JPS60145661A - 制御型電子スイツチング装置 - 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】 発明の前傾 この発明は、外部から与えられる制御信号の状態に応答
して２つの相異なる状ｆｌｌ（オン状態およびオフ状Ｉ
’！！りの間にねｌこって変化することが可能な、過渡
現象抑制用制御型電子スイッチング装置に関づる。

このような装置は電流または電圧からの保護の分野、た
とえば、電話回線などにおいていくつかの応用を有して
いる。

２つのリード間の線上に配置され、たとえば電光の２次
効果のような″Ａ渡現象を、通常の状態においては開回
路として動作し、抑圧されるべき過渡現象（パ正規化さ
れた″電光）が存在する場合に２つの線を互いに短絡す
ることによって抑圧することができる装置に対してこの
ような必要性が感じられている。

この機能を備える適当な装置としては、たとえば、第１
図から第３図において例として示されるような、交互に
導電型が交代する４つの層で形成されるＳＣＲスイッチ
がある。このような装置（広く知られている）は、アノ
ードＡとカソードにとの２つの端子接続と制御電極すな
わちゲートＧとを含み、かつ、この装置の振舞を支配す
る３つの接合Ｊ＋　、Ｊ２　、Ｊ−を有している。特定
的には、カソードをアノードに対して負にバイアスする
ことによって、接合ＪＩＪ５よびＪｏが順方向にバイア
スされ、一方、接合Ｊ２は逆方向にバイアスされる。こ
の結果、アノードとカソードの間に電流は流れない。す
なわら、装置はオフ状態になっている。

制御Ｉ電極Ｇに信号を印加すると、カソードに近い３つ
の層によって形成されるＮＰＮ１〜ランジスタが導通し
始め、この結果、図示されでいるＪ：うに、アノードＡ
に近い３つの層によって形成される第２のＰＮＰトラン
ジスタのベースに対応するコレクタの電圧レベルを低下
させる。この結果、第２のＰＮＰ１〜ランジスタはその
存在をベース駆動信号どしで感知して、導通し始め、再
生効果を発生する。このときまでに、装置は第５図のグ
ラフに垂直線で表わされる深い導電状態になっている。

第５図はまた、電流ならびに電ｆｆＥ　ｄ３　、、ｌび
′電極Ｇに与えられる制ｎ電流の間に存在する関係性を
も例示ブる。知られているように、（たとえば、Ｑ　ｅ
ｎｔｒｙ　ｅｔ　ａｌ、、”　３　ｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｉｌｅｄ　ＲｅｃＮｒｉｅｒｓ　
：　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ△ｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　ｐ−ｎ−ｐ−ｎ　Ｄａｖｉｃｅｓ”　、Ｐ
ｒｅｎＮｃｅ−Ｈａｌｌ、Ｅ−Ｅ　３ｅｒｉｅｓ参照）
この装置をターンオンさせるためには以下の条ｆ（、β
ＮｐＮＸβＰ　Ｎ　ｐ　−１ が満足されなをプればならない。装置を流れる電流■Ａ
が減少するにつれ、電流が保持電流１ｏと呼ばれる最小
値にｊ工するまで第５図に示される法則に従って装置は
オン状態のままである。

しかし、従来のＨＦｆにＪ３いては、電４ｆａ　Ｇへの
制御電流が導通が始まる所望の値よりも低い場合におい
てさえも、装げに印加される電圧が急速に変化し、装置
が導通状態になるという欠点があった。

接合部における容量の存在によるこの現象は、よく知ら
れているように、第６図および第７図において示される
装置によって除去されていた。そこで用いられている技
法（たどえば、Ｒ，Ｗ、△１ｄｒｉｃｂ　ａｎｄ　Ｎ、
　Ｈｏ１ｏｎｙａｒ　Ｊｒ、、”ＴＷＯ−ｔｅｒ＋＋＋
　ｉ　ｎａ　ｌ　Δｓｙｍｍｅｔｒｒｃａ＋　ａｎｄ　
３　ｙｍｍＯｔｒｉＣａ１３ｉ１ｉｃｏｎ　Ｎｅｇａｔ
ｉｖｅ　Ｒｅ５ｉｓｔａｎｃｅ　３ｗ１ｔｃｈｅｓ”、
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　）〕ｈｙｓ
ｉｃｓ。

Ｖｏｌ；　３０．Ｎｏ、１１．　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、１
９５９参照）は、実際には、ＮＰＮ１〜ランジスタのベ
ース領域とそのエミッタとの間に抵抗を設け、それによ
り、電圧変化によりキャパシタ内に発生された電流を発
散させている。特定的に、かつ第６図に示されるように
相異なる導電型を有する４つの層、すなわら、１〕＋“
型の層１と、Ｎ型の層２と、Ｐ生型のＦ１ａと、いくつ
かのＮ’型領領域有づる層４とを１ｉＩ＋えるシリコン
チップ上に、金属層５の部分が層３　Ｊ５よび４を覆う
ように形成されてい゛た。

このような装置の等価回路は第７図に示されている。第
７図から見られるように、Ｐ　Ｎ　Ｐ　ｌ−ランジスタ
フは第６図の層１，２および３から形成され、１〜ラン
ジスタ８は同様に層２，３および４から形成され、主１
１パシタ１０は第６図の層２６３よび３の間に（すなわ
ち接合Ｊ２に対応して）形成され、抵抗９がトランジス
タ８のベースと１−ミッタとの間に層５により配置され
る。特定的には、素子９の抵抗は制御電極Ｇ、の１〜リ
ガ電流の値を決定づる。この抵抗は非常に低い値に選択
され、キャパシタ１０からの容量電流が装置を早めにタ
ーンオンさせるのを防止し、ま゛た、制御Ｍ極Ｇ１から
の制御電流が比較的商いときにのみ装置をターンオンさ
セるようにづる。特定的には、１（として１０の値を選
択することによって、装置がターンオンするための制ｒ
ｎ電極の１へリガ電流が６００−７００１１１Ａに固定
される。

発明の概要 上で概略された状況の下で、この発明の目的は従来達け
られた値よりも低いトリガ電流でターンオンすることが
でき、かつ電圧変化およびトリガ速度のような、その振
舞に関Ｊる装置の特性を変えることのない、過渡現象抑
制用制御型電子スイッチング装置を提供することである
。この発明による制御型電子スイッチング装嵌は単純な
構成からなり、特別の製造技法を必要とせず、さらに同
様な従来の装置の価格と同等な価格で提供することがで
きな【Ｊればらない。

この目的は、交互に交替する２つの導電型を有し、接合
を形成するいくつかの半導体層を含む主制御型固体静止
形スイッチを備える過渡現象抑制用制御型電子スイッヂ
ング装置によって達成される。前記主スィッチは、相異
なる導電型を有する２つの隣接層の間の抵抗性接続が段
（〕られ、交互に交替する２つの導電型を有し、かつ接
合を形成するいくつかの半導体層を含む少な（とら１個
の第２の補助！ＩＪ卯型固体静止形スイッチを備えるこ
とを特徴とし、前記補助スイッチは相異なる導電型の２
つの隣接層の間に抵抗性接続が設（〕られ、前記主スイ
ッチと並列に接続され、かつそこにＪ３【ノる前記接合
のうし前記主スィッチにＪハＪ　＜＞対応する接合の領
域よりも小さい少なくとも１個の領域を有し、前記補助
スイッチの抵抗゛接続は前記主スィッチの抵抗接続より
も高い抵抗値を右し、それによって前記装置が低い制御
電流でターンオンされることができる。

現実には、主スィッチは並列接続された補助スイッチを
伴う。この補助スイッチは、より小さい接合領域を有し
てＪ５す、より低いキレパシタンス値、づなわら、成る
与えられた電圧変化に対しより低い容量ｆｌ：電流を有
し、この結果、補助スイッチにおけるトランジスタのベ
ースとエミッタ電極との間のより高い抵抗を用いること
が可能どなり、この結果、確実に装置がグー１〜電極電
流のより低い値でターンオンする。

さらなる特徴と利点は添付の例示的であるが限定的では
ない図面を参照して、この発明の好ましいが排他的でな
い実−庵例の以下の詳細な説明により容易に理解される
だろう。

好ましい実施例の説明 この発明にＪ：る装置は以下に第１図および第２図を参
照して説明される。一方、従来の装置に関づる第３図な
いし第７図は既に詳■にＭ説されている。

この発明による装置は、ＰＮＰ１〜ランジスタ２０、Ｎ
ＰＮｔ−ランラスタ２１．接合容量２６および抵抗器２
４から形成される主スィッチと、ＰＮＰ１ヘランジスタ
２２．Ｎ１）Ｎｌ−ランジスタ２３゜接合容量２７およ
び抵抗器２５を含む補助スイッチとからＭ？ｇ成される
。前記２つのスイッチは実際には並列に接続される。さ
らに正確に言うならば、２つのトランジスタ２０および
２２のベースは互いに接続され、かつ１−ランジスタ２
１および２３のコレクタに接続される。一方、トランジ
スタ２０および２２のエミッタは互いに接続され、かつ
アノードΔ端子に接続され、またトランジスタ２１およ
び２３のエミッタはりいに接続され、か゛つ抵抗器２４
および２５の一方端子およびカソードＫに接続される。

さらに１ヘランジスタ２３のベースにゲート電極Ｇ、が
接続され、もう一方のゲート電極Ｇ２がトランジスタ２
０および２２のベースに接続される。グー１〜電極Ｇ１
またはＧ　２１ｉＬ　ｆのリード線また負のリード線の
どちらかに接続され、またその逆も可能である。この装
置の（１４造の詳細は第２図に示される。第２図におい
て、Ｐ＋１型の導電型を右づる第１の層３０とＮ型の導
電型を有する第２の層３１とが見られる。層３０および
３１は２つのスイッチによって共有される。

層３１内には１〕１型の導電型を有寸る領域３２Ｊ３よ
び３３が形成される。領域３２は１−ランジスタ２０の
コレクタとトランジスタ２１のベースとを形成し、かつ
領域３３はトランジスタ２２の＝ルクタとトランジスタ
２３のベースを形成する。第２図に示されるように、層
３３と月３１との間の接合領域は層３２と層３１との間
の接合よりも小さい面積を有する。この結果、層３３と
層３１との間に存在Ｊるキャパシタンスは層３２と３１
との間に存在づるキャパシタンスより（それらの面積の
比に比例したｌｉたり）小さい。層３２および３３内に
Ｎ＋型の導電型を有する領域３４および３５が形成され
る。特定的には、層３２内に形成されるのがトランジス
タ２１のエミッタ領域であり、層３３内にトランジスタ
２３のエミッタ領域３５が形成される。層３２および３
４２層３３および３５をそれぞれ部分的に覆うのは抵抗
器２４および２５を規定する金属層３６および３７であ
る。最終的に、金属層３７と金属層３６とを相互接続す
る金属層３８が設けられる。この装置はさらに、この装
置のアノード端子およびカソード端子を形成するＮ極Δ
および］〈と、この装置の導通状態を支配するゲート電
極Ｇ、およびＧ２を備える。前記ゲート電極の一方は所
望のリード線、あるいは可能ならば負荷それ自身に接続
される。酸化物層３９は絶縁体として機能する。

この発明の装置の動作は以下の説明から明らかとなろう
。特定的には、層３１と３３との間の接合が層３２と３
１との間の接合よりも小さい面積を有することにより、
その等価キャパシタンス〇−が小さくなり、それに応じ
て、また装置に与えられる電圧変化により発生される電
流がより小さくなる。したがって、等価抵抗値Ｒ＝（抵
抗２５）を介して流れる電流がより小さいものになるよ
うに、抵抗値Ｒ−はＩＲより高い値を持つように設泪さ
れる。一方、装置に与えられる電圧変化によるこの装置
の振舞は代わらないままである。抵抗（ＩｒｊＲ−を増
加させることにより、従来の装置において今までに達成
された最も低い値よりも低い電極Ｇ＋　、ａ２からのｌ
〜リガ電流により装置をターンオンづることができる。

当業者には明らかのよ゛うに、補助装置をトリガするこ
とは、この場合、装置全体をトリガさせることを結果す
る。このよ°うにして、この装置は過去にお（〕るもの
Ｊ、りもはイ）かに低い電流で動作することができ、一
方電圧変化および１〜リガ速度に関するようなその特性
は不変のままである。この装置をターンオンさせて、特
定的には、アノード端子およびカソード端子が接続され
る２つのリードを短絡させる過渡現象を排除覆ることに
より、第５図に示されると同様のパターンに従ってこの
装置は自動的にターンオフされ、このようにして再び２
つのリードを分離する。

上で開示されたようなこの発明は多くの変更おＪ：び変
形を受（Ｊることが可能である。特定的には、正規化さ
れた電光を抑制するために電話線に関しＣ特に述べられ
てきたが、この発明は負荷が過電圧おにび過電流に対し
保護されなければならない場所ではどこでも応用を見い
出すことができる。

この場合、外部回路部品を用いることにより、発生ザる
電気信号の値を予め設定覆ることができる。

さらに、図面は１個の主スィッチと補助スイッチを備え
る装置を示しているが、このような補助スイッチはより
多い個数備えられてもよい。また、好ましい実施例に従
って、このような補助装置が主装置の周囲の外部に配置
され任意の場所から確実にターンオンするようにしても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による装置の接続図を示Ｊ図である。 第２図はこの発明のよる装置の物理的構造を示す図であ
る。 第３図は従来のＳＣＲスイッチの理論物理的（ｊ４造を
示す図である。 第４図は第３図の装置の記号を示す図である。 第５図（ま第３図の装置の電気的な川の間の関係を示づ
図である。 第６図は゛短絡Ｊミッタ″技法による他の従来の装置の
物理的構造を例示する図である。 第７図は第６図のスイッチング装置の等価回路図である
。 図にＪ３いて、２０．２２はＩ）　Ｎ　Ｐ　ｌ−ランジ
スタ、２１．２３はＮＰＮＩヘランジスタ、２４．２５
は抵抗、２６．２７はキャパシタ、３０は１）＋１半導
体層、３１はＮ型半導体層、３２．３３は１）１型半導
体層、３４．３５はＮ＋型半導体層、３６゜３７．３８
は金［！、３９は絶縁層、Δはアノード、Ｋはカソード
、Ｇ、、Ｇ２は制御電極。 なお、図中、同符号は同一または相当部を示す。 特許出願人　エツセ・ジ・エツセーア・ティ・工・エツ
セ・コンボネンティ・エレッ １〜ロニーチ・エツセ・ビ・ア 第１頁の続き ＠発明者　マリオ・フエローニ　イタ ス・ イ、 リア国、ヴアレツギオ・スル・ミンチオ（プロビンオブ
φヴエローナ）ヴイア・ジャコポ・フエロｍ；、リア国
、ペスキエラ・ボツロメオ（プロビンス・オミラノ）サ
ン・フエリチノ　ヴイアレ・アブルツツ４／デイ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　交互に交替づる２つの導電型を有しかつ接合を
   形成するいくつかの半導体層を含む主Ｍ御型固体静止形
   スイッチを含む、過渡現象抑制用制御型電子スイッチン
   グ装置であって、前記主スィッチは、互いに異なる導電
   型の２つの隣接する層の間に抵抗接続が設けられ、 前記スイッチング装置は、交互に交替覆る２つの導電型
   を有し、かつ接合を形成するいくつかの半導体層を含む
   少なくとも１個の第２の補助制御型固体静止形スイッチ
   を備えることを特徴とし、前記補助スイッチは、互いに
   異なる導電型の２つの隣接づる層の間に抵抗接続が設け
   られ、前記主スィッチと並列に接続され、かつ前記接合
   のうち、前記主スィッチの対応づる接合の領域よりも小
   さい領域を少なくとも１個有し、 前記補助スイッチの抵抗接続は前記主スィッチの抵抗接
   続よりも高い抵抗を有して、前記装置を低い制御電流で
   導通状態にする、制御型電子スイッチング装置。
2. （２）　前記スイッチは、互いに交互に配置される２つ
   の導電型を右づ゛る４つの層と、互いに異なる導電型の
   隣接する２つの層に接触し、かつ前記抵抗接続を形成す
   る金属層とによって規定されるサイリスタを備える、特
   許請求の範囲第１項記載の制御型電子スイッチング装置
   。
3. （３）　前記装置は、 第１の導電型を有する第１の層と、 第１導電型と反対の第２導電型を有し、かつ前記第１の
   層に接する第２の層と、 互いに異なる断面の大きさを有し、かつ互いに分離され
   るいくつかの領域を含み、かつ前記第１の導電型を有し
   、かつさらに前記第２の層に接する第３の層と、 いくつかの互いに分離された領域を含み、前記第２の導
   電型を有し、かつ前記第３の層の前記領域に接する第４
   の層と、 各々が接触して、前記第３の層の前記領域の１つを前記
   第３の層の前記領域の前記１つに接する前記第４の層の
   領域に接続する金属層と、前記金属層を互いに相互接続
   する橋渡し層と、さらに、前記第１の層と前記金属層と
   に、それぞれ接する２つの端子接続と、 前記第２の層と前記第３の層の領域にそれぞれ接続され
   る制御電極とを備える、特許請求の範囲第１項記載の制
   御型電子スイッチング装置。