JPS5933986B2 - semiconductor equipment - Google Patents

semiconductor equipment

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JPS5933986B2
JPS5933986B2 JP11130675A JP11130675A JPS5933986B2 JP S5933986 B2 JPS5933986 B2 JP S5933986B2 JP 11130675 A JP11130675 A JP 11130675A JP 11130675 A JP11130675 A JP 11130675A JP S5933986 B2 JPS5933986 B2 JP S5933986B2
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gate
electrode
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JP11130675A
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丈祐 中田
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Mitsubishi Electric Corp
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    • 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
    • H01L29/7404Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
    • H01L29/742Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a field effect transistor

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、新規な半導体制御整流素子、たとえばサイ
リスタのゲートトリガ感度を外部信号により調整するこ
とができるようにした半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device in which the gate trigger sensitivity of a novel semiconductor-controlled rectifying element, such as a thyristor, can be adjusted by an external signal.

一般に、半導体制御整流素子、たとえばサイリスタをオ
フ状態からオン状態へスイッチする際に必要なゲート電
流、陽極電圧、陽極電圧上昇率、温度、光照射量などは
、サイリスタを構成している半導体層のPNPN接合の
両外側接合、つま力エミッタ接合におけるエミッタ領域
からベース領域への電子または正孔の注入効率γに強く
依存している。
In general, the gate current, anode voltage, rate of increase in anode voltage, temperature, light irradiation, etc. required to switch a semiconductor-controlled rectifying element, such as a thyristor, from an off state to an on state are dependent on the semiconductor layer that makes up the thyristor. It strongly depends on the injection efficiency γ of electrons or holes from the emitter region to the base region at both outer junctions of the PNPN junction, the final emitter junction.

従来の半導体制御整流素子においては、このエミッタ接
合での注入効率γはPNP接合の形成とその表面処理を
含む製造過程で決まV)外装して出来上がつた製品では
外部よりこの注入効率γを電気的に制御することができ
なかつた。
In conventional semiconductor-controlled rectifiers, the injection efficiency γ at the emitter junction is determined by the manufacturing process, including the formation of the PNP junction and its surface treatment. It could not be controlled electrically.

このため、半導体制御整流素子のゲートトリガ感度を回
路的に望ましい値に揃えたb1外部信号に応じて任意の
大きさに調整する機能を持たせることができなかつた。
For this reason, it has not been possible to provide a function to adjust the gate trigger sensitivity of the semiconductor-controlled rectifying element to an arbitrary magnitude in response to the b1 external signal that is aligned to a desirable value from a circuit perspective.

また、ゲートトリガ感度を高めることと、高温及び高オ
フ電圧上昇率(以下Dv/Dtと称する)に対する阻止
電圧を高めることとは両立せずその解決が望まれていた
。この発明は、このような問題点に鑑みなされたもので
半導体制御整流素子、たとえばサイリスタのエミツタ接
合の注入効率γを電界効果トランジスタ(以下FETと
称する)のゲート電圧により制御することにより半導体
制御整流素子の特性改善と機能拡張を図らんとするもの
である。
Furthermore, increasing the gate trigger sensitivity is incompatible with increasing the blocking voltage against high temperatures and high rate of increase in off-state voltage (hereinafter referred to as Dv/Dt), and a solution has been desired. The present invention was made in view of the above-mentioned problems, and is capable of semiconductor-controlled rectification by controlling the injection efficiency γ of the emitter junction of a semiconductor-controlled rectifier, such as a thyristor, by the gate voltage of a field-effect transistor (hereinafter referred to as FET). The aim is to improve the characteristics and expand the functionality of the device.

以下図面について説明する。The drawings will be explained below.

第1図はこの発明の一実施例を示す半導体装置の構造朗
面図である。
FIG. 1 is a front view of the structure of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention.

これはシリコンなどの半導体を用いて作られ、第1図で
は単一のPゲート形サイリスタにこの発明を実施したも
のを示してあるが、他の素子と共に1つの半導体ウエ一
・内に集積化したものにこの発明を実施したものであつ
てもよい。1はこの発明の一実施例による半導体装置、
2はサイリスタ部分で、周知のごとくP形エミツタ領域
3、N形ベース領域5、P形ベース領域5、N形エミツ
タ領域6の4層構造からなつている。
This is made using a semiconductor such as silicon, and although Figure 1 shows a single P-gate thyristor in which the invention is implemented, it is integrated together with other elements in one semiconductor wafer. The present invention may be implemented in the following. 1 is a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
Reference numeral 2 denotes a thyristor portion, which, as is well known, has a four-layer structure of a P-type emitter region 3, an N-type base region 5, a P-type base region 5, and an N-type emitter region 6.

なお7は上記P形エミツタ領域3とN形ベース領域4と
によ勺形成された陽極エミツタ接合、8は上記N形ベー
ス領域4とP形ベース領域5とにより形成されたコレク
タ接合、9は上記P結ベース領域5とN形エミツタ領域
6とにより形成された陰極エミツタ接合である。10は
上記サイリスタ部分2内にこれと共働的に形成された絶
縁ゲート形FETであ勺、上記P形ベース領域に隣接し
かつN形エミツタ領域6と所定距離離隔して形成された
環状のN形補助領域11と、上記N形エミツタ領域6と
、上記両領域11,6にはさまれた上記P形ベース領域
5中に形成されたN形チヤンネル領域12と、上記チヤ
ンネル領域12上を覆つているシリコン酸化膜のごとき
ゲート酸化膜13と、このゲート酸化膜13上に被着さ
れたゲート電極GMとからなつている。
7 is an anode emitter junction formed between the P-type emitter region 3 and the N-type base region 4, 8 is a collector junction formed between the N-type base region 4 and the P-type base region 5, and 9 is a collector junction formed between the P-type emitter region 3 and the N-type base region 4. This is a cathode emitter junction formed by the P-type base region 5 and the N-type emitter region 6. Reference numeral 10 denotes an insulated gate FET formed in the thyristor portion 2 in cooperation with the thyristor portion 2. An annular FET 10 is formed adjacent to the P-type base region and spaced apart from the N-type emitter region 6 by a predetermined distance. An N-type auxiliary region 11, the N-type emitter region 6, an N-type channel region 12 formed in the P-type base region 5 sandwiched between the regions 11 and 6, and a region on the channel region 12. It consists of a covering gate oxide film 13 such as a silicon oxide film, and a gate electrode GM deposited on this gate oxide film 13.

なお14は上記P形ベース領域6とN形補助領域11と
により形成されたPN接合、16は上記シリコン表面上
を覆つているシリコン酸化膜の如き絶縁膜、A.Kはそ
れぞれP形エミツタ領域3とN形エミツタ領域6とに低
抵抗接触する一対の主電極でありSAは陽極、Kは陰極
である。
14 is a PN junction formed by the P-type base region 6 and the N-type auxiliary region 11, 16 is an insulating film such as a silicon oxide film covering the silicon surface, and A. K is a pair of main electrodes that are in low resistance contact with the P-type emitter region 3 and the N-type emitter region 6, respectively, SA is the anode, and K is the cathode.

この陰極Kは上記絶縁ゲート形FETlOのソース電極
Sに兼用されることに注意されるべきである。GpはN
形チヤンネル領域12を形成している部分以外のPN接
合14を短絡する電極であつてサイリスタ部分2のP形
ベース領域5にゲート電流を流すための制御電極であh
1同時に絶縁ゲート形FET部分10のドレイン領域と
なるN形補助領域11へのドレイン電圧を加えるための
ドレイン電極Dでもある。この半導体装置1の構造の特
徴とするところは絶縁ゲート形FET部分10をサイリ
スタ部分2を構成するPNPN4層構造内に同時に作力
込んだことである。
It should be noted that this cathode K is also used as the source electrode S of the insulated gate type FETlO. Gp is N
It is an electrode that short-circuits the PN junction 14 other than the portion forming the shaped channel region 12, and is a control electrode for flowing a gate current to the P-type base region 5 of the thyristor portion 2.
1. At the same time, it is also a drain electrode D for applying a drain voltage to the N type auxiliary region 11 which becomes the drain region of the insulated gate type FET portion 10. A feature of the structure of this semiconductor device 1 is that the insulated gate type FET section 10 is simultaneously worked into the PNPN four-layer structure constituting the thyristor section 2.

即ち、N形エミツタ領域6をソース領域に兼用すると共
にN形補助領域11をドレイン領域とし、更に上記領域
相互間に存在するP形ベース領域5とこの上のゲート酸
化膜13及びゲート電極GMとからなるM.I.S.構
造(金属一絶縁物一半導体)を形成することにより1絶
縁ゲート形FETを構成し、この絶縁ゲート形FETを
上記ソース、ドレイン間電路が前記サイリスタ部分の制
御電極に加えられる入力信号を側路するように形成し、
もつて前記絶縁ゲート形FETのソース、ドレイン領域
間のチヤンネル導電度を制御することによつて、前記制
御電極に加えられる入力信号が制御されるようにしたも
のである。
That is, the N-type emitter region 6 is also used as a source region, the N-type auxiliary region 11 is used as a drain region, and the P-type base region 5 existing between the above regions, the gate oxide film 13 thereon, and the gate electrode GM. M. I. S. By forming a structure (metal-insulator-semiconductor), one insulated gate FET is constructed, and the source-drain electrical path of the insulated gate FET bypasses the input signal applied to the control electrode of the thyristor portion. formed to
By controlling the channel conductivity between the source and drain regions of the insulated gate FET, the input signal applied to the control electrode is controlled.

次にこの半導体装置1の動作について説明する。Next, the operation of this semiconductor device 1 will be explained.

従来のサイリスタにおいては制御電極Gp一陰極K間に
加えられた入力信号は制御電極GpからP形ベース領域
5、N形エミツタ領域6を介して陰極Kへ流れるがこの
P形ベース領域5中の電圧降下が陰極エミツタ接合9に
加わる電圧となD1この電圧が高いほどN形エミツタ領
域6からP形ベース領域5への電子の注入効率γが大き
くなるものである。しかるに、この発明になるものでは
シリコン酸化膜13を形成したときに設けられたN形チ
ヤンネル領域12のために、絶縁ゲート形FETlOの
ソース領域6はドレイン領域11と接続され、上記Pゲ
ート電極GpからP形ベース領域5を通じて形成される
上記入力信号の電路はほぼN形チヤンネル領域の抵抗分
で短絡されることになる。
In the conventional thyristor, an input signal applied between the control electrode Gp and the cathode K flows from the control electrode Gp to the cathode K via the P-type base region 5 and the N-type emitter region 6. The voltage drop is the voltage applied to the cathode-emitter junction 9, D1. The higher this voltage is, the greater the injection efficiency γ of electrons from the N-type emitter region 6 to the P-type base region 5 becomes. However, in the present invention, because of the N type channel region 12 provided when the silicon oxide film 13 was formed, the source region 6 of the insulated gate type FETlO is connected to the drain region 11, and the P gate electrode Gp The electric path for the input signal formed through the P-type base region 5 is short-circuited by the resistance of the N-type channel region.

第2図は、N形エミツタ領域6とN形補助領域11とを
それぞれ絶縁ゲート形FETlOのソース領域及びドレ
イン領域として、ソース、ドレイン間の電圧VSDと電
流1Dの関係をゲート電極GMとソース電極Sとの間の
電圧GSをバラメータにして表わした動作説明図である
。絶縁ゲート形FETlOのゲート電極GMへの印加電
圧VGSの大きさによつて、ソース、ドレイン間の導電
度が制御できることはFETの動作原理と同じである。
FIG. 2 shows the relationship between the voltage VSD between the source and drain and the current 1D between the gate electrode GM and the source electrode, using the N-type emitter region 6 and the N-type auxiliary region 11 as the source region and drain region of an insulated gate FETlO, respectively. FIG. 3 is an operation explanatory diagram in which the voltage GS between the power supply and the power supply terminal S is expressed as a parameter. The fact that the conductivity between the source and drain can be controlled by the magnitude of the voltage VGS applied to the gate electrode GM of the insulated gate type FETIO is the same as the operating principle of the FET.

即ち、ゲート電極GMにソース電極Sに対して負の電圧
を加えると、ゲート電極rに対向するP形ベース領域5
の表面とその近傍、つまDN形チヤンネル領域12の部
分の電子が排斥されN形チヤンネル領域12の厚みが減
少Lチヤンネルル部分の抵抗が増加する。
That is, when a negative voltage is applied to the gate electrode GM with respect to the source electrode S, the P-type base region 5 facing the gate electrode r
Electrons on and near the surface of the DN channel region 12 are rejected, the thickness of the N channel region 12 decreases, and the resistance of the L channel region increases.

そして、さらに負電圧を印加したある電圧値において、
N形チヤンネル領域が消滅Lソース、ドレイン間が絶縁
される。つま勺N形エミツタ領域6はN形補助領域11
から絶縁されP形ベース領域5への短絡路がなくなる。
以上説明した様に、ゲート電極GMに印加する電圧によ
りN形チヤンネル領域12の厚みが変化するため、N形
エミツタ領域6とP形ベース領域5との間のチヤンネル
抵抗が制御できるので、これに伴なってN形エミツタ領
域6からP形ベース領域5へ注入される電子の量、つま
b注入効率γが制御できる。
Then, at a certain voltage value when a negative voltage is further applied,
The N-type channel region disappears and the L source and drain are insulated. The pinched N-type emitter region 6 is connected to the N-type auxiliary region 11.
There is no short path to the P-type base region 5.
As explained above, since the thickness of the N-type channel region 12 changes depending on the voltage applied to the gate electrode GM, the channel resistance between the N-type emitter region 6 and the P-type base region 5 can be controlled. Accordingly, the amount of electrons injected from the N-type emitter region 6 to the P-type base region 5, that is, the injection efficiency γ, can be controlled.

そして、この電子の注入効率γはN形チヤンネル領域1
2が消滅することにより最大となb1ゲート電極〜を開
放または正の電圧を印加することによ勺N形チヤンネル
領域12の厚みが増して、チヤンネル抵抗が小さくな瓜
これにしたがつて注入効率γは減少する。なお、ゲート
電極rに負の電圧を印加することにより,.N形エミツ
タ領域6から注入された電子がP形ベース領域6の表面
、つまV)N形チヤンネル領域12の部分で再結合する
電子が減少するので、注入された電子が有効にコレクタ
接合8に到達する効果も生じる。
Then, this electron injection efficiency γ is the N type channel region 1
By opening the gate electrode or applying a positive voltage, the thickness of the N-type channel region 12 increases, and the channel resistance decreases. Accordingly, the injection efficiency increases. γ decreases. Note that by applying a negative voltage to the gate electrode r, . Since the number of electrons injected from the N-type emitter region 6 recombining at the surface of the P-type base region 6 and the N-type channel region 12 is reduced, the injected electrons can effectively flow into the collector junction 8. A reaching effect also occurs.

第3図は、第1図の半導体装置において、ゲート電極r
への印加電圧GSと、Pゲート電極Gpに電流を加えて
、この半導体装置1のサイリスタ部分2をオフからオン
にトリガする最小の電流、つまbゲートトリガが電流1
gtとの関係を示す特性図である。
FIG. 3 shows the gate electrode r in the semiconductor device of FIG.
The minimum current that triggers the thyristor part 2 of this semiconductor device 1 from off to on by applying a voltage GS to the gate electrode Gp and a current to the P gate electrode Gp, that is, the minimum current that triggers the thyristor part 2 of this semiconductor device 1 from off to on, that is, the gate trigger b is the current 1.
It is a characteristic diagram showing the relationship with gt.

なお、図中曲線aは曲線bよりも低い程度(但し一定温
度)のときの特性を示す。ただし、このとき主電極間(
A−K間)の順方向印加電圧は一定である。この特性図
において、高温(第3図b)のほうがエミツタ注入効率
γが増大するため少ないゲートトリガ電流1gtで半導
体装置1はオンとなる。
In addition, the curve a in the figure shows the characteristic when the temperature is lower than the curve b (however, the temperature is constant). However, at this time, between the main electrodes (
The forward applied voltage between A and K is constant. In this characteristic diagram, the emitter injection efficiency γ increases at higher temperatures (FIG. 3b), so the semiconductor device 1 is turned on with a smaller gate trigger current of 1 gt.

しかし、ゲート電圧VGSを正に印加することによ勺チ
ヤンネル抵抗が減少するため、Pゲート電極Gpへの入
力電流が側路される割合が増加するのでゲートトリガ電
流1gtが増加しないとオンとならなくなる。このよう
にゲート電圧VGSによりゲートトリガ電流1gtを制
御できる。
However, by positively applying the gate voltage VGS, the channel resistance decreases, so the rate at which the input current to the P gate electrode Gp is bypassed increases, so it will not turn on unless the gate trigger current 1gt increases. It disappears. In this way, the gate trigger current 1gt can be controlled by the gate voltage VGS.

したがつて、制御電極Gpに電流を流してこの半導体装
置1をトリガする際に、ゲート電極GMに負の電圧を印
加してチヤンネル領域12を消絨させれば小さなゲート
トリガ電流Gtでスイツチすることができる。
Therefore, when triggering the semiconductor device 1 by flowing a current through the control electrode Gp, if a negative voltage is applied to the gate electrode GM to quench the channel region 12, a small gate trigger current Gt can be used to switch. be able to.

また、制御電極Gpへ入力信号を加えたときスイツチし
ない場合は、ゲート電極GMに正の電圧を印加してチヤ
ンネル抵抗がほとんどない状態であり1入力信号による
電流がN形補助領域11よ勺N形チヤンネル領域12、
N形エミツタ領域6、そして陰極Kへと流れるため、N
形エミツタ領域6よV)P形ベース領域5へこのサイリ
スタ2をオンさせるまでの電子の注入がほとんど起こら
ないので、順方向ブレークオーバ電圧VBOの温度依存
性及びDv/Dt特性が向上し、ま゛た、外来ノイズな
どによる誤点弧も減少するものである。
In addition, if there is no switch when an input signal is applied to the control electrode Gp, a positive voltage is applied to the gate electrode GM, and there is almost no channel resistance, and the current due to one input signal flows from the N-type auxiliary region 11 to the N-type auxiliary region 11. shaped channel area 12,
Since it flows to the N type emitter region 6 and then to the cathode K, the N
Since almost no electrons are injected from the V) type emitter region 6 to the P type base region 5 until the thyristor 2 is turned on, the temperature dependence of the forward breakover voltage VBO and the Dv/Dt characteristics are improved. Additionally, erroneous firing due to external noise etc. is also reduced.

第4図は、この発明を感熱サイリスタに適用したときの
周囲温度Tと順方向ブレークオーバ電圧BOとの関係を
ゲート電極〜に印加する電圧VGSをパラメータとして
示した動作特性曲線図である。感熱サイリスタは周囲温
度を感知してトリガするサイリスタで、温度が所定温度
に達すると印加電圧に対する順方向ブレークオーバ電圧
が低下することによりオフからオンにスイツチするサイ
リスタである。
FIG. 4 is an operating characteristic curve diagram showing the relationship between the ambient temperature T and the forward breakover voltage BO when the present invention is applied to a heat-sensitive thyristor using the voltage VGS applied to the gate electrode as a parameter. A heat-sensitive thyristor is a thyristor that is triggered by sensing the ambient temperature, and when the temperature reaches a predetermined temperature, the forward breakover voltage with respect to the applied voltage decreases, thereby switching from off to on.

このスイツチ温度は主電極間印加電圧、周囲温度及び順
方向ブレークオーバ電圧の関係で決まる。この特性図に
おいて、ゲート電極印加電圧VGSに関L−VGSOは
ゲート電極GMと制御電極Gpとを開放にした場合、V
O8l,G82,VO83,VGS4はゲート電極GM
に負の電圧を印加し、制御電極に正の電圧を印加したと
きのゲート電圧値で・VGSl>VGS2〉VGS3〉
VGS4〉の関係にある。
This switch temperature is determined by the relationship between the voltage applied between the main electrodes, the ambient temperature, and the forward breakover voltage. In this characteristic diagram, L-VGSO with respect to the gate electrode applied voltage VGS is VGS when the gate electrode GM and control electrode Gp are open.
O8l, G82, VO83, VGS4 are gate electrodes GM
At the gate voltage value when a negative voltage is applied to the control electrode and a positive voltage is applied to the control electrode, ・VGSl>VGS2>VGS3>
It is related to VGS4>.

すなわち、ゲート電極GMに印加する負電圧を増すとN
形チヤンネル領域12の厚みが減少してチヤンネル抵抗
が増加するため、順方向ブレークオーバ電圧VBOが低
下し低い温度でサイリスタはオフからオンにスイツチす
るようになる。
That is, when the negative voltage applied to the gate electrode GM is increased, N
As the thickness of the shaped channel region 12 decreases and the channel resistance increases, the forward breakover voltage VBO decreases and the thyristor switches from off to on at lower temperatures.

したがつて、第1図の半導体装置1の構造を感熱サイリ
スタに適用すると、スイツチ温度をゲート電極GMに印
加する電圧により広範囲に制御でき、その応用上の機能
を増すことができる。以上のように、この発明の実施例
である第1図の半導体装置1の構造では、Pゲート形サ
イリスタ2のゲートトリガ電流Gtを絶縁ゲート電圧V
GSにより制御することができ、また、一定の主電極間
印加電圧においてブレークオーバする温度の調整あるい
は制御ができるので感熱サイリスタとして適用できる。
そして、高温、高Dv/Dtでも順方向ブレークオーバ
電圧の低下がほとんどない半導体装置となる。さらに、
この実施例による半導体装置は、FET部分がサイリス
タの動作領域内に設けられているので小形化が容易で、
しかも単一素子として取力扱える利点がある。第5図は
この発明の他の実施例を示す構造断面図であ択以下これ
について説明する。なお、第1図の実施例と同一または
相当部分には同一符号を付してある。
Therefore, when the structure of the semiconductor device 1 of FIG. 1 is applied to a heat-sensitive thyristor, the switch temperature can be controlled over a wide range by the voltage applied to the gate electrode GM, and its application functions can be increased. As described above, in the structure of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 which is an embodiment of the present invention, the gate trigger current Gt of the P-gate type thyristor 2 is set to
It can be controlled by GS, and the breakover temperature can be adjusted or controlled at a constant voltage applied between the main electrodes, so it can be applied as a heat-sensitive thyristor.
This results in a semiconductor device with almost no drop in forward breakover voltage even at high temperatures and high Dv/Dt. moreover,
The semiconductor device according to this embodiment can be easily miniaturized because the FET portion is provided within the operating area of the thyristor.
Moreover, it has the advantage of being able to be handled as a single element. FIG. 5 is a structural sectional view showing another embodiment of the present invention, which will be described below. Note that the same or equivalent parts as in the embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.

この実施例における半導体装置1では、Pゲート形サイ
リスタ2の動作領域外のサイリスタ上にNチヤンネル形
絶縁ゲート形FETlOを設けたものを示している。
In the semiconductor device 1 in this embodiment, an N-channel insulated gate FETlO is provided on the thyristor outside the operating region of the P-gate thyristor 2.

なお上記絶縁ゲートFETlOの位置はサイリスタ上に
限らず、Pゲート形サイリスタ2の動作領域外であれば
別基板にFE−Tを設けてもよいことは云うまでもない
。図中、16はP形基板、17はN形のソース領域、1
8はN形のドレイン領域、19はN形のゲート領域であ
る。
Note that the position of the insulated gate FETlO is not limited to the thyristor, and it goes without saying that the FE-T may be provided on a separate substrate as long as it is outside the operating area of the P-gate type thyristor 2. In the figure, 16 is a P-type substrate, 17 is an N-type source region, 1
8 is an N-type drain region, and 19 is an N-type gate region.

そしてPゲート形サイリスタ2の陰極Kと制御電極、つ
まDPゲート電極Gpは、それぞれ絶縁ゲート形FET
lOのソース電極S及びドレイン電極Dと結合されてい
る。このようにサイリスタ部分2と絶縁ゲート形FET
部分10を異なる動作領域に形成し、導電線によ勺電極
を共通とした半導体装置1の動作は、第1図の半導体装
置と同様に、絶縁ゲート形FETlOのゲート電極GM
への印加電圧VGSの大きさにより1ソース領域17と
ドレイン領域18との間のN形チヤンネル領域12の導
電度が制御されるので、サイリスタ2への入力信号が制
御電極Gpへ印加されたとき、制御電極Gpとドレイン
電極Dが共通のため絶縁ゲート形FETlOへ入力信号
が側路されることとなる。
The cathode K and control electrode of the P-gate thyristor 2, that is, the DP gate electrode Gp, are each an insulated gate FET.
It is coupled to a source electrode S and a drain electrode D of lO. In this way, the thyristor part 2 and the insulated gate FET
The operation of the semiconductor device 1, in which the portions 10 are formed in different operating regions and the conductive wire has a common horizontal electrode, is similar to the semiconductor device shown in FIG.
Since the conductivity of the N-type channel region 12 between the source region 17 and the drain region 18 is controlled by the magnitude of the voltage VGS applied to the thyristor 2, when the input signal to the thyristor 2 is applied to the control electrode Gp. , since the control electrode Gp and the drain electrode D are common, the input signal is bypassed to the insulated gate type FETlO.

したがつて、この半導体装置1の構造ではサイリスタ2
の制御電極Gpへの入力信号、ゲートトリガ電流1gt
は、絶縁ゲート形FETlOのゲート電極GMへの印加
電圧V。
Therefore, in the structure of this semiconductor device 1, the thyristor 2
Input signal to control electrode Gp, gate trigger current 1gt
is the voltage V applied to the gate electrode GM of the insulated gate FETlO.

Sにより制御できるわけである。また、第1図の実施例
と同様に一定の主電極間(A−K間)印加電圧において
、温度特性及びDv/Dt特性が著しく向上する。第6
図は上記第1図及び第5図に示したこの発明の実施例の
等価回路図である。Pゲート形サイリスタ2の主電極間
に負荷抵抗RLを介して電圧VMを印加する。
This means that it can be controlled by S. Further, as in the embodiment shown in FIG. 1, the temperature characteristics and Dv/Dt characteristics are significantly improved at a constant voltage applied between the main electrodes (A-K). 6th
This figure is an equivalent circuit diagram of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 5 above. A voltage VM is applied between the main electrodes of the P-gate thyristor 2 via a load resistor RL.

そして、入力信号印加端子である制御電極Gpと陰極K
とへ抵抗RGを介して入力信号電圧VGを印加する。ま
た、この入力電圧VGと絶縁ゲート形FETlOのソー
ス、ドレイン間電圧VSDの電源は共通である。このよ
うにして、絶縁ゲート形FETlOのゲート電極GMへ
の印加電圧VGSにより、ソース、ドレイン間電流1。
A control electrode Gp and a cathode K are input signal application terminals.
An input signal voltage VG is applied through a resistor RG. Further, this input voltage VG and the source-drain voltage VSD of the insulated gate type FETlO have a common power source. In this way, the voltage VGS applied to the gate electrode GM of the insulated gate type FETlO causes a current of 1 between the source and drain.

が制御されることに伴なつてPゲート形サイリスタ2の
制御電極Gpへの入力信号、つまりゲートトリガ電流1
gtが制御されることになる。すなわち、Pゲート形サ
イリスタ2の制御電極Gpへ加えられるゲートトリガ電
流Gtの電源oが、絶縁ゲート形FETlOのソース、
ドレイン間電源VSDと共通のために、共通電源よりの
電流が分流され側路することになD1絶縁ゲート形FE
TlOのゲート電圧VGSによりPゲート形サイリスタ
のゲートトリガが電流1gtが制御されるわけである。
is controlled, the input signal to the control electrode Gp of the P-gate thyristor 2, that is, the gate trigger current 1
gt will be controlled. That is, the power source o of the gate trigger current Gt applied to the control electrode Gp of the P-gate type thyristor 2 is connected to the source of the insulated gate type FETlO,
Since the drain-to-drain power supply is common to VSD, the current from the common power supply is shunted and bypassed.
The gate trigger of the P gate type thyristor is controlled by the current 1gt by the gate voltage VGS of TlO.

以上第1図、第5図及び第6図のこの発明の実施例をも
とにその動作を説明してきた。
The operation has been described above based on the embodiments of the present invention shown in FIGS. 1, 5, and 6.

実施例においては、Pゲート形サイリスタ及びチヤンネ
ル形絶縁ゲート形FETを用いた場合について説明して
きたが、この発明はこれに限られず、Nゲート形サイリ
スタ、光または電界によりトリガするサイリスタ、双方
向性サイリスタなどの半導体制御整流素子に適用できる
。また、電力用サイリスタにこの発明を適用する場合は
、チヤンネル領域を多くして短絡箇所を多くすればよい
。さらに、Nチヤンネル形絶縁ゲート形FETに関して
は、Pチヤンネル形絶縁ゲート形FETl接合形FE−
Tなどの電界効果トランジスタであればよいことは容易
に理解されるのであろう。以上のように、この発明によ
る半導体装置は、隣接する領域が互いに異なる導電形を
有する少くとも4つの連続した領域からなる半導体層、
前記半導体層の外側領域上に設けられた一対の主電極、
前記半導体層の内側領域の少くとも一方に設けられた制
御電極、前記半導体層の内部または外部に形成され、ソ
ース及びドレイン領域とゲート電極とを有する電界効果
トランジスタを備え、前記電界効果トランジスタはその
ソース、ドレイン間電路が前記制御電極に加えられる入
力信号を側路するように形成され、前記電界効果トラン
ジスタのソース、ドレイン領域間の導電度が制御される
ことによつて前記制御電極に加えられる入力信号が制御
されるように構成したので、サイリスタのゲートトリガ
電流が入力抵抗が高くしかも小さい制御電源により容易
且つ効果的に調整あるいは制御できるようになる効果を
有する。
In the embodiments, a case has been described in which a P-gate thyristor and a channel-type insulated gate FET are used. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an N-gate thyristor, a thyristor triggered by light or an electric field, and a bidirectional thyristor. It can be applied to semiconductor-controlled rectifying elements such as thyristors. Further, when the present invention is applied to a power thyristor, the channel area may be increased to increase the number of short-circuit points. Furthermore, regarding N-channel type insulated gate FET, P-channel type insulated gate FETl junction type FE-
It will be easily understood that a field effect transistor such as T may be used. As described above, the semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer consisting of at least four consecutive regions in which adjacent regions have different conductivity types;
a pair of main electrodes provided on the outer region of the semiconductor layer;
a control electrode provided on at least one of the inner regions of the semiconductor layer; a field effect transistor formed inside or outside the semiconductor layer and having source and drain regions and a gate electrode; A source-drain electrical path is formed to bypass an input signal applied to the control electrode, and the electrical conductivity between the source and drain regions of the field effect transistor is controlled so that the input signal is applied to the control electrode. Since the input signal is controlled, the gate trigger current of the thyristor can be easily and effectively adjusted or controlled by a control power source having a high input resistance and a small size.

また、一定の主電極間印加電圧でブレークオーバする温
度の調整あるいは制御が容易に可能となるほか、高温、
高Dv/Dtでも順方向ブレークオーバ電圧の低下がほ
とんどない極めて安定な動作特性を有する半導体装置が
実現できる等の効果を有する。
In addition, it is possible to easily adjust or control the breakover temperature with a constant voltage applied between the main electrodes, and
This has the advantage that a semiconductor device having extremely stable operating characteristics with almost no drop in forward breakover voltage even at high Dv/Dt can be realized.

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

第1図は、この発明による半導体装置の一実施例を示す
断面図、第2図は、この発明による半導体装置の動作説
明図、第3図及び第4図は、この発明による半導体装置
の動作特性曲線図、第5図は、この発明による半導体装
置の他の実施例を示す断面図、第6図は、第1図及び第
5図の実施例の等価回路図である。 なお、図中同一または相当部分を示す。1・・・・・・
半導体装置、2・・・・・・サイリスタ部分、3・・・
・・・P形エミツタ領域、4・・・・・・N形ベース領
域、5・・・・・・P形ベース領域、6・・・・・・N
形エミツタ領域、10・・・・・・電界効果トランジス
タ、11・・・・・・N形補助領域、12・・・・・・
N形チヤンネル領域、17・・・・・・N形ソース領域
、18・・・・・・N形ドレイン領域、A・・・・・・
陽極、K・・・・・・陰極、Gp・・・・・・制御電極
、S・・・・・・ソース電極、D・・・・・・ドレイン
電極、GM・・・・・・ゲート電極。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are diagrams illustrating the operation of the semiconductor device according to the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the embodiment shown in FIGS. 1 and 5. Note that the same or corresponding parts are shown in the figures. 1...
Semiconductor device, 2... Thyristor part, 3...
...P type emitter region, 4...N type base region, 5...P type base region, 6...N
type emitter region, 10... Field effect transistor, 11... N type auxiliary region, 12...
N-type channel region, 17...N-type source region, 18...N-type drain region, A...
Anode, K...Cathode, Gp...Control electrode, S...Source electrode, D...Drain electrode, GM...Gate electrode .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1導電形エミッタ領域、第2導電形ベース領域、
第1導電形ベース領域、第2導電結エミッタ領域の順に
4層構造を形成する半導体層、前記第1導電形エミッタ
領域に設けられたアノード電極、前記第2導電形エミッ
タ領域に設けられたカソード電極、前記第1導電形ベー
ス領域に設けられた制御電極、前記半導体層の内部また
は外部に形成され、ソース及びドレイン領域とゲート電
極とを有する電界効果トランジスタを備え、前記電界効
果トランジスタはそのソース、ドレイン間電路が前記制
御電極と前記カソード電極との間に加えられる入力信号
を側路するように形成され、前記電界トランジスタのソ
ース、ドレイン領域間の導電度が制御されることによつ
て前記制御電極と前記カソード電極との間に加えられる
前記入力信号が制御されるようにしたことを特徴とする
半導体装置。 2 第1導電形エミッタ領域、第2導電形ベース領域、
第1導電形ベース領域、第2導電形エミッタ領域の順に
4層構造を形成する半導体層、前記第1導電形エミッタ
領域に設けられたアノード電極、前記第2導電形エミッ
タ領域に設けられたカソード電極、前記第1導電形ベー
ス領域に設けられた制御電極、前記第1導電形ベース領
域内に前記第2導電形エミッタ領域と所定距離隔して形
成された第2導電形の補助領域、前記第2導電形エミッ
タ領域と前記補助領域との間に有する第1導電形ベース
領域上に所定厚さの絶縁膜を介して形成された補助電極
を備え、前記補助領域に前記制御電極に加えられる入力
信号を加えると共に、前記第2導電形エミッタ領域及び
補助領域をそれぞれソースあるいはドレイン領域とする
電界効果トランジスタとして作用させ、前記電界効果ト
ランジスタのソース、ドレイン領域間の導電度が制御さ
れることによつて前記制御電極に加えられる入力信号が
制御されるようにしたことを特徴とする半導体装置。
[Claims] 1. A first conductivity type emitter region, a second conductivity type base region,
A semiconductor layer forming a four-layer structure in the order of a first conductivity type base region and a second conductivity type emitter region, an anode electrode provided in the first conductivity type emitter region, and a cathode provided in the second conductivity type emitter region a control electrode provided in the base region of the first conductivity type; a field effect transistor formed inside or outside the semiconductor layer and having source and drain regions and a gate electrode; , a drain-to-drain electrical path is formed to bypass an input signal applied between the control electrode and the cathode electrode, and conductivity between the source and drain regions of the field transistor is controlled. A semiconductor device characterized in that the input signal applied between a control electrode and the cathode electrode is controlled. 2 a first conductivity type emitter region, a second conductivity type base region,
A semiconductor layer forming a four-layer structure in the order of a first conductivity type base region and a second conductivity type emitter region, an anode electrode provided in the first conductivity type emitter region, and a cathode provided in the second conductivity type emitter region an electrode, a control electrode provided in the first conductivity type base region, a second conductivity type auxiliary region formed in the first conductivity type base region at a predetermined distance from the second conductivity type emitter region; an auxiliary electrode formed on the first conductivity type base region between the second conductivity type emitter region and the auxiliary region through an insulating film of a predetermined thickness; In addition to applying an input signal, the second conductivity type emitter region and the auxiliary region act as a field effect transistor having a source or a drain region, respectively, and the conductivity between the source and drain regions of the field effect transistor is controlled. A semiconductor device characterized in that an input signal applied to the control electrode is thus controlled.
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