JPS6063965A - サイリスタ - Google Patents

サイリスタ

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Publication number
JPS6063965A
JPS6063965A JP15827184A JP15827184A JPS6063965A JP S6063965 A JPS6063965 A JP S6063965A JP 15827184 A JP15827184 A JP 15827184A JP 15827184 A JP15827184 A JP 15827184A JP S6063965 A JPS6063965 A JP S6063965A
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JP
Japan
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thyristor
layer
junction
emitter layer
emitter
Prior art date
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Pending
Application number
JP15827184A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Kawakami
川上 明
Tsutomu Nakagawa
勉 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS6063965A publication Critical patent/JPS6063965A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はサイリスタに係り、特にスイッチング性能の
向上を計ったサイリスタに関するものである。
サイリスタはdi/(lt耐量を向上させたり、ターン
オン損失を減じ、ターンオンひろがりを速くして、パル
ス通電能力あるいは高周波通電能力を高めるために補助
サイリスタ構造を導入してターンオン増幅機能をもたせ
る方式がしばしば用いられている。
第1図は補助サイリスタを有するサイリスタの代表的−
例を断面とともに示す模式斜視図である0このサイリス
タ(1)は、P形の第1エミツタ(P、)層(2)、N
形の第1ベース(NB)層(3)およびP形の第2ベー
ス(P、)IM(4)が110次形成されたサイリスタ
ウェーハ(5)をもって構成され、PB層(4)の表面
部には環状にN形の第2エミツタ(N7)層(6)と、
その環状の内側に小環状にN形の第3エミッタ層(7)
とが形成されている。そして、サイリスタウェーハ)(
5)のNl1層(6)側の第1の主面(8)上には上記
Nw r@ (61に電気的に接続されたカソード電極
(9)と、第3エミッタ層(7)およびその外周のPB
層(4)にわたって電気的に接続さ力、た補助サイリス
タ′r!を極(lt6と、上記第3エミッタ層(7)に
囲まれた部分のPB層(4)に電気的に接続された制f
fl ?K 4k l’ll)とが形成さね、サイリス
タウェーハ(5)のPBIfj 12)側の第2の主面
(12上には、このPB層脅(2)に電気的に接続して
アノード電極(1埠が形成されているOそして、カソー
ド電極(9)、制御車<= (u>およびアノード醒極
0擲からはそれぞれカソード71℃極喘子に1制御雷極
端子Gおよびアノード電極端子A(以下それぞシ1.r
KJ、rGJおよび「A」と略省する。)が引出されて
いる。このサイリスタウェーハ(5)はN8層(6)に
対応する環状部分からなる主サイリスタ領域(I)とこ
れに囲thだ補助サイリスタ領域α)とにわけられる。
さて、このサイリスタ(1)のターンオン◆スイッチン
グ動作は周知のように、A−に間にA側を正極性とする
電圧が印加された状態で、G−に間にG側を正極性とす
る電圧を印加すると、G−に間に制御電流i。が流れ、
28層(2)、NB層(3)、PB層(4)およびW3
エミッタ層(7)の4層からなる補助サイリスタ領域(
N)がターンオンして、A−アノード電極(1浄−pM
層+21− NB層(31−PB層(4)−第3エミツ
2層(7)−補助サイリスタ電極Qli! −P、層(
41−N。
層(6)−力ソード電極(9) −Kの径路を通って、
制御電流1゜010倍以上の補助サイリスタ電流IAが
流れ、この電流IAによって、主サイリスタ領域(+)
がターンオンして、A−アノード電極03− P、1J
N(2)−NB層(3) −PB層音(4)−N、層(
6)−力ソード電極(91−にの径路に主サイリスタ電
流jMが流れる〇このように、制御電流1゜が増幅され
て補助サイリスタ電流1Aとなり、これが主サイリスタ
領域(1)をターンオンするので、初期ターンオン領域
が環状の第3エミッタ層(7)の内側接合面(1りの近
傍から、環状のIJE 層(6)の内側接合面(inの
近傍へ急速にひろげられ、上述したようにこのサイリス
タ(1)のターンオン・スイッチング性能が著しく改善
される。
このような補助サイリスタ機能をさらに大きくするため
の他のサイリスタ構造例を第2図に示す。
この例のサイリスタ(1a)では、補助サイリスタ電極
(loa)がカソード電ti(9a)の中に指状に入り
込んだ形状になり、環状のNB層(6a)の内側接合面
(15a)は1把指状の形に沿って長く設けられている
。従って #i’、11図について説明した初期ターン
オン領域がこの指状の形に沿って広くなるので、ターン
オン・スイッチング性能はg71図の構造のものに比し
て一層向上する。
しかし、このようなhi助ザイリスク機能を有するサイ
リスタではターンオフ時に次に述べるような問題を生じ
る。第3図はサイリスタのターンオフ時の電流電圧波形
−で、時刻t。から時刻t+寸でのあいだ、A−に間に
電流(ピーク値I、)を流し、時刻t1で外部回路で転
流を行い、時刻t2でオン電流をしゃ断すると、サイリ
スタには逆電圧■、が印加される。つぎに、外部回路に
よって時刻t3からオフ電圧(上昇率av/at 、ピ
ーク値v、 )を印加する。このとき、逆電圧印加時間
T。が充分長ければ、サイリスタはオフ状態を維持し、
ターンオフ・スイッチング動作は達成するが、時間To
が所定時間T、より短い場合は、サイリスタはターンオ
フを失敗してオフ状態に入らない。このターンオフ・ス
イッチング動作に必秒な所定時間T をターンオフ時間
と呼んでいる。ところで、オフ電圧上昇iav/atは
サイリスタを応用するに肖って回路の簡素化、小形朝刊
、化のだめにも、高くすることが望ましい。しかし、こ
の上昇率dV/dtの値が100V/μS以上になると
、ターンオフ時間Tが長くなるという問題があり、しか
も、前述したような、補助サイリスタ構造を有するサイ
リスタでは、ターンオフ時間T、のオフ電圧上昇率dv
/(itへの依存性が一層強いことが判った。第4図の
実線曲線はこの依存性の一例を示す特性曲線である。
ナして、この依存特性において、補助サイリスタ領域(
Iりの面積(第2図の場合は指状部分をも含む)の主サ
イリスタ領域(1)の面積に対する比が大きくなると、
高いdV/dt値でのターンオフ時間T。
が長くなることが実鹸的に判明した。第5図の実線曲線
はターンオフ時間T、と上記面積比との関係を示す特性
曲線である。こhによれば、例えば補助サイリスタ領域
(…)の面積を主サイリスタ領域(1)の面積の20%
にしてターンオン・スイッチング詩情−を高めた(ax
/dt耐量: 100OA/μS以上)サイリスタでは
、面Jf↑比が5チの場合に比して、dv/atが40
 ov/μ日というように高いときのターンオフ時間が
15μS程度も長くなるという欠点があった。なお、詑
4.4 S第5図とも外径40mm 、耐圧1500V
級のサイリスクについて測定したものである。
とこで、ターンオフ時間T のdv/d を依存性につ
いて若干の考察を加える。第1 [g+において、ター
ンオフ時に電圧上昇率d v/d tのオフ電圧が印加
されると、主サイリスク領域(1)ではNB層(31、
pB層(4)中の蓄積キャリアによる電流irと、NB
層(3)とPB層(4)との間の接合J2による斐位宙
流j。、とカ流しる。一方、補助サイリスタ領域(II
)では、主として接合J2による変位電流〕iが流れる
。この変位電流1.3は補助サイリスク電極00)から
PBll)を経由してNB層(6)の内側接合面(以下
1−N、接合」という)0→へ流入する。従って、補助
サイリスタ領域1)の面積が大きくなると、それに比例
して変位電流15が大きくなり、1へ接合QI19の近
傍の注入電流を増大させ、この部分で主サイリスタがタ
ーンオン条件を満足させられるようになり、ターンオフ
の完成に失敗する。
この発明は前述の従来装置の欠点と上記考Vに鑑みてな
されたもので、NN接合(lυのキャリア注入効率を第
3エミッタ層(7)の内側接合面(以11−第3エミッ
タ接合」という)(14)のそれより小さくすることに
よって、補助サイリスクによる増幅機能を損なうことな
く、ターンオフ時間に対するオフ電圧上昇率の影響の小
さいサイリスタを実現することを目的とするものである
すなわち、この発明では、まずサイリスタウェーハ(5
)を準備し、N、接合αQの主面に)へ露出している部
分KW、子線やガンマ線などの放射線を照射して、−上
記N6接合Obのキャリア注入効率を低下させて所望の
特性のサイリスタが得られた。
このようにして得られブこ実施例サイリスタのターンオ
フ時間T のオフ?に圧上昇率dv/dt依存性を第4
図に破線で示す。第4図に実線で示した従来装置につい
ての特性と比較すると、その改善は明らかであり、オフ
電圧上昇率av/atが500V/psという高い値に
なっても、ターンオフh間゛f、の増加はたかだか5μ
8程度である0 つぎに、この実施例方式のものについて、補助サイリス
タ領域(1)の面積と主サイリスク領域(1)の面積と
の比とターンオフ時間T、との関係は第5し1に破線で
示す通りで、実線で示しブこ従来装置についての特性と
比較するとその改善は顕著であり、応用1−?!望さノ
lる500〜1000A/μ日というような大きいa1
/at耐量を確保するために、L開面積比を10〜20
チにした補助サイリスタ付サイリスタをターンオフ時間
T、を長くするとと斤く実現できるOなお、上記実施例
において、P形部分とN形部分とを逆にしても同様にこ
の発明に適用できることは勿論である0 以上詳述したように、この発明で1は、補助サイリスタ
構造を有するサイリスタにおいて、その第2エミツタJ
脅の接合の露出部近傍の表面に放射線全照射して、第3
エミツタ接合のキャリア注入効率よりも主サイリスクの
第2エミツタ接合のキャリア注入効率を低くしたので、
このサイリスタのターンオフ時間のオフ’tL圧上昇率
依存性を補助サイリスクの機能を損うことなく低下させ
ることができる。
412文1面のil+’i単l祝明 第1図は補助サイリスタを有するサイ1ノスタの従来例
を断面とともに示す模式4”l ?)7図、第2し1は
神助サイリスタの機能をさらに大きくした従来のサイリ
スタの一例を断面とともに示す模式斜視図、第3図はサ
イリスタのターンオフ時の電流電圧波形図、第4図は従
来サイリスタとこの発明になるサイリスタとのターンオ
フ時間のオフ電圧上昇率への依存性を示す特性曲線、第
5図は同じくタ−ンオフ時間の補助サイリスタ領域と主
サイリスタ領域との面積比への依存性を示す特性図であ
る。
し1において、tl) + (1a)はサイリスタ、(
2)は第1伝導形の第1エミッタ層(21層)、(3)
は第2伝導形の第1ベース層(NB層)、(4)は第1
伝導形の第2ベース層(PBI惰)、(5)、(5a)
はサイリスタウェーハ、(61、(6a)は第2伝導形
の第2エミッタ層(NEP’)、(71は第2伝導形の
第3エミッタ層、(9)。
(9a)は第2主電極(カソード電極)、(101、(
10a)は補助サイリスタ電極、aυは制御電極、0は
第1の主電極(アノード電極)、(+4)は第3エミツ
タ接合、O!it 、 (15a)は第2エミツタ接合
である。
なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。
代理人 大岩増雄 第1図 第21項 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1伝導形の第1エミッタ層と第2伝導形の第1
    ペース層と第1伝導形の第2ペース層とが順次相接する
    ように形成され、上記第2ベース層の表面部の一部に形
    成された第2伝導形の第2エミッタ層と、上記第2ベー
    ス層の表面部の他の一部に形成された第2伝導形の第3
    エミッタ層と、上記第1エミッタ層に電気的に接続され
    た第1の主電極と、上記第2エミッタ層に電気的に接続
    さ、ねた第2の主電極と、上記第3エミッタ層およびそ
    の近傍の上記第2ベース層の部分に電気的に接続され上
    記第2の主電極との間に上記第2エミッタ層の接合を挾
    むように設けられた補助サイリスタ電極と、上記第2ベ
    ース層の残りの部分に電気的に接続され上記補助サイリ
    スタ電極との間に上記第3エミツタの接合を挾むように
    設けられた制御電極とを備え、上記第2エミッタ層形成
    部分に対応する主サイリスタ領域と残余の部分に対応す
    る補助サイリスク領域とよりなるものにおいて、上記第
    2エミッタ層の接合の露出部近傍の表面ば放射線を照射
    して、上記第2エミッタ層の接合のキャリア注入効率を
    上記第3エミッタ層の接合のキャリア注入効率より低く
    なるようにしたことを特徴とするサイリスタ。
  2. (2) 補助サイリスタ領域の面積を主サイリスタ領域
    の面積の10%以上になるようにした特許請求の範囲第
    1項記載のサイリスタ。
JP15827184A 1984-07-28 1984-07-28 サイリスタ Pending JPS6063965A (ja)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5164381A (ja) * 1974-12-02 1976-06-03 Mitsubishi Electric Corp Handotaikaiheisochi
JPS5166783A (ja) * 1974-12-05 1976-06-09 Mitsubishi Electric Corp Handotaisochi
JPS51116683A (en) * 1975-04-04 1976-10-14 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor control unit
JPS5338988A (en) * 1976-09-21 1978-04-10 Nec Corp Manufacture of semiconductor control rectifier

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