JPS5989463A - サイリスタ - Google Patents

サイリスタ

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JPS5989463A
JPS5989463A JP19996382A JP19996382A JPS5989463A JP S5989463 A JPS5989463 A JP S5989463A JP 19996382 A JP19996382 A JP 19996382A JP 19996382 A JP19996382 A JP 19996382A JP S5989463 A JPS5989463 A JP S5989463A
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JP
Japan
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thyristor
emitter
base layer
layer
pilot
Prior art date
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Pending
Application number
JP19996382A
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English (en)
Inventor
Hiromichi Ohashi
大橋 弘道
Yoshihiro Yamaguchi
好広 山口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to DE8383110486T priority patent/DE3369234D1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types 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
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/87Thyristor diodes, e.g. Shockley diodes, break-over diodes

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は降服電圧をこす過電圧が印加されると安全に電
圧トリガすることができるサイリスタに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
サイリスタに降服電圧(VBOと略す。)をこす過電圧
が、アノード・カソード間に印加されると、数10mA
以下の微少な降服電流によって破壊してしまう。過電圧
印加に伴って発生する破壊を防ぐため、一般には電縣電
圧の2〜3倍の降服電圧のサイリスタを使う。しかし、
直流送電用サイリスタバルブなどサイリスタを多舷直列
接続して使う装置では、少数のサイリスタがトリガに失
敗すると、これらのサイリスタにVBO値の10倍以上
の過電圧が印加されるため、VBO値に余裕をみる方法
で過電圧破壊を防止することは実用的にみて非常に困難
である。
このような事情から、過電圧が印加されても破壊しない
、過電圧保護機能を持ったサイリスタが強く要望されて
いた。
第1図は、このような問題を解決すべく構成された従来
のサイリスタの概略断面図である。
この図において、Pエミッタ41、Nベース層2、Pベ
ース層3、Nエミツタ層4の4層が主サイリスタMTを
構成し、そのPエミッタ層10表面にはアノード電極5
が、またNエミツタ層4の表面にはカソード電極6が、
Pベース層3の表面にゲート電極7が配置されている。
ゲート電極7とエミッタ電離6の間には、補助Nエミツ
タ層4Aと補助電極8からなるパイロットサイリスタP
Tが形成されている。丑だNベース層2とPベース層3
の接合部の一部が図示しであるようにカソード電極側の
表面で終端するようにNペースG2を一部露出させてい
る。
このサイリスタのアノード電極5とカソード電極6の両
端に順方向に過電圧が印加されると、Pベース層3の変
曲部分lOに電界の局部集中が弓り電圧降服が発生する
。即ち降服電圧をVBX Nベース層2がカソード側表
面に露出していない場合の降服電圧をVBOとすると、
VB<VBOとなり、過電圧が印加されると変曲部分1
0で電圧降服が発生する。電圧降服が起ると、降服電流
工AVがPベース層3を横方向に流れ、主サイリスクM
TのNエミッタ短絡部9を経由してカソード′屹砲6へ
流れる。この時、Pベース層3に発生する横方向電圧降
下によって、Pエミッタr;;fH1Nペース+92、
Pベース層3、Nエミツタ層54 Aから構成されるパ
イロットサイリスタUがターンオンする。ノくイロット
サイリスタビのターンオン電流Ipは主サイリスタV1
Tのゲートトリガ電流として働き、主サイリスクVLT
は過電圧によってターンオンすることができる。
ところが、こめようなサイリスタには次のような欠点が
あった。サイリスタに過電圧保護機能を組込むには、一
般にオン電圧やVBO値などのサイリスタ特性を損なわ
ないようにする必要がある。オン電圧はNベース層2の
キャリヤライフタイムの他に、Nベース層2のベース幅
WNB値に依存し、父、VBO値はNベース層2の比抵
抗ρs、 WNBなどに依存する。一方、vB値は、ρ
s、WNBの他にPベース層3の変曲部100曲率rや
Nベース層2の露出部分の半径Rによって決定される。
従って、オン電圧やVBO値を変えないで、vB値をコ
ントロールするには、Rやrを制御し、VB(’VBO
の関係を実現しなくてはならない。rはPベース層3の
拡散柴件によって決定されるから、一般にはその制御は
非常に困難である。Rの値を小さくすればVBはVBO
に近づく。実用的にはVBはVBOよりわずかに低くな
る程度に制御することが望ましいが、Rを小さくすると
降服電流が狭い領域に集中し、生サイリスタが光分にタ
ーンオンする前に素子破壊してしまうだめ、高いオン電
流上昇率(ci i/d を耐量)で過電圧トリガでき
るサイリスタを実現することが困難であった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情を考慮してなされだもので、そ
の目的とすることは、過電圧の印加に対して高いdi/
dt耐量で電圧トリガすることができ、かつすぐれた電
気的特性を持ったサイリスタを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、少くとも1つのパイロットサイリスタのゲー
ト領域に他の領域より降服電圧が低くなる部分を設ける
と共に、このパイロットサイリスタ直下のPベース層の
横方向抵抗を主サイリスタ部分それより犬きくなるよう
にしたことを特徴とする。
〔発明の効果〕
本発明によれは、過電圧が印加された時に発生する微少
な降服電流でパイロットサイリスタが容易に電圧トリガ
するため、高いd i/d を耐量を得ることができる
。さらにオン電圧など主要な電気的特性を拶うことなく
、降服電圧を高精度でコントロールすることが可能にな
る。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実砲例を説明する。第
2図は本発明の一実施例のサイリスクの断面2図である
。Pエミツタ層11、Nベース層12、Pペース層13
、Nエミツタ層14の4層が主サイリスタMTを構成し
、そのPエミッタ層11の表面にアノード電%J115
、Nエミツタ層160表面にカソード電極16、Pペー
ス層13の表面にゲート電極17が配置されている。ゲ
ートi%17とエミッタ電極160間には補助Nエミッ
タ1脅14にと補助電極18からなるパイロットサイリ
スタPTが形成されている。壕だNベース層12とPペ
ース層13の接合部の一部がパイロットサイリスタPT
のNエミツタ層14Aの内1則のカソード電極側の表面
で終端するように、Nベース@12を一部露出させてい
る。パイロットサイリスタPTのNエミツタ層14 A
直下のPベース層13追域のベース幅WPBは主サイリ
スタMT部分のPベース幅より狭くしてあシ、これによ
ジノ々イロントサイリスタPTのPベース層の横方向抵
抗RPが、主サイリスタMT部分のそれより、大きな値
になるよう、工夫されている。
このような構成として、アノード電極15とカソード電
極I6の両端に順方向に過電圧が印加されると、Pペー
ス層13とNベースI?112の接合部の変曲部分20
に電圧降服が発生する。
その結果、降服電流工AVがPペース層13を横方向に
流れ、主サイリスタMTの短絡部19を経由して、カソ
ード電極16へ流れる。降服電流工AvによってPペー
ス層13に発生する横方向電圧降下によシ、パイロット
サイリスタPTのNエミッタ14Aは順方向にバイアス
される。
1暇方向バイアス電圧がNエミッタ14にとPペース層
13から形成される接合部の拡散電位より犬さくなると
Nエミッタ14kからの電子の注入が急増し、パイロッ
トサイリスタPTがターンオンする。パイロットサイリ
スタPTのターンオン電流は前述したように主サイリス
タMTのゲート電流として機能し、最終的には主サイリ
スタMTがターンオンする。
パイロットサイリスタPTのゲート感度はその直下のP
ペース層13の横方向抵抗Rpで決定される。例えば、
第2図に示した実施例ではRPはPイー2層130層抵
抗ρ8PとNエミツタ層Z4Aの幾何学形状に関係する
。リング状のNエミッタ@14Aの内径d11外径d2
とするとRPはρspと/n (d2/dt )に比例
する。
RPが大きいほどゲート感度が増加し、少くない降服電
流でパイロットサイリスタPTを電圧トリガすることが
できる。実際によれば、主サイリスタMTのPペース層
13の層抵抗が500Ω/口であって、パイロットサイ
リスタPTの直下でρsp = 3000Ω/口とし、
(1t=1.5mmφ+d2=2・01IIFlφ と
した場合、5mA以下の降服電流で電圧トリ力させるこ
とができた。この値はρ5p=500Ω/口の従来構造
のサイリスタの最小トリガ降服電流と比べて176以下
の値である。
また本発明を実施したサイリスタは非常に小さい降服電
流でパイロットサイリスタPTを電圧トリガすることが
出来るので、Nベース層12の露出部の径を小さくして
vBO値を’VBOに近すけでも、電圧トリガ時のdl
/dt耐量が低下することはない。又本発明では主サイ
リスタの素子定数を変更することなく、vBO値を自由
にコントロールすることができるのでオン電圧、VBO
など主要な電気特性を損うことはない。
なお、上記実施例では、ゲート領域として電気トリガ信
号を印加する例を示したが、第3図は、パイロットサイ
リスタPTの内側に光トリガ信号を照射するための受光
部21を設けた光サイリスタに本発明を適用した例であ
る。この実施例でも上記実施例と同様の効果が得られる
また前述した実施例では、中央接合部の変曲部分20の
電界集中を利用して降服電圧を制御するようにしたが、
例えば、第4図に示しであるように、バイロフトサイリ
スタPTの領域のキャリアライフタイムτ2を他の領域
のキャリアライフタイムτ1 より小となるように選択
的にコントロールし、この領域で電子なだれ増倍係数を
大きくすることで降服電圧を他の領域より小さくしても
よい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のサイリスタの一例を示す断面図、第2図
は本発明の一実施例のサイリスタを示す断面図、第3図
および第4図は他の実施例のサイリスタを示す断面図で
ある。 11・・・Pエミツタ層、12・・・Nベース層、13
・・・Pベース層、14・・・Nエミツタ層、15・・
・アノード電極、16・・・カソード電極、17・・・
ゲート電極、14A・・・補助Nエミツタ層、18・・
・補助電極、19・・・短絡部、MT・・・主サイリス
タ、PT・・・パイロットサイリスタ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電型を父巨に異ならせて積層した4つの半導体
    Iiからなる主サイリスタのベース層中に上記王サイリ
    スタのエミツタ層を除く3つの半導体層を共有する1つ
    以上のパイロットサイリスタを設けたサイリスタにおい
    て、前記パイロットサイリスタのゲート領域下に他の領
    域より降服電圧の低い部分を設けると共に、前記バイロ
    フトサイリスタのカソードエミッタ亘下のベース層の横
    方向抵抗を前記主サイリスタのそれより大きくしたこと
    を特徴とするサイリスタ。
  2. (2)前記パイロットサイリスタのゲート領域は光トリ
    が信号を受ける受光部を兼ねている特許請求の範囲第1
    項記載のサイリスタ。
  3. (3)前記パイロットサイリスタのゲート領域は電気ト
    リガ信号が印加されるゲート電極を有する特許請求の範
    囲第1項記載のサイリスタ。
JP19996382A 1982-11-15 1982-11-15 サイリスタ Pending JPS5989463A (ja)

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DE8383110486T DE3369234D1 (en) 1982-11-15 1983-10-20 Thyristor device protected from an overvoltage
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005503024A (ja) * 2001-09-12 2005-01-27 クリー インコーポレイテッド 大型炭化ケイ素デバイスおよびその製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50104877A (ja) * 1974-01-18 1975-08-19

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