JPS594075A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電圧降伏により開始した点弧に起因する破壊
に対して自己保護機能を持たせたサイリスタに関するも
のである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

サイリスクは、交互に導電形の異なる４つの領域すなわ
ちＰＮＰＮの領域より形成され、この中の一つの中間領
域に設けられた電極（り゛−ト電極と呼ばれている）に
より両端の電極（それぞれアノード電極、カソード電極
と呼ばれている）間に流れる電流を阻止状態から勇退状
態へと制御することの可能な半導体装置である。

一般にこのゲート電極へ流す電流は、制御回路のコスト
ダウンのために小さくすることが望まわる。しかし、小
さな点弧電流がサイリスタのダート軍、極へ供給される
と、サイリスタは小さな点弧領域のみにおいて点弧され
、この領域に全負荷電流が流入し１、温度上昇が著しい
場合にはサイリスクの破壊をもたらしてしまう。

このような破壊を防止するため、いわゆる増幅ダート構
造をもつサイリスタが考案されている。第１図はその一
例で、（、］）はカソード電極側からみた平面図、（ｂ
）はそのＡ−Ｎ断面図である。

１　、２　、　；？　、　４はそねぞれＰエミッタ層、
Ｎペース層、Ｐペース層、Ｎエミツタ層であυ、このＰ
ＮＰＮ構造が周知のサイリスタの基本構造である。５．
６．７はそれぞれアノード電極、カソード電極、ｒ−）
電極である。！た８、９がそれぞれ補助Ｎエミツタ層、
補助電極であジこれにより増幅ｒ−）構造が形成されて
いる。

【に示されているように、増幅ｅ−）部は補助サイリス
タとして、ダート電極７とＮエミ１．り層４により形成
される主サイリスタとの間にあるので、主サイリスタよ
り先に点弧しその負荷電流により主サイリスタを点弧さ
せるのである。

この補助サイリスタは、小さな制御電流によっても一様
に点弧されるように設計されており、また点弧した直後
にその周辺のサイリスタを一様に点弧させると消弧して
１５．甘うために、温度上昇が押えられ、突入雷、流に
対するサイリスタの耐ｔ　（ｄエフ’ｄｔ耐量と呼ばれ
ている）が上昇するのである。

しかしながら、上記のサイリスタにおいてはデート電極
に制御電流が流されている場合にのみ破壊から保護され
ているに過ぎない。サイリスクは、イ戸−ト電極に制御
電流がない場合でもその耐圧を越える過電圧が順、逆い
ずれの極性であっても印加された場合点弧されることが
知られている。この際に最初に点弧されるのけ補助サイ
リスタ部とは限らず、主サイリスク部が先に点弧される
ことも充分にある。これは過電用により最初に点弧され
る；Ｉｔ分が、サイリスタ内のアバランシェ降伏電圧の
最も小さい部分で、一般にＮ−″−ス層内の比抵抗の不
均一性に起因するので、補助サイリスク部とは一致する
とは限らないからである。このように過電圧により主サ
イリスク部が先に点弧すると、その点弧領域は、増幅ゲ
ート部と異々り一般に点状となり狭く才た広がりにくい
ので、突入電流に耐えられずサイリスタが破壊されてし
まうのである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した・ＩＩ：来のサイリスクの欠
点全改良したもので過電圧により開始した点弧の場合に
おいても破壊されないような自己保護機能を峙ったサイ
リスクの佇マ造を提供することである。

〔部門の概要〕

本発明においては、制御雷、流が流れた場合の突入電流
による破壊を防止するために直営増幅ｒ−）部が設けら
れるケ゛−ト領域とＮエミッタとの開場外の領域に、上
記増幅ケ゛−ト部とは別に、制御電流が流れていないと
きの過電圧による点弧に起因する破壊を防止するための
増幅ケ゛−ト部を設ける。この場合、新たに付加する増
幅ゲート部は半導体層のライフタイムを他の部分のライ
フタイムより大きくすると本発明の効果がなお一層増大
する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のサイリスクにおける欠点であっ
た過電、圧による点弧に起因するサイリスタの破壊に対
して自己保護機能を有するサイリスタを得ることができ
、サイリスタの信頼性の向上が可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。第２図
は本発明の一実施例のサイリスタであり、（ａ）はカソ
ード電極側から見た平面図、（ｂ）はそのＡ　−Ａ’断
面図である。ここで図中の１〜９は第１図に示した従来
のサイリスタに示したものと同一なものを示し同じ侍１
きをするものである。Ｎエミツタ層４とケ゛−ト電極７
の間に投書けられた第１の増幅ダート部とは別に、Ｎエ
ミツタ層４の周辺の一部に、補助エミツタ層１０と補助
電極１ノからなる第２の増幅ケ゛−ト部を設けた点が第
１図と異なっている。

次に、本実施例におけるこの第２の増幅ゲート部の動作
原理全説明する。一般にサイリスクは、過電圧が印加さ
れたときに、アバランシェ降伏により点弧されるのであ
るが、このアバランシェ電圧はたとえば、Ｃｒｏｗｅｌ
ｌ　＆　Ｓｚｅによる論文”Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　
ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｖａｌａｎｃｈｅｍｕ
ｌｔｌｐＨｃａｔｌｏｎ　ｏｎ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒｓ”（Ａｐｐｌ・Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　９．２
４２．１９６６）に示されているように正の温度特性を
有することが知られている。すなわち、温度が低い程ア
バランシェ降伏軍、圧が減少するのである。さて第２図
に示されているように第２の増幅ケ”−ト部を設ければ
、この部分は通常、電流は全く流れないので温度の上昇
が他のＮエミツタ層より低くなっている。

つまシ、アバランシェ降伏電圧が低くなっているわけで
ありこの状態で過電圧が印加されると、この第２の増幅
ダート部つまり第２補助サイリスタ部が最初に点弧され
るのである。この部分は主サイリスタ部内であるが、増
幅ダート構造を有しているために、前述したように一様
に点弧しその直後周辺の主サイリスタ部を一様に点弧さ
せることができるのでサイリスタの破壊が防止されるこ
とになるのである。

この第２の増幅ダート部のライフタイムを他の部分のラ
イフタイムより大きくすれば、この部分のアバランシェ
降伏電圧はより一層他の部分より小さくすることができ
る。このライフタイムを大きくする部分は第２図（ｂ）
に示したＬよシ小さい範囲内であればよい。このライフ
タイムを大きくすることは、この第２の増幅ダート部に
、他の部分に一般にスイッチング時間の短縮のために導
入されるライフタイムキラー、たとえば重金属の金や放
射線照射による格子欠陥などを選択的に導入しないよう
にするとか、放射線照射量を第２の増幅ダート部とそれ
以外の領域で異ならせるとか、あるいは重金属拡散と放
射線照射の組合せ等により行ない得る。

一般にサイリスタにおけるアバランシェ降伏電圧ＶＲＯ
は順方向、逆方向いずれの場合も次式％式％ ） ここで、Ｖｒ＋はＮペース層のドナー密度により決定さ
れるＰＮ接合の降伏指圧、αｐｎｐは、ＰＮＰ領域の電
流増幅率、ｎｔは増倍率に関係した定数である。この式
から、Ｎペース領域のライフタイムが一ヒ昇すれば、α
ｐｎｐが大きくなるのでＶＢＯは小さくなることがわか
る。実験結果を示せば、ライフタイムが主サイリスタ部
において５μｓｅｃのときにこの部分のアバランシェ降
伏電圧が２０００　Ｖであるサイリスクにおいて、第２
の増幅ゲート部においてライフタイム’（ｉ７２０μ８
ｅｃとした場合のアバランシェ降伏電圧は１７０ＵＶで
あった。このように、第２増幅ゲート部のライ７タイム
を他の部分より大きくすることによりこの部分のアバラ
ンシェ降伏電圧を他の部分より下げ過電圧が印加された
場合に、最初に点弧する部分とすることができるのであ
る。

第２図には、ｒ−）電極がサイリスクの中心部にある場
合について示したが、通兇ザイリスタの口径が大きい場
合にはダート電極は周辺部にあり、増幅ゲート部の電枦
も主サイリスクの外側にある。第３図および第４図には
このような場合に本発明を適用した実施例を示す。ここ
で図中の符号はすべて第２図のものと対応する。

第３図は、主サイリスクの周辺に第２の増幅ダートを構
成する補助Ｎエミック層１０ど補助電極１ノを設けた場
合を示す。第４図も第３図と同様に主サイリスクの周辺
に第２の増幅ケ“−ト部を設けた場合であるが、この場
合デート電極７による点弧を広げるための第１の増幅ダ
ート部の補助電極９を同時に第２の増幅ケ９−ト部での
点弧を広げるために用いている。すなわちこの部分は、
２段の増幅ダート構造となっているのである。またこの
場合ライフタイムを大きくする部分の範囲は図中のＬよ
り狭く、より右端によってもよいことは明白である。以
上述べた実施例の他に主サイリスタの内部及び周辺の一
部に第２の増幅ダート部を設けること、さらにその部分
のライフタイムを他の部分より大きくするいかなる構造
も本発明に述べた効果を発揮することは明白である。

また本発明における第２増幅ダート構造はゲート電極部
が受光部となっている光サイリスタに適用することも可
能である。光サイリスクへの適用例を第５図に示した。

第２図におけるケ。

−ト電極７がなく、この部分にトリガ光１２を照射する
点が第２図と異なる。さらに本発明をｒ−）ターンオフ
サイリスタへ適用した場合を第６図に示した。この場合
には一般にＮエミッタが複数個分解配置され、これを取
囲むようにダート電極７が配設されて、ケ゛−ト電極７
と主サイリスタの間には通常のサイリスタのように増幅
ゲート部がないので、増幅ダート部としては本発明によ
るものだけとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）　、　（ｂ）は、従来のサイリスタを示す
図、第２図（、）　、　（ｂ）は本発明の一実施例のサ
イリスタを示す図、第３図（、）　、　（ｂ）および第
４図（ａ）　、　（ｂ）　ｉｆよ他の実施例のサイリス
タを示す図、第５図は本発明を光サイリスタに適用した
実施例を示す図、第６図は本発明Ｋｌ”−トターンオフ
サイリスタに適用した実施例を示す図である。 １・・・Ｐエミッタ層、２・・・Ｎペース層、３・・・
Ｐペース層、４・・・Ｎエミツタ層、５・・・アノード
電極、６・・・カソード電極、７・・・ダート電極、８
・・・補助Ｎエミツタ層、９・・・補助電極、１０・・
・補助Ｎエミツタ層、１１・・・補助電極。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦（ａ） （ａ） Ｂ８　ゎ　　　年５７・Ｒ，２０日 特許庁長官　　若　杉　和　　夫　　殿１、事件の表示 特願昭５７−１１２９４３号 ２、発明の名称 サ　　イ　　リ　　ス　　タ ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 （３０７）　　東京芝油電気株式会社 ４、代理人 ６、補正の対象 明　　細　　書 ７補正の内容 （１１特許請求の範囲を別紙のとおり訂正する。 （２１明細喪第５負第１８行〜第６頁第８行の〔発明の
概要〕の記載をＴ’　３％のとおり訂正する。 ｒ１ 〔発明の概要〕 本発明においては、制１ｆｆ１４ｉＪ、流が流れた場合
の突入電流による破壊を防止するために通常増幅ゲート
部が設けられる、ケ゛−トー極または受光部とこハ、に
対向するＮエミッタ層頓域との開場外の領域に、上紀州
幅ケ゛−ト部とは別に、制御箱流が流λ１ていないとき
の過霜圧による点弧に嘔因する破壊を防止するための増
幅ゲート部を設ける。つまり本発明を通常のサイリスク
に適用し、た場合には２袖類の増幅ゲート部が設けられ
％ゲートターンオフサイリスクに適用した場合に目、一
般にＮエミツタ層とグー）％、極の間に」■幅ケ８−ト
部を設けることはないから、１釉もの増幅ゲート部のみ
が設けらハることになる。この場合、新たに付加する増
幅ケ゛−ト部は、半導体層のライフタイムを他の部分よ
り大きくしてア・々ランシエ降伏軍１圧を低くしておく
。 （３）　　同第７負第６行の「異なっている。」の次に
、［更にこの第２の増幅ｒ−）部は、和・２図（１））
　（７’）　Ｌの範囲についてライフタイムを他の部分
より大きくしである。」な加入する。 （４）　　同第８負第１行の「つまり、」をしまたこの
部分はライフタイムが他の部分より大きく設定されてい
る。これにより、」と訂正する。 （５１同第８頁第１０行〜第１６行の記載［こσ）第２
の増幅ゲート部の・・・大きくすること番ハ」を「第２
の埠幅ケ゛−ト部のライフタイムを大きくすることは、
」と訂正する。 ２、特許請求の範囲 （１１ＰエミッタＭ、Ｎベース層、Ｐベース層オよびこ
のＰベース層表面に選択的に設けられたＮエミツタ層の
４層構造を不し１．前記Ｐエミッタ層にアノード電極、
萌−起−Ｎエミッタ獅にカソード電極、旺に−Ｐベース
層にゲート電極または受光部からなるケ゛−ト領域を有
するサイリスクにおいてｓ　、、訓ｉｅグニーし」蝮片
刃泗部吻り巳しくζ旦友ことを動機とするサイリスタ。 ζ−ケ特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサイリス
ク。 （３１前記Ｎエミツーえ脳」氏四−追←個−ぢじ也−劃
１〔列−見上１、査工湊ふ−と滓特徴とする特め請求の
範ｕ＋Ｉ　’ａ、　ｉ項記載のサイリスタ。 （４）Ｊ乳−１己増１Ｌ乞二」−耶］１江！り狙−分」
呵蜆択−的一（鼾重−余１Ｌり膚ｄ皮↓−姐ことを特徴
とするネ）詐請求Ｑ）範囲第１項記載のサイリスタ。 （５）爪【生板ｒ二１皇鬼」」と鉦九Ｊ１−奴伯易遁−
肛見１服！ｌ以た；とを特徴とする特許請求Ｑ）範囲第
１項記載のサイリスタ。 る特許請求の範囲第１項記載のサイリスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１，）　　Ｐエミツタ層、ＮペースＪＬ’ｐベースＮ
   およびこのＰペース層表面に選択的に設けられたＮエミ
   、り層の４層構造を有し、Ｐエミツタ層にアノード電極
   、Ｎエミツタ層にカソード電極、Ｐペース層にダート電
   極または受光部からなるｒ−）領域な有するサイリスタ
   において、ケ°−ト領域とＮエミツタ層との開場外の領
   域に補助Ｎエミツタ層と補助電極より構成される増幅ケ
   ゛−ト構造を有することを特徴とするサイリスタ。 （々　前記増幅ケ゛−ト構造部分のライフタイムが他の
   部分のライフタイムより大きいことを特徴とする特許端
   °求範囲第１項記載のサイリスタ。 （３）前記増幅ケ゛−１構造以外の部分に選択的に重金
   属を拡散したことを特徴とする特許請求範囲第２項記載
   のサイリスタ。 （４）　　前記増幅ケ゛−ト構造以外の部分に選択的に
   放射線を照射したことを特徴とする特許請求範囲第２項
   記載のサイリスタ。 （５）前記増幅ダート構造部分とそれ以外の部分に異な
   る照射量で放射線を照射したことを特徴とする特許請求
   範囲第２項記載のサイリスタ。 （６）前記増幅ｆ−ト構造以外の部分に選択的に重金属
   を拡散すると共に、全面にまたは選択的に放射線を照射
   したことを特徴とする特許請求範囲第２項記載のサイリ
   スタ、１