JPS59217366A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS59217366A JPS59217366A JP9266283A JP9266283A JPS59217366A JP S59217366 A JPS59217366 A JP S59217366A JP 9266283 A JP9266283 A JP 9266283A JP 9266283 A JP9266283 A JP 9266283A JP S59217366 A JPS59217366 A JP S59217366A
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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
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
- H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明はサイリスクあるいはGTOサイリスク等の半
導体装置に関する。
導体装置に関する。
サイリスクあるーはGTOサイリスクの重要な特性とし
て順方向破壊電圧やd v/d を耐量があシ、この両
特性を良好にすることによって素子の順方向過電圧破壊
やdv/dt破壊を防ぐようにしている。
て順方向破壊電圧やd v/d を耐量があシ、この両
特性を良好にすることによって素子の順方向過電圧破壊
やdv/dt破壊を防ぐようにしている。
第1図は上記順方向過電圧破壊防止対策が図られた従来
のサイリスタの素子構造を示す断面図である。このサイ
リスタはたとえば、[IEEEIEDM1981Jの第
410頁ないし第413頁に記載されているr TIf
fRI 5TOR8WI THOVERVOLTAGI
IESgLFPROTECTIONJに開示されている
。すなわち、Pエミッタ11.Nペース12.Pペース
13゜Nエミッタ14.アノード電極15およびカソー
ド電極16からなるサイリスタにおいて、PK−ス13
の中央部を凹状に形成してこのPペースIJに折曲部1
7を設けるようにしたものである。なお、Jl〜J3は
各接合を示す。このサイリスタが順方向阻止状態にある
ときの主接合J3における空乏層は第1図中破線で示す
ような広が多方をし、このときの電界は矢印で示すよう
になる。主接合J2は上記折曲部12で曲率を有してお
シ、その形成にそって空乏層も広がっている。このため
図示するように、折曲部17の接合J2で電界が集中し
、この部分では他の部分よシも電界強度が増加している
。
のサイリスタの素子構造を示す断面図である。このサイ
リスタはたとえば、[IEEEIEDM1981Jの第
410頁ないし第413頁に記載されているr TIf
fRI 5TOR8WI THOVERVOLTAGI
IESgLFPROTECTIONJに開示されている
。すなわち、Pエミッタ11.Nペース12.Pペース
13゜Nエミッタ14.アノード電極15およびカソー
ド電極16からなるサイリスタにおいて、PK−ス13
の中央部を凹状に形成してこのPペースIJに折曲部1
7を設けるようにしたものである。なお、Jl〜J3は
各接合を示す。このサイリスタが順方向阻止状態にある
ときの主接合J3における空乏層は第1図中破線で示す
ような広が多方をし、このときの電界は矢印で示すよう
になる。主接合J2は上記折曲部12で曲率を有してお
シ、その形成にそって空乏層も広がっている。このため
図示するように、折曲部17の接合J2で電界が集中し
、この部分では他の部分よシも電界強度が増加している
。
したがって、上記折曲部17における降伏電圧は他の部
分、よシも低くなっている。このような順方向阻止°状
態において、Pエミッタ11とNエミッタ14間のサイ
リスタ部分が破壊される程の過電圧が7ノード電極15
とカソード電極16との間に印加された場合、まず折曲
部17における接合J2がブレークダウンし、アノード
電極15からのブレークダウン電流が上記サイリスタ部
分にr〜ト電流として流れ始める。
分、よシも低くなっている。このような順方向阻止°状
態において、Pエミッタ11とNエミッタ14間のサイ
リスタ部分が破壊される程の過電圧が7ノード電極15
とカソード電極16との間に印加された場合、まず折曲
部17における接合J2がブレークダウンし、アノード
電極15からのブレークダウン電流が上記サイリスタ部
分にr〜ト電流として流れ始める。
すると、このダート電流によシサイリスタ部分はターン
オンし、これによシ順方向阻止状態から解放されて過電
圧破壊には致らない。
オンし、これによシ順方向阻止状態から解放されて過電
圧破壊には致らない。
これに対して第2図は上記dv/dt破壊防止対策が図
られた従来のサイリスクの素子構造を示fM面図である
。このサイリスクはたとえば「%公昭56第43663
号公報」に開示されている。すなわち、Pエミッタ11
.Nベース12 、’PペースI3およびNエミッタI
4で主サイリスク20を構成し、この主サイリスタ20
の中央部にPエミッタ1)、Nペース12゜Pペース1
3および上記Nエミッタ14よシも深く形成されたNエ
ミッタ18で補助サイリスク21を構成するようにした
ものである。なお、15はアノード電極、16はカソー
ド電極、19は電極であシ、J1〜J3は各接合を示す
。
られた従来のサイリスクの素子構造を示fM面図である
。このサイリスクはたとえば「%公昭56第43663
号公報」に開示されている。すなわち、Pエミッタ11
.Nベース12 、’PペースI3およびNエミッタI
4で主サイリスク20を構成し、この主サイリスタ20
の中央部にPエミッタ1)、Nペース12゜Pペース1
3および上記Nエミッタ14よシも深く形成されたNエ
ミッタ18で補助サイリスク21を構成するようにした
ものである。なお、15はアノード電極、16はカソー
ド電極、19は電極であシ、J1〜J3は各接合を示す
。
このサイリスクが順方向阻止状態のとき、アノード電極
15およびカソード電極16間の電圧が増加すると、そ
の時間変化率に応じて次式に示すような変位電流1dが
誘起される。
15およびカソード電極16間の電圧が増加すると、そ
の時間変化率に応じて次式に示すような変位電流1dが
誘起される。
i d = CX ay/dt =−・
(1)ただしCは主接合J3の接合容量 この変位電流1dのうち補助サイリスタ21の部分の主
接合J2における接合容量C1によって誘起される変位
電流idlは、Nエミツタ18下部のPペース13にお
ける抵抗RPBの存在によシ次式に示すような電位降下
vlを発生させる・Vl =idIXRpi+=CI
Xdv/dtXRpm ・+−+(21ここで上記
RP11を十分に高くして、微少なldlでも、vBu
ilt < V t (ただしVBuiltはPペー
ス13とNエミッタ18間PN接合の拡散電位差であシ
、シリコンを用いたときは通常0.7V)の関係を満足
させることによって、d v/d を発生とほとんど同
時に補助サイリスタ21をターンオンさせ、主サイリス
タ20にf−ト電流を供給するようにしている。このダ
ート電流が主サイリスタ20のラッチング電流に達すれ
ば主すイリスタ20はターンオンし、これにょシ順方向
阻止状態から解放されてdv/dt破壊を防止すること
ができる。
(1)ただしCは主接合J3の接合容量 この変位電流1dのうち補助サイリスタ21の部分の主
接合J2における接合容量C1によって誘起される変位
電流idlは、Nエミツタ18下部のPペース13にお
ける抵抗RPBの存在によシ次式に示すような電位降下
vlを発生させる・Vl =idIXRpi+=CI
Xdv/dtXRpm ・+−+(21ここで上記
RP11を十分に高くして、微少なldlでも、vBu
ilt < V t (ただしVBuiltはPペー
ス13とNエミッタ18間PN接合の拡散電位差であシ
、シリコンを用いたときは通常0.7V)の関係を満足
させることによって、d v/d を発生とほとんど同
時に補助サイリスタ21をターンオンさせ、主サイリス
タ20にf−ト電流を供給するようにしている。このダ
ート電流が主サイリスタ20のラッチング電流に達すれ
ば主すイリスタ20はターンオンし、これにょシ順方向
阻止状態から解放されてdv/dt破壊を防止すること
ができる。
ところで、第1図に示す従来のサイリスクでは順方向過
電圧破壊に対しては強固であるが、dv/dt破壊に対
する保護作用を全く持っていないのでこの対策を別途考
慮しなければなら麦いという不都合がある。しかもブレ
ークダウン電流をサイリスタ部分のダート電流として直
接利用するので、ラッチング電流が大きく感度の低重サ
イリスク、あるいは順方向阻止電圧の大きなサイリスク
などでは、サイリスタがターンオンする以前に前記折曲
部17における接合J2が熱的に破壊されてしまうこと
がある。さらに第1図中の凹状部は前記したように、過
電圧保護として作用するものであシ、サイリスクの他1
の特性(たとえばターンオン時の遅れ時間td
の短縮、あるいは最少オンダート電流tgtの減少など
)を向上させる付随的効果は全く持たない。
電圧破壊に対しては強固であるが、dv/dt破壊に対
する保護作用を全く持っていないのでこの対策を別途考
慮しなければなら麦いという不都合がある。しかもブレ
ークダウン電流をサイリスタ部分のダート電流として直
接利用するので、ラッチング電流が大きく感度の低重サ
イリスク、あるいは順方向阻止電圧の大きなサイリスク
などでは、サイリスタがターンオンする以前に前記折曲
部17における接合J2が熱的に破壊されてしまうこと
がある。さらに第1図中の凹状部は前記したように、過
電圧保護として作用するものであシ、サイリスクの他1
の特性(たとえばターンオン時の遅れ時間td
の短縮、あるいは最少オンダート電流tgtの減少など
)を向上させる付随的効果は全く持たない。
一方、第2図のものは、外部に強制転流回路を設けたサ
イリスタに対しては有効であるが、GTOサイリスタの
ような自己消弧形素子に対してはこのような対策を施こ
すことはできない。
イリスタに対しては有効であるが、GTOサイリスタの
ような自己消弧形素子に対してはこのような対策を施こ
すことはできない。
第3図は上記第2図のサイリスタと同様のdマ/dt対
策を施こした場合のGTOサイリスタの素子構造を示す
断面図である。このGTOサイリスクは、Pエミッタ3
1.Nペース32.Pペース33およびNエミッタ34
で主GTOサイリスタ35を構成し、この主GTOサイ
リスタ35の中央部KPエミッタ311 NへX32
、 Pベース33および上・記Nエミッタ34よりも深
く形成されたNエミッタ36で補助サイリスタ37を構
成するようにしたものである。なお、38はγノード電
極、39はカンード電極、40は電極、41はダート電
極である。そして補助サイリスタ37のNエミツタ36
下部のPペース33には第2図と同様に抵抗RPBが存
在している。
策を施こした場合のGTOサイリスタの素子構造を示す
断面図である。このGTOサイリスクは、Pエミッタ3
1.Nペース32.Pペース33およびNエミッタ34
で主GTOサイリスタ35を構成し、この主GTOサイ
リスタ35の中央部KPエミッタ311 NへX32
、 Pベース33および上・記Nエミッタ34よりも深
く形成されたNエミッタ36で補助サイリスタ37を構
成するようにしたものである。なお、38はγノード電
極、39はカンード電極、40は電極、41はダート電
極である。そして補助サイリスタ37のNエミツタ36
下部のPペース33には第2図と同様に抵抗RPBが存
在している。
bま、上記抵抗RPIIO値を大きくするには、補助サ
イリスタ37のNエミッタ36がPペース33の高抵抗
領域に達するように十分に深く形成する必要がある。N
エミッタ36を十分に深く形成すると、RPBの値は大
きくなるが、補助サイリスタ37の注入効率と輸送効率
との積であるα□、nの値は著しく高くなシ、補助サイ
リスク37はもはやGTOサイリスクとしては動作しな
くなる。っ″まシ、ダート電極4ノとカンード電極39
との間托逆・ぐイアスを印加しても補助サイリスタ37
はターンオフせず、補助サイリスタ37は主GTOサイ
リスタ35にf−1電流を供給し続ける。すなわち、主
GTOサイリスタ35はオフ信号を印加してもターンオ
フしない。
イリスタ37のNエミッタ36がPペース33の高抵抗
領域に達するように十分に深く形成する必要がある。N
エミッタ36を十分に深く形成すると、RPBの値は大
きくなるが、補助サイリスタ37の注入効率と輸送効率
との積であるα□、nの値は著しく高くなシ、補助サイ
リスク37はもはやGTOサイリスクとしては動作しな
くなる。っ″まシ、ダート電極4ノとカンード電極39
との間托逆・ぐイアスを印加しても補助サイリスタ37
はターンオフせず、補助サイリスタ37は主GTOサイ
リスタ35にf−1電流を供給し続ける。すなわち、主
GTOサイリスタ35はオフ信号を印加してもターンオ
フしない。
このように従来のサイリスクは、順方向過電圧破壊とd
マ/む破壊に対してともに対策が図られたものではな(
、GTOサイリスタのように自己消弧形素子に対しては
両破壊に対して何の対策も図られていないのが実twで
ある。
マ/む破壊に対してともに対策が図られたものではな(
、GTOサイリスタのように自己消弧形素子に対しては
両破壊に対して何の対策も図られていないのが実twで
ある。
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あシ、その目的とするところは順方向過電圧破壊保護機
能およびdv/dt破壊保6破壊保色機能備えたサイリ
スク型もしくけ自己消弧機能付サイリスタ型の半導体装
置を提供することにある。
あシ、その目的とするところは順方向過電圧破壊保護機
能およびdv/dt破壊保6破壊保色機能備えたサイリ
スク型もしくけ自己消弧機能付サイリスタ型の半導体装
置を提供することにある。
この発明による半導体装置は、PNPN 4層からなる
サイリスタあるいはGTOサイリスタの゛Nエミッタで
囲こまれた中央部にトランジスタを形成して、このトラ
ンジスタのエミッタとサイリスクあるいはGTOサイリ
スタのPペースとを短絡し、上記トランジスタのコレク
タエミッタ間耐圧を上記サイリスタあるいはGTOサイ
リスクの順方向阻止電圧よシも小さくなるように設定す
ることによって順方向過電圧破壊に対する保護を行なり
1かつ上記トランジスタのエミッタペース接合における
Pペースの不純物密度を上記サイリスタあるいはGTO
サイリスタのエミッターペース接合のPペースの不純物
密度よルも小さくなるように設定することによってdv
/dt @壊に対する保護を行なうようにした半導体装
置が提供されている。
サイリスタあるいはGTOサイリスタの゛Nエミッタで
囲こまれた中央部にトランジスタを形成して、このトラ
ンジスタのエミッタとサイリスクあるいはGTOサイリ
スタのPペースとを短絡し、上記トランジスタのコレク
タエミッタ間耐圧を上記サイリスタあるいはGTOサイ
リスクの順方向阻止電圧よシも小さくなるように設定す
ることによって順方向過電圧破壊に対する保護を行なり
1かつ上記トランジスタのエミッタペース接合における
Pペースの不純物密度を上記サイリスタあるいはGTO
サイリスタのエミッターペース接合のPペースの不純物
密度よルも小さくなるように設定することによってdv
/dt @壊に対する保護を行なうようにした半導体装
置が提供されている。
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。第
4図はこの発明をサイリスクに実施した場合のその素子
構造を示す断面図である。
4図はこの発明をサイリスクに実施した場合のその素子
構造を示す断面図である。
図において5ノは3 X 1014cm−3程度の不純
物密度を持ち150Ω・mと比較的高い抵抗を持つN型
領域である。このN型領域51の一方露出面には3 X
1017cm−3程度の不純物密度を持ち比較的低い
抵抗を持つP属領域52が形成される。さらに上記N型
領域5ノの他方露出面には3X10Crn程度の不純物
密度を持ち比較的低い抵抗を持つP型頭域53が形成さ
れる。上記P型領域52の露出面表面部にはI X 1
020〜1 x 1021,23程度の不純物密度を持
ち比較的低い抵抗を持つ環状のN″塑領領域54形成さ
れる。また上記内領域ぽ 54で囲こまれた上記P型領域52の露出面表面部には
、表面付近における不純物密度が1×10〜1xlo
cm 程度に設定され比較的低い抵抗を持つ環状の
ス型領域55が形成される。
物密度を持ち150Ω・mと比較的高い抵抗を持つN型
領域である。このN型領域51の一方露出面には3 X
1017cm−3程度の不純物密度を持ち比較的低い
抵抗を持つP属領域52が形成される。さらに上記N型
領域5ノの他方露出面には3X10Crn程度の不純物
密度を持ち比較的低い抵抗を持つP型頭域53が形成さ
れる。上記P型領域52の露出面表面部にはI X 1
020〜1 x 1021,23程度の不純物密度を持
ち比較的低い抵抗を持つ環状のN″塑領領域54形成さ
れる。また上記内領域ぽ 54で囲こまれた上記P型領域52の露出面表面部には
、表面付近における不純物密度が1×10〜1xlo
cm 程度に設定され比較的低い抵抗を持つ環状の
ス型領域55が形成される。
そしてこの1領域55の先端は上記炉型領域54の先端
よシも上記N型領域51に近ずくように十分深く形成さ
れる。上記N種領域55に対向する位置において上記P
型領域53の露出面には、その先端が上記N型頭域5ノ
内部九まで達するよりに、1×10〜lXl0 cm
程度の不純物密度を持ち比較的低−抵抗を持つ星型
領域56が形成される。さらに上記P型領域53および
炉型領域56の表面にわたって内領域とオーミック接触
するようにアノード電極57が形成され、上記炉型領域
54の表面および領域54゛相互間の上記P型領域52
の表面にわたって各領域とオーミック接触するようにカ
ソード電極58が形成され、上記N〜内領域5およびこ
の領域55の外周に位置するP属領域52の一部表面に
わたって内領域とオーミック接触するように後述する補
助トランジスタのエミッタ電極59が形成される。
よシも上記N型領域51に近ずくように十分深く形成さ
れる。上記N種領域55に対向する位置において上記P
型領域53の露出面には、その先端が上記N型頭域5ノ
内部九まで達するよりに、1×10〜lXl0 cm
程度の不純物密度を持ち比較的低−抵抗を持つ星型
領域56が形成される。さらに上記P型領域53および
炉型領域56の表面にわたって内領域とオーミック接触
するようにアノード電極57が形成され、上記炉型領域
54の表面および領域54゛相互間の上記P型領域52
の表面にわたって各領域とオーミック接触するようにカ
ソード電極58が形成され、上記N〜内領域5およびこ
の領域55の外周に位置するP属領域52の一部表面に
わたって内領域とオーミック接触するように後述する補
助トランジスタのエミッタ電極59が形成される。
ここで、第4図において、N型領域51をNベース、P
属領域52をPペース、P型頭域53をPエミッタおよ
びN“型領域54をNエミッタとする主サイリスク61
が構成され、さらにN型領域51および炉型領域56を
Nコレクタ、P属領域52をPペース、W型領域55を
NエミッタとするNPN型の補助トランシスタロ2が主
サイリスク61の中央部に構成される。
属領域52をPペース、P型頭域53をPエミッタおよ
びN“型領域54をNエミッタとする主サイリスク61
が構成され、さらにN型領域51および炉型領域56を
Nコレクタ、P属領域52をPペース、W型領域55を
NエミッタとするNPN型の補助トランシスタロ2が主
サイリスク61の中央部に構成される。
なお、上記補助トランジスタ62のNエミッタとなるN
+型領領域55よびNコレクタとなる星型領域56は、
たとえば不純物の熱拡散もしくはエピタキシャル成長に
よシ形成される。
+型領領域55よびNコレクタとなる星型領域56は、
たとえば不純物の熱拡散もしくはエピタキシャル成長に
よシ形成される。
次洗上記のような構成でなるサイリスクの作用を第5図
および第6図の断面図を用いて説明する。いま、補助ト
ランジスタ62ONエミツクである内領域55は、主サ
イリスタ6ノのNエミッタである内領域54よシも深く
形成されているため、N’W領域55とP属領域52と
の境界面におけるP属領域52の不純物密度をCPJT
TRr耐型領域54とP属領域52との境界面における
P属領域52の不純物密度をCPJITHとすると両密
度の間には次のような関係が成立する。
および第6図の断面図を用いて説明する。いま、補助ト
ランジスタ62ONエミツクである内領域55は、主サ
イリスタ6ノのNエミッタである内領域54よシも深く
形成されているため、N’W領域55とP属領域52と
の境界面におけるP属領域52の不純物密度をCPJT
TRr耐型領域54とP属領域52との境界面における
P属領域52の不純物密度をCPJITHとすると両密
度の間には次のような関係が成立する。
Cpztrn (CpJrtn ・・・・・
・・・・(3)したがって、第5図中に示すw型領域5
5下部のP属領域52における抵抗RPBの値は十分大
きなものとされる。
・・・・(3)したがって、第5図中に示すw型領域5
5下部のP属領域52における抵抗RPBの値は十分大
きなものとされる。
ここで込ま、アノード電極57とカソード電極58との
間に順方向電圧を印加しているときKとの印加電圧が増
加してdv/dtが発生すると、第5図に示すように補
助トランジスタ62にはid、 、主サイリスタ61V
Cはid2の変位電流が誘起される。補助トランジスタ
62のエミッタ下部では、この微少な変位電流によシ、
’I’l =Ld1 x R,Bの電位降下が発生する
。そしてこの電位降下v1が内領域55とP属領域52
からなるPN接合の拡散電位差(通常は(17V )以
上になると、補助トランシスタロ2のエミッタペース接
合が順バイアスされて、この補助トランシスタロ2はタ
ーンオンする。補助トランジスタ62がターンオンする
と、そのエミツタ電流Igが図示するように電極59を
介して主サイリスタ61のダート電流として供給され、
これにより主サイリスタ61がターンオンする。
間に順方向電圧を印加しているときKとの印加電圧が増
加してdv/dtが発生すると、第5図に示すように補
助トランジスタ62にはid、 、主サイリスタ61V
Cはid2の変位電流が誘起される。補助トランジスタ
62のエミッタ下部では、この微少な変位電流によシ、
’I’l =Ld1 x R,Bの電位降下が発生する
。そしてこの電位降下v1が内領域55とP属領域52
からなるPN接合の拡散電位差(通常は(17V )以
上になると、補助トランシスタロ2のエミッタペース接
合が順バイアスされて、この補助トランシスタロ2はタ
ーンオンする。補助トランジスタ62がターンオンする
と、そのエミツタ電流Igが図示するように電極59を
介して主サイリスタ61のダート電流として供給され、
これにより主サイリスタ61がターンオンする。
したがって、主サイリスク6ノは順方向阻止状態から解
放され、この結果、dv/dt破壊は生じない。
放され、この結果、dv/dt破壊は生じない。
一方、第4図に示すように、補助トランジスタ62の耐
コレクタである計型領域56をN屋領域5ノ内部にまで
達するように形成することによシ、アノード電極57と
カソード電極58との間に順方向電圧を印加したときに
N型領域5ノとP属領域63との間のPN接合に生じる
空乏層は第6図中破線で示すような広がシ方をする。す
なわち、この空乏層は補助トランレフ262位置におい
て、炉型領域56の存在にょシ、主サイリスク6ノ位置
よシも狭くなってお)、I N′領領域Ki’t
’!LI、B・は7J補助トランソスタ62はリーチス
ルー形トランソスタとなり、この補助トランジスタ62
のコレクタエミッタ間降伏電圧をVCERS主サイリス
ク61の順方向阻止電圧をVDRMとすると両電圧の間
には次のような関係が成立する。
コレクタである計型領域56をN屋領域5ノ内部にまで
達するように形成することによシ、アノード電極57と
カソード電極58との間に順方向電圧を印加したときに
N型領域5ノとP属領域63との間のPN接合に生じる
空乏層は第6図中破線で示すような広がシ方をする。す
なわち、この空乏層は補助トランレフ262位置におい
て、炉型領域56の存在にょシ、主サイリスク6ノ位置
よシも狭くなってお)、I N′領領域Ki’t
’!LI、B・は7J補助トランソスタ62はリーチス
ルー形トランソスタとなり、この補助トランジスタ62
のコレクタエミッタ間降伏電圧をVCERS主サイリス
ク61の順方向阻止電圧をVDRMとすると両電圧の間
には次のような関係が成立する。
VCIR(VDIM −(41そして
いまアノード、カソード間電圧が上記VCIRに達した
ときに、補助トランシスタロ2のコレクタペース接合が
ブレークダウンして第6図中破線すようなブレークダウ
ン電流IBDが流れる。この電流IBDによって補助ト
ランシスタロ2には図示のようなエミッタ電流1.が流
れ、この電流1.がy−ト電流として主サイリスタ61
に供給されるので、この後、主サイリスク61はターン
オンし、順方向阻止状態から解放され、この結果、過電
圧破壊は生じない。
いまアノード、カソード間電圧が上記VCIRに達した
ときに、補助トランシスタロ2のコレクタペース接合が
ブレークダウンして第6図中破線すようなブレークダウ
ン電流IBDが流れる。この電流IBDによって補助ト
ランシスタロ2には図示のようなエミッタ電流1.が流
れ、この電流1.がy−ト電流として主サイリスタ61
に供給されるので、この後、主サイリスク61はターン
オンし、順方向阻止状態から解放され、この結果、過電
圧破壊は生じない。
このようにこの実施例によるサイリスクはdv/dt破
壊および順方向過電圧破壊に対する保護機能をともに備
えて込る。
壊および順方向過電圧破壊に対する保護機能をともに備
えて込る。
第7図は上記第4図に示すような断面構造を持つサイリ
スクの平面図である。図におhて斜線を施こした領域は
補助トランジスタ62ONエミツタとなるス型領域55
であp、58.59は第4図と同様に主サイリスク6〕
のカソード電極と、補助トランジスタ62のエミッタ電
極であり、仁のエミッタ電極59で囲こまれた領域内に
はダート電極63が形成される。
スクの平面図である。図におhて斜線を施こした領域は
補助トランジスタ62ONエミツタとなるス型領域55
であp、58.59は第4図と同様に主サイリスク6〕
のカソード電極と、補助トランジスタ62のエミッタ電
極であり、仁のエミッタ電極59で囲こまれた領域内に
はダート電極63が形成される。
この第7図に示すように、補助トランジスタのエミッタ
領域となる離型領域55を中央部のみに環状に形成する
ことによシ、ブレークダウン電圧のウェー・位置依存性
を最少限におさえ、Nエミッタ下部全面が同一電圧でブ
レークダウンするように考慮している。このようにすれ
ば、ブレークダウン時の電流集中が比較的少なくなシ、
ブレークダウンによる前記補助トランジスタ62の熱破
壊を防ぐことができる。またエミッタ電極59の形状を
図示の如く枝を持った放射状とすることによシ、補助ト
ランシスタロ2のブレークダウンによって発生した前記
エミッタ電流を急速に主サイリスタ61全面に広げるこ
とができ、これによって主サイリスク61のターンオン
時における遅れ時間tdが短縮でき、補助トランジスタ
62を熱的破壊から保護することができる。
領域となる離型領域55を中央部のみに環状に形成する
ことによシ、ブレークダウン電圧のウェー・位置依存性
を最少限におさえ、Nエミッタ下部全面が同一電圧でブ
レークダウンするように考慮している。このようにすれ
ば、ブレークダウン時の電流集中が比較的少なくなシ、
ブレークダウンによる前記補助トランジスタ62の熱破
壊を防ぐことができる。またエミッタ電極59の形状を
図示の如く枝を持った放射状とすることによシ、補助ト
ランシスタロ2のブレークダウンによって発生した前記
エミッタ電流を急速に主サイリスタ61全面に広げるこ
とができ、これによって主サイリスク61のターンオン
時における遅れ時間tdが短縮でき、補助トランジスタ
62を熱的破壊から保護することができる。
第8図はとの発明の他の実施例による断面図であシ、第
4図と同様にこの発明をサイリスタに実施したものであ
る。この実施例によるサイリスクでは、補助トランジス
タ62の領域において前記P型領域52を部分的にエツ
チング除去してカン〜ド側に凹部を形成し、この凹部の
底部に位置するP型領域52の露出面表面部にNエミッ
タとしての内領域64を形成することによシ、第4図の
場合のように深い炉型領域55とすることなしにRPB
の値を高くするとともに、さらにP型領域53を部分的
にエツチング除去してアノード側にも凹部を形成し、こ
の凹部からN拡散を行なって内領域65を形成β するようにしたものである。
4図と同様にこの発明をサイリスタに実施したものであ
る。この実施例によるサイリスクでは、補助トランジス
タ62の領域において前記P型領域52を部分的にエツ
チング除去してカン〜ド側に凹部を形成し、この凹部の
底部に位置するP型領域52の露出面表面部にNエミッ
タとしての内領域64を形成することによシ、第4図の
場合のように深い炉型領域55とすることなしにRPB
の値を高くするとともに、さらにP型領域53を部分的
にエツチング除去してアノード側にも凹部を形成し、こ
の凹部からN拡散を行なって内領域65を形成β するようにしたものである。
このような構成でも前記(3)式および(4)式を満た
しているので、第4図の場合と同様にdv/dt破壊お
よび順方向過電圧破壊に対してともに保護される。なお
、図中の破線は空乏層の広がシを示している。
しているので、第4図の場合と同様にdv/dt破壊お
よび順方向過電圧破壊に対してともに保護される。なお
、図中の破線は空乏層の広がシを示している。
第9図はこの発明をGTOサイリスタに実施した場合の
その素子構造を示す断面図である。このGTOサイリス
タが前記第4図に示すサイリスクと異なる個所は、前記
補助トランジスタ620部分において譲状のW型領域5
5が2重に設けられ、しかもこの領域55に対向して設
けられる内領域56が中央部のみがよ)N型領域5ノ内
部に深く達するように形成されてbるところである。
その素子構造を示す断面図である。このGTOサイリス
タが前記第4図に示すサイリスクと異なる個所は、前記
補助トランジスタ620部分において譲状のW型領域5
5が2重に設けられ、しかもこの領域55に対向して設
けられる内領域56が中央部のみがよ)N型領域5ノ内
部に深く達するように形成されてbるところである。
すなわち、とのGTOサイリスクは、N型領域5ノをN
ベース、P型領域52をPペース、P型領域53をPエ
ミッタおよび耐量領域54をNエミッタとして主GTO
サイリスク71が構成され1.N型領域51およびN1
型領域56をNコレクタ、P型領域52をPペース、1
つのN+型領領域55Nエミッタとして第1補助トラン
シスタフ2が構成され、さらにN型領域5ノおよ1
びN懺領域56をNコレクタ、P型領域52をPペ
ース、他の両v領域55をNエミッタとして第2補助ト
ランソスタ73が構成され、第1゜第2補助トランジス
タ72.73はダーリントン接続されている。なお、第
9図えおいて74はf−)電極、75は第1補助トラン
ジスタ72のエミッタ電極、76は同じく第2補助トラ
ンジスタ73のエミッタ電極である。
ベース、P型領域52をPペース、P型領域53をPエ
ミッタおよび耐量領域54をNエミッタとして主GTO
サイリスク71が構成され1.N型領域51およびN1
型領域56をNコレクタ、P型領域52をPペース、1
つのN+型領領域55Nエミッタとして第1補助トラン
シスタフ2が構成され、さらにN型領域5ノおよ1
びN懺領域56をNコレクタ、P型領域52をPペ
ース、他の両v領域55をNエミッタとして第2補助ト
ランソスタ73が構成され、第1゜第2補助トランジス
タ72.73はダーリントン接続されている。なお、第
9図えおいて74はf−)電極、75は第1補助トラン
ジスタ72のエミッタ電極、76は同じく第2補助トラ
ンジスタ73のエミッタ電極である。
このような構成でなるGTOサイリスタでは各望迩領域
55を炉型領域54よシも深く形成することによってこ
の領域55下部におけるP型領域52の抵抗の値を十分
に大きくして前記したようにdv/dt破壊に対する保
護機能を持たせ、さらにN懺領域56をN型領域51内
部にまで達するように形成することによって前記したよ
うに過電圧破壊に対する保護機能を持たせている。
55を炉型領域54よシも深く形成することによってこ
の領域55下部におけるP型領域52の抵抗の値を十分
に大きくして前記したようにdv/dt破壊に対する保
護機能を持たせ、さらにN懺領域56をN型領域51内
部にまで達するように形成することによって前記したよ
うに過電圧破壊に対する保護機能を持たせている。
しかもこの実施例では補助トランジスタとしてダーリン
トン接続トランジスタを用いることによ、9 GTOサ
イリスタとしての、みかけ上のダート感度を向上させて
、第1.第2補助トランジスタ72.73の熱的破壊を
防止してbる。すなわち、第1補助トランシスタフ2の
コレクタエミッタ間降伏電圧をVCERl、主GTOサ
イリスタ71の順方向阻止電圧をVDRMとすると両電
圧の間には次のような関係が成立する。
トン接続トランジスタを用いることによ、9 GTOサ
イリスタとしての、みかけ上のダート感度を向上させて
、第1.第2補助トランジスタ72.73の熱的破壊を
防止してbる。すなわち、第1補助トランシスタフ2の
コレクタエミッタ間降伏電圧をVCERl、主GTOサ
イリスタ71の順方向阻止電圧をVDRMとすると両電
圧の間には次のような関係が成立する。
VCE!R1< VDRM −・・・・・
・・・(5)また炉型領域56は図示のような形状とな
っているので1段目の第1補助トランソスク72のVC
Efllと2段目の第2補助トランジスタ73のVc
E R2との間には次のような関係が成立する。
・・・(5)また炉型領域56は図示のような形状とな
っているので1段目の第1補助トランソスク72のVC
Efllと2段目の第2補助トランジスタ73のVc
E R2との間には次のような関係が成立する。
Vc+:l < VCER2−−・(6)したがって順
方向阻止状態から解放される場合には、まず第1補助ト
ランシスタフ2でブレークダウンが生じ、このブレーク
ダウン電流は第2補助トランジスタ73のペース電流と
なシこれによって第2補助トランクスタフ3はターンオ
ンする。いま第1補助トランジスタ72のエミッタ電流
をIli 、第2補助トランジスタ73の電流増幅率を
hfHとすると、主GTOサイリスタ71にダート電流
として供給されるに1゜第2補助トランシスタフ2.7
3からなるダーリントン接続トランジスタのエミッタ電
流111!2は次式で表わされる。
方向阻止状態から解放される場合には、まず第1補助ト
ランシスタフ2でブレークダウンが生じ、このブレーク
ダウン電流は第2補助トランジスタ73のペース電流と
なシこれによって第2補助トランクスタフ3はターンオ
ンする。いま第1補助トランジスタ72のエミッタ電流
をIli 、第2補助トランジスタ73の電流増幅率を
hfHとすると、主GTOサイリスタ71にダート電流
として供給されるに1゜第2補助トランシスタフ2.7
3からなるダーリントン接続トランジスタのエミッタ電
流111!2は次式で表わされる。
Ix2 = IzI X hfez ”””
”’ (7)すなわち、第2補助トランジスタ73で十
分に増幅された電流IE2をダート電流工gtとして主
GTOサイリスタ71がターンオンすることになる。こ
こでターンオン時における遅れ時間tdとダート電流I
giとの間には第10図の特性図に示すような関係があ
るので、Igtが大きい程tdが短縮される。また、t
dが短かい程第1補助トランシスタフ2の電力損失が減
少するのズ、このトランシスタフ2の熱的破壊を起こし
ずらくすることができる。
”’ (7)すなわち、第2補助トランジスタ73で十
分に増幅された電流IE2をダート電流工gtとして主
GTOサイリスタ71がターンオンすることになる。こ
こでターンオン時における遅れ時間tdとダート電流I
giとの間には第10図の特性図に示すような関係があ
るので、Igtが大きい程tdが短縮される。また、t
dが短かい程第1補助トランシスタフ2の電力損失が減
少するのズ、このトランシスタフ2の熱的破壊を起こし
ずらくすることができる。
なお、この鰭は上記した実施例に限定されるものではな
く種々の変形が可能である。たとえば第9図に示すGT
Oサイリスクは第8図と同様に構成するようにしてもよ
く、またダーリントン接続トランジスタは2段以上にし
てもよい。
く種々の変形が可能である。たとえば第9図に示すGT
Oサイリスクは第8図と同様に構成するようにしてもよ
く、またダーリントン接続トランジスタは2段以上にし
てもよい。
そして2段以上にした場合には、1段目が最初にブレー
クダウンを起こすようにそのコレクタエミッタ間降伏電
圧が1段目以外のものよりも小さくなるように、たとえ
ば前記第9図中の耐型領域56のような形状とする必要
がある。
クダウンを起こすようにそのコレクタエミッタ間降伏電
圧が1段目以外のものよりも小さくなるように、たとえ
ば前記第9図中の耐型領域56のような形状とする必要
がある。
以上説明したようにこの発明によれば、順方向過電圧破
壊保護機能およびdv/dt破壊保護機能をともに備え
たサイリスク型もしくは自己消弧機能付サイリスク型の
半導体装置を提供することができる。
壊保護機能およびdv/dt破壊保護機能をともに備え
たサイリスク型もしくは自己消弧機能付サイリスク型の
半導体装置を提供することができる。
第1図および第2図はそれぞれ従来のサイリスクを示す
断面図、第3図は第2図と同様の対策をGTOザイリス
タに施こした場合の断面図、第4図はこの発明の一実施
例による素子構造を示す断面図、第5図および第6図は
それぞれ上記実施例を説明するための断面図、第7図は
第4図素子の平面図、第8図はこの発明の他の実施例に
よる素子構造を示す断面図、第9図はこ7 の発明
のさらに他の実施例による素子構造を示す断面図、第1
0図は第9図の実施例を説明するための特性図である。 5 /7・・・N型領域、52.53・・・P型頭域、
54.55.56・−内領域、52・・・アノード電極
、58・・・カソード電極、59・・・エミッタ電極、
61・−主サイリスタ、62・・・補助トランジスタ、
71・−主GTOサイリスタ、72・・・第1補助トラ
ンジスタ、73・・・第2補助トランジスタ、74・・
・f−)電極。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦)・ −〇−一一
断面図、第3図は第2図と同様の対策をGTOザイリス
タに施こした場合の断面図、第4図はこの発明の一実施
例による素子構造を示す断面図、第5図および第6図は
それぞれ上記実施例を説明するための断面図、第7図は
第4図素子の平面図、第8図はこの発明の他の実施例に
よる素子構造を示す断面図、第9図はこ7 の発明
のさらに他の実施例による素子構造を示す断面図、第1
0図は第9図の実施例を説明するための特性図である。 5 /7・・・N型領域、52.53・・・P型頭域、
54.55.56・−内領域、52・・・アノード電極
、58・・・カソード電極、59・・・エミッタ電極、
61・−主サイリスタ、62・・・補助トランジスタ、
71・−主GTOサイリスタ、72・・・第1補助トラ
ンジスタ、73・・・第2補助トランジスタ、74・・
・f−)電極。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦)・ −〇−一一
Claims (5)
- (1)第1導電型の第1半導体領域と、この第1半導苗
領域の一方露出面′接して形成さ4る第2導電型の第2
半導体領域と、上記第1半導体領域の他方露出面に接し
て形成される第2導電型の第3半導体領域と、上記第2
半導体領域の露出面表面部に形成される第1導電型の第
4半導体領域と、この第4半導体領域で囲こまれた上記
第2半導体領域の露出面表面部に形成される第1導電型
の第5半導体領域と、この第5半導体領域に対向する位
置において上記第3半導体領域の露出面から上記第1半
導体領域に達するように形成される第1導電型の第6半
導体領域と、上記第2半導体領域とオーミック接触する
ように形成される第1電極と、上記第3半導体領域およ
び第6半導体領域にわたってオーミック接触するように
形成される第2電極と、上記第2半導体領域および第5
半導体領域にわたってオーミック接触するように形成さ
れる第3電極とを備え、上記第1.第2.第3.第4半
導体領域からなる主サイリスクと上記第1゜第2.第5
.第6半導体領域からなるトランジスタとを有すること
を特徴とする半導体装置。 - (2) 前記主サイリスクの順方向阻止電圧が前記ト
ランジスタのコレクタエミッタ降伏電圧よりも大きく設
定されている特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置
。 - (3)前記第5半導体領域と前記第2半導体領域との境
界面だおける第2半導体領域の不純物密度が、前記第4
半導体領域と前記第2半導体領域との境界面における第
2半導体領域の不純物密度よシも低く設定されている特
許請求の範囲第1項に記載の半導体装置。 - (4)前記トランジスタが少なくとも2段のダーリント
ン接続トランジスタである特許請求の範囲第1項に記載
の半導体装置。 - (5) 前記ダーリントン接続トランジスタの1段目
のトランジスタのコレクタエミッタ間降伏電圧が、1段
目以外のトランジスタのコレクタエミッタ間降伏電圧よ
)も小さく設定されている特許請求の範囲第4項に記載
の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9266283A JPS59217366A (ja) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9266283A JPS59217366A (ja) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59217366A true JPS59217366A (ja) | 1984-12-07 |
JPH027191B2 JPH027191B2 (ja) | 1990-02-15 |
Family
ID=14060681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9266283A Granted JPS59217366A (ja) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59217366A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5510274A (en) * | 1987-08-19 | 1996-04-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of controlling a carrier lifetime in a semiconductor switching device |
EP0714139A1 (fr) * | 1994-11-25 | 1996-05-29 | STMicroelectronics S.A. | Composant dipÔle à déclenchement par retounement à sensibilité contrÔlée |
US6610454B2 (en) | 1997-09-05 | 2003-08-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Toner and image forming method |
CN111933686A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-13 | 株洲中车时代半导体有限公司 | 一种功率半导体器件及其制作方法 |
Citations (5)
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JPS5797670A (en) * | 1980-12-10 | 1982-06-17 | Mitsubishi Electric Corp | Gate turn-off thyristor |
-
1983
- 1983-05-26 JP JP9266283A patent/JPS59217366A/ja active Granted
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