JPS603790B2 - サイリスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、第１と第４の帯城を主電極に接触接続せしめ
、この帯城をェミッタとして作用させ、第２の帯域を第
１の帯城に接続し、第３の、最も低くドーピングされた
帯城を第２と第４の帯城の間に設け、第２の帯城と第３
の帯城の間に形成された順方向遮断ＰＮ−接合部を第１
の帯城の側でサィリスタの半導体基体の表面に現われる
ようにしかつ順方向遮断ＰＮ一接合部の表面に現われた
部分にサィリスタ点弧のために光を投射可能にしそして
上記の表面に第１の帯城の導電型の特に高くドーピング
された帯城を設け、この帯城を表面での電気接触接続に
より第２の帯城と接続した少なくとも４つの交互に逆の
導電型の帯域を有するサイリスタに関する。

この種のサィリスタは例えばドイツ連邦共和国特許公開
公報第２４０８０７ｙ号明細書より公知である。

この種のサィリスタはこれまでの効果を収めて実際に用
いられているけれど、更に最適化が可能である。従って
本発明の課題は冒頭に述べた形式のサィリスタにおいて
、このサイリスタを別の重要な特性、例えば迅速な電圧
上昇率ｄｖ／ｄｔに対する耐点弧性を低下させることな
いこもっと小さな光出力で点弧出来るように更に改良す
ることである。

この課題は本発明により、第３の帯城の、表面に現われ
ている部分が第２の帯城および特に高くドーピングされ
た帯城の部分を取囲みかつ電気接触接続が特に高くドー
ピングされた帯城を第２の帯域の部分と接続し、この部
分が第２の帯域の表面において第３の帯城によって囲ま
れている領域の外側に存在するようにすることによって
解決される。これにより光入射により生じる電流が１つ
または少数の領域に集中され、光出力が低い際にも局地
的に、高い電流密度が得られ、サィリスタを点弧するよ
うに作用する。

次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図および第２図に示すサィリスタは高くＮードーピ
ングされていて、従ってＮ−ェミツタ帯域として作用す
る第１の帯域１を有する。この帯城はカソードＣと接触
接続されている。第２の帯城２はＰードーピングされ、
制御電極を介して通例のように点弧すべきサィリスタに
おいては第１の帯城と接触接続されている。第２の帯城
はェミッタ短絡１３を介してカソードＣと接触接続され
ている。第３の、Ｎードーピングされた帯城３はすべて
の帯城で最も低くドーピングされており、例えば腰方向
において遮断するｐｎ接合部５および逆方向において遮
断するｐｎ接合部６から成る障壁層を形成するために用
いられる。第４の、Ｐ−ドーピングされている帯城４は
前面に高くド−ピングされた領域４′を有する。この領
域はアノードＡと援触接続されておりＰーェミッタ帯城
として作用する。サィリス夕の半導体基体の表面７に高
くＮードーピングされた帯城９が設けられている。

この帯城は高くＰ−ドーピングされた領域１１とともに
Ｐ十Ｎ十一接合部を形成している。この接合部は電気接
触接続１０により橋絶されている。従って帯城９は公知
の方法で（例えばゼネラル エレクトリック社の刊行物
６７１．１５、３／６９を参照）補助サィリスタのＮ−
ェミッタとして作用する。即ち補助サィリスタはその点
弧後主サィリスタを点弧するための制御電流を供給する
。サィリスタのこれまで述べた構造は公知である。

本発明の公知技術と相異するところは、即ち本発明によ
れば第３の帯域３のサィリス夕の半導体基体の表面７に
現われる部分は一方で開口８を有する曲線３′および他
方で曲線３′の内側に設けられ、相互に平行に延在して
いるストライプ３″を形成している。

Ｎ十一ドーピングされた帯城９は、関口８中に設けられ
ており、そして曲線３′を取り囲んでいる、高くＰード
ーピングされている閉成されたりングとして形成されて
いる帯域２の領域１１の部分と、電気接触接続１０によ
って橋絡されているＦ＋Ｎ＋−接合部を形成している。
前述した、Ｎ一帯城３の表面７での特別な構造によって
、表面のストライプ構造により適正な長さのＰＮ−接合
部５の部分への光入射Ｌの際に生じる正孔流が高い濃度
で開口８を介してカソードＣに流出することであり、関
口８に設けられた、補助サイリスタのヱミッタ帯域とし
て作用する帯城９を介して補助サイリスタを点弧する。
この補助サィリスタはそれから主サィリスタを点狐する
。ｒ一リング１１は、補助サィリスタの点弧により生じ
た制御電流がすぐに主ェミッタ帯域１の全周囲に分配さ
れ、これによりサイリスタが全横断面を介して急速に点
弧するように作用する。本発明によるサィリスタ構造の
点弧の容易性は、例えばｄｖ／ｄｔ値を減少しないです
む点で非常に重要である。この結果本発明によるサイリ
スタ構造における単位面積当りの容量は予測できない位
に、感光領域において電気接触接続で橋総されていない
ＰＮ−接合部におけるよりも明らかに小さくその上高い
順方向−遮断電圧においてｄｖ／ｄｔの影響が減少する
。それ故に本発明の構造によって生じる局部的な電流密
度はｄｖ／ｄｔ一点弧を生ぜしめない。特に有利にこれ
まで既述した本発明によるサィリスタ構造は更に、サイ
リスタの半導体基体の表面７にストライプ３″の間に対
応するＰ＋ーストラィプ１２が設けられている。

このストライプ全体は、同じ様にドーピングされ、この
ストライプを横断する方向に延在しており、このストラ
イプと帯城９の間に存在しているストライプ１２に接続
されている。Ｎ−ストライプ３″に対応しているＰ＋−
ストライプ１２は、表面のＰＮ一接合部５に生じる正孔
流に対する抵抗を低下するように作用し、この正孔流を
、横断方向に延在しているＰ十ーストラィブ１２′に導
く。

このＰ十一ストライプ１２′はそれから−し、はば母線
として−完全に伸長部として点弧すべき補助サィリスタ
の帯城９の相対している部分に作用する。曲線３′は基
本的に、各々その中に設けられている帯城９を有する１
個以上の閉口とすることもできるが、閉口が一つである
方が、それにより可能な正孔濃度が特に高くなるため特
に有利である。

曲線３′およびリング１１の環状の構成およびこの配置
をカソードＣの環状の切欠部の中央に設けると有利であ
る、というのはそのためにサィリスタがより簡単に設計
出釆るからである。帯城９の曲線３′の内側への拡張お
よび横断方向に延在しているＮーストラィプ１２′を相
応して幅広く構成して対向して設けるとこの２つの部分
の特に緊密な相互作用が得られる。本発明によるサィリ
スタの製造は問題がない。

例えば第１の拡散過程で固有抵抗２０００′伽と厚さ８
００山肌のＮ−ドーピングされたシリコンーサブストレ
ートにおいて例えば９０仏仇の厚さの帯城２および４が
製作でき、その際ストライプ３″および曲線３′、帯域
９および帯城１の領域は拡散に対して拡散マスクにより
保護される。それから上述の領域および付加的に帯城２
の表面領域を持続的に被覆しておいて領域１１および４
′が生じる。最後に相応するマスクでなおＮ十一帯城１
および９が拡散される。Ｐ＋−領域４′および１１それ
からＮ＋−帯城１および９は例えば１５山肌の侵入深度
を有する。ストライプ３″の幅は例えば５０Ａの、環状
の曲線３′の直径は例えば３柵、リング１１の直径は例
えば４柳、関口８の幅は１側、ェミッタ帯城１の環状の
切欠部の直径は例えば５．５側である。サィリスタ全体
の直径は例えば１４肋である。ェミッ夕短絡部１３は相
互に例えば１〜２肋の間の距離を有し、公知の方法でカ
ソードＣ全体にわたって分布している。このようにした
寸法の素子は例えば４．弧Ｖの電圧を遮断し、例えばＩ
ＫＶの順方向遮断電圧に際しＧａ船−発光ダイオード（
９５仇の）を用いて５のＷの光出力によって点弧される
。

室温におけるｄｖ／ｄｔ値は３０００Ｖノｗｓｅｃより
よい。（ドイツ工業規格４１７８７により測定）。本発
明のサィリスタの特に有利な点は点弧に必要な光出力が
僅かですむ点のみならず、約５４仇のから１００瓜肌の
スペクトル範囲にわたって量子収率が殆んど１であるの
で、種々の光源が使用可能である′部こもある。

点弧に必要な光出力は点弧される際のその都度の遮断電
圧とは無関係である。良好な許容ｄｖ／ｄｔが保証され
、この点でサイリス夕はまた過電圧による損傷に対し十
分に保護される。即ち、、ブレークオーバ点火に対して
保証されている″。その理由は感光領域において順方向
に遮断するＰＮ−接合部５の湾曲はそこでなだれ降伏電
圧を減少するように作用し、その結果過電圧に際しサイ
リスタはこの領域から全体積を介して点弧され、それ故
に損傷を蒙ることがない。本発明の別のサィリスタの感
光面を第３図に実寸法で示す（図面右下に１柵の尺度が
示されている。

）このサィリスタにおいて用いられている番号は第１図
および第２図のサィリスタの場合と同じものを表わす。
しかし第３図のサィリスタの相異点は曲線３′が螺旋状
に構成され、開□として長い狭いチャネルを有し、およ
び特に高くドーピングされた帯域９が螺旋状の曲線３′
によって取囲まれている領域に完全に含まれている点で
ある。この種の構造を有するサィリス外こおいては電気
接触接続１０‘まＮ−領域３を介して行なわれねばなら
ないがこれに対して絶縁されなければならない。この絶
縁は有利には約１仏のの厚さで図示されていない酸化層
によって行なわれる。この層は閉成されたりング１１の
内側で酸化される。それから接触接続すべきＮ十一帯城
９の領域を介して酸化層に窓が腐蝕により形成される。
この酸化層は絶縁に用いられるだけでなく同時に感光構
造に対する不活性層として用いられその上シリコン表面
への反射により生じる光損失を低減する。このサィリス
タは次のように動作する。光が、螺旋状の曲線３′によ
って閉鎖されている領域に入り込むと、正孔流は（第３
図による設計においてはチャネル長は約４側、チャネル
幅は約０．２肌、開ロ８は約狐○である）狭くかつ長い
開○８の比較的高い抵抗を介してカソードＣへ流出しな
ければならない。これによりＰードーピングされた帯城
２の曲線３′内に設けられている領域全体はその周辺に
おいて比較的高いポテンシャルになる。このことは金属
化部分１川こよりＰ＋ーリング１１のポテンシャルに置
かれるＮ＋−領域９に対して特に当繊る。約０．６Ｖの
ポテンシャルの相違においてはＮ十一領域９が電子を注
入し、サィリスタが点弧する。この種のサィリスタは最
小の光世力で特に有利に点弧される。

というのは領域１２乃至１２′および領域１１の間の抵
抗が曲線３′の開口８を特に長くかつ狭く選択すること
によって著しく高められるからである。このことはその
上基本的には、第１図および第２図のサィリスタの関口
８を特に小さく設計することによっても蓬せられるが、
これによりこの種の狭い関口へのＮ十一領域９の浸透お
よび金属化は非常に困難である。従って曲線３′の螺旋
状の構成の外に場合により曲線３′の各々別の構成も有
利に使用出釆る。その際長くかつ狭い開口８が設けられ
る。 Ｚ本発明によるサィリスタの第３の実施
例は第４図および第５図において寸法に忠実に図示され
ている。このサィリスタの場合も番号は、第１図および
第２図、第３図によるサィリスタと同じに付されている
。このサイリスタの、これまでのサイＺリスタとの相違
は第３の帯城の、表面に現われる部分が第１の帯域を含
まない閉成された曲線３′を形成し、かっこの曲線がＮ
＋ードーピングされた帯城９同様にＰ＋ードーピソグさ
れた帯城１４を取囲んでいる。Ｐ＋−ドーピングされた
帯城１４は、金属化層１５を介してカソード金属化層と
接続されている。このようにして構成されたサィリスタ
においては２つの金属化部分１０および１５はＮ‐−領
域３′を介して行なわれるが、これに対して絶縁されな
ければならない。この絶縁は、第３図のサィリスタにお
ける様に、有利には、領域１１の内側で酸化される約ｌ
Ａｗの厚さの酸化層１６で行なわれる。それからＮ十お
よびｒ帯城９および１４の領域を介して、酸化層に窓が
腐蝕によって形成される。このサィリスタは、第４図の
略図から明らかなように次のような動作を行う。

光入射において電流ｉ，が供給される。この電流は第１
図および第２図乃至第３図のサィリスタにおいて閉口８
に相応する抵抗Ｒ，を介してカソードに流出する。この
電流によりＰ−ドーピングされた帯城２の帯城３′内に
設けられている領域全体のポテンシャルはその周囲で比
較的高いポテンシャルに高められる。このことは前述の
実施例に相応して金属化部分１０によりＰ＋−領域１１
のポテンシャルに置かれるＮ十一領域９に対しても当俵
る。Ｎ＋−領域９は約０．６Ｖの電子のポテンシャル差
において注入する。このサィリスタの特に有利な点は、
非常に高い」点弧感度の選択に際し早期の点弧が全面電
流、例えば電圧上昇率ｄｖ／ｄｔにおいて作用する変位
電流またはその遮断電流により回避される点にある。

この種の全面電流ｉ２は第４図に略図されているバルク
抵抗Ｒ２およびＲ３を介してカソードへ流出する。これ
によりＰ＋−領域１１およびそれに接続されているＮ＋
一領域９のポテンシャルはしかし同様に高められ、この
結果領域９と第２の帯城を取囲んでいるＰ一領域の間を
適当に設計することにより面電流ｊ２により作用される
ポテンシャル差が生じ、従ってサィリスタの早期の、所
望しない点弧が回避される。適当な設計は次の様にして
行なわれる。

即ち全面電流を補償するために一方で第２の帯城の、曲
線３′によって取囲まれる部分の平面Ｆ，を出来るだけ
小さくし他方でこの帯城の抵抗値Ｒ，を曲線３′の内側
を向いている面を櫛構造に形成することによって拡大す
る。この点から第２の帯城の、カソードＣと曲線３′の
内側の縁に境を接する面積Ｆ２の、第２の帯域の、曲線
３′によって取囲まれた部分の面積Ｆ，に対する比Ｆ２
／Ｆ，を、第２の帯城の、面積Ｆ２，Ｆ，により決定さ
れる領域の抵抗Ｒ２十Ｒ３，Ｒ，の比Ｒ／（Ｒ２十Ｒ３
）と等しいように選択することが必要である。この場合
各々の電流は面Ｆ，からＰ＋−領域１４および金属化部
分１５を介してカソードＣに流出する。その際最も高い
ポテンシャルはＰ−領域のＮ＋−領域下に生じる。同時
に電流が面Ｆ２からカソードに流出すると、Ｐ十一領域
１１の従ってまた金属化部分１０およびＮ十一領域９の
ポテンシャルは高められ、電子の注入が妨害される。こ
の種の所望しない点弧を回避するために既にジルバ一と
ヒユルマン（インターナショナル・エレクトロン・デイ
ヴアイセス・ミーテイング、１９７３玉ワシントン）に
よって補償装置が提案されている。

その際補助サィリスタのＮ十一領域のポテンシャルが、
取囲んでいるＰ−領域のポテンシャルと同機に高められ
る。しかしこの装置においては面Ｆ，およびＦ２は隣接
しておらず、寧ろサィリス夕の最も外側の緑への接続が
必要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサィリスタの断面図、第２図は本発明
のサィリスタの平面図、第３図は第３の帯域の表面に現
われる部分を螺旋状の曲線に構成した本発明の別のサィ
リスタの平面図、第４図は第３の帯城の、表面に現われ
る部分が閉成されている本発明の別のサィリスタの断面
図、第５図は第４図のサィリス夕の平面図である。 １・・・・・・第１の帯域、ェミッタ帯城、２・・・・
・・第２の帯城、３・・・…第３の帯城、３″……スト
ライプ、４・…・・第４の帯域、ェミツタ帯域、５・・
・・・・順方向遮断接合部、６・・・・・・逆方向遮断
接合部、１１・…・・開成リング、１３・・・・・・ェ
ミッタ短絡部、Ａ・・・．・・アノード、Ｃ・…・・カ
ソード、Ｌ・・・・・・光入射。 ＦＩＧ．ＩＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．・５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１と第４の帯域を主電極に接触接続せしめ、該帯
   域をエミツタとして作用させ、第２の帯域を第１の帯域
   に接続し、第３の最も低くドーピングされた帯域を第２
   と第４の帯域の間に設け、第２の帯域と第３の帯域の帯
   域間に形成された順方向遮断ＰＮ−接合部を、第１の帯
   域の側でサイリスタの半導体基体の表面に現われるよう
   にしかつ順方向遮断ＰＮ−接合部の表面に現われた部分
   にサイリスタの点弧のために光を投射可能にしそして上
   記の表面に第１の帯域の導電型の特に高くドーピングさ
   れた帯域を設け、該帯域を表面での電気接触接続により
   第２の帯域と接続した少なくとも４つの、交互に異なる
   導電型の帯域を有するサイリスタにおいて、第３の帯域
   ３の表面７に現われている部分が第２の帯域２および特
   に高くドーピングされた帯域９の部分を取囲みかつ電気
   接触接続１０が特に高くドーピングされた帯域９を第２
   の帯域２の部分と接続し、該部分が第２の帯域の、表面
   ７において第３の帯域３によって囲まれている領域の外
   側に存在するようにしたことを特徴とするサイリスタ。 ２ 第３の帯域３の、表面７に現われる部分が少なくと
   も１つの開口８を有する、第１の帯域１を含まない曲線
   ３′を形成し、かつこの開口８に特に高くドーピングさ
   れた帯域９を設けた特許請求の範囲１に記載のサイリス
   タ。３ 第３の帯域３の、表面７に現われる部分が曲線
   ３′の内側に設けられ、相互に並行に延在しているスト
   ライプ３″を形成した特許請求の範囲２に記載のサイリ
   スタ。 ４ サイリスタの半導体基体の表面７のストライプ３″
   の間に対応する、このストライプより高いドーピング濃
   度を有する、第２の帯域２の導電型のストライプ１２を
   設け、該ストライプ全部を同じにドーピングされ、スト
   ライプ１２を横断する方向に延在しており、ストライプ
   １２と特に高くドーピングされている帯域９との間に存
   在しているストライプ１２′と接続した特許請求の範囲
   ３に記載のサイリスタ。 ５ 曲線３′を半導体基体の表面７で、この曲線より高
   いドーピング濃度を有する、第２の帯域２の導電型の閉
   成されたリングによって取囲み、該リングを表面７で電
   気接触１０を介して特に高くドーピングされた帯域９と
   接続した特許請求の範囲２〜４のいずれかに記載のサイ
   リスタ。 ６ 曲線３′を環状リング形に構成し、該曲線が唯一つ
   の開口８を有し、該開口に特に高くドーピングされた帯
   域９を曲線３′の内部で拡大しかつそこに横断方向に延
   在しているストライプ１２′に対向するように設けかつ
   閉成されたリング１１も環状に構成し、かつ閉成された
   リング１１をサイリスタの半導体基体の表面の中央で第
   １の帯域１に接触接続されている主電極Ｃの環状の切欠
   部に設けた特許請求の範囲２〜５のいずれかに記載のサ
   イリスタ。 ７ 曲線３′を螺旋状に構成し該曲線が開口８として長
   くかつ狭いチヤネルを有し、特に高くドーピングされた
   帯域９を完全に、螺旋状の曲線３′によって囲まれてい
   る領域内に存在するようにした特許請求の範囲２〜５の
   いずれかに記載のサイリスタ。 ８ 第３の帯域の、表面７に現われる部分が第１の帯域
   １を含まない閉成された曲線３′を形成する特許請求の
   範囲１に記載のサイリスタ。 ９ 曲線３′が第１の帯域の導電型の高くドーピングさ
   れた帯域９、第２の帯域の導電型の高くドーピングされ
   た帯域１４および第２の帯域の１部を取囲む特許請求の
   範囲８に記載のサイリスタ。 １０ 全面電流を補償するために第２の帯域の、カソー
   ドＣおよび曲線３′の内側の縁によって境界付けられて
   いる面積Ｆ＿２の、第２の帯域の、曲線３′によって囲
   まれている部分の面積Ｆ＿１に対する比Ｆ＿２／Ｆ＿１
   を、第２の帯域のこの面積Ｆ＿２，Ｆ＿１によって決め
   られる領域の抵抗（Ｒ＿２＋Ｒ＿３、Ｒ＿１）の比（Ｒ
   ＿２／（Ｒ＿２＋Ｒ＿３））に等しくした特許請求の範
   囲９に記載のサイリスタ。 １１ 曲線３′の、内側の方の面に櫛構造を施した特許
   請求の範囲８〜１０のいずれかに記載のサイリスタ。 １２ 第３の帯域の、表面に現われる部分およびこれに
   よって囲まれる範囲の領域の表面７に第１の帯域の導電
   型の特に高くドーピングされた帯域９に対する窓を有し
   た酸化層１６を設けた特許請求の範囲１〜１１のいずれ
   かに記載のサイリスタ。 １３ 酸化層１６を第２の帯域２の導電型のリング１１
   内に設けた特許請求の範囲１２または５〜７のいずれか
   に記載のサイリスタ。 １４ 酸化層に、第２の帯域の導電型の特に高くドーピ
   ングされた帯域１４を介して１つの窓を設けた特許請求
   の範囲１２または９〜１１のいずれかに記載のサイリス
   タ。 １５ 高くドーピングされた帯域１４とカソードＣの間
   に金属化層１５を設けた特許請求の範囲９〜１２のいず
   れかまたは１４に記載のサイリスタ。