JPS60106170A - Thyristor with overvoltage protective function - Google Patents

Thyristor with overvoltage protective function

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JPS60106170A
JPS60106170A JP21460183A JP21460183A JPS60106170A JP S60106170 A JPS60106170 A JP S60106170A JP 21460183 A JP21460183 A JP 21460183A JP 21460183 A JP21460183 A JP 21460183A JP S60106170 A JPS60106170 A JP S60106170A
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thyristor
pilot
base layer
layer
emitter
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好広 山口
Hiromichi Ohashi
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    • 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
    • H01L29/7424Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action having a built-in localised breakdown/breakover region, e.g. self-protected against destructive spontaneous, e.g. voltage breakover, firing

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Abstract

PURPOSE:To enable to realize the titled thyristor posessing a higher resistivity of di/dt, which can be safely turned to ON and OFF against impression of overvoltage without damaging the resistivity of dv/dt of the first pilot thyristor, by a method wherein a breakdown voltage region, whose forward stopping voltage is lower than that of other regions, is provided at the inner peripheral part of the first pilot thyristor. CONSTITUTION:Breakdown current to generate by breakdown voltage runs to the lateral direction of the P type layer 23 of a first pilot thyristor PT1, and after the breakdown current ran through collectors 25 provided on the P type base layer 23, the breakdown current runs in a cathode electrdoe 37 through short-circuit parts 39 provided between the P type base layer 23 and the cathode electrode 37. As a result, the breakdown current makes a potential difference generate to the lateral resistance of the P type base layer 23 of the PT1 region and the N type emitter layer 24a of the PT1 is biased in the forward direction. When the value of voltage biased in the forward direction approaches the diffusion potential value of the junction part between the N type emitter layer 24a and the base layer 23, the injection of electrons, which are injected from the N type emitter layer 24a, is abruptly increased an the PT1 is turned-ON to overvoltage. This ON-state current of the PT1 runs to the P type base layer 32 of a second pilot thyristor PT2 as gate current through wirings 36 and the PT2 is made to turn-ON.

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アノード・カソード間
に印加されると安全に電圧l・リガすることができる過
電圧保護機能付サイリスタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a thyristor with an overvoltage protection function that can safely trigger a voltage l when an overvoltage that exceeds the breakdown voltage is applied between an anode and a cathode.

[発明の技術的背景とその問題点] サイリスタのアノード・カソード間に降服電圧をこす過
電圧が印加されると、数mA〜数10m Aの微小な降
服電流で破壊してしまう。過電圧印加による誤点弧で素
子が破壊することを防止するため、一般には電源電圧の
2〜3倍の定格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のように、多数のサイリス
タを直列接続して使う装置では、1部のサイリスタがタ
ーンオンに失敗すると、これらの小数のサイリスタに定
格電圧の数倍以上の過電圧が印加され、前述した定格電
圧に余裕をみる方法では過電圧破壊を防止することはで
きない。そのため、過電圧の印加、を防止する外部保護
回路が必要になっていた。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付サイリスタが
強く望まれていた。
[Technical background of the invention and its problems] When an overvoltage that causes a breakdown voltage is applied between the anode and cathode of a thyristor, the thyristor is destroyed by a minute breakdown current of several mA to several tens of mA. In order to prevent the element from being destroyed due to erroneous firing due to the application of overvoltage, a thyristor with a rated voltage two to three times the power supply voltage is generally used. However, in devices that use a large number of thyristors connected in series, such as thyristor valves for DC power transmission, if one of the thyristors fails to turn on, an overvoltage of several times the rated voltage or more will be applied to a small number of thyristors. Therefore, overvoltage breakdown cannot be prevented by the method of looking for a margin in the rated voltage as described above. Therefore, an external protection circuit is required to prevent the application of overvoltage. Under these circumstances, there has been a strong desire for a thyristor with an overvoltage protection function that will not break down even if an overvoltage is applied.

第1図はこのような問題を解決すべく本発明者らが先に
提案したサイリスタの概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a thyristor previously proposed by the present inventors in order to solve such problems.

同図において、Pエミッタ層11、Nベース層12、P
ベース層13、Nエミツタ層14からなる四層構造のP
エミッタ層11の表面にはアノード電極15を、また、
短絡Nエミツタ層14の表面にはカソード電極15を配
置してメインサイリスタMTを構成している。メインサ
イリスタMTの内周部には、Pエミッタ層11、Nベー
ス層12、Pベース層13を共用し、補助Nエミツタ層
17と補助電極18を設けてパイロットサイリスタPT
を形成している。更にパイロットサイリスタPTの内周
部には、湾曲部19を持ったPベース層20が配しであ
る。この構造は例えば、Pベース層13を井戸型にエツ
チングで除去し、その後に再度P型不純物を熱拡散しP
ベース層20を形成するなどして実現できる。あるいは
、N型ウェハの状態で井戸型にエツチングして、これに
両面からP型不純物を拡散することで同様の構造を得る
こともできる。また、この4R造では、パイロットサイ
リスタPTの補助Nエミツタ層17をメインサイリスタ
MTのNエミツタ層14より深く拡散形成し、パイロッ
トサイリスタPTのPベース層横方向抵抗を大ぎくしで
いる。
In the figure, a P emitter layer 11, an N base layer 12, a P
P with a four-layer structure consisting of a base layer 13 and an N emitter layer 14
An anode electrode 15 is provided on the surface of the emitter layer 11, and
A cathode electrode 15 is arranged on the surface of the short-circuited N emitter layer 14 to constitute the main thyristor MT. In the inner peripheral part of the main thyristor MT, the P emitter layer 11, the N base layer 12, and the P base layer 13 are shared, and an auxiliary N emitter layer 17 and an auxiliary electrode 18 are provided to form the pilot thyristor PT.
is formed. Further, a P base layer 20 having a curved portion 19 is disposed on the inner peripheral portion of the pilot thyristor PT. This structure can be achieved, for example, by removing the P base layer 13 by etching into a well shape, and then thermally diffusing P type impurities again.
This can be realized by forming the base layer 20, etc. Alternatively, a similar structure can be obtained by etching an N-type wafer into a well shape and diffusing P-type impurities from both sides thereof. Furthermore, in this 4R construction, the auxiliary N emitter layer 17 of the pilot thyristor PT is formed by diffusion deeper than the N emitter layer 14 of the main thyristor MT, thereby greatly increasing the lateral resistance of the P base layer of the pilot thyristor PT.

このような構造において、アノード・カソード電極間に
順方向に過電圧が印加されると、湾曲部19に電界が集
中し、そのとき湾曲部19近傍に発生する降服電流によ
ってパイロットサイリスタPT、メインサイリスタMT
が順次ターンオンする。
In such a structure, when an overvoltage is applied in the forward direction between the anode and cathode electrodes, the electric field concentrates on the curved part 19, and the breakdown current generated near the curved part 19 causes the pilot thyristor PT and the main thyristor MT to
are turned on sequentially.

過電圧によって発生する順方向降服電流でパイロットサ
イリスタが安全にターンオンする条件は発明者らがおこ
なった実験によれば第2図のようになる。同図において
横軸は電圧トリガした時の降服電流IRで、パイロット
サイリスタPTの最少ゲートトリガ電流■。■に等しい
値である。縦軸は電圧トリガした時の降服電流(=1゜
■)に対する各テストサンプルのdi/dt耐量である
。同図から明らかなようにIGTが小さい高感度パイロ
ットサイリスタを持つサイリスタはど電圧トリガ時の旧
/dtit量は大きくなる。しかしI。■が45mAを
こすパイロットサイリスタを持つサイリスタはいずれも
di/dti1量が突然低下し、安全に電圧トリガでき
なくなる。これは実験に使ったテストサンプルでは、I
 R> 45m Aになると湾曲部19が降服電流の許
容値をこえ、パイロットサイリスタPTがターンオンす
る前に湾曲部19が破壊してしまうからである。
According to experiments conducted by the inventors, the conditions for safely turning on the pilot thyristor due to forward breakdown current generated by overvoltage are as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis is the breakdown current IR when voltage triggered, which is the minimum gate trigger current (■) of the pilot thyristor PT. The value is equal to ■. The vertical axis represents the di/dt tolerance of each test sample with respect to the breakdown current (=1°) upon voltage triggering. As is clear from the figure, a thyristor having a high-sensitivity pilot thyristor with a small IGT has a large amount of old /dtit when the voltage is triggered. But I. For any thyristor with a pilot thyristor that draws 45 mA, the di/dti1 amount suddenly drops and voltage triggering becomes impossible. In the test sample used in the experiment, this is I
This is because when R>45 mA, the bending portion 19 exceeds the allowable breakdown current value, and the bending portion 19 is destroyed before the pilot thyristor PT is turned on.

このように、サイリスタに過電圧が印加された時、サイ
リスタを安全にターンオンさせるためにはパイロットサ
イリスタPTのゲート感度を高くしなければならない。
As described above, in order to safely turn on the thyristor when an overvoltage is applied to the thyristor, the gate sensitivity of the pilot thyristor PT must be increased.

しかし、パイロットサイリスタのゲート感度を高くする
と、サイリスタに電圧上昇率の高いノイズ電圧が印加さ
れた時、サイリスタは誤動作しやすくなる。つまり、d
v/dt耐量が低下する。したがって、従来のような構
造ではパイロットサイリスタPTのゲート感度を高める
のには限界があり、大幅なdi/dt耐量の改善は困難
であった。
However, when the gate sensitivity of the pilot thyristor is increased, the thyristor becomes more likely to malfunction when a noise voltage with a high voltage increase rate is applied to the thyristor. In other words, d
v/dt tolerance decreases. Therefore, with the conventional structure, there is a limit to increasing the gate sensitivity of the pilot thyristor PT, and it has been difficult to significantly improve the di/dt tolerance.

[発明の目的] 本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところはdv/ dt耐量を損うことなく
過電圧の印加に対して安全にターンオンできる高いdi
/dt耐量を持った過電圧保護機能付サイリスタを提供
することにある。
[Objective of the Invention] The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a high DI that can be turned on safely against the application of overvoltage without impairing the dv/dt withstand capability.
An object of the present invention is to provide a thyristor with an overvoltage protection function having a /dt withstand capability.

[発明の概要コ 本発明は、ベース層に形成した集電電極に囲まれるよう
に複数のパイロン1−サイリスタを配し、かつパイロッ
トサイリスタのエミツタ層に囲まれるベース層上にそれ
ぞれグー1〜電極を形成し、こらの各パイロットサイリ
スタのゲート電極を順次前段のパイロットサイリスタの
エミツタ層上に設けられたエミッタ電極に電気的に接続
すると共に、最終段のパイロットサイリスタのエミッタ
電極を前記集電電極と共通化するように構成し、かつ第
1のバツイロットサイリスタの内周部に、順方向阻止電
圧が他の領域より低い電圧降服領域を設けたことを特徴
とする。
[Summary of the Invention] The present invention provides a plurality of pylons 1 to thyristors arranged so as to be surrounded by current collecting electrodes formed on a base layer, and a plurality of pylons 1 to thyristors arranged on the base layer surrounded by the emitter layer of the pilot thyristors, respectively. The gate electrode of each of these pilot thyristors is sequentially electrically connected to the emitter electrode provided on the emitter layer of the pilot thyristor in the previous stage, and the emitter electrode of the pilot thyristor in the final stage is connected to the collector electrode. The present invention is characterized in that it is configured to be common, and that a voltage breakdown region in which the forward blocking voltage is lower than other regions is provided in the inner peripheral portion of the first batch-rot thyristor.

[発明の効果〕 本発明によれば、dv/dt耐量を低下させずにパイロ
ットサイリスタのゲート感度を高くすることが出来るた
め大幅なdi/dt耐量の改善が図れ、過電圧が印加さ
れた時サイリスタを安全にターンオンさせることができ
る。又、本発明では前段のパイロットサイリスタのオン
電流が後段のパイロットサイリスタのPベース抵抗によ
り抑制されるため、ターンオン初期に第1のパイロット
サイリスタに流れる突入電流が大幅に減少し、di/d
t耐量がさらに改善され、過電圧ターンオン時の安全性
が増加する。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to increase the gate sensitivity of the pilot thyristor without reducing the dv/dt withstand capability, so that the di/dt withstand capability can be significantly improved, and when an overvoltage is applied, the thyristor can be turned on safely. In addition, in the present invention, since the on-current of the pilot thyristor in the previous stage is suppressed by the P base resistance of the pilot thyristor in the latter stage, the inrush current flowing to the first pilot thyristor at the early stage of turn-on is significantly reduced, and the di/d
The withstand capability is further improved and the safety during overvoltage turn-on is increased.

[発明の実施例コ 以下、図を参照して、本発明の一実施例について説明す
る。第3図および第4図は、本発明の実施例に係るサイ
リスタの構成を示すもので、M3図はその平面図、第4
図はその断面図である。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 3 and 4 show the configuration of a thyristor according to an embodiment of the present invention, and FIG. M3 is a plan view thereof, and FIG.
The figure is a sectional view thereof.

Pエミッタ層21、Nベース層22、Pベース層23、
Nエミツタ層24fの4つの積層された半導体層からな
る主サイリスタMTの上記Nエミツタ層24fに隣接す
るPベース層23表面には集電電極25が形成されてお
り、この集電電極25に囲まれて複数のパイロットサイ
リスタが形成されている。ここでは、第1のパイロット
サイリスタPT1からエミッタ電極を集電電極25と共
通化した第5のパイロットサイリスタPTsまで、計5
個のパイロットサイリスタP”[t〜PTsが形成され
ている。集電電極25の周辺部、つまり各パイロットサ
イリスタPT1〜PTsの周りには、主サイリスタMT
が形成される。第1のパイロットサイリスタPT1は、
円環状に、Nエミツタ層24aを形成し、その表面に、
エミッタ電極27を配置して構成される。また、第2か
ら第5までのパイロットサイリスタPT2〜PTsはP
ベース層23中に、集電電極25に囲まれてNエミツタ
層24b 、24c 、24d 、24eをそれぞれ形
成し、これらのNエミッタ層24b、24c。
P emitter layer 21, N base layer 22, P base layer 23,
A collector electrode 25 is formed on the surface of the P base layer 23 adjacent to the N emitter layer 24f of the main thyristor MT, which is made up of four stacked semiconductor layers of the N emitter layer 24f. A plurality of pilot thyristors are formed. Here, a total of five pilot thyristors PTs, from the first pilot thyristor PT1 to the fifth pilot thyristor PTs whose emitter electrode is shared with the current collecting electrode 25, are shown.
pilot thyristors P'' [t~PTs are formed.A main thyristor MT
is formed. The first pilot thyristor PT1 is
An N emitter layer 24a is formed in an annular shape, and on its surface,
It is configured by arranging an emitter electrode 27. In addition, the second to fifth pilot thyristors PT2 to PTs are P
N emitter layers 24b, 24c, 24d, and 24e are formed in the base layer 23, surrounded by the current collecting electrode 25, and these N emitter layers 24b, 24c.

24d、、24e上にそれぞれエミッタ電極28゜29
.30.31を形成すると共に、Pベース層23上に各
ゲート電極32,33.34.35を形成して構成され
る。このうち、第5のパイロットサイリスタPTsのエ
ミッタ電極31は前記集電電極25と共通化されている
。しかして、各段のパイロットサイリスタPT2 、P
T3 、PT4 。
Emitter electrodes 28°29 on 24d, 24e, respectively.
.. 30 and 31, and gate electrodes 32, 33, 34, and 35 are also formed on the P base layer 23. Among these, the emitter electrode 31 of the fifth pilot thyristor PTs is shared with the current collecting electrode 25. Therefore, the pilot thyristors PT2, P of each stage
T3, PT4.

PTsの各ゲート電極32.33.34.35はそれぞ
れ前段のパイロットサイリスタPT1゜PT2 、PT
3 、PT4の各エミッタ電極27゜28.29.30
にへ1線等のリード配線36により順次電気的に接続さ
れている。
Each gate electrode 32, 33, 34, 35 of the PTs is connected to the pilot thyristor PT1゜PT2, PT of the previous stage, respectively.
3.Each emitter electrode of PT4 27゜28.29.30
They are sequentially electrically connected to each other by lead wiring 36 such as a single wire.

さらに、第1パイロツトサイリスタPTIの内周部に湾
曲部40を持ったPベース層41が第1図で説明した方
法により形成されている。37はカソード電極、38は
アノード電極、39はPベース短絡部である。
Further, a P base layer 41 having a curved portion 40 on the inner peripheral portion of the first pilot thyristor PTI is formed by the method explained in FIG. 37 is a cathode electrode, 38 is an anode electrode, and 39 is a P base short circuit.

第5図は本サイリスタの等何回路である。同図において
、Cjは中央接合部J2の接合容量、D1〜D5は第1
〜第5パイロツ1〜サイリスタのNエミッタ24a〜2
4eとPベース23から成るダイオード、DMは集電電
極25と短絡部39の間にあるメインサイリスタのNエ
ミッタ24fとPベース23から成るダイオード、R1
−R5は第1〜第5パイロツトサイリスタのPベース層
23の横方向抵抗、RMは集電電極25と短絡部39の
間にあるメインサイリスタのPベース層23の横方向抵
抗を表わしている。又、Aはアノード電極38、Kはカ
ソード電極37、しは集電電極25である。
FIG. 5 shows the equivalent circuit of this thyristor. In the figure, Cj is the junction capacitance of the central junction J2, and D1 to D5 are the first
~Fifth pilot 1~Thyristor N emitter 24a~2
4e and P base 23; DM is a diode consisting of N emitter 24f of the main thyristor between collector electrode 25 and short circuit 39 and P base 23; R1
-R5 represents the lateral resistance of the P base layer 23 of the first to fifth pilot thyristors, and RM represents the lateral resistance of the P base layer 23 of the main thyristor located between the current collecting electrode 25 and the short circuit portion 39. Further, A is an anode electrode 38, K is a cathode electrode 37, and is a current collecting electrode 25.

さて、このように構成された本サイリスタのアノード電
極38、カソード電極37間に順方向の過電圧を印加す
ると、湾曲部40で電界が集中し電圧降服が起る。この
電圧降服によって発生する降服電流IRは第1パイロツ
トサイリスタPT1のPベース層32を横方向に流れ、
Pベース層23に設けた集電電極25を介したのち、P
ベース層23とカソード電極、37との間に設けられた
短絡部39を介してカソード電極37に流れこむ。
Now, when a forward overvoltage is applied between the anode electrode 38 and the cathode electrode 37 of the present thyristor configured in this manner, the electric field is concentrated at the curved portion 40 and a voltage drop occurs. A breakdown current IR generated by this voltage breakdown flows laterally through the P base layer 32 of the first pilot thyristor PT1,
After passing through the current collecting electrode 25 provided on the P base layer 23, P
It flows into the cathode electrode 37 via a short circuit 39 provided between the base layer 23 and the cathode electrode 37.

この結果、降服電流IRtJ第1パイロットサイリスタ
PT工領域のPベース層23の横方向抵抗に電位差を発
生させ、第1パイロツトサイリスタPTIのNエミツタ
層24aを順方向にバイアスする。この順方向バイアス
電圧埴が上記Nエミツタ層24aとPベース層23との
間の接合部の拡散電位値に近づくと、上記Nエミツタ層
24aから電子の注入が急激に増加し、第1パイロツト
サイリスタPT1は過電圧ターンオンする。この第1パ
イロツトサイリスタPTlのオン電流は配線36を介し
て第2パイロツトサイリスタPT2のゲート電極32に
ゲート電流として流れ、第2パイロツトサイリスタPT
2をターンオンさせる。
As a result, a potential difference is generated in the lateral resistance of the P base layer 23 in the breakdown current IRtJ of the first pilot thyristor PT area, and the N emitter layer 24a of the first pilot thyristor PTI is biased in the forward direction. When this forward bias voltage level approaches the diffusion potential value of the junction between the N emitter layer 24a and the P base layer 23, the injection of electrons from the N emitter layer 24a increases rapidly, and the first pilot thyristor PT1 turns on overvoltage. The on-current of the first pilot thyristor PTl flows as a gate current to the gate electrode 32 of the second pilot thyristor PT2 via the wiring 36, and
Turn on 2.

同様にして第3〜第5のパイロットサイリスタPT3〜
PTsが順次ターンオンする。そして第5パイロツトサ
イリスタPTsのターンオン電流は、集電電極25から
短絡部39を介してカソード電極37にメインサイリス
タMTのゲート電流として流れメインサイリスタがター
ンオンすることになる。
Similarly, the third to fifth pilot thyristors PT3~
The PTs are turned on sequentially. The turn-on current of the fifth pilot thyristor PTs flows from the current collecting electrode 25 to the cathode electrode 37 via the short-circuit portion 39 as the gate current of the main thyristor MT, turning on the main thyristor.

又、本サイリスタでは各パイロットサイリスタPTi〜
PTsがターンオンする過程において、前段のパイロッ
トサイリスタ〈第2パイロツトサイリスタに対し第1パ
イロツトザイリスタが前段、同様にPTsに対しPT2
 、PT4に対しPTs、PTsに対しPT4が前段で
ある)のオン電流が後段のパイロットサイリスタのゲー
ト電極に流れる時、後段のパイロットサイリスタのPベ
ース層23の横方向抵抗に電位差を発生させ、後段のパ
イロットサイリスタのNエミツタ層を順バイアスすると
同時に、前段のパイロットサイリスタのNエミツタ層を
逆バイアスする様に機能する。このため、この前段のN
エミツタ層からの電子の注入が抑制され、オン電流の急
激な流出を抑える働きをづる。この結果、ターンオン初
期に初期点弧領域の狭い第1パイロツトサイリスタPT
1に流れる突入電流を大幅に低減できる。
In addition, in this thyristor, each pilot thyristor PTi~
In the process of turning on the PTs, the pilot thyristor in the preceding stage (the first pilot thyristor is the preceding stage to the second pilot thyristor, and similarly, the PT2
, PTs with respect to PT4, PT4 with respect to PTs in the previous stage) flows to the gate electrode of the pilot thyristor in the latter stage, a potential difference is generated in the lateral resistance of the P base layer 23 of the pilot thyristor in the latter stage, It functions to forward bias the N emitter layer of the pilot thyristor in the previous stage and reverse bias the N emitter layer of the pilot thyristor in the preceding stage. For this reason, this previous stage N
The injection of electrons from the emitter layer is suppressed, which works to suppress the rapid outflow of on-current. As a result, the first pilot thyristor PT, which has a narrow initial firing region at the early stage of turn-on,
The inrush current flowing through 1 can be significantly reduced.

次に本サイリスタにdv/ dtliの大きなノイズ電
圧を印加した場合について第5図を参照して考える。同
図に示すA、に間にノイズ電圧を印加すると、Cjに変
位電流が発生する。この変位電流は各パイロットサイリ
スタPTI〜PTsのPベース層23の横方向抵抗R1
〜R5を介したのち集電電極25、短絡部39を介して
カソード電極37に流れる。この時変位電流はR1−R
5にV1〜■5の電圧降下を発生し、D1〜D5を順方
向にバイアスする。このD1〜D5にかかるバイアス電
圧はそれぞれV。1.VO2,VO2゜Vo+、Voi
とすると次の様になる。
Next, the case where a large noise voltage of dv/dtli is applied to this thyristor will be considered with reference to FIG. When a noise voltage is applied between A and Cj shown in the figure, a displacement current is generated at Cj. This displacement current is caused by the lateral resistance R1 of the P base layer 23 of each pilot thyristor PTI to PTs.
After passing through R5, the current flows to the cathode electrode 37 via the current collecting electrode 25 and the short circuit portion 39. At this time, the displacement current is R1-R
5, a voltage drop of V1 to 5 is generated, and D1 to D5 are biased in the forward direction. The bias voltages applied to D1 to D5 are each V. 1. VO2, VO2゜Vo+, Voi
Then, it becomes as follows.

Vot=VI V2 = (R1−R2) −Cj −dv/dtVo 2 
=V2−V3 = (R2−R:l ) −Cj −dv/dtVo 
3 =V3−V4 = (R3−R4) ・Cj −dv/dtVo 4 
=V4−V5 = (R4−Rs ) ・Cj −dv/dtVo s
 =Vs =Rs ・Cj −dv/dtこの■。1〜
Vosのいずれかの値がD1〜D5の拡散電位を越すと
、Nエミツタ層から電子の注入が急増し、このサイリス
タはdv/dtターンオンする。この時のノイズ電圧の
dvl dt値がこのサイリスタのdvl dt耐但と
なる。ここで、Vot+Vo 21 Vo 3+ Vo
 4の値がV。5と等しくなる様にR1−R5を設計し
た場合、(R1−R2)= (R2−R3) = (R
B −R4) = (R4−Rs )となり、R1=5
Rs 、R2=4Rs 。
Vot=VI V2 = (R1-R2) -Cj -dv/dtVo 2
=V2-V3 = (R2-R:l) -Cj -dv/dtVo
3 = V3-V4 = (R3-R4) ・Cj -dv/dtVo 4
=V4-V5=(R4-Rs) ・Cj-dv/dtVos
=Vs =Rs ・Cj -dv/dtThis ■. 1~
When any value of Vos exceeds the diffusion potential of D1 to D5, the injection of electrons from the N emitter layer rapidly increases, and this thyristor turns on dv/dt. The dvl dt value of the noise voltage at this time becomes the dvl dt resistance of this thyristor. Here, Vot+Vo 21 Vo 3+ Vo
The value of 4 is V. If R1-R5 is designed to be equal to 5, (R1-R2) = (R2-R3) = (R
B −R4) = (R4−Rs), and R1=5
Rs, R2=4Rs.

R3=3Rs 、R4=2Rsとなる。すなわち、本サ
イリスタのdvl dt′#4mは第5パイロツトサイ
リスタP丁SのPベース層23の横方向抵抗R5の設定
で決り、第1パイロツトサイリスタPT1のPベース層
23の横方向抵抗R1はその5倍にすることができる。
R3=3Rs and R4=2Rs. That is, the dvl dt'#4m of this thyristor is determined by the setting of the lateral resistance R5 of the P base layer 23 of the fifth pilot thyristor PT S, and the lateral resistance R1 of the P base layer 23 of the first pilot thyristor PT1 is determined by the setting of the lateral resistance R1 of the P base layer 23 of the first pilot thyristor PT1. It can be multiplied by 5 times.

この時の第1パイロツトサイリスタPT1のゲート感度
は、dvl dt耐量値を本サイリスタのdvl dt
耐量値と等しくした従来のサイリスタのゲート感度の5
倍である。
The gate sensitivity of the first pilot thyristor PT1 at this time is the dvl dt tolerance value of this thyristor.
5 of the gate sensitivity of the conventional thyristor, which is equal to the withstand value.
It's double.

以上説明した様に、本実施例のサイリスタによればdv
l dti41を損うことなくパイロットサイリスタの
ゲート感度を大幅に高めることができ、また、ターンオ
ン初期のパイロットサイリスタの突入電流を低減できる
ため、大幅なdi/ dtilitの改善がはかれる。
As explained above, according to the thyristor of this embodiment, dv
Since the gate sensitivity of the pilot thyristor can be greatly increased without impairing the l dti41, and the inrush current of the pilot thyristor at the initial stage of turn-on can be reduced, di/dtilit can be significantly improved.

従って、過電圧の印加に対して安全にターンオンできる
過電圧保護機能付サイリスタを提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a thyristor with an overvoltage protection function that can be safely turned on when overvoltage is applied.

具体例をあげれば、第1パイbツトサイリスタの内周部
に直径0.5Mの湾曲部40を設け、ゲート感度をI。
To give a specific example, a curved part 40 with a diameter of 0.5M is provided on the inner circumference of the first pipe thyristor, and the gate sensitivity is set to I.

■=1.5mAにした時、dvl dt耐量が3000
V/、czs以上、6kVの過電圧からdi/dtが3
00A/μS以上で安全にターンオンすることができた
■ When set to = 1.5mA, dvl dt tolerance is 3000
V/, czs or more, di/dt is 3 from an overvoltage of 6kV
It was possible to turn on safely at 00A/μS or more.

なお、本実施例では電圧降服領域として湾曲部40を持
ったPベース層41を設けた例を説明したが、この電圧
降服領域は他の方法で設けてもよい。例えばNベース層
の一部をPベース層に突出させてその接合の一部に湾曲
部を設けるように構成したり、Nベース層の不純物濃度
やキャリアライフタイムを他の領域よりも大きくする方
法でもよい。又、パイロットサイリスタの構成数やその
構成配置も実施例に限定されるものではない。要は、P
ベース層に設けられた集電電極に取囲まれる様に複数の
パイロットサイリスタを配し、前述した方法で順次電気
的に接続構成したサイリスタにおいて第1パイロツトサ
イリスタの内周部に降服電圧値が伯の領域より低い領域
を設けてあればよい。又、本発明のすオリスタでは、第
1パイロツトサイリスタの領域のPベースの露出部近傍
に光トリガ信号を照射して光ターンオンさせたり、ゲー
ト電極を設けて電気トリガ、信号でターンオンさせるこ
とも可能である。
In this embodiment, an example has been described in which the P base layer 41 having the curved portion 40 is provided as the voltage breakdown region, but this voltage breakdown region may be provided by other methods. For example, a method may be used in which a part of the N base layer protrudes into the P base layer and a curved portion is provided at a part of the junction, or a method in which the impurity concentration or carrier lifetime of the N base layer is made larger than in other regions. But that's fine. Further, the number of pilot thyristors and their arrangement are not limited to the embodiments. In short, P
In the thyristors in which a plurality of pilot thyristors are arranged so as to be surrounded by current collecting electrodes provided on the base layer and electrically connected in sequence by the method described above, the breakdown voltage value is set at the inner circumference of the first pilot thyristor. It is only necessary to provide an area lower than the area of . Furthermore, in the thyristor of the present invention, it is also possible to turn on the thyristor by irradiating an optical trigger signal near the exposed portion of the P base in the region of the first pilot thyristor, or to turn it on by providing a gate electrode and using an electric trigger or signal. It is.

【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の断面図、第2図はゲート感
度とdi/dt耐量の関係を示す図、第3図は本発明の
実施例の平面図、第4図はその断面図、第5図はその等
価回路図である。 MT・・・メインサイリスタ、PTr〜PTs・・・パ
イロットサイリスタ、21・・・Pエミッタ層、22・
・・Nベース層、23.41・・・Pベース層、24a
〜24f・・・Nエミツタ層、25・・・集電電極、4
0・・・湾曲部。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional thyristor, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between gate sensitivity and di/dt tolerance, FIG. 3 is a plan view of an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view thereof. Figure 5 is its equivalent circuit diagram. MT... Main thyristor, PTr~PTs... Pilot thyristor, 21... P emitter layer, 22.
...N base layer, 23.41...P base layer, 24a
~24f...N emitter layer, 25...Collecting electrode, 4
0...Curved portion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1) 導電型を交互に異ならせて積層された4つの半
導体層からなる主サイリスタのベース層中に上記主サイ
リスタのエミツタ層を除く他の3つの半導体層を共有す
る複数のパイロットサイリスタのエミツタ層を上記主サ
イリスタのエミツタ層と同導電型にそれぞれ形成してな
るサイリスタにおいて、上記各パイロットサイリスクを
主サイリスタのエミツタ層に隣接するベース層上に設け
た集電電極の内側にそれぞれ配置し、かつ各パイロット
サイリスタのエミツタ層に囲まれるベース層上にそれぞ
れゲートN極を形成し、これらの各パイロットサイリス
タのゲート電極を順次前段のパイロットサイリスタのエ
ミツタ層上に設けられたエミッタ電極に電気的に接続し
、最終段のパイロットサイリスタのエミッタ電極を前記
集電電極と共通化するとともに、前記複数のパイロット
サイリスクのうち第1のパイロットサイリスタ領域の内
周部に順方向阻止電圧値が他の領域よりも低い電圧降服
領域を設けたことを特徴とする過電圧保護機能付サイリ
スタ。 (a 前記電圧降服の低い領域はPベース層の一部をN
ベース層内に突出させてその接合の一部に湾曲部を設け
て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の過電圧保護機能付サイリスタ。 (3) 前記複数のパイロットサイリスタのうち第1の
パイロットサイリスタを光1〜リガ信号により点弧駆動
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の過電
圧保護機能付サイリスタ。 (4)前記電圧降服の低い領域はNベースのキャリヤラ
イフタイムを他の領域より大きくして構成したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の過電圧保護機能付
サイリスタ。 (5) 前記電圧降服の低い領域は、Nベース層の一部
をPベース層内に突出させて、その接合の一部に湾曲を
設けて構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の過電圧保護機能付サイリスタ。 (6)前記電圧降服の低い領域は、Nベースの不純物濃
度を他の領域より大きくして構成したことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の過電圧保護機能付サイリス
タ。
[Claims] (1) A base layer of a main thyristor consisting of four semiconductor layers laminated with alternating conductivity types shares three semiconductor layers other than the emitter layer of the main thyristor. In a thyristor in which the emitter layers of a plurality of pilot thyristors are formed to have the same conductivity type as the emitter layer of the main thyristor, each of the pilot thyristors is provided on a base layer adjacent to the emitter layer of the main thyristor, a current collecting electrode. A gate N pole is formed on the base layer which is arranged inside the pilot thyristor and surrounded by the emitter layer of each pilot thyristor, and the gate electrode of each of these pilot thyristors is sequentially provided on the emitter layer of the preceding pilot thyristor. The emitter electrode of the final stage pilot thyristor is electrically connected to the emitter electrode of the pilot thyristor in the final stage, and the emitter electrode of the final stage pilot thyristor is shared with the current collecting electrode. A thyristor with an overvoltage protection function, characterized by having a voltage breakdown region where the blocking voltage value is lower than other regions. (a) In the region of low voltage breakdown, part of the P base layer is
2. The thyristor with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein the thyristor has a curved portion protruding into the base layer and provided at a part of the junction thereof. (3) The thyristor with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein a first pilot thyristor among the plurality of pilot thyristors is driven to fire by a light 1 to RIGA signal. (4) The thyristor with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein the low voltage breakdown region is configured to have a longer N-based carrier lifetime than other regions. (5) The low voltage breakdown region is constructed by protruding a part of the N base layer into the P base layer and providing a curve in a part of the junction thereof. Thyristor with overvoltage protection function as described in . (6) The thyristor with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein the region where the voltage breakdown is low is configured to have a higher N-based impurity concentration than the other regions.
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