JPS60170322A - Solid element relay circuit - Google Patents

Solid element relay circuit

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JPS60170322A
JPS60170322A JP60010698A JP1069885A JPS60170322A JP S60170322 A JPS60170322 A JP S60170322A JP 60010698 A JP60010698 A JP 60010698A JP 1069885 A JP1069885 A JP 1069885A JP S60170322 A JPS60170322 A JP S60170322A
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JP
Japan
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region
stack
source
voltage
transistor
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Application number
JP60010698A
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Japanese (ja)
Inventor
ダニエル・エム・キンザー
ホワード・ウイリアム・コリンズ
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Infineon Technologies Americas Corp
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International Rectifier Corp USA
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3011Impedance

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は固体素子リレーに係シ、より詳細には新規なM
OSFET、このMOSFETを駆動する回路、素子を
動作させるだめのエネルギを形成する光電圧発生器を用
いる固体素子リレーに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a solid-state relay, and more particularly to a novel M
The present invention relates to a solid-state relay using an OSFET, a circuit to drive the MOSFET, and a photovoltage generator to generate the energy to operate the device.

(従来技術およびその問題点) リードリレーは汎用されている電気機械的リレーである
。このようなリレーは例えば約100万回のオーダーの
限られた回数の動作寿命しかなく、しかもかなシ犬型で
高価である。そこでり−ドリレーを固体素子を用いたリ
レーで置き換える努力がなされている。しかし、これら
の努力にも拘らずリードリレーに特性的もしくは経済的
に対抗し得る装置は製作されていない。
(Prior Art and its Problems) A reed relay is a commonly used electromechanical relay. Such relays have a limited operating life, for example on the order of about 1 million cycles, and are also cumbersome and expensive. Therefore, efforts are being made to replace the solid-state relays with relays using solid-state elements. However, despite these efforts, no device has been produced that can compete with reed relays in terms of characteristics or economy.

そして、市販の固体素子リレーの殆んどは出力素子とし
てサイリスタ(SCRまたはトライアック)を用いる。
Most commercially available solid-state relays use a thyristor (SCR or triac) as an output element.

しかし、サイリスクは理想的な電気機械的スイッチの類
似物に過ぎない。例えばサイリスタは最低でも0.6v
のオン状態電圧降下があり、ターンオフするには極性を
反転させなければならず、半サイクルのターンオフ時間
を要し、大保持電流および大きな逆漏洩電流を有する。
However, Cyrisk is only an analogue of an ideal electromechanical switch. For example, a thyristor is at least 0.6v
It has an on-state voltage drop of , must reverse polarity to turn off, requires a half-cycle turn-off time, and has large holding current and large reverse leakage current.

したがってサイリスタはリードスイッチによる一般的な
目的の装置スイッチングのような応用面には概ね不満足
である。逆並列接続されたサイリスタの使用が米国特許
第4,296,331号に開示されている。
Therefore, thyristors are generally unsatisfactory for applications such as general purpose device switching with reed switches. The use of anti-parallel connected thyristors is disclosed in US Pat. No. 4,296,331.

サイリスタではな(MOSFETを用いる固体素子リレ
ー一対の機械的接点の理想的な導通/阻止特性の優れた
固体素子類似物を形成する。双方向導通MO8FETは
交流および直流回路を制御することができ、真のガ能接
点を形成する。
Solid state element relays using MOSFETs (not thyristors) form a solid state element analog with excellent conduction/blocking properties ideal for a pair of mechanical contacts. Bidirectional conduction MO8FETs can control alternating current and direct current circuits, Form a true contact point.

トランジスタをスイッチングする入力エネルギが適当な
LED−!だは他の放射源によって照射され、素子のス
イッチングを行う出力電流を形成するリレーもまた知ら
れている。このようなリレーは米国特許第4,227,
098号に示されている。
LED with appropriate input energy for switching transistors! Relays are also known which are irradiated by other radiation sources and form an output current which switches the elements. Such a relay is described in U.S. Pat. No. 4,227,
No. 098.

主たスミカスイツチング素子が電力用MO8FETであ
るとき光電圧源からの入力電流は素子をターンオンする
だめに素子のゲート容量を充分に充電しなければならな
い。光電圧発生器、一般的には太陽電池形素子のスタツ
クを用いるとき、このような発生器はMOSFETゲー
ト容量からの電池出力電流の放散を防止するため高イン
ピーダンスで動作しなければならない。高インピーダン
スであることによシ光発生器への人力放射信号がオフと
なって光発生器出力電圧が消失したときゲート容量の放
電を遅らせる。そして、米国特許第4,227,098
の回路では、電力MO8FETのゲート容量を高インピ
ーダンス回路に放電するに要する時間の長さだけ人力信
号が持続した後も主電力MO8FETがオンを保つ。
When the primary smear switching device is a power MO8FET, the input current from the photovoltage source must sufficiently charge the gate capacitance of the device to turn the device on. When using photovoltage generators, typically stacks of solar cell type devices, such generators must operate at high impedance to prevent dissipation of the battery output current from the MOSFET gate capacitance. The high impedance delays the discharge of the gate capacitance when the human radiation signal to the light generator is turned off and the light generator output voltage disappears. and U.S. Patent No. 4,227,098
In this circuit, the main power MO8FET remains on after the human input signal lasts the length of time required to discharge the gate capacitance of the power MO8FET into the high impedance circuit.

米国特許第4,227,098号の回路は、大きなdV
/dtが電力MO8FICTのドレイン−ゲート容量を
充電し人力信号なしでリレーをターンオンするから電力
MO3−FET端子間の大きなd V/d tによる誤
った点弧にも感応してしまうものである。
The circuit of U.S. Pat. No. 4,227,098 has a large dV
/dt charges the drain-gate capacitance of the power MO8FICT and turns on the relay without a human signal, making it susceptible to false firing due to the large dV/dt between the power MO3-FET terminals.

高速ターンオフのためにこのゲート容量のより速い放電
を生じる回路も知られている。しかし、そのような回路
は米国特許第4,390,790号に示されているよう
な第2の光電圧源を用いる。第2の光電圧源は入力信号
の有無を検知し人力信号のターンオフで入力照射がター
ンオフしたときにデプリー・ジョン型MO8FETをタ
ーンオンする。MOSFETのゲート容量は次いで導通
しているデプリーション型MO8FRTを介してより高
速のりレーターンオフ速度を得るようによシ素早く放電
する。
Circuits are also known that result in a faster discharge of this gate capacitance due to fast turn-off. However, such a circuit uses a second photovoltage source as shown in US Pat. No. 4,390,790. The second photovoltage source detects the presence or absence of an input signal and turns on the Depletion John MO8FET when the input illumination is turned off by turning off the human input signal. The gate capacitance of the MOSFET then discharges more quickly through the conducting depletion type MO8FRT to obtain a faster turn-off speed.

充電圧絶縁器は電圧源として動作し、例えば1980年
10月7日付の米国特許第4,227,098号に示さ
れた電力用金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(M
OSFET )のような電力スイッチング素子をターン
オンできる。このような充電圧絶縁器に用いられている
光電圧発生器はかなり高い出力を有し、LEDの付勢に
直ちに応動して光電圧スタックから充分に大きな出力を
生じMOSFETとかバイポーラトランジスタ等の制御
素子のゲートを駆動するに要するゲート電力を供給する
ようにしなければならない。
A charging voltage isolator operates as a voltage source and is used, for example, in a power metal oxide semiconductor field effect transistor (M
power switching devices such as OSFETs) can be turned on. The photovoltage generator used in such charging voltage isolators has a fairly high output, and responds immediately to the energization of the LED to generate a sufficiently large output from the photovoltage stack to control MOSFETs, bipolar transistors, etc. The gate power required to drive the gate of the device must be supplied.

光電圧発生器は絶縁支持部材の表面上に離間され、誘電
的に絶縁された一群の光電圧発生器からなり電気的に互
いに直列接続されたものとして知られている。この形式
の光電圧発生器は前記米国特許第4,227,098号
に示されている。このような素子は市販されている。電
気的に絶縁され横方向に離間され且つ直列接続された光
発電電池は発生した小数キャリアを集めるだめに約0.
0254 +u厚の小さな体積のものしか使用できず材
料の寿命も短いという欠点がある。まだ素子を直列に接
続する電極は入射光を阻止する。したがってこのような
素子の出力電流は制限される。しかも素子はかなり複雑
な構造を有し製作するのに経費がかかる。
Photovoltaic generators are known to consist of a group of dielectrically insulated photovoltaic generators spaced apart on the surface of an insulating support member and electrically connected together in series. This type of photovoltage generator is shown in the aforementioned US Pat. No. 4,227,098. Such devices are commercially available. Electrically insulated, laterally spaced and series-connected photovoltaic cells are used to collect the generated minority carriers at about 0.
0254 +u It has the disadvantage that only a small volume product with a thickness can be used and the life of the material is short. The electrodes that still connect the elements in series block the incident light. The output current of such devices is therefore limited. Moreover, the device has a fairly complex structure and is expensive to manufacture.

光電圧発生器は直列接続されたウェーハ素子のスタック
からなシ各素子は同一の順導通方向に配されだPN接合
を有する。これらの素子は小さなスラブに切断され得、
このスラブは縁部から照光されてスタックの2つの端部
に接続された端子間に出力電圧を形成する。この形式の
素子はJ、M、ゴールド氏に1969年1月21日付で
特許され本願の出願人に譲渡された米国特許第3,42
2,527号に示されている。
The photovoltage generator consists of a stack of wafer elements connected in series, each element having a PN junction oriented in the same forward conduction direction. These elements can be cut into small slabs,
This slab is illuminated from the edges to create an output voltage between the terminals connected to the two ends of the stack. A device of this type is disclosed in U.S. Patent No. 3,42, issued January 21, 1969, to J.
No. 2,527.

縁部照光された電池のスタックは電気的に絶縁された電
池に対し本質的に優れている。それは光がスラブ中に深
く入り込み形成されたキャリアは例えば収集ジャンクシ
ョンから0.127龍の所で形成されても収集される。
Stacks of edge-illuminated cells are inherently superior to electrically isolated cells. That is, the light penetrates deep into the slab and the carriers formed are collected even if they are formed, for example, 0.127 mm from the collection junction.

しかも縁部照光されたスラブでは、隣合うユニット間の
電気的接点は光路の外にある。
Moreover, in edge-illuminated slabs, the electrical contacts between adjacent units are outside the optical path.

光発生器として用いられる従来の縁部照光される構成で
は出力電流電力は制限されている。そしてこのような素
子はMO8FETゲート容量を速やかに充電して極く短
時間内にターンオン閾値電圧に達するほどには優れてい
ない。一般的に、このような素子の各ウェーハは浅いP
形拡散を伴うN形層を有し収集ジャンクションを形成す
る。またかなり厚いウェーハが用いられ最終的なスタッ
クは、スタックの中央部に位置する単一のLEDによっ
ては等しく照光するのが難しいほど非常に大きな高さを
有する。
Conventional edge-lit configurations used as light generators have limited output current power. And such devices are not good enough to quickly charge the MO8FET gate capacitance to reach the turn-on threshold voltage within a very short time. Typically, each wafer of such devices has a shallow P
It has an N-type layer with type diffusion and forms a collection junction. Also, fairly thick wafers are used and the final stack has such a large height that it is difficult to evenly illuminate it with a single LED located in the center of the stack.

(発明の概要) 本発明の第1の構成によれば、新規な高電圧双方向出力
スイッチ電界効果トランジスタ(BO−8FET )構
造が設けられ、この構造は共通の中央ソース領域を有す
る2つの横方向に集積された電界効果トランジスタを用
いるものである。この素子は光結合器または充電圧絶縁
回路の出力によって動作する。素子の2つの外側ドレイ
ン領域は各エンハンスメント形チャネル領域を介して中
央ソース領域に接続されておシ、このチャネル領域は2
つのドレイン電極間の比較的低抵抗の導電路を介して2
つの外側の離間されたドレインを接続するよう匠反転さ
れてもよい。例えば約2〔Ω〕よりも低い抵抗路が形成
され得る。この抵抗はリードリレーを用いる殆んどの応
用例に利用できる値である。
SUMMARY OF THE INVENTION According to a first aspect of the present invention, a novel high voltage bidirectional output switch field effect transistor (BO-8FET) structure is provided, which comprises two lateral transistors having a common central source region. It uses field effect transistors integrated in the direction. This element is operated by the output of an optocoupler or charging voltage isolation circuit. The two outer drain regions of the device are connected to the central source region through respective enhancement-type channel regions, which channel regions
2 through a relatively low resistance conductive path between the two drain electrodes.
The design may be inverted to connect the two outer spaced drains. For example, a resistance path of less than about 2 Ω can be formed. This resistance is an acceptable value for most applications using reed relays.

新規なジャンクション構成は新規な構成による縮小表面
電界を用いる。そして本発明によれば2つのチャネル領
域が2つのデプリーション領域間に対称に配置されてい
る。共通のソース接続が分離されたドレイン領域間を連
絡する。チャネル領域はP(−)本体上に形成された注
入N(−)領域内に配されたP領域である。制御回路要
素はBO3FETチップ中に集積されている。ある実施
例においては、ダイオードとPNP トランジスタがN
(=)層中に形成され、この場合ダイオードはP形井戸
中に形成され、一方PNP )ランジスタはN (−)
領域をそのベース領域として用いる。2つの主ドレイン
領域は相互間ならびにPNP トランジスタおよびダイ
オード用のN(−)領域と深いP十絶縁拡散によって絶
縁される。
The novel junction configuration uses a reduced surface electric field with a novel configuration. According to the invention, two channel regions are arranged symmetrically between two depletion regions. A common source connection connects the separated drain regions. The channel region is a P region disposed within an implanted N(-) region formed on a P(-) body. Control circuitry is integrated into the BO3FET chip. In some embodiments, the diode and PNP transistor are N
(=) layer, in this case the diode is formed in the P-type well, while the PNP) transistor is formed in the N (-)
Use the region as its base region. The two main drain regions are isolated from each other and by deep P-isolated diffusions with N(-) regions for PNP transistors and diodes.

素子がオフのときのドレイン領域間の電圧は100乃至
1000(V)のオーダーであシ、一般のり−ドリレ一
応用例と置換できるリレーを製作することができる。こ
のかなり高い電圧は、リレーが交流を制御していようが
直流電圧であろうが高い出力電圧が横方向のN(−)ド
リフト領域によって阻止されゲート酸化膜には加わらな
いだめに可能となる。しだがって素子の出力電圧が高く
ても非常に薄いゲート酸化膜を使用してゲートを非常に
高感度に製作することができ、比較的小さな電流源によ
る比較的低い入力端子によって素子をターンオンするこ
とができる。この結果素子は後述する光結合器または光
電圧始動器の出力によってターンオンされる。したがっ
て半導体スイッチング素子すなわちBO3FETは非常
に高感度なゲートターンオン特性を有する高電圧で比較
的低抵抗の素子である。
The voltage across the drain region when the device is off is on the order of 100 to 1000 (V), making it possible to fabricate a relay that can replace common glue-drill applications. This fairly high voltage is possible because the high output voltage, whether the relay is controlling AC or DC voltage, is blocked by the lateral N(-) drift region and not applied to the gate oxide. Therefore, even at high output voltages of the device, the gate can be made very sensitive using a very thin gate oxide, and the device can be turned on by a relatively low input terminal with a relatively small current source. can do. As a result, the device is turned on by the output of an optical coupler or optical voltage starter, which will be described later. The semiconductor switching device or BO3FET is therefore a high voltage, relatively low resistance device with very sensitive gate turn-on characteristics.

本発明の素子は通常の応用例に使用でき、例えば既存の
サイリスタまたはトライアックの直接置換としても用い
得る。この素子はまだ電力スイッチング素子と共に同一
チップ中に集積された他のリレー要素を有する固体素子
リレーの電力スイッチング要素としての利用に応用する
こともできる。
The device of the invention can be used in conventional applications, for example as a direct replacement for existing thyristors or triacs. This device can still be applied for use as a power switching element in solid state relays with other relay elements integrated in the same chip together with the power switching element.

新規な固体素子リレー回路はまた、BO3FETを導通
状態に駆動するための単一の光電圧発生器出力をかナシ
高い人力ターンオンインピーダンスを有する回路と共に
用い、高速ターンオフ時間を提供するための光電圧始動
器の寸法および低入力ターンオフインピーダンスの要求
を制限するようになっている。
The novel solid-state relay circuit also uses a single photovoltage generator output to drive the BO3FET into conduction with a circuit that has a high manual turn-on impedance and photovoltage start-up to provide a fast turn-off time. This limits device size and low input turn-off impedance requirements.

新規な回路はゲート電圧が常に単一の充電圧発生器出力
に直ちに追従することを保証する。予定された充電圧発
生器出力から電力MOSFETゲート電圧を外れさせる
2つの条件がある。これらはゲート・ソース容量C上に
蓄積された充電電荷およSS び高いdv/dtの下でドレイン・ゲート容量CD−G
を介して流れる電流で誤ってゲートを充電する電荷であ
る。電力MO8FETのゲートが光電圧発生器に直接接
続されたときゲート信号が光発生器の出力から適当に与
えられたものが寄生容量Cまだは5S CD−Gの1つの充電の結果としてなのかを見分けるこ
とは不可能であることが知られている。
The novel circuit ensures that the gate voltage always immediately follows the single charge voltage generator output. There are two conditions that cause the power MOSFET gate voltage to deviate from the expected charging voltage generator output. These are the charge accumulated on the gate-source capacitance C and the drain-gate capacitance CD-G under high dv/dt.
This is the charge that accidentally charges the gate with the current flowing through it. When the gate of the power MO8FET is directly connected to the photovoltage generator, the gate signal is properly given from the output of the photogenerator, and the parasitic capacitance C is still the result of charging one of the 5S CD-G. It is known that it is impossible to tell the difference.

(実施例) 本発明の一構成゛例によれば、検知インピーダンスが光
発生器と電力MO8FETのゲートとの間に接続されて
おり、このインピーダンスは補助回路を制御して偽のM
O3FETゲート電圧を速やかに消去するように用いら
れる。好ましい実施例においては、検知インピーダンス
はダイオードであシ、ツェナーダイオード、MOSFE
T 、または抵抗のような他の要素も使用できる。別個
の検知インピーダンスを使用することによυ人力信号が
ターンオフされたとき第2の光発生器アレイを用いずに
補助回路を制御して容1cm88の急速放電を行うこと
が可能となる。
Embodiment According to one embodiment of the invention, a sensing impedance is connected between the light generator and the gate of the power MO8FET, which impedance controls an auxiliary circuit to generate a false M
Used to quickly erase O3FET gate voltage. In a preferred embodiment, the sensing impedance is a diode, a Zener diode, a MOSFE
Other elements such as T or resistors can also be used. The use of a separate sensing impedance allows the auxiliary circuit to be controlled to produce a rapid discharge of 1 cm88 volume when the human power signal is turned off without the use of a second light generator array.

本発明の好ましい実施例においては、光電圧発生器から
電力MO8FETのゲート・ソース回路への充電回路は
ダイオードが接続されておシ、このダイオードは光電圧
源からゲート容量への電流の流入を行わせて検知インピ
ーダンスとして動作する。
In a preferred embodiment of the invention, the charging circuit from the photovoltage generator to the gate-source circuit of the power MO8FET is connected with a diode, which allows current to flow from the photovoltage source to the gate capacitor. It also works as a detection impedance.

スイッチングトランジスタ回路が電力MOSFET素子
のゲート容量と並列接続され光電圧源の正出力端子に接
続された人力制御端子から制御され、スイッチングトラ
ンジスタは光電圧源出力電圧が消失し始めたときにバイ
アスされる。したがってリレーは光電圧源から充分な電
流が生じ電力MO8FETのゲート容量を必要な値まで
充電すると直ちにスイッチオンする。しかし、回路がタ
ーンオフされるときおよび光電圧源の出力電圧が所定値
より低くなるとスイッチングトランジスタがターンオン
して電力MO5FETの両ゲート容量に跨っておよび光
電圧源に跨って短絡回路を形成し、両ゲート容量C□8
8および光電圧源の出力はスイッチングトランジスタに
より短絡される。したがって電力MO8−ITは速やか
にターンオフスル。
A switching transistor circuit is controlled from a human control terminal connected in parallel with the gate capacitance of the power MOSFET element and connected to the positive output terminal of the photovoltage source, and the switching transistor is biased when the photovoltage source output voltage begins to dissipate. . The relay is therefore switched on as soon as sufficient current is generated from the photovoltage source to charge the gate capacitance of the power MO8FET to the required value. However, when the circuit is turned off and the output voltage of the photovoltage source is lower than a predetermined value, the switching transistor turns on and forms a short circuit across both gate capacitances of the power MO5FET and across the photovoltage source. Gate capacity C□8
8 and the output of the photovoltage source are short-circuited by a switching transistor. Therefore, the power MO8-IT is quickly turned off.

まだ新規な交流クランプ回路も設けられており、これは
電力MO3FETのゲート・ソース電極に跨って接続さ
れた他のスイッチングトランジスタを有する。抵抗−容
量微分回路も設けられていてclV/cltが所定値を
超えたとき電力MO8FETのゲート・ドレイン寄生容
量Cを介してのミラー電流をパイパ−G スするため第2のスイッチングトランジスタをターンオ
ンする。この交流回路は上述の検知インピーダンスと電
力MO8FETゲート電極との間に接続されている。
A still novel AC clamp circuit is also provided, which includes another switching transistor connected across the gate-source electrodes of the power MO3FET. A resistor-capacitance differentiator circuit is also provided, and when clV/clt exceeds a predetermined value, it turns on the second switching transistor in order to divert the mirror current through the gate-drain parasitic capacitance C of the power MO8FET. . This AC circuit is connected between the above-mentioned sensing impedance and the power MO8FET gate electrode.

BO3FETと共に単一チップ中に集積されたものとし
て示された新規な固体素子制御回路は通常のFET素子
を駆動するためにも用いられる。
The novel solid state device control circuit shown as integrated in a single chip with the BO3 FET can also be used to drive conventional FET devices.

本発明の新規な固体素子リレーは電気機械的リードリレ
ーを含む市場に存在するリレーに対し多くの利点を有す
る。そして本発明の新規な回路は交流および直流電圧を
スイッチできオフ状態でMO8FET形素子の特性であ
る非常に小さな漏洩電流を有する。それはまた非常に低
い熱オフセット電圧を有し閉成されたとき電気機械的干
渉放射を生じない。それはまたオン状態で完全に抵抗性
で最小限の保持電流捷だは出力電圧を有する。それはア
ナログ信号を正確に送出することかできる。
The novel solid state relay of the present invention has many advantages over relays existing on the market, including electromechanical reed relays. And the novel circuit of the present invention can switch AC and DC voltages and has very low leakage current in the off state, which is characteristic of MO8FET type devices. It also has a very low thermal offset voltage and produces no electromechanical interference emissions when closed. It also has a fully resistive output voltage with minimal holding current in the on state. It is capable of sending out analog signals accurately.

しかもオン状態を保つのに1乃至2(mW、]の小電力
しか要しない。さらにこの素子は数マイクロ秒内にター
ンオンおよびオフし、リードリレーとか通常の固体素子
リレーが動作に要していだミリ秒とは対照的である。本
発明の素子の負荷電流容量はチップ寸法およびジャンク
ンヨン構成のみによって制限され通常のリードリレーの
負荷電流定格を満足するに・は500乃至100100
0(のオーダーでよい。またそれは1兆回を超える動作
ができる非常に長い動作寿命を有する。全体装置は現在
リードリレーとか他の通常の固体素子リレーに用いられ
ているものと同様の例えば16ビンDIP容器のような
何らかのパンケージ中に収容される。
Moreover, it requires only a small power of 1 to 2 mW (mW, ) to remain in the on state.Furthermore, the device turns on and off within a few microseconds, much less that a reed relay or a regular solid-state relay would require to operate. The load current capacity of the device of the present invention is limited only by chip size and construction and is only 500 to 100,100 milliseconds to meet the load current rating of a conventional reed relay.
0 (on the order of 0), and it has a very long operating life of more than 1 trillion operations. The bottle is housed in some sort of pancage, such as a DIP container.

新規な光電圧スタックが設けられこれはスタック中のウ
ェーハ数を少くして比較的高さの低いスタックを製作し
たので非常に大きな出力電圧および電流を有する。本発
明の一構成例によれば高抵抗P形本体が用いられている
。この本体上の薄いN土層が本体中に収集ジャンクショ
ンを形成スる。
A novel photovoltage stack is provided which has significantly higher output voltages and currents due to the reduced number of wafers in the stack to produce a relatively low stack height. According to one embodiment of the present invention, a high resistance P-type body is used. A thin layer of N soil on this body forms a collection junction in the body.

収集ジャンクションを形成するだめに薄いN土層を有す
るP形本体を用いることによりP形本体中の小数キャリ
アは電子である。このようなキャリアは通常のN形本体
における小数キャリアであるホールよりも高い移動度を
有する。
By using a P-type body with a thin N layer forming a collection junction, the minority carriers in the P-type body are electrons. Such carriers have higher mobility than holes, which are the minority carriers in normal N-type bodies.

好ましくは本体の材料が約5〔Ω・備〕より大きな抵抗
率たとえば30乃至50(Ω・傭〕のフロートゾーン引
上げ結晶インゴットから形成された材料がよい。しかし
、通常のP形太陽電池に用いられている1乃至5〔Ω・
釧〕の低抵抗率材料も使用できる。
Preferably, the body material is formed from a float zone pulled crystal ingot with a resistivity greater than about 5 ohms, e.g. 30 to 50 ohms. 1 to 5 [Ω・
Low-resistivity materials such as those manufactured by TSUJI can also be used.

低抵抗率材料の使用は高出力電圧を形成するものとして
は知られているが、本発明の応用では高抵抗率材料の使
用により得られる大短絡電流のために出力電圧を減らす
ことができる。
Although the use of low resistivity materials is known to produce high output voltages, the application of the present invention allows the output voltage to be reduced due to the large short circuit currents obtained through the use of high resistivity materials.

本発明の他の特徴として、各半導体ウェーハは取扱い中
に壊れない範囲で可能な限り薄い方がよい。本発明の新
規な工程は、スタックに応力を与えるウェーハ研削はア
ロイ工程前の最終工程であるからそのような薄いウェー
ハの使用を可能にする。実際、ウェーハはウェーハ中に
形成されたキャリアの拡散長よシ薄くされる。PN接合
によって既に集められた小数キャリアを反射する反射層
として作用するだめに新規なP土層がP(−)本体上に
離間されているからこれは行われ得る。
Another feature of the invention is that each semiconductor wafer should be as thin as possible without breaking during handling. The novel process of the present invention allows the use of such thin wafers since wafer grinding, which stresses the stack, is the final step before the alloying process. In fact, the wafer is made thinner than the diffusion length of the carriers formed in the wafer. This can be done because a new P layer is spaced over the P(-) body which acts as a reflective layer to reflect the minority carriers already collected by the PN junction.

本発明の他の特徴として、非常に高導電率の旧層がP(
−)本体の一側上に用いられている。非常に高度にドー
プされたN土層の使用によりN土層をP影領域に変換す
ることなくスタックを一緒にアロイするためにアルミニ
ウムシリコン低融魚篭のアルミニウムを使用することが
できる。N十拡散はリンネ鈍物と共に行われるのが好ま
しい。リンはウェーハ内で金属イオン用のゲンタとして
働き材料の寿命を更に増す。
Another feature of the invention is that the very high conductivity old layer is P(
-) used on one side of the body. The use of a very highly doped N-soil layer allows the use of aluminum-silicon low-melt cage aluminum to alloy the stack together without converting the N-soil layer into a P-shaded region. Preferably, the N0 diffusion is performed with a Linnean blunt. The phosphorus acts as a binder for metal ions within the wafer, further increasing the lifetime of the material.

上述の反射P土層およびN土層は、PoCt3およびB
Nによる前付着を用いるもののような周知の良好に置換
された拡散工程によって形成されるのが好ましい。
The above-mentioned reflective P soil layer and N soil layer are PoCt3 and B
Preferably, it is formed by well-known well-displaced diffusion processes, such as those using N predeposition.

上述のように、スタックは薄いアルミニウムまたはアル
ミニウム低融魚篭のアロイにより隣合うウェーハ間が接
合されて接続される。しかし所望であれば金属注入エポ
キシまたはポリアミドをスタックを一緒に接続するだめ
に使用してもよい。
As mentioned above, the stack is connected by bonding between adjacent wafers by thin aluminum or aluminum low melt cage alloys. However, metal-infused epoxies or polyamides may be used to connect the stack together if desired.

これはより浅いジャンクションの使用を可能にし且つス
タックの高さを低くする。
This allows the use of shallower junctions and reduces stack height.

シリコン単結晶ウェーッ・の端板もまたスタックに用い
られて充分に長いスタンドオフ距離を形成してジャンク
ションを損うことなく鋸代を持たせ且つ導電性エポキ7
を使用してウェーッ・のジャンクションを短絡すること
なくスタック端部な離間した導線に固着することを可能
にする。
Silicon monocrystalline wafer endplates are also used in the stack to provide a long enough standoff distance to provide sawing allowance without compromising the junction and conductive epoxy 7.
This allows the wires to be attached to spaced conductors at the ends of the stack without shorting the junctions of the wire.

上述のようにウェーッーが処理されたときそれらの独立
した出力は充分に高く、約20素子より少い、好ましく
は約10素子からなるスタックで電力MO8FETを速
やかにターンオンするに充分なだけ大きい適当な出力電
流および電圧を形成することができる。
Their independent outputs when processed as described above are sufficiently high and large enough to quickly turn on a power MO8FET in a stack of less than about 20 elements, preferably about 10 elements. Output current and voltage can be formed.

第1図にはBO3FETおよび本発明の制御回路を用い
る固体素子リレーを製作するだめに用いられる回路の一
実施例が示されている。光絶縁器すなわち光結合器が第
1図の閉じた破線20内に示されている。充電圧絶縁器
20はリレー入力端子22および23に接続されだLE
D21ならびにLED21によって照光されたときに出
力電流を形成する光電圧ダイオード19のスタックから
なる。LF、D214たはその変形例は端子22.23
への交流まだは直流によって励起される。図示実施例に
おいては、直流入力源がLED21をターンオンおよび
ターンオフするだめに端子22および23 K接続され
る。例えば入力回路はLEDを励起するためにLED2
]に約10(mA)の電流を与えるように構成されてい
る。
FIG. 1 shows one embodiment of a circuit that may be used to fabricate a solid state relay using a BO3 FET and the control circuit of the present invention. An opto-isolator or opto-coupler is shown within the closed dashed line 20 in FIG. Charging voltage isolator 20 is connected to relay input terminals 22 and 23.
D21 as well as a stack of photovoltage diodes 19 which form an output current when illuminated by LED21. LF, D214 or its variations are terminals 22.23
The alternating current to still be excited by the direct current. In the illustrated embodiment, a DC input source is connected to terminals 22 and 23K to turn LED 21 on and off. For example, the input circuit may be connected to LED2 to excite the LED.
] is configured to apply a current of approximately 10 (mA) to the current.

第1図の回路の残りは、出力端子25および26を有す
る新規なり03FET 24をターンオフおよびターン
オフするだめの固体素子リレー要素を有する。
The remainder of the circuit of FIG. 1 includes a solid state relay element for turning off and turning off the novel FET 24 having output terminals 25 and 26.

素子24は高電圧素子であるが双方向導通特性を有する
から出力端子25および26は交流または直流回路に接
続される。そしてBO3FET24は端子25と26の
間に接続されたものとして第2図に示されている2つの
直列接続された高電圧MO8FIET 30および31
の回路と等価である。通常のMOSFET30および3
1は端子32と33との間に与えられるゲート・基板間
制御電圧によってターンオンおよびターンオフされる。
Although element 24 is a high voltage element, it has bidirectional conduction characteristics, so output terminals 25 and 26 are connected to an AC or DC circuit. BO3FET 24 is then connected to two series connected high voltage MO8FIETs 30 and 31 shown in FIG. 2 as connected between terminals 25 and 26.
is equivalent to the circuit of Regular MOSFET30 and 3
1 is turned on and off by a gate-to-substrate control voltage applied between terminals 32 and 33.

BO3FET 24の製造のだめの構造および方法は後
に詳述する。
The structure and method of manufacturing the BO3FET 24 will be detailed later.

BO3FET 24用の第1図の制御要素はダイオード
35、PNP )ランンスタ36および人力抵抗37を
有する。抵抗37は非常に高いインピーダンスを有し、
5(MΩ〕程度の抵抗でおる。
The control elements of FIG. 1 for BO3FET 24 include a diode 35, a PNP) runster 36, and a human resistor 37. Resistor 37 has a very high impedance;
The resistance is about 5 (MΩ).

第1図の固体素子回路が後述のように用いられたときの
特性は現在汎用されている通常の固体素子リレーとかリ
ードリレーの特性に似ている。例えば回路特性は端子2
5.26間に約200(mA)の最大負荷電流で400
(V)に耐えることができるものである。端子25と2
6の間の抵抗は最大で25〔Ω〕である。素子の入力容
量は約60乃至80(pF)であり出力容量は約40(
pF)である。人出刃口路間の容量は約2(pF)であ
る。5(MΩ〕の抵抗を有する回路のターンオン時間は
10(mA)の駆動電流で約50マイクロ秒であり、タ
ーンオフ時間は約90マイクロ秒でちる。検出感度は入
力インピーダンスを増すことにより増すことができ、人
力インピーダンスを減らしてターンオフ時間を増すこと
もできる。
When the solid state element circuit shown in FIG. 1 is used as described below, its characteristics are similar to those of ordinary solid state element relays and reed relays that are currently in widespread use. For example, the circuit characteristics are terminal 2
5.400 at a maximum load current of about 200 (mA) between 26 and 400
(V). terminals 25 and 2
The maximum resistance between 6 and 6 is 25 [Ω]. The input capacitance of the element is about 60 to 80 (pF), and the output capacitance is about 40 (pF).
pF). The capacitance between the human head and the mouth is about 2 (pF). The turn-on time of a circuit with a resistance of 5 (MΩ) is about 50 microseconds at a drive current of 10 (mA), and the turn-off time is about 90 microseconds. Detection sensitivity can be increased by increasing the input impedance. It is also possible to reduce human power impedance and increase turn-off time.

充電圧絶縁器20の特性は第3図に誇張されて示されて
いる。第3図に示すように、約5(MΩ〕の人力インピ
ーダンスを用いたときLED21がターンオンしてから
約4マイクロ秒でスタック19の出力電圧が約3〔■〕
まで上昇する。第3図の特性を形成するためのLEDの
駆動電流は約10(mA)である。オン時間はより高い
人力インピーダンス37を用いるかまたはLED駆動電
流を増すかにより短縮される。スタック19の出力電圧
はLED 21のターンオフにより直ちに減衰し始める
。この減衰は第3図の破線に示すよって通常はかなシ長
い時間を要する。それは新規なダイオード35およびP
NPトランジスタ36を用いない従来回路ではBO3F
ET24のゲート容量が緩漫に放電するからである。
The characteristics of charging voltage isolator 20 are shown exaggerated in FIG. As shown in FIG. 3, when using a human input impedance of about 5 (MΩ), the output voltage of the stack 19 increases to about 3 [■] in about 4 microseconds after the LED 21 is turned on.
rises to. The driving current of the LED to form the characteristics shown in FIG. 3 is about 10 (mA). The on-time can be reduced by using a higher human impedance 37 or increasing the LED drive current. The output voltage of stack 19 immediately begins to decay due to LED 21 turning off. This decay normally takes a long time, as shown by the broken line in FIG. It is a new diode 35 and P
In the conventional circuit that does not use the NP transistor 36, BO3F
This is because the gate capacitance of ET24 discharges slowly.

しかし、本発明回路ではスタック19の出力電圧がMO
8FETゲート電圧よりも低い約0.6 (V )まで
低下したときPNP )ランジスタ36が導通し始める
However, in the circuit of the present invention, the output voltage of the stack 19 is MO
When the voltage drops to about 0.6 (V), which is lower than the 8FET gate voltage, the PNP transistor 36 begins to conduct.

これにより回路の入力インピーダンスはトランジスタ3
6の利得によって低下する。そして第3図に示すように
速やかなターンオンのために、高人力インピーダンスが
用いられていてもスタック電圧およびBO3FET24
のゲート電圧は急速に消滅してかなり高速のターンオフ
が得られる。
This changes the input impedance of the circuit to transistor 3
Decreased by a gain of 6. And as shown in Figure 3, for quick turn-on, the stack voltage and BO3FET 24
The gate voltage disappears rapidly, resulting in a fairly fast turn-off.

ダイオード35 FiBO8FET24のゲート回路へ
の低インピーダンス充電路を形成し抵抗37の全人力イ
ンピーダンスによっても素子を高速でターンオンできる
ことに注目すべきである。ダイオード35は検知インピ
ーダンスであり他のインピーダンスで置換えてもよい。
It should be noted that diode 35 forms a low impedance charging path to the gate circuit of FiBO8FET 24, allowing the full power impedance of resistor 37 to turn on the device quickly. The diode 35 is a sensing impedance and may be replaced with another impedance.

(動作) 第1図の回路は次のように動作する。(motion) The circuit of FIG. 1 operates as follows.

リレーをターンオンするために、LED21が励起され
てスタック19から充電電流が流れる。この充電電流は
ダイオード35を介して流れBO3FET24のゲート
容量を充電する。BO3FET24ゲート容量の閾値電
圧が(約1.0(V)を)超えたとき新規なり08FE
Tはターンオンし約2.0乃至2.り(V) で完全に
オンに移行する。これにより端子25と260間に導電
路が形成される。BO3FET24に対する電流および
電圧の要求が小さいものであるだめかなシ小さな光絶縁
器19でもBO3FET24をターンオンできる。
To turn on the relay, LED 21 is energized and a charging current flows from stack 19. This charging current flows through the diode 35 and charges the gate capacitance of the BO3FET 24. 08FE becomes new when the threshold voltage of BO3FET24 gate capacitance exceeds (approximately 1.0 (V))
T turns on and is about 2.0 to 2. (V) to fully turn on. This forms a conductive path between terminals 25 and 260. Even a small opto-isolator 19 can turn on the BO3FET 24 if the current and voltage requirements on the BO3FET 24 are small.

抵抗37で定まる高入力インピーダンス回路へ光電圧ス
タック19の電流が与えられるから非常に高速の応答が
得られる。通常の状況では、BO3−FET ヲターン
オフするために同一インピーダンスを通してゲート容量
を放電する必要があるからこの同一の高入力インピーダ
ンスは素子の急速ターンオフを妨ける。しかし本発明で
は高利得特性を有する例えば静電誘導トランジスタの非
常な高性能でターンオン速度を20 : 1も改善する
。後述のように、PNP )ランジスタでBO3FET
24の構成に代替できる。トランジスタ36は充電圧絶
縁器2゜を拘束するだめに用いられているのではなくそ
の出力電圧に追従だめに用いられていることに特に注目
すべきである。スタック19の出力電圧が一旦ゲート電
圧より低い約0.6(V) iで低下するとトランジス
タ36がターンオンする。この回路の実効人力インピー
ダンスは、約400であるトランジスタ36のベータで
割算した抵抗37の抵抗値である。したがって、実効入
力回路はかなり低インピーダンス回路でありこれはBO
3FET24のゲート容量をかなり急速に放電してかな
シ急速にターンオフする。
Since the current of the photovoltage stack 19 is applied to the high input impedance circuit defined by the resistor 37, a very fast response is obtained. Under normal circumstances, this same high input impedance would prevent rapid turn-off of the device since the gate capacitance would need to be discharged through the same impedance to turn off the BO3-FET. However, the present invention improves the turn-on speed by as much as 20:1 with very high performance for example static induction transistors with high gain characteristics. As described below, BO3FET with PNP) transistor
24 configurations can be substituted. It is particularly noteworthy that transistor 36 is not used to constrain charging voltage isolator 2°, but rather to follow its output voltage. Once the output voltage of stack 19 drops to about 0.6 (V) i below the gate voltage, transistor 36 turns on. The effective human power impedance of this circuit is the resistance of resistor 37 divided by the beta of transistor 36, which is approximately 400. Therefore, the effective input circuit is a fairly low impedance circuit, which is BO
The gate capacitance of the 3FET 24 is discharged fairly quickly and turned off quickly.

第1図の回路の電流制御特性が第4図に示されている。The current control characteristics of the circuit of FIG. 1 are shown in FIG.

第4図において、スタック19の正出力端子の電圧から
ダイオード35の順方向降下分を差引いたものであるゲ
ート電圧が約1〔v〕に達するとBO3FET24がタ
ーンオンする。−且2〔■〕に達すると素子は殆ん完全
にオンでありそのときの負荷電流は例えば100100
(に達する。阻止状態から完全オン状態にBO3FET
24を切換えるに要する実際の電圧は約3〔v〕よりも
低く素子はTTL回路で動作できる。
In FIG. 4, BO3FET 24 turns on when the gate voltage, which is the voltage at the positive output terminal of stack 19 minus the forward drop of diode 35, reaches approximately 1 volt. - When it reaches 2 [■], the element is almost completely turned on, and the load current at that time is, for example, 100100
(reaches BO3FET from blocking state to fully on state
The actual voltage required to switch 24 is less than about 3 volts and the device can operate in a TTL circuit.

第5図乃至第11図は、ダイオード35、トランジスタ
36および抵抗37を有するシリコンの単一チップを示
している。本発明の一実施例ではリレー全体につき前述
の定格に対しチップは0.381 (關)程度の厚さ、
1.803[龍)乃至2.337 (ii)程度の長さ
および幅を有する。もちろん寸法は変え得る。
5-11 show a single chip of silicon having a diode 35, a transistor 36 and a resistor 37. FIGS. In one embodiment of the present invention, the chip has a thickness of about 0.381 mm for the above-mentioned rating for the entire relay;
It has a length and width of about 1.803 [dragon] to 2.337 (ii). Of course the dimensions can be changed.

チップの表面は第5図に平面図として示され、これはB
O3FET24のソースおよびドレイン用の金属パター
ンを示している。言うまでもないが、第5図のチップは
かなり大きなウェーハ上に同時に形成された多数のチッ
プの1つである。
The surface of the chip is shown in plan view in FIG.
The metal pattern for the source and drain of O3FET 24 is shown. Of course, the chip of FIG. 5 is one of many chips formed simultaneously on a fairly large wafer.

第5図、第6図および第8図によれば、BO3FET素
子24は便宜上クロスハンチングで示された2つの主ド
レイン電極50および51からなる。拡大されたパッド
領域52および53は通常のワイヤボンド技術によシト
レイン50および51に電気的接続を行うだめに用いら
れている。
According to FIGS. 5, 6 and 8, the BO3 FET device 24 consists of two main drain electrodes 50 and 51, shown cross-hunted for convenience. Enlarged pad areas 52 and 53 are used to make electrical connections to seat trains 50 and 51 by conventional wire bonding techniques.

ドレイン50および51は第1図の端子25および26
に接続されるもので、各々は第8図に拡大されて詳細が
示されているドレインフィンガ54および55のような
複数の離間した細長いフィンガからなる。第5図の構成
は細部が誇張されており実際の素子では約合ドレイン領
域用に約15本のフィンガが用いられている。
Drains 50 and 51 are connected to terminals 25 and 26 in FIG.
8, each consisting of a plurality of spaced apart elongate fingers, such as drain fingers 54 and 55, shown in enlarged detail in FIG. The configuration of FIG. 5 has exaggerated details and the actual device would use about 15 fingers for the condensed drain region.

ソースコンタクト56および57を含む複数の細長いソ
ース接点がチップを横方向に横切るように配され且つ細
長いドレインフィンガの離間した対の間に対称配置され
る。個々のソースフィンガは垂直中央導体65および周
りを取囲む境界66によって互いに電気的に接続されて
いる。したがって電路は例えばドレイン50からドレイ
ン51へ、そして並列接続されたフィンガ54および5
5からソースフィンガ56へ、そしてソースフィンガ5
6に沿って右へ行きドレインフィンガ58および59に
至るものとなる。全てのドレインおよびソース金属はア
ルミニウムである。チップの底面にはソース境界66に
接続された電極が設けられている。
A plurality of elongate source contacts, including source contacts 56 and 57, are disposed laterally across the chip and are symmetrically disposed between spaced apart pairs of elongate drain fingers. The individual source fingers are electrically connected to each other by a vertical center conductor 65 and a surrounding boundary 66. The electrical path is therefore e.g. from drain 50 to drain 51 and between fingers 54 and 5 connected in parallel.
5 to source finger 56 and source finger 5
6 to the right to drain fingers 58 and 59. All drain and source metals are aluminum. An electrode connected to the source boundary 66 is provided on the bottom surface of the chip.

基板接続パッド60が第5図の素子の表面に設けられて
いる。
Substrate connection pads 60 are provided on the surface of the device of FIG.

上述の新規な噛合い櫛歯形パターンは後述のように上記
導電路を制御するゲート酸化膜間に高電圧を与えること
なくドレイン50.り1間に高電圧を使用することを可
能にする。第5図のドレイン電極およびソース電極の隣
合う対の各々に対して並行導電路が存在することに注目
すべきである。第5図の素子の表面には後述のように素
子のゲート回路に簡単なボンド接続を行うゲートバンド
61が設けられている。さらに第5図の基板パッド60
はスタック19の負出力端子に接続されている第1図の
BO3FET24の基板端子に対応し、ゲートバンド6
1はスタック19の正出力端子に接続されているダイオ
ード35のアノードに対応する。
The above-described novel interlocking comb-shaped pattern connects the drain 50. This allows high voltages to be used between the two. It should be noted that there are parallel conductive paths for each adjacent pair of drain and source electrodes in FIG. A gate band 61 is provided on the surface of the device of FIG. 5 to provide a simple bond connection to the gate circuit of the device as described below. Furthermore, the substrate pad 60 in FIG.
corresponds to the substrate terminal of the BO3FET 24 in FIG. 1 connected to the negative output terminal of the stack 19, and the gate band 6
1 corresponds to the anode of the diode 35 connected to the positive output terminal of the stack 19.

第5図に示すように、破線領域B内に示されたチップ領
域は後述するように概略図示されたダイオード35およ
びトランジスタ36の形成のために留保されている。チ
ップの表面は第5図には示されていないが後述するよう
な方法でその外縁周りに抵抗37を支持する。
As shown in FIG. 5, the chip area shown within the dashed area B is reserved for the formation of a diode 35 and a transistor 36, which are schematically illustrated as described below. The surface of the chip supports a resistor 37 around its outer edge in a manner not shown in FIG. 5 but described below.

本発明に用いられるジャンクションパターンは第5図の
領域Aのジャンクションパターンと関連させて第6図お
よび第8図に示されている。このパターンは第5図の素
子の全表面に亘って用いられている。
The junction pattern used in the present invention is shown in FIGS. 6 and 8 in conjunction with the junction pattern in area A of FIG. This pattern is used over the entire surface of the device of FIG.

第6図および第8図を参照すると、チップ70の本体は
前述のように軽度にドープされたP (−)領域で約0
.381 (m)厚で例えば30〔Ω・α〕の抵抗率を
有する。主P(−)領域は素子の主電路と直列ではない
がBO3FETの破壊電圧を定める。次いで軽度にドー
プされたN形ドリフト領域がP(−)本体領域の上面に
形成される。屡々デプリーション領域またはドリフト領
域と呼ばれるN(−)領域71は好ましくは5〔μm〕
の深さを有し通常のエピタキシャル成長技術で形成され
る。しかし好ましくは層71はイオン注入によシ形成さ
れる。N(−)ドリフト領域71は素子の動作中横方向
に正しいデプリーションを得て素子表面の電界を表面上
で均一に分布させるようにするために正しくドープされ
なければならない。好ましくはN(−)領域71は約1
×1012 Cイオン/al〕のドーズでリンイオン注
入を行うことによシ形成される。前述のように約5〔μ
m〕の深さまでリンイオンを拡散させるだめに約1,2
00(’C)で約18時間に亘る注入工程が続いて行わ
れる。
6 and 8, the body of the chip 70 has a lightly doped P (-) region, as described above, at about 0.
.. 381 (m) thick and has a resistivity of, for example, 30 [Ω·α]. The main P(-) region is not in series with the main current path of the device but defines the breakdown voltage of the BO3FET. A lightly doped N-type drift region is then formed on top of the P(-) body region. The N(-) region 71, often called the depletion region or drift region, preferably has a thickness of 5 [μm].
It is formed using conventional epitaxial growth techniques. However, layer 71 is preferably formed by ion implantation. The N(-) drift region 71 must be properly doped to obtain the correct depletion in the lateral direction during operation of the device to ensure that the electric field at the surface of the device is evenly distributed over the surface. Preferably, the N(-) region 71 is about 1
It is formed by implanting phosphorus ions at a dose of 1012 C ions/al. As mentioned above, about 5 [μ
In order to diffuse the phosphorus ions to a depth of 1.2 m
An implantation process lasting approximately 18 hours at 00 ('C) follows.

次いで第5図のソース・ストリップの各々の下に配され
るストリップを有するP中領域72が形成される。スト
リップ72のようなストリップの横方向側部は横方向内
部よりもより軽度にドープされる。それはこれらの領域
が後述のように形成されるMOSFETのチャネルを画
定するからである。
A P-middle region 72 is then formed having strips disposed below each of the source strips of FIG. The lateral sides of a strip, such as strip 72, are more lightly doped than the lateral interior. This is because these regions define the channels of the MOSFETs that will be formed as described below.

第6図および第8図のストリップ72のようなストリッ
プを形成するために領域7エの表面にフィールド酸化膜
が形成され且つ適当な細いス) IJツブが通常のマス
キング、光食刻法およびエツチングによりフィールド酸
化膜中に開けられる。次いで例えばホウ素イオンを用い
て例えば3 X 10”〔イオン/d〕のかなり重度の
ドーズでイオン注入が行われる。このボロンイオンを5
〔μm) 4しくけそれよシ深く拡散する注入が1,2
00(℃)で約100分間行われる。
A field oxide is formed on the surface of area 7e to form a strip such as strip 72 in FIGS. is opened in the field oxide film. Ion implantation is then carried out using, for example, boron ions at a fairly heavy dose of, for example, 3 x 10" [ions/d].
〔μm〕 4. Injection that diffuses deeply is 1 or 2.
00 (°C) for about 100 minutes.

続いてマスキング酸化膜が約s、ooo+:X〕まで成
長する。次いで第2のマスクが酸化膜表面にかけられ、
後述するゲートおよびN+ソースストリップ82および
83を受入れるだめの領域上に窓がエツチングされる。
Subsequently, a masking oxide film is grown to approximately s,ooo+:X]. A second mask is then applied to the oxide surface;
Windows are etched over the regions to receive gate and N+ source strips 82 and 83, which will be described below.

次にゲート酸化膜は露出したシリコン表面上に約700
(A)の厚さまで成長する。次いでポリシリコンが全表
面に約s、ooo(X)の厚さまで付着される。
A gate oxide layer is then deposited on the exposed silicon surface with a thickness of approximately 700 mm.
It grows to the thickness of (A). Polysilicon is then deposited over the entire surface to a thickness of approximately s, ooo (X).

次いでポリシリコン表面に第3のマスクがかけられ、所
望のポリシリコンゲートパターンカ光食刻により素子表
面上に形成されてマスクによって露光されたポリシリコ
ンがゲート酸化膜まで食刻される。露出したゲート酸化
膜も食刻され、例えば3X10′3[イオン/d)程度
のかなり低いイオンドーズが与えられてP+ストリップ
720両側およびゲート酸化膜の下方により軽度ドープ
されたP影領域72aおよび72bを形成する。次いで
約1.125(’C)で120分間軽度にドープされた
領域を2.5乃至3〔μm〕まで拡散させマスク酸化膜
を約]、、500(X)にする。このマスク酸化膜は制
御回路要素の形成時に用いられ、軽度にドープされたP
領域を拡散させ一方向じ窓にN十領域が後に形成される
のを防止する。軽度にドープされたP影領域72aおよ
び72bの使用により後述するようにBOSFETの閾
値電圧は低下する。
A third mask is then applied to the polysilicon surface, and a desired polysilicon gate pattern is formed on the device surface by photoetching, and the polysilicon exposed by the mask is etched down to the gate oxide film. The exposed gate oxide is also etched and given a fairly low ion dose, e.g. 3X10'3 [ions/d], to make it more lightly doped P shadow regions 72a and 72b on either side of the P+ strip 720 and below the gate oxide. form. The lightly doped region is then diffused to 2.5-3 [μm] at about 1.125 ('C) for 120 minutes to bring the mask oxide film to about 1.500 (X). This mask oxide film is used during the formation of control circuit elements and is lightly doped P
The region is diffused to prevent the later formation of N0 regions in one-way windows. The use of lightly doped P shadow regions 72a and 72b reduces the threshold voltage of the BOSFET, as discussed below.

第4のマスク形成および光食刻操作が行われドレイン領
域80および目上のストリップをフィールド酸化膜に開
ける。第5のマスキングおよび光食刻も行われてソース
領域82および83の上ならびに制御回路の選択された
領域上に1,500(X)マスク酸化膜にストリップが
開けられる。次いで拡散によりN十領域80,81.8
2および83が形成される。
A fourth masking and photolithography operation is performed to open the drain region 80 and the overlying strips in the field oxide. A fifth masking and photoetching is also performed to open strips in the 1,500(X) mask oxide over source regions 82 and 83 and over selected areas of the control circuitry. Then, by diffusion, the N0 area 80, 81.8
2 and 83 are formed.

領域80および81はドレイン接点フィンガ54および
55の下に配されるN+ストリップである。
Regions 80 and 81 are N+ strips located below drain contact fingers 54 and 55.

しかし、一般にN十領域80および81は第5図のドレ
イン電極54の形状を有する櫛歯状パターンの部分であ
る。言うまでもないがドレイン電極51の下に同様のパ
ターンが同時に形成される。第8図のN十領域82およ
び83はソースフィンガ56の下に配される細いストリ
ップである。この後素子表面に保獲酸化膜がかけられ、
マスキング操作でソースおよびドレイン接点を含む必要
な金属用の窓を開ける。ノース接触フィンガ56はN十
領域82および83をP十領域72の中心に接続する。
However, in general, N0 regions 80 and 81 are part of a comb-like pattern having the shape of drain electrode 54 in FIG. Needless to say, a similar pattern is formed under the drain electrode 51 at the same time. N+ regions 82 and 83 in FIG. 8 are thin strips located below source fingers 56. In FIG. After this, a captured oxide film is applied to the element surface.
A masking operation opens windows for the necessary metals, including the source and drain contacts. North contact finger 56 connects N+ regions 82 and 83 to the center of P+ region 72.

明らかに他の同様のストリップが他のソースフィンガの
下方に配され領域72のような対応するP形領域内に形
成される。N+ストリップ82および83はチャネル領
域72aおよび72bを画定しこれら領域ハエンハンス
メント形MO8FET動作用にN形チャネルを形成する
には反転されてもよい。
Obviously other similar strips are disposed below other source fingers and formed in corresponding P-type regions such as region 72. N+ strips 82 and 83 define channel regions 72a and 72b, which regions may be inverted to form an N-type channel for enhancement type MO8FET operation.

第8図にポリシリコンゲート90および91として示さ
れた細長いポリシリコンゲートはそれぞれチャネル領域
72aおよび72b上に配される。チャ、i、 ルア2
a、72bの上の活性ポリシリコンゲート領域の下の酸
化膜の厚さは非常に薄く約700(A)であシ素子の閾
値電圧を実質的に低下させる。ポリシリコンゲート90
および91は第5図のゲートパッド61に適当に接続さ
れており、導電性ポリシリコンゲート90および91を
ソース金属ストリップ56から絶縁するシロツクスまた
はガラス絶縁層の各層100および101によって覆わ
れる。
Elongated polysilicon gates, shown as polysilicon gates 90 and 91 in FIG. 8, are disposed over channel regions 72a and 72b, respectively. Cha, i, Lua 2
The thickness of the oxide under the active polysilicon gate region above a, 72b is very thin, approximately 700 Å, substantially lowering the threshold voltage of the device. polysilicon gate 90
and 91 are suitably connected to gate pad 61 of FIG. 5 and covered by respective layers 100 and 101 of a silicon or glass insulating layer that insulates conductive polysilicon gates 90 and 91 from source metal strip 56.

上述の点から新規な工程はソースおよびチャネル領域が
ポリシリコンゲートと自己整列されるDMOS工程であ
ることが分るであろう。実際、仮に初期N(−)領域7
1をも含めるとる重拡散工程である。
It will be seen from the above that the novel process is a DMOS process in which the source and channel regions are self-aligned with the polysilicon gate. In fact, if the initial N(-) region 7
This is a heavy diffusion process that also includes 1.

第8a図に示すように、ポリシリコン層91は領域81
のようなドレイン領域の端部な包み込む。
As shown in FIG. 8a, polysilicon layer 91 is
Wrap around the end of the drain region like so.

本発明によれば領域72bのようなチャネルおよびドレ
イン領域の上のゲート酸化膜はポリシリコンゲート91
がその曲がり始める点の少し手前で終る。これはアバラ
ンシェ降伏においてゲート酸化膜が熱キャリアに曝され
るのを防止する。このアバラン7エ降伏はジャンク7ョ
ン曲線のこの領域で生じる。これによりゲート酸化膜の
損傷は避けられる。
According to the present invention, the gate oxide over the channel and drain regions, such as region 72b, is formed by polysilicon gate 91.
ends slightly before the point where the curve begins. This prevents the gate oxide film from being exposed to thermal carriers during avalanche breakdown. This avalanche breakdown occurs in this region of the junction curve. This avoids damage to the gate oxide film.

第8図には素子の全表面を横切って延び且つ例えば1.
2〔μm〕の厚さを有する通常のフィールド酸化物層も
ある。通常の処理技術を用いることにより酸化物層は適
当に開口され、ドレインフィンガ54および55ならび
てノース電極ストリップ56を有するドレイン電極が図
示のように付着される。
FIG. 8 shows a cross section of the device extending across the entire surface of the element and including, for example, 1.
There is also a conventional field oxide layer with a thickness of 2 μm. Using conventional processing techniques, the oxide layer is suitably opened and a drain electrode having drain fingers 54 and 55 and north electrode strip 56 is deposited as shown.

単一の金属シートが素子の表面上に形成されてマスク酸
化膜の窓に露出されるチップ表面領域に接点を形成し、
この金属は次いでマスクされて例えば第5図および第8
図に示すように最終の所望・くターンに切断される。
a single metal sheet is formed on the surface of the device to form contacts to the chip surface area exposed to the mask oxide window;
This metal is then masked, for example in FIGS. 5 and 8.
The final desired turns are cut as shown in the figure.

こうして得られた電界効果トランジスタは、ドレイン5
0と51との間にかなりの高電圧が接続され得る新規な
横形双方向導通電界効果トランジスタ(BO3FET 
)である。小電流源から適当な低電圧がポリシリコンゲ
ート90および91に与えられると第5図のチップの全
領域上のチャネル72aおよび72bは反転され、電流
はドレイン50から反転されたチャネル領域を介してソ
ースフィンガ56のようなソースフィンガに流れる。電
流は次いで素子の他の半分上のソースフィンガ56から
外方に反転されたチャネルを再び介してドレイン51の
フィンガに至!l12つのドレイン電極間に導電路を形
成する。ポリシリコンゲー) 90−91と基板基準電
圧に固定されたフィンガ56のようなソースフィンガと
の間には非常に小さな電圧差しかないからこの素子は高
電圧素子である。したがって、ドレイン電極50.51
間には非常に高い電圧が現れてもチャネル領域72aお
よび72b上の薄い酸化膜には数〔v〕シか生じない。
The field effect transistor thus obtained has a drain 5
A novel lateral bidirectional conducting field effect transistor (BO3FET
). When a suitably low voltage is applied to polysilicon gates 90 and 91 from a small current source, channels 72a and 72b over the entire area of the chip of FIG. 5 are inverted, and current flows from drain 50 through the inverted channel region. It flows to a source finger, such as source finger 56. The current then flows from the source finger 56 on the other half of the device back out through the inverted channel to the drain 51 finger! l1 Form a conductive path between the two drain electrodes. This device is a high voltage device since there is a very small voltage difference between the polysilicon gates 90-91 and a source finger, such as finger 56, which is fixed at the substrate reference voltage. Therefore, the drain electrode 50.51
Even if a very high voltage appears between them, only a few [volts] is generated in the thin oxide film on the channel regions 72a and 72b.

したがって本発明の新規な素子は交流または直流スイッ
チング電力MO8FETとしての一般的な応用ができる
。勿論素子の電流定格はチャネル72aおよび72bの
有効幅によってのみ制限され、第2図に示しだ寸法]、
803xi X 2.311mmの素子の場合その電流
定格は約200(mA)である。素子の閾値電圧は薄い
ゲート酸化膜により非常に低く、2と2.5 (V )
の間で生じる完全ターンオンで約1〔v〕である。素子
のオン抵抗もかなり低く例えば約25〔Ω〕より低い。
Therefore, the novel device of the present invention has general application as an AC or DC switching power MO8FET. Of course, the current rating of the device is limited only by the effective width of channels 72a and 72b, dimensions shown in FIG.
In the case of an 803xi x 2.311 mm element, its current rating is approximately 200 (mA). The threshold voltage of the device is very low due to the thin gate oxide film, 2 and 2.5 (V).
The complete turn-on generated between the two voltages is about 1 [V]. The on-resistance of the device is also quite low, for example less than about 25 [Ω].

図示実施例におけるドレインフィンガ54および55の
ようなドレインフィンガ間の間隔は中上・間で0.20
3(p)である。P十領域720幅は約0.0254〔
關〕である。この形式の構成では領域81まだは80の
ような何れかのドレイン領域から升領域720間の横方
向電界はフィールド酸化膜93の直ぐ下のウェーッ・の
表面に活って非常に良好に分布している。すなわち表面
に沿う導電位想は均等に分布している。したがって表面
における局部的な電界による局部破壊は避けられる。
The spacing between drain fingers, such as drain fingers 54 and 55 in the illustrated embodiment, is 0.20 between
3(p). The width of P ten area 720 is approximately 0.0254 [
It is [related]. In this type of configuration, the lateral electric field between either the drain region, such as region 81 or 80, and the cell region 720 is very well distributed on the surface of the wafer immediately below the field oxide film 93. ing. That is, the conductive potential along the surface is evenly distributed. Therefore, local breakdown due to local electric fields at the surface is avoided.

新規なり08FETはこの点に関しては第5図の領域B
に集積されたダイオード35およびPNP )ランジス
タ36を有し非常によく構成されている。領域Bに用い
られているジャンクションパターンは第7図および第9
図に詳細に示されている。第7図および第9図によれば
N(−)領域71はP十拡散72が形成されだのと同時
に形成された拡大P十拡散110を有する。第7図にお
いてP十拡散72は第8図のソースストリップ56の下
にあるものと同一であるが第5図の領域Bの両側の長さ
の短いソースストリップの下にある第7図のものとは異
なるN+ストリップ82および83を有する。P形拡散
72aおよび72bが形成されるときP形拡散111お
よび112も第7図のP十矩形リング110内に露出さ
れたN(−)フレーム内で行われる。N+コンタクト領
域113およびN十領域114もN十領域82および8
3が形成されたときに形成される。
The new 08FET is in area B in Figure 5 in this regard.
It is very well constructed with a diode 35 and a PNP) transistor 36 integrated in it. The junction patterns used in area B are shown in Figures 7 and 9.
It is shown in detail in the figure. 7 and 9, N(-) region 71 has an enlarged P+ diffusion 110 formed at the same time that P+ diffusion 72 is formed. In FIG. 7, the P+ diffusion 72 is the same as that below the source strip 56 of FIG. 8, but below the shorter source strips on either side of region B of FIG. The N+ strips 82 and 83 are different from the N+ strips 82 and 83. When P-type diffusions 72a and 72b are formed, P-type diffusions 111 and 112 are also performed within the N(-) frame exposed within P-ten rectangular ring 110 of FIG. N+ contact region 113 and N+ region 114 also have N+ regions 82 and 8
Formed when 3 is formed.

第7図に示される回路およびジャンクションノくターン
は第9図に示されている。そしてダイオード35はP領
域111とN十領域114の間に形成されたPNジャン
クションによって画定される。N十領域114は第5図
のゲートバッド61に接続されているポリシリコンゲー
トラチスに電気的に接続されている。ダイオード35の
アノードはN+領域113に電気的に接続され次いでリ
レーの入力回路の正端子に接続されている。
The circuit and junction nodes shown in FIG. 7 are shown in FIG. Diode 35 is then defined by a PN junction formed between P region 111 and N+ region 114. N+ region 114 is electrically connected to a polysilicon gate lattice which is connected to gate pad 61 in FIG. The anode of diode 35 is electrically connected to N+ region 113 and then to the positive terminal of the input circuit of the relay.

非常に高利得のPNP )ランジスタ36はP領域11
2、N(−)本体71およびP(−)本体70で形成さ
れている。コレクタ電極は図示のようにP(−)本体に
接続されているP+リング110を介して接続されてい
る。領域110は次に基板電極に電気的に接続され且つ
光スタック入力の負端子に接続されている。PNP )
ランジスタの形成はBOSFET素子を形成するために
用いられている工程に理想的に適合しており非常に高利
得のトランジスタが形成されることに注目すべきである
Very high gain PNP) transistor 36 is in P region 11
2. It is formed of an N(-) main body 71 and a P(-) main body 70. The collector electrode is connected via a P+ ring 110 connected to the P(-) body as shown. Region 110 is then electrically connected to the substrate electrode and to the negative terminal of the optical stack input. PNP)
It should be noted that the formation of the transistor is ideally suited to the processes used to form BOSFET devices, resulting in the formation of very high gain transistors.

第1図の抵抗37は何らかの所望の方法でチップ上に設
けられる。好ましくは第10図に示すように抵抗は第5
図のチップの外縁を取囲み、例えば2.54 (龍〕乃
至5.08 (龍〕の長さを有して1乃至5〔順〕の抵
抗を有するものである。抵抗端子は、好ましくはゲート
パッド61の下で、P+領域72の形成と共に形成され
るP子局縁領域130中に形成される。
Resistor 37 of FIG. 1 may be provided on the chip in any desired manner. Preferably, the resistor is the fifth resistor as shown in FIG.
The resistor terminals surround the outer edge of the chip shown in the figure and have a length of, for example, 2.54 to 5.08 and have a resistance of 1 to 5. It is formed under gate pad 61 in a P slave region 130 that is formed along with the formation of P+ region 72 .

第10図は破線131内にN(−)ス) IJツブ領域
132の平面を示し、この領域132はチップ周縁周り
に延び且つ第11図に示すようにP+領域130によシ
離間された端部を有する。ストリップ132は例えば1
5〔μm〕の幅を有する。チップ内の適当な電位点に接
続された適当な端子135および136に対しそれぞれ
接続された(第11図)N十端蔀パッド133および1
34が設けられている。肘領域130に対するN十領域
133および134は10乃至12(V)の降伏電圧を
有するンエナーダイオード140(第11図)を画定す
る。
FIG. 10 shows within the dashed line 131 the plane of the N(-) IJ tube region 132, which extends around the chip periphery and has ends spaced apart by the P+ region 130 as shown in FIG. has a department. The strip 132 is, for example, 1
It has a width of 5 [μm]. N ten end pads 133 and 1 are connected to appropriate terminals 135 and 136, respectively (FIG. 11), which are connected to appropriate potential points within the chip.
34 are provided. N+ regions 133 and 134 relative to elbow region 130 define an energy diode 140 (FIG. 11) with a breakdown voltage of 10-12 (V).

本発明の新規なり08FET構造は他の方法でも構成で
きる。第12図および第13図はBO3FETを構成す
るために用いられ得るジャンクションパターンの第2実
施例を示す。第12図および第13図のジャンクション
パターンは第8図と対比されるべきもので同様の符号は
同一要素を示している。第8図の構成と第12図および
第13図の構成との基本的相違はドレインD1およびD
2が完全な噛合い櫛歯形かどうかである。第8図のP+
領域72は第13図の2つの独立し横方向に離間した部
分150および151として形成され、これら2つの部
分の中央には単一のN十領域152が配されソーススト
リップ56に接続されている。次いでP影領域150お
よび151内にはN十領域160および161が形成さ
れ、P領域150および151の各々の中にポリシリコ
ンゲートの対162−163、および164−165と
協働スる2つのチャネルを画定する。ゲート162およ
び163ならびに164−’ 165はゲート金属スト
リップ170および171にそれぞれ周期的に接続され
ている。
The novel 08FET structure of the present invention can also be constructed in other ways. Figures 12 and 13 show a second embodiment of a junction pattern that may be used to construct a BO3FET. The junction patterns in FIGS. 12 and 13 are to be compared with those in FIG. 8, and like symbols indicate the same elements. The basic difference between the configuration of FIG. 8 and the configurations of FIGS. 12 and 13 is that the drains D1 and D
2 is whether it is a perfect interlocking comb tooth shape. P+ in Figure 8
Region 72 is formed as two independent laterally spaced sections 150 and 151 in FIG. . N+ regions 160 and 161 are then formed in P shadow regions 150 and 151, and two N+ regions 160 and 161 are formed in each of P regions 150 and 151 to cooperate with polysilicon gate pairs 162-163 and 164-165. Define channels. Gates 162 and 163 and 164-' 165 are periodically connected to gate metal strips 170 and 171, respectively.

第14図は前述のBOSFETチップに組込まれ得る回
路を示しており、この回路は第1図の回路に対しターン
オフ速度が増し予期しないdV/cltターンオンの対
策がなされた点で特徴を有する。第1図の要素と同様の
要素には第14図でも同様の符号が与えられている。
FIG. 14 shows a circuit that can be incorporated into the BOSFET chip described above, which is characterized by increased turn-off speed and protection against unexpected dV/clt turn-on over the circuit of FIG. Elements similar to those in FIG. 1 are given similar reference numerals in FIG.

第14図の高速ターンオフ回路はNPN )ランジスタ
200、PチャネルMOSFET201および抵抗20
2からなる。これら要素はLED21がターンオフした
ときゲート・基板間寄生容量C1上の電圧がスタSS ツク19の電圧に追従する、実際には同電圧を引下げる
ことを確実に行う再生的ターンオフ回路を形成する。ス
タック電圧が素子24のゲート電圧よυ低い約O,S 
(V )に低下するとPチャネルMOSFET201が
ターンオンしCがMOSFET 201および88 NP、N )ランジスタ200のベース・エミンタ回路
を介して放電する。これはトランジスタ200をターン
オンさせてスタック19を放電させ放電途中はMO3F
ET201をターンオンさせる。要素35,200,2
01および202は簡単にBO3FETチップ中に組込
めるものである。
The high-speed turn-off circuit in FIG.
Consists of 2. These elements form a regenerative turn-off circuit that ensures that the voltage on the gate-to-substrate parasitic capacitance C1 follows, and in fact pulls down, the voltage on the star SS block 19 when the LED 21 is turned off. When the stack voltage is υ lower than the gate voltage of element 24, approximately O,S
(V), P-channel MOSFET 201 turns on and C discharges through the base-eminter circuit of MOSFET 201 and transistor 200. This turns on the transistor 200 and discharges the stack 19. During the discharge, MO3F
Turn on ET201. Element 35, 200, 2
01 and 202 can be easily integrated into a BO3FET chip.

第14図のスイッチング回路のスイッチオフ速度は、4
70(KΩ〕の抵抗37を有する第1図の回路のスイッ
チング速度に等しい。第14図の回路は放電抵抗37用
の低い値を要せず、したがって充電圧要素に多くの負荷
を負わぜない。これは回路の検出感度、ターンオン速度
およびターンオフ速度を改善する。
The switch-off speed of the switching circuit in FIG. 14 is 4
equal to the switching speed of the circuit of FIG. 1 with a resistor 37 of 70 (KΩ).The circuit of FIG. .This improves the detection sensitivity, turn-on speed and turn-off speed of the circuit.

第14図はdV/dt抑制のだめのダイナミック交流ク
ランプ回路を示している。そしてドレイン・ゲート間の
分布寄生容量CD−Gは端子25と26の間に充分に大
きなd V/d tがあると充分に大きなパルス電流を
流させて端子22および23に人力信号がないときでも
MO3FgT24をターンオンさせる。
FIG. 14 shows a dynamic AC clamp circuit for dV/dt suppression. The distributed parasitic capacitance CD-G between the drain and gate is such that if there is a sufficiently large dV/dt between terminals 25 and 26, a sufficiently large pulse current will flow, and when there is no human input signal at terminals 22 and 23. But MO3FgT24 is turned on.

この抑制回路は抵抗210、コンデンサ211およびN
PN )ランジスタ212を有し、これら要素の全てが
電力MO3FETチップに集積される。抵抗−容量分圧
器は、端子25 、26間のd V/d tが所定値を
超えるとトランジスタ212をターンオンさせて容量C
88 とCD−Gとの間の接続点を接地する。
This suppression circuit consists of resistor 210, capacitor 211 and N
PN) transistor 212, all of these elements are integrated into a power MO3FET chip. The resistor-capacitance voltage divider turns on the transistor 212 when dV/dt between the terminals 25 and 26 exceeds a predetermined value, thereby increasing the capacitance C.
Ground the connection point between 88 and CD-G.

第14図の回路において、抵抗202および210はそ
れぞれ1(MΩ〕であり、コンデンサ211は20 (
pF)である。
In the circuit of FIG. 14, the resistances 202 and 210 are each 1 (MΩ), and the capacitor 211 is 20 (MΩ).
pF).

第15図および第16図によれば、スタックに用いられ
る光発生ウェーハを製作するだめの出発ウェーハが示さ
れている。第15図および第16図ならびにこれから出
てくる図のウェーハの寸法は明瞭化のために比例関係を
無視して誇張して示されている。第15図のウェーッ・
は高抵抗率P形材料でありウェーハはできる限シ薄いが
注意深く取扱えば破壊することのない程度の強度を有す
るものである。例えば、第15図および第16図のウェ
ーハはフロートゾーン結晶成長法で形成されたインゴッ
トから切出され、約50〔Ω・鋼〕の抵抗率を有するP
形である。これが概ね実用的最高値であるが1乃至5〔
Ω・儂〕等の通常のP形太陽電池に用いられている値の
ものも使用できる。高抵抗率材料の使用によシウエーハ
から終局的に製作される各セルの出力電圧を減じるがよ
シ大きな短絡回路電流が得られる。
15 and 16, the starting wafers from which the light generating wafers used in the stack are made are shown. The dimensions of the wafer in FIGS. 15 and 16 and subsequent figures are exaggerated out of proportion for clarity. Figure 15
The wafer is a high resistivity P-type material, and the wafer is as thin as possible but strong enough not to break if handled carefully. For example, the wafers of FIGS. 15 and 16 were cut from ingots formed by float zone crystal growth and had a resistivity of approximately 50 Ω·steel.
It is the shape. This is generally the highest practical value, but it is 1 to 5 [
It is also possible to use values that are used in ordinary P-type solar cells, such as .OMEGA..OMEGA. The use of high resistivity materials provides greater short circuit current while reducing the output voltage of each cell ultimately fabricated from the wafer.

使用されたウェーハは直径約50.8 i+s+で厚さ
約0.19鉢のもので、これは過大な破壊を起さずに工
業的工程で取扱い得る最も薄いものである。ウェーッ・
直径を例えば76.2mにすることもできるがそれに応
じてウェーハ厚を例えば0.23111と厚くしなけれ
ばならない。
The wafers used were about 50.8 i+s+ in diameter and about 0.19 wafers thick, which is the thinnest that can be handled in an industrial process without undue damage. Wow...
Although the diameter can be set to 76.2 m, for example, the wafer thickness must be increased accordingly, to 0.23111 m, for example.

第15図および第16図のウェーハ320の頂面および
底面は約0.4〔μm〕厚の成長酸化物層321および
322によって酸化される。次いで通常のフォトレジス
トマスク層323が第17図の酸化物層322上に形成
される。ウェーハは通常マスクされていない酸化物層を
エツチング除去し、一方第18図に示すように酸化物層
321はそのまま残す。
The top and bottom surfaces of wafer 320 in FIGS. 15 and 16 are oxidized with grown oxide layers 321 and 322 approximately 0.4 μm thick. A conventional photoresist mask layer 323 is then formed over the oxide layer 322 of FIG. The wafer is typically etched away with the unmasked oxide layer, while leaving the oxide layer 321 in place, as shown in FIG.

この後ホウ素を含むキャリアが第18図の少くともウェ
ーハの底面の露出していない面に付着され、次いでホウ
素はウェーハ中に導入されて第19図に示されるP十領
域330を形成する。この処理は1,250(℃)で1
0時間でありホウ素が0.0254關の深さまで拡散・
するまで行う。第19図の処理は表面抵抗率が約50〔
Ω/口〕に達するまで行われる。
A carrier containing boron is then deposited on at least the bottom, unexposed surface of the wafer in FIG. 18, and the boron is then introduced into the wafer to form the P+ region 330 shown in FIG. 19. This treatment was carried out at 1,250 (℃).
0 hours and boron diffuses to a depth of 0.0254 degrees.
Do it until you do. The treatment shown in Figure 19 has a surface resistivity of approximately 50 [
Ω/mouth] is reached.

酸化膜321はホウ素付着およびその後処理中マスクと
して働く。またホウ素処理中厚さ約1〔μm〕の酸化膜
層は第19図のウェーハの底部表面上で成長する。
Oxide layer 321 acts as a mask during boron deposition and subsequent processing. Also, during the boron treatment, an oxide layer approximately 1 μm thick is grown on the bottom surface of the wafer in FIG.

この後第20図に示されるようにフォトレジスト層33
2が酸化物層3310表面に施され、マスクされていな
い酸化物層321は第20図のウェーッ・の上面から除
去される。
After this, as shown in FIG.
2 is applied to the surface of oxide layer 3310 and the unmasked oxide layer 321 is removed from the top surface of the wafer in FIG.

次いで非常に重度のN+付着およびpoat3源を用い
た導入処理が行われマスクされていない表面にN+領域
333を形成する。ウェー/−320の上面にN十領域
333を拡散するために、面積抵抗が約0.8〔飼〕と
なるまで1.12s (℃)で2時間に亘りリン材料が
ウェーッ・上に付着される。この後不純物が約1.20
0C℃)で10時間導入される。これはN十領域333
に約0.0254 mの深さまで行われる。この導入は
ウェーハのN土表面の抵抗率が約0.5〔Ω/口〕にな
るまで中止される。表面抵抗率が05〔Ω/口〕と非常
に高いものであり、ウェーッ・表面で約I X 10”
リン〔イオン/cd)より大なるときに得られるもので
ある。実際、リンイオン濃度は固体溶解限度である2 
x 10” (イオン/cd)tで上げ得る。
A very heavy N+ deposition and implantation process using a poat3 source is then performed to form N+ regions 333 on the unmasked surfaces. To diffuse the N+ region 333 onto the top surface of the wafer/-320, a phosphorus material was deposited on the wafer for 2 hours at 1.12 s (°C) until the sheet resistance was approximately 0.8. Ru. After this, the impurity is about 1.20
(0C°C) for 10 hours. This is N0 area 333
This is done to a depth of approximately 0.0254 m. This introduction is stopped until the resistivity of the N soil surface of the wafer reaches approximately 0.5 [Ω/hole]. The surface resistivity is extremely high at 0.5 [Ω/mouth], and the surface resistivity is approximately I x 10”.
It is obtained when it is larger than phosphorus (ion/cd). In fact, the phosphorus ion concentration is the solid solubility limit2
x 10” (ions/cd)t.

この新規なN十拡散はP(−)領域320の寿命を延ば
す。それはリンイオンがシリコン本体中の金属イオンに
対してゲッタとして働くからである。しかも非常に重度
にドープされたN十領域333を形成する工程はジャン
クションパターンを形成スるだめの最終工程であり、多
数のウェーハをスタック中にアロイするだめの手段とし
てアルミニウム箔またはアルミニウム低融点材料を用い
ることを許容する。すなわち、アルミニウムはN土層を
P形電導性に反転することはない。この後第22図に示
すように、6:1水酸化フッ素化合物エッチ材料の使用
によシ第21図のウェーハから全ての酸化物が除去され
る。
This new N0 diffusion extends the lifetime of the P(-) region 320. This is because phosphorus ions act as getters for metal ions in the silicon body. Moreover, the step of forming the very heavily doped N+ region 333 is the final step in forming the junction pattern, and aluminum foil or aluminum low melting point material is used as a means of alloying a large number of wafers into a stack. is allowed to be used. That is, aluminum does not invert the N soil layer to P-type conductivity. Thereafter, as shown in FIG. 22, all oxides are removed from the wafer of FIG. 21 by use of a 6:1 hydroxide fluorine compound etch material.

工程の次の段階は第23図に示すようなスタックの形成
であり、ウェーハ340,341および342を含む1
0枚のウェーハが(10254朋厚の箔を間に挟んで積
み重ねられる。ウェーハの数は変え得る。箔343は重
量比でアルミニウム88%でシリコン12%のアルミニ
ウムシリコン低融点材料である。0.203龍厚の純粋
アルミニウムの端板344および345がスタックの両
端に重ねられる。仮に板344および345がアルミニ
ウムシリコン低融点材料であると板344および345
に直ぐ隣合う箔は省略できる。
The next step in the process is the formation of a stack as shown in FIG.
0 wafers are stacked with a (10254 mm thick foil) in between. The number of wafers can vary. The foil 343 is an aluminum silicon low melting point material of 88% aluminum and 12% silicon by weight. End plates 344 and 345 of pure aluminum with a thickness of 203 mm are superimposed on each end of the stack.If plates 344 and 345 are aluminum silicon low melting point material;
The foil immediately adjacent to can be omitted.

また板344および345はシリコン製でもよい。Additionally, plates 344 and 345 may be made of silicon.

次に全スタックは適当な方法で軽い圧力がかけられスタ
ックを1つにアロイする適当な装置中に置かれる。例え
ばスタックは窒素ガス洗浄を用いるベルト炉中に置かれ
る。この炉はオーフ゛ン通過時間が約45分であるとき
ピークが約5oo(’c)で5分間となるものとすべき
である。通常のアロイ炉も使用できる。
The entire stack is then placed in a suitable device which applies light pressure in a suitable manner to alloy the stack together. For example, the stack is placed in a belt furnace with nitrogen gas scrubbing. The furnace should have a peak time of about 5oo('c) for 5 minutes with an open pass time of about 45 minutes. Ordinary alloy furnaces can also be used.

スタックがアロイされた後、スタックは所望寸法のスラ
ブに切断される。このスラブはスタックをその軸に平行
な方向に切断することによって形成される。第24図は
第23図のスタックから形成されたスラブを示しこのス
タックは適当な通常の単一または多数の刃を有する鋸に
よって切断される。第24図のスラブは約0.508(
+i)幅で1.524 (ms)長の寸法を有する。ス
ラブの高さは10枚のノリコンウェーッ・および結合箔
の全高さによって決まり約2.54(m)である。幅お
よび長さならびにスタック当りウェーッ・数は変え得る
。したがって1.02CIII) X O,38(ma
〕のスラブ素子も用い得る。10枚のウェーハによって
形成される2、54(酊)の高さは小さくスラブの中心
から0.76〔+x)の位置にある照光LEDカらの距
離はスラブの何れかのウェーハ素子から非常に異って離
間されたものではない。
After the stack is alloyed, the stack is cut into slabs of desired dimensions. This slab is formed by cutting the stack in a direction parallel to its axis. FIG. 24 shows a slab formed from the stack of FIG. 23, which is cut by a suitable conventional single or multi-blade saw. The slab in Figure 24 is approximately 0.508 (
+i) It has dimensions of width and length of 1.524 (ms). The height of the slab is determined by the total height of the 10 sheets of glue and bonding foil and is approximately 2.54 (m). The width and length as well as the number of wedges per stack can vary. Therefore 1.02CIII) X O,38(ma
) slab elements can also be used. The height of 2,54 (drunk) formed by 10 wafers is small and the distance from the illumination LED located at 0.76 [+x] from the center of the slab is very small from any wafer element on the slab. It is not something that is different and spaced apart.

第24図の光電圧スラブは第25図および第26図に示
される光電圧スラブに組込まれる。そして第25図およ
び第26図において、それぞれ頂部および底部電極34
5および344から延びる電極352および353と共
に第24図のスラブ351を適当に支持する支持ベース
350が示されている。電極361および362を有す
る通常のLED360は好ましくは赤外線出力のLED
であり支持ベース350上に置かれ且つ概ねスラブの中
心に置かれるが充分な距離例えば0.76 (mm:]
だけスラブから離間されてLED電極とスタック電極と
の間に所望の絶縁構造(3,750(V) )を形成す
る。第25図および第26図において容器の高さは約1
,524(+ni)より若干大きく、直径は約1,52
4 [mm)よシ若干大きく、容器の頂部の直径は約3
,175 (闘〕である。
The photovoltage slab of FIG. 24 is incorporated into the photovoltage slab shown in FIGS. 25 and 26. 25 and 26, top and bottom electrodes 34, respectively.
A support base 350 is shown suitably supporting slab 351 of FIG. 24 with electrodes 352 and 353 extending from 5 and 344. The conventional LED 360 with electrodes 361 and 362 is preferably an infrared output LED.
and placed on the support base 350 and approximately centered on the slab, but at a sufficient distance, e.g. 0.76 mm: ]
to form the desired insulation structure (3,750 (V)) between the LED electrode and the stack electrode. In Figures 25 and 26, the height of the container is approximately 1
, 524 (+ni), and the diameter is approximately 1,52
It is slightly larger than 4 [mm], and the diameter of the top of the container is approximately 3 mm.
, 175 (battle).

この組上ったものは次いでLED照光に透過性の透明絶
縁シリコーン本体370で覆われる。シリコーン本体3
70は反射性被膜371で覆われる。好ましくは被膜3
71は本体370と同一組成のシリコーンで構成するが
例えば2酸化チタン粉末のような白い反射性物質を含む
ものとする。この粉末入りシリコーンを用いることによ
り被膜371をシリコーン本体370にしっかりと接着
させる。
This assembly is then covered with a transparent insulating silicone body 370 that is transparent to LED illumination. silicone body 3
70 is covered with a reflective coating 371. Preferably coating 3
71 is made of silicone having the same composition as the main body 370, but includes a white reflective material such as titanium dioxide powder. By using this powdered silicone, the coating 371 is firmly adhered to the silicone body 370.

第27図は第24図、第25図および第26図のスタッ
クの詳細を示し且つ切断鋸による損傷が端板344およ
び345によっていかに形成られるかを示している。特
に板は板344における端部401および402および
板345における端部403および404のように荒く
斜面状にされ且つ荒く形成された端部を有する。板34
4および345は全ての鋸損傷を受入れるに充分なだけ
厚く、鋸損傷は端板に隣合ったウェーハ中にジャンクシ
ョンまで達しない。
FIG. 27 shows a detail of the stack of FIGS. 24, 25, and 26 and shows how damage from the cutting saw is created by end plates 344 and 345. In particular, the plates have rough beveled and rough-formed edges, such as edges 401 and 402 on plate 344 and edges 403 and 404 on plate 345. Board 34
4 and 345 are thick enough to accommodate any saw damage that does not extend into the wafer adjacent to the end plate into the junction.

板344および345はまた充分な厚さすなわち導電エ
ポキシ塊410および411を受入れるスタンドオフな
有する。このスタンドオフは、スタックヲ離間したリー
ドフレーム要素すなわち他の電極412および413の
端部に、端板に隣合う活性ジャンクション間を短絡する
危険なく固着させるために用いられる。
Plates 344 and 345 also have sufficient thickness or stand-off to receive conductive epoxy masses 410 and 411. This standoff is used to secure the stack to the ends of spaced apart leadframe elements or other electrodes 412 and 413 without risk of shorting between active junctions adjacent to the endplates.

本発明はいくつかの好適実施例について記述したが当業
者には多くの変形、修正が明らかであろう。そこで、本
発明は上記開示に限定されず特許請求の範囲のみによっ
て限定されるものである。
Although the invention has been described in terms of several preferred embodiments, many variations and modifications will become apparent to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the above disclosure, but only by the scope of the claims.

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

第1図は単一チップに組込まれた本発明の第1実施例の
回路図、第2図は第1図に示される双方向性出力半導体
電界効果トランジスタの等価回路図、第3図は第1図の
充電圧絶縁回路用時間関数としての特性出力電圧を示す
図、第4図は第1図のリレー回路の電流制御特性を示す
図、第5図は第1図の出力回路を含む単一チップの平面
を示し、特にドレインおよびソース金属パターンを示す
図、第6図は第5図における円で囲まれた部分へ〇ウェ
ーハ表面およびそこに形成されるジャンクションの拡大
図、第7図は第5図の破線で囲まれた部分Bのジャンク
ションパターンを拡大して示すと共にチップ表面に組込
まれた第1図の回路のPNP トランジスタおよびダイ
オードジャンクションを示す図、第8図は第5図および
第6図の線8−8に沿う第6図の断面を示すと共にBO
3FET素子に用いられる基本ジャンクションパターン
を示す図、第8a図はゲート酸化膜がポリシリコンゲー
トの曲線の領域の終端された短絡であることを示す図、
第9図は第7図の線9−9に沿う断面を示す゛と共に第
1図のトランジスタおよびダイオード用のジャンクショ
ンパターンを示す図、第10図は第1図のチップの縁部
の一部の頂面図、第11図は第10図の線11−11に
沿う断面図、第12図は本発明の第2の実施例の平面図
、第13図は第12図の線13−13に沿う断面図、第
14図は第5゜6.8,1.2および13図のチップに
組込まれる第2実施例を示す図、第15図は本発明の光
発生スタックに用いられる単結晶シリコンの単一ウニ−
・・の頂面図、第16図は第15図の線16−16 K
 Gう断面図、第17図は表面を酸化した後で一表面上
にフォトレジストマスクを形成した後の第16図のウェ
ーハを示す図、第18図はウェーハの一表面から酸化膜
層を除去した後の第17図のウェーハを示す図、第20
図は一表面にフォトレジストマスクが形成され且つ他の
面から酸化膜層が除去された後の第19図のウェーハを
示す図、第21図は第20図のウェーハの露出面に非常
に高濃度のN十領域を形成した後のウェーハの状態を示
す図、第22図はウェーハから全ての酸化物が除去され
た後の第20図のウェーハを示す図、第23図はそれぞ
れが第22図のウェーハと同じウェーハで介挿されたア
ルミニウム箔および両端のアルミニウム接点と共に形成
されたスタックを示す図、第24図はスタックが共にア
ロイされた後第23図のスタックから切断された平行6
面体状の単一の従来のスラブすなわちスタックを示す図
、第25図はプラスチックハウジング内に収容された第
24図の充電圧絶縁器の頂面図、第26図は第25図の
線26−26に清う断面図、第27図は第24図のスタ
ックの断面を示すと共に切断後の鋸損傷の様子な示す図
である。 19・・光電圧ダイオード、2o・・充電圧絶縁器、2
1− LED 、 24 ・BOSFET 、 30.
31 川MOSFET 150゜51、.80.81・
・ドレイン、54,55.58・・ドレインフィンガ、
56・・・ソースフィンガ、 60・・・基板ハツト、
61・・ゲートバンド、72a、72b・・チャネル領
域1、82,83,113,114,133,134−
N+領領域90.91 ・ポリシリコンゲート、111
,112・・・P形拡散、130・・P十領域、200
・・・NPN トランジスタ、201・・・Pチャネル
MO8FET 、 202−=抵抗、321,331 
・酸化膜、332・・・フォトレジスト層、340 、
341、.342・・ウェーハ、344..345,3
52,353,361,362・・電極、351・・ス
ラブ、360 =・LED 1401,402−・・端
部、410,441 =・エポキシ塊。 ほか1名 ケート帯しE (V) −フ遅Fとシiヲa− 三丁Iし■ン市j−[τμT (方式)昭和60年2月
27日 特許庁長官 殿 2、発明の名称 固体素工リレー回路 3、補正をづる名 事件との関係 出 願 人 氏名(名称) インターナショナル・レクヂファイψ−
・]−ボレーション 4、代J!11人 住 所 束宗都港区南vj山−丁目1番1号5、補正命
令のIffζ1(自発) (発送口)昭和 年 月 [1 髪
1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention incorporated in a single chip; FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the bidirectional output semiconductor field effect transistor shown in FIG. 1; and FIG. Figure 1 is a diagram showing the characteristic output voltage as a function of time for the charging voltage isolation circuit, Figure 4 is a diagram showing the current control characteristics of the relay circuit in Figure 1, and Figure 5 is a diagram showing the characteristic output voltage as a function of time for the charging voltage isolation circuit of Figure 1. Figure 6 shows the plane of one chip, particularly showing the drain and source metal patterns, and Figure 6 is an enlarged view of the wafer surface and the junctions formed there. FIG. 8 is an enlarged view of the junction pattern in part B surrounded by the broken line in FIG. 5, and also shows the PNP transistor and diode junctions of the circuit of FIG. 6 shows a cross-section of FIG. 6 along line 8-8 of FIG.
Figure 8a shows the basic junction pattern used in a 3FET device; Figure 8a shows that the gate oxide is a terminated short in the curved area of the polysilicon gate;
9 shows a cross-section taken along line 9--9 in FIG. 7 as well as the junction pattern for the transistor and diode in FIG. 1; FIG. 10 shows a portion of the edge of the chip in FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 11--11 in FIG. 10, FIG. 12 is a plan view of a second embodiment of the invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line 13--13 in FIG. 14 is a diagram showing a second embodiment incorporated into the chips of FIGS. single sea urchin
The top view of..., Fig. 16, is the line 16-16 K in Fig. 15.
Figure 17 shows the wafer of Figure 16 after surface oxidation and formation of a photoresist mask on one surface; Figure 18 shows the removal of the oxide layer from one surface of the wafer; Figure 17 shows the wafer after
Figure 21 shows the wafer of Figure 19 after a photoresist mask has been formed on one surface and the oxide layer has been removed from the other side; Figure 21 shows the wafer of Figure 20 with a very high 22 shows the wafer of FIG. 20 after all oxide has been removed from the wafer, and FIG. 23 shows the wafer of FIG. Figure 24 shows a stack formed with the same wafer as the wafer in Figure 24 with interposed aluminum foil and aluminum contacts at both ends; Figure 24 is a parallel 6 cut from the stack of Figure 23 after the stacks have been alloyed together;
25 shows a top view of the charging voltage isolator of FIG. 24 housed within a plastic housing; FIG. 26 shows a line 26-- of FIG. 25; FIG. 26 is a cross-sectional view, and FIG. 27 is a cross-sectional view of the stack of FIG. 24, and shows the appearance of saw damage after cutting. 19...Photovoltage diode, 2o...Charging voltage insulator, 2
1- LED, 24 ・BOSFET, 30.
31 River MOSFET 150°51,. 80.81・
・Drain, 54, 55. 58...Drain finger,
56... Source finger, 60... Board hat,
61... Gate band, 72a, 72b... Channel region 1, 82, 83, 113, 114, 133, 134-
N+ region 90.91 ・Polysilicon gate, 111
, 112...P type diffusion, 130...P ten area, 200
...NPN transistor, 201...P channel MO8FET, 202-=resistance, 321, 331
- Oxide film, 332... Photoresist layer, 340,
341,. 342...wafer, 344. .. 345,3
52,353,361,362... Electrode, 351... Slab, 360 = LED 1401,402-... End, 410,441 = Epoxy lump. 1 other person Kate Obi E (V) -F slow F and Siwoa- Sancho Ishin City j-[τμT (Method) February 27, 1985 Commissioner of the Patent Office Tono 2, Name of the invention Relationship between solid-state relay circuit 3 and the famous case requiring amendments Applicant Name International Rectitude ψ−
・] - Boration 4, Dai J! 11 people Address: Minami Vj Yama-chome 1-1-5, Minami-vj Yama-chome, Minato-ku, Sokusoto Minato-ku, Ifζ1 of the amendment order (voluntary) (Shipping port) Showa month [1 Hair]

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)人力伺勢端子を有するLED手段と、このLED
手段に光学的に結合されて電気的には絶縁されておシ前
記LED手段による照光に応動して生じる電圧を生じる
正および負の出力端子を有する光電圧堆とを有する充電
圧絶縁回路をそなえだ光電圧作動固体素子リレー回路に
おいて、 第1および第2の出力電力端子、ゲート端子および基板
端子を有し前記出力端子間が約50(V)より高い電圧
に耐え且つ前記ゲートおよび基板端子間に約1〔■〕よ
り高い電圧が与えられることに応動して導通状態に切換
わる双方向性出力半導体電界効果トランジスタと、 前記正および負の出力端子間に接続された約100(K
Ω〕を超える値の抵抗と、 前記光電圧堆の正端子に接続されたアノードおよび前記
ゲート端子に接続されたカソードを有するダイオードと
、 前記ダイオードの前記アノードに接続されたベース、前
記ダイオードの前記カソードに接続されたエミッタおよ
び前記基板端子に接続されだコレクタを有する高利得ト
ランジスタとをそなえ、前記光電圧堆からの出力の発生
で前記電界効果トランジスタを高速でターンオ・させる
のに充分な電力を形成し、且つ前記光電圧堆の電圧出力
が所定値より低くなったとき前記高利得トランジスタが
ターンオンして前記リレー回路人力インピーダンスを減
少させるようにしたことを特徴とする固体素子リレー回
路。 (2、特許請求の範囲第1項記載の回路ておいで、前記
高利得トランジスタはPNP )ランジスタである回路
。 (3)特許請求の範囲第2項記載の回路において、前詰
電界効果トランジスタ、前記ダイオード、前記PNP 
)ランジスタおよび前記抵抗はシリコンの単一チップ内
に形成された集積要素である回路。 (4)特許請求の範囲第1項、第2項まだは第3項記載
の回路において、前記電界効果トランジスタはオフ時に
無視し得る漏洩電流しか流さず出力端子間に約25〔Ω
〕より少い導通抵抗を有する金属酸化物電界効果トラン
ジスタである回路。 (5)一方の導電形式の高抵抗率本体を有する双方向導
通絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、前記本体
への注入および処理により形成された他の導電形式の浅
い高抵抗率注入領域と、この注入領域に形成された前記
他の導電形式の第1および第2の横方向に配されたドレ
イン領域と、前記注入領域中に形成され前記ドレイン領
域の中央に離間して配され前記注入領域を貫通して延び
る前記一方の導電形式の中央領域と、この中央領域の表
面に形成され前記一方の導電形式から前記他方の導電形
式に反転される前記中央領域中のチャネルを画成する前
記他の導電形式のソース領域と、前記注入領域の表面上
に配され前記チャネルおよびこ、のチャネル上に配され
たゲート絶縁層に整列された絶縁ゲートと、それぞれ前
記第1および第2のドレイン領域に接続された第1°お
よび第2のドレイン電極と、前記ソース領域および前記
中央領域に接続されたソース電極とをそなえ、前記ソー
ス電極は前記ゲート手段に隣合うが絶縁されて配され前
記ゲート手段への電圧により前記チャネルが反転された
とき前記ドレイン電極間および前記ソース電極を介して
電流が流れるようにした双方向導通絶縁ゲート電界効果
トランジスタ。 (6) 特許請求の範囲第5項記載の素子において、前
記一方の導電形式はP型であり前記他の導電形式はN型
である素子。 (7)特許請求の範囲第5項および第6項記載の素子に
おいて、前記注入領域は約5〔μm〕の深さである素子
。 (8)特許請求の範囲第5項、第6項および第7頂記載
の素子において、前記ゲート絶縁層は約700(X)の
厚さを有する素子。 (9)特許請求の範囲第5項、第6項、第7項および第
8項記載の素子において、前記ソース手段は前記中央領
域中に第1および第2の各チャネルを画成する2つの離
間したソース領域を有する素子。 Ql 特許請求の範囲第9項記載の素子において、前記
中央領域の低導電率部の横方向縁部は前記ソース領域と
同じ拡散窓によって画成され前記ソース領域に自己整列
される素子。 aυ 特許請求の範囲第1項乃至第10項の何れかに記
載の素子において、前記ドレイン領域、前記中央領域、
および前記ソース領域は互いに離間された平行な細長い
ストリップを有する素子。 a2、特許請求の範囲第11項記載の素子において、前
記中央領域の両側に配され前記第1および第2のドレイ
ン領域から軸方向に配され、前記中央領域およびその前
記ソース領域は前記第1および第2のドレイン領域間に
配された前記中央領域の一端から延びる第1の部分なら
びに前記第3および第4のドレイン領域間に配された他
端から延びる第2の部分を有する第3および第4のドレ
イン領域と、この第3および第4のドレイン領域に接続
された第3および第4のドレイン電極とをそなえ、前記
第1および第2のドレイン電極は互いに接続されて第1
の共通電力端子を形成し、前記第3および第4のドレイ
ン領域は互いに接続されて第2の共通電力端子を形成し
、前記チャネルが反転したとき前記第1および第2の電
力端子間に双方向性電流が流れるようにした素子。 (131特許請求の範囲第12項の素子において、前記
第1および第2のドレイン領域は前記第1および第2の
ドレイン領域と断面において略々同一の複数のフィンガ
を有する第1の櫛歯形ドレイン領域の要素であシ、前記
第3および第4のドレイン領域は前記第3および第40
ドレイン領域に略々同一の複数のフィンガを有する第2
の櫛歯形ドレイン領域の要素であり、中央領域、ソース
領域およびチャネル領域の各々は前記第1および第2の
櫛歯形ドレイン領域のフィンガの6対である素子。 04 特許請求の範囲第1項乃至第13項の何れかに記
載の素子におい“て、前記本体中に集積されたダイオー
ドおよびPNP トランジスタをそなえ、・前記ダイオ
ードは前記注入領域内に形成されたP形ダイオード領域
および前記P形ダイオード領域内に形成されたN影領域
を有し、前記PNP )ランジスタは前記注入領域内に
形成されたP形トランジスタエミッタ領域、前記注入領
域で構成される前記PNP トランジスタのベース領域
および前記P形本体で構成された前記PNP トランジ
スタのコレクタ領域を有する素子。 09 特許請求の範囲第14項記載の素子において、前
記本体に組込まれた抵抗をそなえ、前記抵抗は前記本体
の表面外縁の少くとも一部の周りに延びる絶縁された高
抵抗率ス) IJランプらなる素子。 (1e 一方の導電形式の高抵抗率の本体と、この本体
の頂部上の他の導電形式の浅い高抵抗率のデプリーショ
ン層と、隣合う端部が互いに離間されて前記デプリーシ
ョン層の表面中に形成された前記他の導電形式の第1お
よび第2の細長いドレイン領域と、前記デプリーション
層の表面に形成され前記第1および第2のドレイン領域
に平行に且つ横方向に離間して延び一方を他方から分割
する前記一方の導電形式の細長い中央領域と、前記中央
領域の表面に形成され同一面上に延びる前記一方の導電
形式のソース領域と、前記中央領域の縁部から離間して
前記他の導電形式から前記一方の導電形式へ反転され得
る細長いチャネルを画成する前記ソース領域の縁部と、
前記本体の表面上で前記細長いチャネルを覆う頂部にゲ
ート電極を有するゲート絶縁層と、前記第1および第2
のドレイン領域に接続された第1および第2のドレイン
電極とをそなえζ 前記チャネルが反転したとき前記第1および第2のドレ
イン電極間を双方向に電流が流れるようにした素子。 αη 特許請求の範囲第16項記載の素子において、前
記ソース領域に接続された細長いソース電極をそなえ、
このソース電極は前記ゲート電極に隣合ってはいるが絶
縁されて配された素子。 aυ 特許請求の範囲第16項の素子において、前記第
1および第2のドレイン領域はそれぞれが前記第1およ
び第2の領域に断面で同一の複数の平行フィンガを有す
る第1および第2の櫛歯形ドレイン領域であり、前記中
央領域および前記ソース領域と同一の細長い中央領域お
よびソース領域は前記第1および第2の櫛歯形ドレイン
領域の各々における隣合う対のドレイン領域フィンガ間
に配されてなる素子。 (II L、F、D放射源と、矩形平行6面体状で直列
接続されたジャンクションを有する光電圧スタックと、
前記LEDおよび光電圧スタックを収容する〕・ウジン
グとをそなえ、前記LEDは前記光電圧スタックとの間
に所望の絶縁を得るために約0.5(m)よりも多く前
記光電圧スタックから離間されており、前記LEDは前
記スタックの1つの垂直側部の中央に配され前記スタッ
クの少くとも前記1つの垂直側部を照光するように構成
され、前記スタックは約3.81 (mwi )より少
いかなり低い高さを有し前記LEDによる前記スタック
の少くとも1つの垂直側部の照光の均一性を改善し、前
記スタックは複数の同一の単結晶シリコンチップの垂直
スタックからなυ、前記チップの各々は平らな第1およ
び第2の表面を有する薄い本体をそなえる充電圧絶縁器
において、 前記チップの各々はP型導電材の主たる本体部分を有し
、前記チップの各々は前記第1の表面の略々全表面領域
に亘って均一な深さまでその前記第1表面中に延びる浅
いN型拡散を有し、前記チップの各々は前記第2の表面
の略々全表面に亘って均一な深さまでその前記第2表面
中に延びる前記P型本体よシも実質的に高い導電率の浅
いP土層を有するものであり、しかも 前記スタックの隣合うチップ間に配された、前記チップ
の各々の順方向導通方向が同一方向となるように前記ス
タックを一緒に機械的および電気的に接続する複数の高
導電率層と、前記スタックの垂直側部の一表面の少くと
も一部に沼って露出され前記スタックの端部照光を行う
前記P型本体と前記チップの各々の前記P型層と前記N
型層との間のジャンクションの縁部と、前記スタックの
両端上の第1および第2の電極とをそなえたことを特徴
とする充電圧絶縁器。 (2G 特許請求の範囲第19項記載の素子において、
前記チップの各々の厚さは前記チップの前記垂直側部に
対する放射に応動して前記本体内に形成される小数キャ
リアの平均拡散長より小さい素子。 +21) 光電圧スタックが複数の同一である単結晶シ
リコンチップの垂直スタックからなり、前記チップの各
々は平らな第1および第2の平行な面を有する薄い本体
を有する半導体素子の制御に関して使用される光電圧ス
タックにおいて、 前記チップの各々は長寿命P導電性材料の主たる本体部
分であシ、前記チップの各々は前記第1の面の略々全表
面に亘って均一な深さ1で前記第1の血中に延びる浅い
N十拡散層を有するものであり、しかも 前記スタックの隣合うチップ間に配され、前記チップの
各々の順導通方向が同一方向となるように前記スタック
を機械的および電気的に一緒に接続する複数の高導電率
層と、前記スタックの垂直側部の一面の少くとも一部に
清って露出され前記スタックの縁部照光を行う前記P型
本体と、前記チア 7’の各々の前記N土層との間のジ
ャンクションの縁部と、前記スタックの両端の第jおよ
び第2の電極とをそなえたことを特徴とする光電圧スタ
ック。 (2り 特許請求の範囲第21項記載の素子において、
前記チップの各々は前記第2の面の略々全表面に亘って
均一な深さまでその前記第2の血中に延びる前記P型本
体のそれより略々高い導電率の浅いP十拡散層を有する
素子。 (ハ) 特許請求の範囲第21項および第22項記載の
素子において、前記チイプの各々の厚さは前記チップの
前記垂直側部への放射に応じて前記本体中で形成される
小数キャリアの平均拡散長より小さく、前記P土層は前
記P型本体および前記N土層によって形成される収集ジ
ャンクションに向けて小数変化キャリアを反射する反射
器として作用するようにした素子。 I241 特許請求の範囲第21項、第22項および第
23項記載の素子において、前記N土層は約1×102
0乃至4×1020〔原子/d〕の不純物が前記第1の
面に存在することにより画成される導電率を有し、前記
N土層はアルミニウム箔にアロイされたときにP導電形
式に変化しないようにしたことを特徴とする素子。 (ハ)特許請求の範囲第21項、第22項、第23項お
よび第24項記載の素子において、前記複数の高導電率
層は約0.0254(朋)の厚さの箔からなり、且つア
ルミニウム、アルミニウム合金およびアルミニウムシリ
コン低融点材料からなる群から選ばれた物質で構成され
た素子。 (至)特許請求の範囲第21項乃至第25項の何れかに
記載の素子において、前記チップは約0.23より薄い
厚さであり、前記スタックは約15より少いチップから
なる素子。 @ 特許請求の範囲第26項記載の素子において、前記
N土層は拡散されたリンネ純物で形成され、このリンネ
純物は前記P型本体内の金属イオンに対しゲッタとして
作用し、前記P型本体の寿命を延ばすようにした素子。 0Q 電力用金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを
急速にスイッチオンし且つスイッチオフするスイッチン
グ回路であり、前記トランジスタはドレイン、ソースお
よびゲート電極を有し、前記スイッチング回路は高、低
の入力電圧間を切換え得る第1および第2の端子、ダイ
オードならびに第1、第2の電極および制御電極を持っ
たスイッチングトランジスタを有する入力単方向性電圧
源をそなえるものにおいて、 前記電圧源の前記第1および第2の端子、前記タイオー
ドならびに前記電力用トランジスタの前記ゲートおよび
ソース電極は閉じた直列回路として接続され、前記電圧
源が前記高電圧に切換えられたとき前記電圧源からの電
流は前記ダイオードを介して前記トランジスタのゲート
容量を充電するように流れ、前記スイッチングトランジ
スタの前記第1および第2の電極は前記電力用トランジ
スタの前記ゲートおよびソース電極に接続され、前記制
御電極は前記電圧源の前記第1端子に接続され、前記ス
イッチングトランジスタは前記電圧源の電圧が前記高電
圧から前記低電圧に低下したとき前記ゲート容量両端間
に放電路を画成するようにスイッチオンするようにした
スイッチング回路。 翰 特許請求の範囲第28項の回路において、前記出力
トランジスタの前記ゲートおよびソース電極間に接続さ
れたクランプ回路をそなえ、このクランプ回路は前記ド
レインとソースとの間の電圧のd V/d tが所定値
を超えるとき前記出力トランジスタの寄生ドレイン−ゲ
ート容量中のミラー電流を側路するものである回路。 (至)特許請求の範囲第29項記載の回路において、前
記クランプ回路は直列接続された抵抗およびコンデンサ
ならびにこれら抵抗およびコンデンサに並列接続された
トランジスタをそなえ、制御電極を有する前記トランジ
スタは前記抵抗とコンデンサとの間の接続点に接続され
た回路。
[Scope of Claims] (1) LED means having a human power monitoring terminal, and this LED
a charging voltage isolation circuit having a photovoltage plate optically coupled to and electrically insulated from the LED means and having positive and negative output terminals for generating a voltage in response to illumination by the LED means; A light voltage actuated solid state relay circuit having first and second output power terminals, a gate terminal and a substrate terminal, withstanding a voltage greater than about 50 (V) between the output terminals and between the gate and substrate terminals; a bidirectional output semiconductor field effect transistor which switches to a conductive state in response to the application of a voltage higher than about 1 [■] to a voltage of about 100 K
Ω]; a diode having an anode connected to the positive terminal of the photovoltaic stack and a cathode connected to the gate terminal; a base connected to the anode of the diode; a high gain transistor having an emitter connected to the cathode and a collector connected to the substrate terminal, the generation of an output from the photovoltaic stack providing sufficient power to rapidly turn off the field effect transistor. A solid-state relay circuit, wherein the high gain transistor is turned on to reduce the input impedance of the relay circuit when the voltage output of the photovoltaic transistor becomes lower than a predetermined value. (2. The circuit according to claim 1, wherein the high gain transistor is a PNP transistor). (3) In the circuit according to claim 2, the prepacked field effect transistor, the diode, the PNP
) A circuit in which the transistor and the resistor are integrated elements formed within a single chip of silicon. (4) In the circuit according to claim 1, 2, or 3, the field effect transistor has a negligible leakage current flowing between the output terminals when the field effect transistor is off, and has a resistance of about 25 Ω between the output terminals.
] A circuit that is a metal oxide field effect transistor having less conduction resistance. (5) in a bidirectionally conducting insulated gate field effect transistor having a high resistivity body of one conductivity type, a shallow high resistivity implant region of the other conductivity type formed by implantation and processing into said body; first and second laterally disposed drain regions of said other conductivity type formed in said implant region and spaced apart centrally of said drain region extending through said implant region; a central region of said one conductivity type extending as shown in FIG. an insulated gate disposed on a surface of the implant region and aligned with the channel and a gate insulating layer disposed over the channel, connected to the first and second drain regions, respectively; and a source electrode connected to the source region and the central region, the source electrode being disposed adjacent to but insulated from the gate means. A bidirectional conducting insulated gate field effect transistor, wherein current flows between the drain electrode and through the source electrode when the channel is inverted by a voltage of . (6) The device according to claim 5, wherein the one conductivity type is P type and the other conductivity type is N type. (7) A device according to claims 5 and 6, wherein the implanted region has a depth of approximately 5 μm. (8) The device according to claims 5, 6, and 7, wherein the gate insulating layer has a thickness of about 700 (X). (9) A device according to claims 5, 6, 7 and 8, wherein said source means comprises two channels defining respective first and second channels in said central region. A device with spaced source regions. Ql A device according to claim 9, wherein the lateral edges of the low conductivity portion of the central region are defined by the same diffusion window as the source region and are self-aligned to the source region. aυ The device according to any one of claims 1 to 10, wherein the drain region, the central region,
and a device in which the source region has parallel elongated strips spaced apart from each other. a2, the device according to claim 11, wherein the central region is disposed on both sides of the central region and is disposed in the axial direction from the first and second drain regions; and a third portion having a first portion extending from one end of the central region disposed between the second drain regions and a second portion extending from the other end disposed between the third and fourth drain regions. a fourth drain region; and third and fourth drain electrodes connected to the third and fourth drain regions, wherein the first and second drain electrodes are connected to each other and the first
the third and fourth drain regions are connected to each other to form a second common power terminal, and the third and fourth drain regions are connected to each other to form a second common power terminal, and when the channel is inverted there is a An element that allows directional current to flow. (131) The device of claim 12, wherein the first and second drain regions are first comb-shaped drains having a plurality of fingers substantially identical in cross section to the first and second drain regions. the third and fourth drain regions are the third and fourth drain regions;
a second having a plurality of substantially identical fingers in the drain region;
a comb-shaped drain region element, each of the central region, source region and channel region being six pairs of fingers of said first and second comb-shaped drain region. 04 A device according to any one of claims 1 to 13, comprising a diode and a PNP transistor integrated in the body, the diode comprising a PNP transistor formed in the implanted region. a P-type diode region and an N-shaded region formed within the P-type diode region; 15. A device according to claim 14, comprising a base region of the PNP transistor and a collector region of the PNP transistor formed by the P-shaped body. (1e) an insulated high-resistivity lamp extending around at least a portion of the outer edge of the surface of the IJ lamp; a shallow high resistivity depletion layer of said depletion layer; first and second elongated drain regions of said other conductivity type formed in the surface of said depletion layer with adjacent ends spaced apart from each other; an elongated central region of said one conductivity type formed on a surface and extending parallel to and laterally spaced from said first and second drain regions, dividing one from the other; a source region of said one conductivity type extending over a surface and an edge of said source region defining an elongated channel spaced from an edge of said central region and capable of being reversed from said other conductivity type to said one conductivity type; Department and
a gate insulating layer having a gate electrode on top covering the elongated channel on a surface of the body;
ζ A device comprising first and second drain electrodes connected to a drain region of ζ, wherein current flows bidirectionally between the first and second drain electrodes when the channel is inverted. αη The device of claim 16, comprising an elongated source electrode connected to the source region;
The source electrode is adjacent to but insulated from the gate electrode. aυ The device of claim 16, wherein said first and second drain regions each include a first and second comb having a plurality of parallel fingers identical in cross-section in said first and second regions. a tooth-shaped drain region, wherein an elongated central region and source region identical to the central region and the source region are disposed between adjacent pairs of drain region fingers in each of the first and second comb-shaped drain regions; element. (II L, F, D radiation sources and a photovoltage stack with series-connected junctions in the form of a rectangular parallelepiped,
accommodating the LED and the photovoltage stack; the LED is spaced apart from the photovoltage stack by more than about 0.5 (m) to obtain the desired isolation between the LED and the photovoltage stack; wherein the LED is centered on one vertical side of the stack and configured to illuminate at least the one vertical side of the stack, and the stack is configured to have a υ, the stack has a significantly lower height and improves the uniformity of illumination of at least one vertical side of the stack by the LED, the stack being a vertical stack of a plurality of identical single crystal silicon chips υ In a charging voltage insulator, each of the chips has a thin body having planar first and second surfaces, each of the chips has a main body portion of P-type conductive material, and each of the chips has a main body portion of P-type conductive material; each of the chips has a shallow N-type diffusion extending into said first surface to a uniform depth over substantially the entire surface area of said second surface; said P-shaped body extending into said second surface thereof to a depth of approximately 100 psi, said chips having a shallow P soil layer of substantially high conductivity, and said chips disposed between adjacent chips of said stack; a plurality of high conductivity layers mechanically and electrically connecting said stack together such that the forward conduction direction of each is in the same direction; and at least a portion of one surface of a vertical side of said stack. The P-type layer and the N-type layer of each of the P-type body and the chip are exposed and provide edge illumination of the stack.
A charging voltage isolator comprising an edge of a junction with a mold layer and first and second electrodes on opposite ends of the stack. (2G In the element described in claim 19,
The thickness of each of the chips is less than the average diffusion length of minority carriers formed within the body in response to radiation to the vertical sides of the chip. +21) The photovoltage stack consists of a vertical stack of a plurality of identical monocrystalline silicon chips, each of said chips being used for the control of a semiconductor device having a thin body with flat first and second parallel sides. In a photovoltage stack, each of the chips is a main body portion of long-life P conductive material, and each of the chips has a uniform depth of 1 over substantially the entire surface of the first side. The stack has a shallow N diffusion layer extending into the first blood, and is arranged between adjacent chips of the stack, and the stack is mechanically moved so that the forward conduction direction of each of the chips is in the same direction. a plurality of high conductivity layers electrically connected together; A photovoltage stack characterized in that it comprises an edge of a junction between each of the N-soil layers of chia 7' and a j-th and second electrode at both ends of the stack. (2) In the device according to claim 21,
Each of said chips has a shallow P diffusion layer of substantially higher conductivity than that of said P-type body extending into said second blood to a uniform depth over substantially the entire surface of said second surface. element with (c) The device according to claims 21 and 22, wherein the thickness of each of the chips is equal to the number of minority carriers formed in the body in response to radiation to the vertical sides of the chip. less than an average diffusion length, such that the P soil layer acts as a reflector to reflect fractionally modified carriers towards a collection junction formed by the P type body and the N soil layer. I241 In the device according to claims 21, 22 and 23, the N soil layer has a thickness of about 1 x 102
The N layer has a conductivity defined by the presence of 0 to 4 x 1020 [atoms/d] impurities on the first surface, and the N layer is in the P conductivity form when alloyed to the aluminum foil. An element characterized by not changing. (c) In the device according to claims 21, 22, 23, and 24, the plurality of high conductivity layers are made of foil having a thickness of about 0.0254 mm, and an element made of a substance selected from the group consisting of aluminum, aluminum alloy, and aluminum-silicon low melting point material. 26. The device of any of claims 21-25, wherein the chips are less than about 0.23 in thickness and the stack comprises less than about 15 chips. @ In the device according to claim 26, the N soil layer is formed of a diffused Linnean pure substance, and this Linnean pure substance acts as a getter for the metal ions in the P-type body, and An element designed to extend the life of the mold body. 0Q A switching circuit for rapidly switching on and off a power metal oxide semiconductor field effect transistor, said transistor having a drain, source and gate electrode, said switching circuit switching between high and low input voltages. an input unidirectional voltage source having an input unidirectional voltage source having a switching transistor having switchable first and second terminals, a diode, and first and second electrodes and a control electrode, wherein the first and second terminals of the voltage source terminals of the voltage source, the diode and the gate and source electrodes of the power transistor are connected in a closed series circuit such that when the voltage source is switched to the high voltage, current from the voltage source flows through the diode to the the first and second electrodes of the switching transistor are connected to the gate and source electrodes of the power transistor, and the control electrode is connected to the first terminal of the voltage source. , the switching transistor is configured to switch on so as to define a discharge path across the gate capacitor when the voltage of the voltage source decreases from the high voltage to the low voltage.翰 The circuit according to claim 28, further comprising a clamp circuit connected between the gate and source electrodes of the output transistor, and the clamp circuit is configured to adjust the voltage between the drain and the source by dV/dt. 2. A circuit for bypassing a mirror current in the parasitic drain-gate capacitance of the output transistor when the output transistor exceeds a predetermined value. (To) The circuit according to claim 29, wherein the clamp circuit includes a resistor and a capacitor connected in series and a transistor connected in parallel to the resistor and capacitor, and the transistor having a control electrode is connected to the resistor and the capacitor. A circuit connected to the connection point between the capacitor and the capacitor.
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