current does not flow into the main thyristor, and there is no variation in Di/Dt withstand capability, and the present invention does not cause false ignition and has excellent characteristics. In such a diffused thyristor of this invention, the first
The Δx mentioned in the example is replaced in FIG. 2 by the distance between the current flow regulating layer and the main emitter region.

何故ならば第1図例サイリスタと同様にして始動ゲート
電流により補助サイリスタをターンオンすると、このタ
ーンオ7電流は、主エミツタ領域と同程度の精度に深さ
を制御された電流流路規制層に接近する第三半導体領域
を横方向抵抗を〒定にして通過し、この後一定に制御さ
れた電流流路規制層と主エミツタ領域間に流れこみ主サ
イリスタをターンオンする。この間隔ΔXは選択拡散に
際して使用されるフオトガラスマスクの製造精度にかか
り、このマスク精度が±1.0μmの精度で得られるこ
とから、位置又はペレツト間で殆ど相違することがない
。従つてゲートと主エミツタ領域間の横方向抵抗を一定
にし位置によつて異にすることがない。第第3図にこの
発明の他の実施例を示す。第3図の引き出し線に付され
た番号は、第2図に用いた番号と一位の数を等しくする
とき同義である。第3図のものはセンターゲート型のも
ので、ゲート33′が中央にもうけられ、環状の補助エ
ミツタ領域35と電流流路規制層36と、主エミツタ領
域34と、補助エミツタ領域と電流流路規制層を短絡す
る電極356と、主エミツタ電極34′とが形成されて
いる。このサイリスタではターンオンを主エミツタ領域
の中心から行うため、全面でターンオンするターンオン
タイムTOnを短縮し、又対称性が良好であるので熱放
散を向上している。このようにこの発明のサイリスタは
特性がよく工業的に有用なものである。
This is because when the auxiliary thyristor is turned on by the starting gate current in the same way as the example thyristor in Figure 1, this turn-off current approaches the current flow regulating layer whose depth is controlled with the same precision as the main emitter region. The current flows through the third semiconductor region with a constant lateral resistance, and then flows between the constant current flow regulating layer and the main emitter region to turn on the main thyristor. This interval ΔX depends on the manufacturing accuracy of the photo glass mask used in the selective diffusion, and since this mask accuracy is obtained within ±1.0 μm, there is almost no difference between positions or pellets. Therefore, the lateral resistance between the gate and the main emitter region is constant and does not vary depending on the position. FIG. 3 shows another embodiment of the invention. The numbers attached to the leader lines in FIG. 3 have the same meaning as the numbers used in FIG. 2 when the numbers in the first digit are the same. The one in FIG. 3 is a center gate type, in which a gate 33' is provided in the center, and a ring-shaped auxiliary emitter region 35, a current flow path regulating layer 36, a main emitter region 34, an auxiliary emitter region and a current flow path. An electrode 356 that short-circuits the regulation layer and a main emitter electrode 34' are formed. Since this thyristor is turned on from the center of the main emitter region, the turn-on time TOn for turning on the entire surface is shortened, and the good symmetry improves heat dissipation. As described above, the thyristor of the present invention has good characteristics and is industrially useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のサイリスタにして同図イは断面図、同図
口は平面図、第2図はこの発明の一実施例にして同図イ
は断面図、同図口は平面図、第3図はこの発明の他の実
施例の断面図である。 21,31・・・・・・第一半導体領域、22,32・
・・・・・第二半導体領域、23,33・・・・・・第
三半導体領域、24,34・・・・・・主エミツタ領域
、25,35・・・・・・補助エミツタ領域、26,3
6・・・・・・電流流路規制層、23′,33t・・・
・・ゲート電極、24′,34′・・・・・・主エミツ
タ電極、256,356・・・・・・補助エミツタ電極
Fig. 1 shows a conventional thyristor, A is a sectional view, Fig. 2 is a plan view, and Fig. 2 is an embodiment of the present invention, A is a sectional view, A is a plan view, and Fig. 2 is a sectional view. FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of the invention. 21, 31... first semiconductor region, 22, 32...
... second semiconductor region, 23, 33 ... third semiconductor region, 24, 34 ... main emitter region, 25, 35 ... auxiliary emitter region, 26,3
6...Current flow path regulation layer, 23', 33t...
...Gate electrode, 24', 34'...Main emitter electrode, 256,356...Auxiliary emitter electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 導電型を異にし界面に接合面を形成して順次隣接す
る第一、第二および第三の各半導体領域と、前記第三の
半導体領域中に表面から第三の半導体領域とは導電型を
異にして独立に形成される主エミッタ領域並びに補助エ
ミッタ領域と、前記両エミッタ領域の対向間にこれらエ
ミッタ領域と同じ導電型に形成される電流流路規制層と
、前記第三半導体領域に形成されるゲート電極と、前記
ゲート電極より最も離れた第三半導体領域と前記主エミ
ッタ領域とを短絡する主エミッタ電極と、前記補助エミ
ッタ領域と前記電流流路規制層とこの間を連続する前記
第三半導体領域のみを連結する補助エミッタ電極とを備
えることを特徴とするサイリスタ。
1. Each of the first, second and third semiconductor regions having different conductivity types and adjacent to each other with a bonding surface formed at the interface, and the third semiconductor region from the surface in the third semiconductor region have conductivity types. a main emitter region and an auxiliary emitter region formed independently with different emitter regions, a current flow regulating layer formed between opposing emitter regions and having the same conductivity type as these emitter regions, and a third semiconductor region. a gate electrode to be formed; a main emitter electrode that short-circuits the main emitter region and a third semiconductor region that is farthest from the gate electrode; A thyristor comprising an auxiliary emitter electrode that connects only three semiconductor regions.
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