JPS6016104B2 - How a thyristor circuit works - Google Patents

How a thyristor circuit works

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JPS6016104B2
JPS6016104B2 JP51108394A JP10839476A JPS6016104B2 JP S6016104 B2 JPS6016104 B2 JP S6016104B2 JP 51108394 A JP51108394 A JP 51108394A JP 10839476 A JP10839476 A JP 10839476A JP S6016104 B2 JPS6016104 B2 JP S6016104B2
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thyristor
region
layer
circuit
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パトリツク・ド・ブリユイン
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BBC Brown Boveri France SA
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、刻み目形ェミッターゲート構造の形のェミッ
タ領域およびゲートと、該ゲートに穣触接続3れたゲー
ト領域と、該ゲート領域およびアノード領域より低くド
ーピングされているベース領域とを備えており、その際
ゲート領域は、該ゲート領域およびェミツタ領域の間の
PN接合を橋総するェミッタ領域に接触接続された電極
に対する短絡を有しておらずかつ前記ベース層は第1お
よび第2層から成っており該第1層は前記ゲート領域に
隣接しかつ前記第2層より低くドーピングされている少
なくとも1つのサィリスタを使用し、10KHzより高
い周波数および500Vより高い電圧を有する交流電流
を前記形式のサィIJス外こ供給するバイアス手段とサ
ィリスタを選択的に点弧するためにサィリス外こ前以つ
て決められた電位を供給するゲート回路とを使用して、
負荷と該負荷に直列接続されている少なくとも1つのサ
ィリスタとを含んでいるサィリスタ回路を作動する方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides an emitter region and a gate in the form of a notched emitter gate structure, a gate region tangentially connected to the gate, and a gate region that is less doped than the gate region and the anode region. a base region in which the gate region has no short circuit to an electrode contact-connected to the emitter region bridging the PN junction between the gate region and the emitter region; comprises a first and a second layer, the first layer adjacent to the gate region and using at least one thyristor that is doped less than the second layer; using biasing means for supplying an alternating current having a voltage across the thyristor of the type described above, and a gate circuit for supplying a predetermined potential across the thyristor for selectively firing the thyristor;
A method of operating a thyristor circuit comprising a load and at least one thyristor connected in series with the load.

上述の形式の回路は「インターナショナル・ジヤーナル
・エレクトロニクス36」(lnt.JElectro
nics)(1974)P.399〜416より公知で
ある。
A circuit of the type described above is available from "International Journal Electronics 36" (lnt.JElectro
nics) (1974) P. 399-416.

この種の回路に用いられるスイッチ回路は、例えば「サ
イリストーレン」(1970.独)P.131〜133
または「フンダメンメルス・オブ・ア・パルス・ウイス
・モデユレーテイド・/ぐワー・サーキット」(197
2.米)P.266〜275または「ミリチウム・スト
ロームリヒター・ハンドブーフ」(1971スイス」P
.197〜201より公知である。lnt.J.エレク
トロニクス36(1974)P.399〜416により
公知の回路のサイリスタは、2山Secより小さなター
ンオフ時間、許容電圧上昇率則ち600V/ムsecの
dv/dt値、650Vの順方向および逆方向阻止電圧
および10倣世のスイッチ周波数を有する。短かなター
ンオフ(回復)時間は実質的に次のようにゲートの制御
により蓬せられる。
A switch circuit used in this type of circuit is, for example, "Syristollen" (1970, Germany), published by P. 131-133
or “Fundament of a Pulse with Modulated / War Circuit” (197
2. US) P. 266-275 or “Militium Stromrichter Handbuch” (1971 Switzerland) P
.. 197-201. lnt. J. Electronics 36 (1974) P. The thyristor of the circuit known from No. 399-416 has a turn-off time of less than 2 Sec, a permissible voltage rise rate or dv/dt value of 600 V/msec, a forward and reverse blocking voltage of 650 V and a switch of 10 msec. Has a frequency. A short turn-off (recovery) time is effectively achieved by controlling the gate as follows.

即ちP−ゲート領域の場合ゲートの負の電位はゲートお
よびベース領域から阻止すべき通過状態のキヤリヤが迅
速に空乏化されるように作用する。この原理は「ゲート
ーアシステドーターンーオフ」(GATO)として公知
である。
In the case of a P-gate region, the negative potential of the gate thus serves to rapidly deplete the passing carriers to be blocked from the gate and base regions. This principle is known as "gate-assisted turn-off" (GATO).

しかし阻止すべき半導体素子の直径が大きい場合、電流
が小さな直径のチャネルに密集し、そこに過熱や損傷が
生じる危険がある。このことを避けるために刻み目形の
ェミツターゲート−構造が設けられている。この構造に
より負に極性付けられたゲートがP−ゲート領域のすべ
ての部分に急速に作用する。P−ゲート領域の付加的に
高い導電率がその作用を助ける。P−ゲート領域の場合
カソード側のPN−接合を短絡するショーテッドェミッ
タを設けることは許されない。というのはショーテツド
ェミッタがあると負に樋性付けられたゲートが有効に働
かなくなることがあるからである。むしろ前記PN接合
は十分に申し分のない阻止能力を有しなければならない
。というのはこの阻止能力はゲ−トの負の電位を制限す
るからである。刻み目形ェミツターゲート−構造はター
ンオフのみならずターンオフに対しても重要である。
However, if the semiconductor component to be blocked has a large diameter, there is a risk that the current will crowd into the small diameter channels, causing overheating and damage there. To avoid this, a notch-shaped emitter gate structure is provided. This structure allows the negatively polarized gate to rapidly affect all portions of the P-gate region. The additionally high conductivity of the P-gate region aids this action. In the case of a P-gate region, it is not permissible to provide shorted emitters that short-circuit the PN-junction on the cathode side. This is because the presence of short emitters may prevent negatively gated gates from working effectively. Rather, the PN junction must have a sufficiently satisfactory blocking ability. This is because this blocking ability limits the negative potential of the gate. The notched emitter gate structure is important not only for turn-off but also for turn-off.

その理由はこれによりゲートからの点弧がサィリスタの
すべての能動部分に迅速に波及するからである。刻み目
形ェミッタ構造でない場合スイッチング損失は著しく高
くなり、許容電流速度が、低くなる。確かにこれに関し
ては長いカソード緑を一様に点弧するために高い点孤軍
流および大変狭いカソードストラィプ幅が必要である点
に強い制限がある。
This is because the firing from the gate is thereby quickly propagated to all active parts of the thyristor. Without a notched emitter structure, the switching losses are significantly higher and the permissible current rate is lower. Indeed, there are strong limitations in this regard in that high firing forces and very narrow cathode strip widths are required to uniformly fire long cathode greens.

1仏sec内で全力ソード面が点弧されるとき点弧電流
として通過電流のオーダの大きさを必要としカソードス
トラィプ幅は約300ムのである。
When the full power of the cathode surface is ignited within 1 French sec, an ignition current on the order of the passing current is required, and the cathode strip width is about 300 mm.

これによりしかし多くの能動表面が矢なわれるので実際
にこの種の解決は適していない。lnt.J.エレクト
ロニクス36(1974)P.399一416により公
知の電気回路は例えば1000V以上の高い阻止電圧に
対しても適していない。
In practice, however, this kind of solution is not suitable, since many active surfaces are destroyed by this. lnt. J. Electronics 36 (1974) P. The electrical circuit known from No. 399-416 is also not suitable for high blocking voltages of, for example, 1000 V or more.

何故なら高い阻止電圧はサィリスタの厚く高抵抗のベー
ス領域を必要とする。しかしこの種のベース領域は例え
ば金のドーピングによる再結合中心の挿入によりキヤI
Jヤのライフタイムが著しく減少されないときキャリャ
が阻止すべき通過状態から十分に遠く空乏化されるのを
妨げる。この種の再結合中心はしかし高い順電圧降下を
生ぜしめるので望ましくない。従って最小のターンオフ
時間(回復時間)および小さな夕−ンオフ損失において
高い順阻止電圧および高い値の許容電流および電圧上昇
速度を有するサイリスタ回路が所望される。
This is because a high blocking voltage requires a thick and highly resistive base region of the thyristor. However, this type of base region can be improved by inserting recombination centers, for example by doping with gold.
Unless the lifetime of J is significantly reduced, the carriers are prevented from being depleted far enough from the transit state to be blocked. This type of recombination center is however undesirable since it gives rise to a high forward voltage drop. Therefore, a thyristor circuit is desired which has a high forward blocking voltage and a high value of current capacity and voltage rise rate at a minimum turn-off time (recovery time) and low turn-off losses.

この種のサィリスタ回路は、冒頭で述べたように次のよ
うなサイリスタ回路である。
As mentioned at the beginning, this type of thyristor circuit is the following thyristor circuit.

即ち500V以上の日頃阻止電圧において10KHz以
上のスイッチ周波数に対するサイリスタを有し、その際
サィリスタが刻み目形のェミッターゲート構造、ゲ−ト
に接触接続されているゲ−ト領域、ゲート領域より低く
ドーピングされているベース領域為を有し、このサイリ
スタがターンオフされるとき、ゲートはゲート領域にお
ける多数キヤリセの極性とは反対の極性にある電位にと
ゞまりかつゲート領域に隣接するェミッタ領域とのPN
接合を短絡する、前記ェミッタ領域に接触接続されてい
る電極に対する降伏部を有していない電気回路であって
、ゲート領域に隣接する層の方が低くドーピングされて
いるようにベース領域が2層から成る、高周波サィリス
タを有する電気回路が用いられる。このような対策の回
路手段は「lEE.コンフェレンス・パブリケーシミョ
ン123」(1974年・英)P13〜19により公知
である。
i.e. with a thyristor for a switching frequency of more than 10 KHz at a typical blocking voltage of more than 500 V, the thyristor having a notch-shaped emitter gate structure, a gate region in contact with the gate, and a lower doping than the gate region. When the thyristor is turned off, the gate remains at a potential with a polarity opposite to that of the majority carrier in the gate region and has a PN relationship with the emitter region adjacent to the gate region.
An electrical circuit having no breakdown to the electrode contacting the emitter region to short-circuit the junction, the base region being double-layered such that the layer adjacent to the gate region is lower doped. An electrical circuit with a high frequency thyristor is used, consisting of: Circuit means for such countermeasures are known from "IEE. Conference Publication 123" (1974, English), pages 13-19.

これにより、順阻止電圧を低下しないでベース領域の厚
さをかなり低減できるようになる。ベース領域の高抵抗
層は比較的小さい電圧において既に、自由なキャリアが
完全に空乏化され、一方の低抵抗の層は遮断層の拡がり
、従って「パンチースルー」を避けるように作用する。
ゲートおよびベース領域は近似的にPIN−構造を形成
する。P川−構造においては3角の代わりに矩形に電界
分布が得られる。ベース領域の高くドーピングされた方
の層に直接高くドーピングされた第2のェミッタ領域(
Nードーピングされたベース領域の場合アノード層)が
続くとき、全体の構造は特に簡単に製造できる。
This allows the thickness of the base region to be significantly reduced without reducing the forward blocking voltage. The high-resistance layer in the base region is completely depleted of free carriers even at relatively low voltages, while the low-resistance layer serves to avoid widening of the blocking layer and thus "punch-through".
The gate and base regions approximately form a PIN-structure. In the P-river structure, the electric field distribution is rectangular instead of triangular. A highly doped second emitter region (
If the N-doped base region is followed by an anode layer), the overall structure is particularly easy to manufacture.

しかしこの構成は、逆方向において例えば25Vである
非常に低い電圧を阻止できるだけである。しかしこのこ
とは実際のスイッチ回路にとっては欠点ではない。とい
うのはサイリスタはいずれにせよ逆阻止方向において逆
並列のダイオードにより橋絡されなければならないから
である。(参照:公知の回路と関連して冒頭に引用した
文献を参照)ところで本発明は上記のようにサィリスタ
を有する電気回路を作動する有利な方法を提供すること
である。
However, this arrangement can only block very low voltages, for example 25V, in the reverse direction. However, this is not a drawback for practical switch circuits. This is because the thyristors must in any case be bridged by anti-parallel diodes in the reverse blocking direction. (See also the documents cited at the outset in connection with known circuits.) The object of the invention is therefore to provide an advantageous method of operating an electrical circuit with a thyristor as described above.

この課題は本発明によれば次のようにして解決される。According to the present invention, this problem is solved as follows.

即ち10KHzより高い周波数および500Vより高い
電圧を有する交流電流をサィリス外こ供給するバイアス
手段を前記少なくとも1つのサイリスタのェミッタ領域
とアノード領域との間に設け、かつ前記サィリスタに対
する順阻止状態の期間中前記ゲートの電位を、ゲート領
域と隣接するェミッタ領域との間のPN接合が阻止方向
において樋性付けられるように、維持し、かつ前記バイ
アス手段が前記順阻止状態において漏れ電流を発生し、
かつ前記サィリスタを、正の負荷電流期間中前記漏れ電
流を用い、かつ前記ゲートの電位を、日頃阻止期間中の
ゲートの電位とは反対の極性の値と零との間にある値ま
たは零に設定するかまたはゲート回路を開放することに
よって点狐し、かつ前記交流電流がその負の負荷電流期
間になった後前記ゲートの電位を再び、その以前の値に
設定する。本発明の作動方法によれば従来のようにサィ
IJス外ま、その他の場合は実質的に中性のゲートに電
位を加えることにより点弧されるのではなくて、ゲート
回路を開放しておいて電圧が小さいときにすでにブレー
クオーバ点弧の可能なサィリスタが、順方向状態にあっ
てゲートを介して阻止状態に保たれ、それからゲート回
路の開放またはゲートの電位の極性の反転によって点弧
される。
that is, biasing means are provided between the emitter region and the anode region of said at least one thyristor for supplying an alternating current having a frequency higher than 10 KHz and a voltage higher than 500 V to the thyristor, and during the forward blocking condition for said thyristor. maintaining the potential of the gate such that the PN junction between the gate region and the adjacent emitter region is gated in the blocking direction, and the biasing means generating a leakage current in the forward blocking state;
and the thyristor is operated with the leakage current during the positive load current period, and the potential of the gate is set to a value between zero and a value of opposite polarity to the potential of the gate during the blocking period. setting or opening the gate circuit, and after the alternating current has reached its negative load current period, the potential of the gate is again set to its previous value. According to the method of operation of the present invention, rather than being ignited by applying a potential to an otherwise substantially neutral gate, as in the prior art, the gate circuit is opened. A thyristor which is already capable of breakover firing when the voltage is small in the forward state is held in the blocked state via the gate and then fired by opening the gate circuit or reversing the polarity of the potential at the gate. be done.

このように本発明によればサィリス夕の全能動部分が著
しく素速く点弧される。何故なら点弧はこの際もはや横
方向に流れるゲート−点孤軍流により行なわれるのでは
なく、遮断層の形成の際ベース領域の高抵抗層に生じる
軸方向に流れる逆電流によって行なわれる。サイリスタ
は、本発明の作動方法には望ましいがその他の場合は欠
点となるショーテツドェミツタが設けられていないこと
により簡単に点弧される。本発明による作動方法の機能
の有用性は予見されていなかった。
According to the invention, the entire active part of the syringe is thus ignited very quickly. The ignition is then no longer effected by a laterally flowing gate-ignition force current, but by an axially flowing reverse current which occurs in the high-resistance layer in the base region during the formation of the blocking layer. The thyristor is easily ignited due to the absence of short emitters, which is desirable for the method of operation of the invention, but which would otherwise be a disadvantage. The usefulness of the functionality of the method of operation according to the invention was not foreseen.

というのは点弧のために用いられる逆電流は強く温度に
依存しているからである。しかしこの温度に対する依存
性が実際には障害にはならない。というのはゲート領域
および隣接するェミッ夕領域の間のPN−接合での発生
電流は同じ温度依存性を有するからである。次に本発明
を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
This is because the reverse current used for ignition is strongly temperature dependent. However, this temperature dependence is not really a problem. This is because the current generated at the PN junction between the gate region and the adjacent emitter region has the same temperature dependence. Next, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

第1図は直列振動回路負荷RLC、例えば直列コンデン
サCを有する高周波数誘導炉L、逆並列のダイオードD
,,D2,D3,D4により逆阻止方向において橋絡さ
れている本発明によるサィリスタ回路Th,,m2,T
h3,TLを有するィンバータを示す。
Figure 1 shows a series resonant circuit load RLC, e.g. a high frequency induction furnace L with a series capacitor C, an anti-parallel diode D
, , m2, T thyristor circuit according to the invention bridged in the reverse blocking direction by D2, D3, D4
h3, shows an inverter with TL.

例えば中間回路インバータが使用され、その際直流電圧
が日において給電される。第2図が示すように各々のサ
ィリスタTh,〜m4の主端子対にその都度電圧U化が
印加される。
For example, an intermediate circuit inverter is used, in which case a direct voltage is supplied during the day. As shown in FIG. 2, a voltage U is applied each time to the main terminal pair of each thyristor Th, to m4.

ゲート端子Gには制御電圧UGが印加される。P−制御
領域およびN−ベース領域を有するサィリスタに対する
制御電圧の経過を第2図に示す。UGは最初員であり従
ってサィリスタは遮断されている。時点Zにおいて例え
ば回路のサイリスタm,およびm4のゲート電圧UGが
零または正の値にセットされると、このサィリスタ対は
点弧され、Th,およびT〜を介して電流1^Kが流れ
る。この電流は時点Wでその樋性を変える。またこの電
流は時点Tにおいて回路Th2およびTh3のサィリス
タ対が点弧されて電流を流すまで逆並行のダイオード○
,およびD4を介して導びかれる。この時点Tで回路T
h,およびTLのサィリスタにおける電圧U肌が再び上
昇する。この電圧を遮断するために時点WからTの間に
サィリスタTh,およびm4のゲートGを再び負の電位
にセットされる。このようにして負荷Lに矩形の交流電
圧UL、および位相のずれた交流電流1しが生じる。本
発明によるサィリスタ−回路を用いることによりこれま
で電子管のみが使用されてきた高周波数の場合でもィン
バータを半導体構成素子で構成できる。第3図の断面図
に示すサィリス外ま、第1のェミツタ領域1、ゲート領
域2、高抵抗層3aおよび低抵抗層3bを有するベース
領域、第2のェミッタ領域4および第1の主電極5、ゲ
ート電極6、および第2の主電極7を有する。
A control voltage UG is applied to the gate terminal G. The curve of the control voltage for a thyristor with a P-control region and an N-base region is shown in FIG. UG is the first member and therefore the thyristor is shut off. If at time Z, for example, the gate voltage UG of the thyristors m and m4 of the circuit is set to zero or a positive value, this thyristor pair is fired and a current 1^K flows through Th and T~. This current changes its conductivity at time W. This current also flows through anti-parallel diodes ○ until the thyristor pair of circuits Th2 and Th3 is fired at time T and conducts current.
, and D4. At this point T, the circuit T
h, and the voltage U at the thyristor TL rises again. In order to cut off this voltage, between time points W and T, the thyristor Th and the gate G of m4 are again set to a negative potential. In this way, a rectangular alternating current voltage UL and a phase-shifted alternating current 1 are generated at the load L. By using the thyristor circuit according to the invention, the inverter can be constructed with semiconductor components even at high frequencies, for which hitherto only electron tubes have been used. 3, the first emitter region 1, the gate region 2, the base region having the high resistance layer 3a and the low resistance layer 3b, the second emitter region 4 and the first main electrode 5. , a gate electrode 6 , and a second main electrode 7 .

領域1/2,2/3a,3a/4の間にPN接合J.,
J2,J3がある。主電極5の端子はE,で、主電極7
の端子はE2で、ゲート電極6の端子はGで示されてい
る。PN接合J3に遮断電圧が加わらないので日頃阻止
PN接合J2において公知の特に有利なポジティブべべ
リング(lEEEトランザクシヨン、ED−11(19
64)P313)が設けられる。
PN junction J. between regions 1/2, 2/3a, and 3a/4. ,
There are J2 and J3. The terminal of the main electrode 5 is E, and the terminal of the main electrode 7
The terminal of the gate electrode 6 is indicated by E2, and the terminal of the gate electrode 6 is indicated by G. Since no cut-off voltage is applied to the PN junction J3, a particularly advantageous positive beveling (lEEE transaction, ED-11 (19
64) P313) is provided.

第4図において第3図のサィリスタが刻み目形ェミツタ
ーゲート構造を有することがわかる。
It can be seen in FIG. 4 that the thyristor of FIG. 3 has a notched emitter gate structure.

ェミッタ領域1のストライプ幅をb、ゲート領域2のス
トライプ幅をgで示す。連続動作高周波数サィリスタに
おいては比較的高い損失電力が生じる。
The stripe width of the emitter region 1 is indicated by b, and the stripe width of the gate region 2 is indicated by g. Relatively high power losses occur in continuously operating high frequency thyristors.

この損失電力に対して37皿の動作温度を基礎として設
計される。ェピタキシャルーN形ベースサィリスタ第5
図はサイリスタに対するドーピング経過(端面からの距
離Xとドーピング濃度Nの値との関係)を示す。
This power loss is designed based on the operating temperature of 37 dishes. Epitaxial N-type base thyristor No. 5
The figure shows the doping progress for the thyristor (the relationship between the distance X from the end face and the value of the doping concentration N).

このサィリスタはごサブストレート上にェピタキシヤル
技術を用いて製造される。このサイリスタは次のような
層を有する。P+サブストレート(第3図の第2のェミ
ツタ領域4に相応)におけるアクセプタ濃度N^は1び
9弧‐3、機能にとって層の厚さは重要でないが例えば
300い机である。N層(第3図の層3bに相応)にお
けるドナ濃度Noは2・1び6弧‐3であり、層の厚さ
は30山肌である。
This thyristor is manufactured using epitaxial technology on a substrate. This thyristor has the following layers. The acceptor concentration N^ in the P+ substrate (corresponding to the second emitter region 4 in FIG. 3) is 1 and 9 arc-3, for example 300 arc-3, although the layer thickness is not critical for the function. The donor concentration No. in the N layer (corresponding to layer 3b in FIG. 3) is 2.1 and 6 arc-3, and the layer thickness is 30 mounds.

N層(第3図の層3aに相応)におけるドナ濃度Noは
1・1び4仇‐3であり、層の厚さは70ムmである。
P層(第3図のゲート領域2に相応)におけるアクセプ
タ濃度N^は4・1び6仇‐3であり、層の厚さは10
Aのである。合金化金属化部分(第3図の5/6)を有
するN+層(第3図の第1のェミッタ領域に相応)にお
いてはドナ濃度N。
The donor concentration No in the N layer (corresponding to layer 3a in FIG. 3) is 1.1 and 4-3, and the layer thickness is 70 mm.
The acceptor concentration N^ in the P layer (corresponding to gate region 2 in Fig. 3) is 4.1 and 6 -3, and the layer thickness is 10.
It's A's. In the N+ layer (corresponding to the first emitter region in FIG. 3) with alloyed metallization (5/6 in FIG. 3) the donor concentration N.

は5・1び8乃至5・1び9肌‐3の範囲内にあり、層
の厚さは10乃至20山肌である。このN+層はまた相
応する厚さのP層への拡散により製作できる。注入され
たキャリヤのライフタイムを減少させるために層3a,
3bにおいて公知の方法により約6・1び3仇‐3の濃
度まで金が拡散され、その結果0.7山sのライフタイ
ムとなる。
is within the range of 5.1 and 8 to 5.1 and 9 skin-3, and the thickness of the layer is 10 to 20 skin. This N+ layer can also be produced by diffusion into a P layer of corresponding thickness. layer 3a, to reduce the lifetime of the injected carrier;
In 3b, gold is diffused by known methods to a concentration of about 6.1 and 3 -3, resulting in a lifetime of 0.7 m.s.

N‐層3a全体が自由なキャリャが空乏化される際の電
圧はUP=400yである。
The voltage when the entire N-layer 3a is depleted of free carriers is UP=400y.

シリコンに対して最大である。2・1びV/肌の電界強
度はUB=1000Vの順阻止電圧においてPN‐接合
J2に達する。
Maximum for silicon. The electric field strength of 2.1 and V/skin reaches the PN-junction J2 at a forward blocking voltage of UB=1000V.

逆方向においてNr接合J3の降伏電圧は35Vで生じ
る。ゲート領域2およびェミツタ領域1の間のN十P接
合J,に最大のとき20Vを加えることができる。N+
P接合J,を介しての電流密度がこの接合における発生
電流より大きいときカソードE,はPベース2に電子を
注入する。
In the reverse direction, the breakdown voltage of Nr junction J3 occurs at 35V. A maximum of 20 V can be applied to the N0P junction J, between the gate region 2 and the emitter region 1. N+
When the current density through the P junction J, is greater than the current generated in this junction, the cathode E, injects electrons into the P base 2.

接合J2における阻止電圧が増加すると逆電流はJ,の
発生電流をますます越え、順阻止電圧が130Vを越え
るや否やサィリスタはゲート回路の遮断により一様に点
弧される。この値は実際には温度に依存している、とい
うのはN十P接合J,の逆電流および発生電流は殆んど
これと同じ温度依存性を有するからである。37帆のと
きの最小の点孤軍流密度は3mA/のであり、順方向電
圧が1000Vの場合の最大逆電流密度は20wA/の
である。
As the blocking voltage at junction J2 increases, the reverse current increasingly exceeds the current generated by J, and as soon as the forward blocking voltage exceeds 130 V, the thyristor is fired uniformly by interrupting the gate circuit. This value is actually temperature dependent, since the reverse current and the generated current of the N0P junction J, have almost the same temperature dependence. The minimum firing current density with 37 sails is 3 mA/, and the maximum reverse current density with a forward voltage of 1000 V is 20 wA/.

N−−領域3aから均一の電流密度iがP−層2に流れ
、幅bのカソードストラィプ下のゲートの所まで達する
と、U=Jpぜ/幻の最大電圧降下が生じる。
When a uniform current density i flows from the N-- region 3a to the P- layer 2 and reaches the gate below the cathode strip of width b, a phantom maximum voltage drop occurs.

ただしdはP−層2の厚み、pはP一層2の固有抵抗で
ある。これにより、10Vの負のゲート電圧および2肌
のストライプ幅の場合カソードE,が電子を注入するこ
となく4A/地の最大の電流密度の電流を流せることと
なる。この値は最大逆電流密度より300倍大きく、そ
の結果点弧を確実に逆電流により支配できるようになる
。ゲートGを介して流すことのできる最大の電流密度は
、約2ぴ苦のベース3a/3bにおいて1000V/r
secのdv/dt値が許容される程度に高くなければ
ならない。このサイリスタのターンオフ時間は1.5乃
至2仏secである。上述のサィリスタは例えば次のよ
うなデータで動作する。
However, d is the thickness of the P layer 2, and p is the specific resistance of the P layer 2. This allows the cathode E, with a negative gate voltage of 10 V and a stripe width of two stripes, to conduct a current with a maximum current density of 4 A/ground without injecting electrons. This value is 300 times greater than the maximum reverse current density, thus ensuring that ignition is dominated by the reverse current. The maximum current density that can be passed through the gate G is approximately 1000 V/r at the base 3a/3b of about 2
The dv/dt value in sec must be acceptably high. The turn-off time of this thyristor is 1.5 to 2 French seconds. The above-mentioned thyristor operates with the following data, for example.

周期的尖頭遮断電圧:800V 連続時間限界電流:100A 臨界電圧上昇率:200常 臨界蹴上昇率:20常 スイッチ周波数:50KHz 遮断時のゲートの電位:−10V、点弧時のゲートの電
位:0乃至十IVP形一ベースサイリスタ 第6図はP形ベースサィリスタに対するドーピング経過
を示す。
Periodic peak cutoff voltage: 800V Continuous time limit current: 100A Critical voltage rise rate: 200 Normal critical kick rise rate: 20 Normal switch frequency: 50KHz Gate potential at cutoff: -10V, gate potential at ignition: 0 to 11 IVP-type one-base thyristors FIG. 6 shows the doping sequence for a P-type base thyristor.

2・1び3弧‐3(7000仇)のPドーピング濃度を
有する約200り凧の厚さのシリコンディスクから製造
できる。
It can be manufactured from a silicon disk approximately 200 mm thick with a P doping concentration of 2.1 and 3 arc-3 (7000 mm).

一方の側面から約70仏のの深さのP形部分およびN十
領域が拡散される。他方の側面からは4・1び63‐3
のドーピングを有する約30山肌の厚さのN層がェピタ
キシャルに形成される。このN層へ続いてP十形部分が
拡散される。すべての試料において金は6・1び3伽‐
3の濃度にまで拡散されその結果0.7仏secのライ
フタイムが生じる。第3図のサィリスタの領域1,2,
3a,3b,4はこの場合のP十層、N層、P‐層、P
層およびN+層の順序で相応する。
From one side, a P-shaped portion and an N-domain region approximately 70 mm deep are diffused. From the other side, 4.1 and 63-3
An N layer of approximately 30 ridges thick is formed epitaxially with a doping of . Continuing to this N layer, a P-shaped portion is diffused. Gold is 6.1 and 3 in all samples.
3, resulting in a lifetime of 0.7 French seconds. Regions 1, 2 of the thyristor in Fig. 3,
3a, 3b, and 4 are the P ten layer, N layer, P- layer, and P layer in this case.
Corresponding in the order of layers and N+ layers.

200yの順方向電圧において全P‐層を介して遮断層
が延在する。
At a forward voltage of 200y the blocking layer extends through the entire P-layer.

順万向電圧が更に上昇すると次ぐP層3bにおいて更に
20仏のにまでこの遮断層が拡がる。最大順阻止電圧は
2200Vである。PW接合およびPN十接合(J,並
びにJ3)の降伏電圧は上述の例のように20V並びに
35Vである。ブレークオーバ点弧に対する最小順方向
電圧はその際30Vである。この低減はドーピングが低
いためPN一接合J2の遮断層の幅がより大きくなるこ
とによって達成される。2200Vの順方向電圧および
37雌の作動温度に際する最大逆電流密度はこのとき5
5のA/ふとなる。
As the forward voltage further increases, this blocking layer further expands to 20 degrees in the next P layer 3b. The maximum forward blocking voltage is 2200V. The breakdown voltages of the PW junction and the PN ten junction (J and J3) are 20V and 35V as in the above example. The minimum forward voltage for breakover firing is then 30V. This reduction is achieved by making the blocking layer of the PN junction J2 wider due to the lower doping. The maximum reverse current density at a forward voltage of 2200V and an operating temperature of 37V is then 5
5 A/Suddenly.

loAmの厚さのN層2の導電率は上述した例のP層2
におけるより殆んど3倍程高い。
The conductivity of the N layer 2 with a thickness of loAm is the same as that of the P layer 2 in the above example.
almost three times higher than in

従ってカソードストラィプ幅bはこのときb=3.3側
であるよう凡そノ3倍に拡大される。この実施例のサィ
リス夕に対しては約3Asecのターンオフ時間が生じ
る。
Therefore, the cathode strip width b is expanded approximately three times so that b=3.3 at this time. There is a turn-off time of approximately 3 Asec for the syringe switch in this embodiment.

この実施例のサィリスタの作動デー外ま例えば次の通り
である。
The operating data of the thyristor of this embodiment is as follows.

周期的尖頭遮断電圧:1500V 連続限界電流:100A 臨界電圧上昇率200常 臨界電流上昇総20常 スイッチ周波数:3皿Hz 遮断の時のゲートの電位:−10Vおよび点弧の時の電
位は0である。
Periodic peak cutoff voltage: 1500V Continuous limit current: 100A Critical voltage rise rate 200 Normal critical current rise Total 20 Normal switch frequency: 3 Hz Gate potential at time of cutoff: -10V and potential at time of ignition is 0 It is.

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

第1図は高周波数を発生するためにィンバータとして形
成されている回路を有するスイッチング回路略図、第2
図は第1図のスイッチング回路の電圧および電流波形図
、第3図は回路の順方向遮断PN接合のポジティブべベ
ルのサィリスタを第4図の線S−Sに沿って切断した断
面略図、第4図は第3図のサィリスタのゲート側の平面
略図、第5図はNードーピングされたベース領域を有す
るサィリスタに対するドーピング経過を示すグラフ図、
第6図はP−ドーピングされたベース領域を有するサイ
リスタに対するドーピング経過を示すグラフ図である。 1,4・・・・・・ェミッタ領域、2・・…・ゲート領
域、5,7・・・・・・主電極、6・・・・・・ゲート
電極。FIG.IFIG.2 FIG.3 FIG・ム FIG.5 FIG.6
FIG. 1 is a schematic diagram of a switching circuit with a circuit configured as an inverter for generating high frequencies;
The figures are voltage and current waveform diagrams of the switching circuit in Figure 1, Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the circuit's forward-blocking PN junction positive bevel thyristor taken along line S-S in Figure 4, and 4 is a schematic plan view of the gate side of the thyristor of FIG. 3; FIG. 5 is a graph showing the doping progress for a thyristor having an N-doped base region;
FIG. 6 is a graph showing the doping profile for a thyristor with a P-doped base region. 1, 4... emitter region, 2... gate region, 5, 7... main electrode, 6... gate electrode. FIG. IFIG. 2 FIG. 3 FIG・muFIG. 5 FIG. 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 刻み目形エミツタ−ゲート構造の形のエミツタ領域
およびゲートと、該ゲートに接触接続されたゲート領域
と、該ゲート領域およびアノード領域より低くドーピン
グされているベース領域とを備えており、その際ゲート
領域は、該ゲート領域およびエミツタ領域の間のPN接
合を橋絡するエミツタ領域に接触接続された電極に対す
る短絡回路を有しておらずかつ前記ベース層は第1およ
び第2層から成つており該第1層は前記ゲート領域に隣
接しかつ前記第2層より低くドーピングされている少な
くとも1つのサイリスタを使用し、10KHzより高い
周波数および500Vより高い電圧を有する交流電流を
前記形式のサイリスタに供給するバイアス手段とサイリ
スタを選択的に点弧するためにサイリスタに前以つて決
められた電位を供給するゲート回路とを使用して、負荷
と該負荷に直列接続されている少なくとも1つのサイリ
スタとを含んでいるサイリスタ回路を作動する方法にお
いて、前記バイアス手段を前記少なくとも1つのサイリ
スタのエミツタ領域とアノード領域との間に設け、かつ
前記サイリスタに対する順阻止状態の期間中前記ゲート
の電位を、ゲート領域と隣接するエミツタ領域との間の
PN接合が阻止方向において極性付けられるように、維
持し、かつ前記バイアス手段が前記順阻止状態において
漏れ電流を発生し、かつ前記サイリスタを正の負荷電流
期間中前記漏れ電流を用い、かつ前記ゲートの電位を、
順阻止期間中のゲートの電位とは反対の極性の値と零と
の間に値または零に設定するかまたはゲート回路を開放
することによつて点弧し、かつ前記交流電流がその負の
負荷電流期間になつた後前記ゲートの電位を再びその以
前の値に設定することを特徴とするサイリスタ回路の作
動方法。
1 an emitter region and a gate in the form of a notched emitter-gate structure, a gate region in contact with the gate, and a base region that is lower doped than the gate region and the anode region; the region has no short circuit to an electrode contact-connected to the emitter region bridging a PN junction between the gate region and the emitter region, and the base layer consists of a first and a second layer. using at least one thyristor, the first layer adjacent to the gate region and doped lower than the second layer, supplying an alternating current to a thyristor of the type with a frequency higher than 10 KHz and a voltage higher than 500V; a load and at least one thyristor connected in series with the load using biasing means for selectively firing the thyristor and a gating circuit for applying a predetermined potential to the thyristor for selectively firing the thyristor. A method of operating a thyristor circuit comprising: said biasing means being provided between an emitter region and an anode region of said at least one thyristor; and an adjacent emitter region such that the PN junction between the thyristor and the adjacent emitter region is polarized in the blocking direction, and the biasing means generates a leakage current in the forward blocking condition and biases the thyristor during a positive load current period. Using the leakage current and the potential of the gate,
The potential of the gate during the forward blocking period is ignited by setting it to a value between a value of opposite polarity and zero or by opening the gate circuit, and the alternating current is at its negative polarity. A method of operating a thyristor circuit, characterized in that the potential of the gate is set again to its previous value after a load current period has started.
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NO763077L (en) 1977-03-10
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