JPS6147667A - Method of controlling self-arc-extinguishing semiconductor element - Google Patents

Method of controlling self-arc-extinguishing semiconductor element

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JPS6147667A
JPS6147667A JP59168424A JP16842484A JPS6147667A JP S6147667 A JPS6147667 A JP S6147667A JP 59168424 A JP59168424 A JP 59168424A JP 16842484 A JP16842484 A JP 16842484A JP S6147667 A JPS6147667 A JP S6147667A
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
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    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
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Abstract

PURPOSE:To obtain an effect equivalent to the effect obtained by utilizing a gate driving circuit in which both gates are provided with a gate controlling power supply, by providing a capacitor between one gate and the main electrode connected with a gate controlling power supply for the other gate. CONSTITUTION:When a switch 16 is opened and a switch 17 is closed, by P<+>- N<->-N<+> junction between a gate 14 and a cathode 1 is biased reversely. Under this condition, holes and electrons are swept away from a gate electrode 8 and a cathode electrode 6, respectively, as the reverse current of the gate 4. When a channel 5 is thereby depleted completely, the current is inhibited from flowing from an anode 2 to the cathode 1 and the cathode current becomes zero. As a result, the anode current flows through an N type buffer layer 10, going out from a second gate 20, flowing via a capacitor 9, and stops, applying an overvoltage to the capacitor 9. At the next moment, the reverse recovery current flows, whereby electrons and holes are swept away from a second gate electrode 20 and an anode electrode 7, respectively.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業との利用分野〕 本発明は、自己消弧形半導体素子、特に互いに反対導電
形の2種のゲートを備えた埋め込みゲート形静電誘導サ
イリスタの制御方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for controlling a self-extinguishing semiconductor device, particularly a buried gate type electrostatic induction thyristor having two types of gates of mutually opposite conductivity types. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

静電誘導サイリスタ(以下8Iサイリスタと称す)は、
大電力、高速スイッチングの行えるサイリスタとして近
年発明されたもので、4層構造を持つ従来形サイリスタ
とはゲート部分の形状を異とするものである。
The electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as 8I thyristor) is
This thyristor was invented in recent years as a thyristor capable of high power and high-speed switching, and its gate portion differs in shape from conventional thyristors with a four-layer structure.

8Iサイリスクは、ゲート構造の違いにより、表面ゲー
ト形と埋め込みゲート形の2種が知られている。また、
ゲートの数の相違によって、シングルゲート形とデシア
ルゲート形に分類できる。
There are two types of 8I silices known, depending on the gate structure: a surface gate type and a buried gate type. Also,
Depending on the number of gates, they can be classified into single gate type and digital gate type.

デュアルゲート形8Iサイリスタは、特に高耐圧、高速
動作が可能な素子として注目されている。
Dual gate type 8I thyristors are particularly attracting attention as elements capable of high breakdown voltage and high speed operation.

本出願人は先にデ^アルゲート形8Iサイリスタと類似
の機能を持ち、製造の容易なSIサイリスタ(以下第2
ゲート付8Iサイリスタと称す)を特願昭59−104
132号「自己消弧形半導体素子」として出願中である
The present applicant had previously developed an SI thyristor (hereinafter referred to as 2nd
8I thyristor with gate) patent application filed in 1984-104
No. 132 "Self-extinguishing semiconductor device" is currently being filed.

既知のデュアルデー1−8Iサイリスタおよび前記出願
中のM2ゲート付8エサイリスタは、共に主電流を制御
するためのゲートをカソード領域の他にアノード領域に
も備えたことを特徴とするもので、その制御法に関して
は従来形のシングルゲ−ト形SIサイリスタと異なる格
別の方法が必要になる。以下、前記出願中の第2ゲート
付8Iサイリスタを例にして、2種のゲートを持つSI
サイリスタの駆動方法と動作について説明する。
The known dual day 1-8I thyristor and the pending M2 gated 8-thyristor are both characterized by having a gate for controlling the main current not only in the cathode region but also in the anode region. Regarding the control method, a special method is required, which is different from that of the conventional single gate type SI thyristor. Hereinafter, using the pending 8I thyristor with a second gate as an example, an SI with two types of gates will be described.
The driving method and operation of the thyristor will be explained.

第4図は第2ゲート付SIサイリスタの単位素子の断面
構造を示す模式図で、実際の8Iサイリスタのペレット
はこの単位素子を多数並列に接続した構造を持つ。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of a unit element of a second gated SI thyristor, and an actual 8I thyristor pellet has a structure in which a large number of these unit elements are connected in parallel.

本単位素子は、アノード2の2層とベース領域3のに層
の間に中地抵抗を持つバッファ層10を備え、このバッ
ファ層10の一部をアノード2の表面と同一面に露出せ
しめ、この露出面に第2ゲート電極20を設けたもので
ある。その他の部分の構造は従来の埋め込みゲート形S
Iサイリスタと同様で、ベース領域3のカソード1に近
い部分にチャネル5と呼ばれるN一層を囲む形状で、P
形の低抵抗領域2層から成るゲート4を設けた構造にな
っており、カソード1.アノード2.ゲート4の表面に
はそれぞれカソード電極6.アノード電極7゜ゲート電
極8が設けられている。
The present unit device includes a buffer layer 10 having an intermediate resistance between the two layers of the anode 2 and the base region 3, and a part of the buffer layer 10 is exposed on the same surface as the surface of the anode 2. A second gate electrode 20 is provided on this exposed surface. The structure of other parts is conventional buried gate type S.
It is similar to the I thyristor, and has a shape surrounding the N layer called channel 5 in the part of the base region 3 near the cathode 1, and P
The structure includes a gate 4 consisting of two layers of low resistance regions in the shape of a cathode 1. Anode 2. A cathode electrode 6 is provided on the surface of the gate 4, respectively. An anode electrode 7° and a gate electrode 8 are provided.

次に、このような構造を持つ8Iサイリスタを動作させ
る場合の従来の方法について説明する。
Next, a conventional method for operating an 8I thyristor having such a structure will be described.

第5図は第4図に示した第2ゲート付8Iサイリスタを
用いて直流回路の開閉を行う場合の動作を説明するため
の回路図で、第4図の単位素子を多数並列接続して構成
したサイリスタ11と、主電源13および負荷12によ
り主回路を形成し、8Iサイリスタ11のカソード電極
6とゲート電極釜間に、スイッチ16を介して正極をゲ
ート電極8側とした電源14と、スイッチ17を介して
負極をゲート電極8側とした電源15とを並列に接続し
、8Iサイリスタ11のアノード電極7と第2ゲート電
極20間に、スイッチ16′を介して正極をアノード電
極7側とした電源14′と、スイッチ17’を介して負
極をアノード電極7側とした電源15’とを並列に接続
することにより制御回路を形成している。
Fig. 5 is a circuit diagram for explaining the operation when opening and closing a DC circuit using the 8I thyristor with the second gate shown in Fig. 4, and is constructed by connecting a large number of unit elements shown in Fig. 4 in parallel. A main circuit is formed by the thyristor 11, a main power source 13, and a load 12, and a power source 14 with the positive electrode on the gate electrode 8 side is connected via a switch 16 between the cathode electrode 6 of the 8I thyristor 11 and the gate electrode pot, and a switch. A power supply 15 with the negative electrode on the gate electrode 8 side is connected in parallel via the switch 17, and the positive electrode is connected between the anode electrode 7 and the second gate electrode 20 of the 8I thyristor 11 with the anode electrode 7 side via the switch 16'. A control circuit is formed by connecting in parallel the power supply 14' and the power supply 15' whose negative electrode is on the anode electrode 7 side via a switch 17'.

8Iサイリスタ11をオンさせるには、スイッチ17.
17’を開いてスイッチ16 、16’を同時に閉じる
To turn on the 8I thyristor 11, switch 17.
17' is opened and switches 16 and 16' are closed simultaneously.

この時、ゲート4とカソード1間のP+N−N”接合と
、アノード2と第2ゲート電極20間のPI’N接合が
共に順バイアスされ、中央のN″″層のベース領域3に
アノード2からホールが、カソード1からエレクトロン
が注入される。
At this time, the P+N-N" junction between the gate 4 and the cathode 1 and the PI'N junction between the anode 2 and the second gate electrode 20 are both forward biased, and the anode 2 is connected to the base region 3 of the central N"" layer. Holes are injected from the cathode 1, and electrons are injected from the cathode 1.

N一層のベース領域3に注入されたキャリヤは、主電極
13による電界に加速されて、エレクトロンはアノード
2へ、ホールはカソード1へ流れるので、SIサイリス
タ11は急速にターンオンすることになる。
The carriers injected into the N-layer base region 3 are accelerated by the electric field of the main electrode 13, and electrons flow to the anode 2 and holes flow to the cathode 1, so that the SI thyristor 11 is rapidly turned on.

次に、このような状態にある8Iサイリスタ11に対し
て、スイッチ16.16’を開くと共にスイッチ17.
17’を同時に閉じると、第2ゲート電極20とアノー
ド2間のP”N接合およびカソード1とゲート4間のN
+N−]”接合が共lこ逆バイアスされる。
Next, for the 8I thyristor 11 in this state, switches 16 and 16' are opened and switches 17 .
17' at the same time, a P''N junction between the second gate electrode 20 and the anode 2 and an N junction between the cathode 1 and the gate 4 are formed.
+N−]” junctions are both reverse biased.

この時、チャネル5およびその近傍に空乏層が形成され
、N一層から成るベース領域3に広がる。
At this time, a depletion layer is formed in the channel 5 and its vicinity, and spreads to the base region 3 made of a single N layer.

また、アノード2側のP+N接合が逆バイアスされてい
るので、バッファ層10のN層のエレクトロンは第2ゲ
ート電極20によつて外部へ、ホールはアノード2の2
層へ掃き出されてP+N接合は逆回復し、ベース領域3
のN一層へのホールの注入は直ちに停止する。
Furthermore, since the P+N junction on the anode 2 side is reverse biased, electrons in the N layer of the buffer layer 10 are directed to the outside by the second gate electrode 20, and holes are transferred to the second gate electrode 2 of the anode 2.
The P+N junction reversely recovers and the base region 3
Injection of holes into the N layer immediately stops.

導通状態でN一層から成るベース領域3に存在したキャ
リヤの大部分は、チャネル5部分の空乏層の広がりと共
にゲート4を通じて外部へ掃き出されるので、空乏層が
充分底がり回路電圧を阻止した後に流れる電流は、ベー
ス領域3のN″″層のアノード2側に残留する僅かのホ
ールを、ゲート4へ掃き出すための電流だけになる。す
なわち、ティルミ流を減少させる効果が大きい。
Most of the carriers existing in the base region 3 made of a single N layer in a conductive state are swept out through the gate 4 as the depletion layer in the channel 5 expands, so that after the depletion layer has sufficiently bottomed out and blocked the circuit voltage. The current flowing is only a current for sweeping out a few holes remaining on the anode 2 side of the N'''' layer of the base region 3 to the gate 4. That is, the effect of reducing the Tirumi flow is large.

ターンオフ時にティルミ流が流れる期間は、一般にアノ
ード電圧が回路電圧に回復しているので、ティルミ流が
大きいと素子に大きい電力損失が生じる。そこで、高耐
圧、大電流の素子においては、ティルミ流の低減は従来
からの課題でありたが、デ為アルゲート形の8Iサイリ
スタによりこの問題は解決された。
During the period when the Tilmi current flows during turn-off, the anode voltage is generally restored to the circuit voltage, so if the Tilmi current is large, a large power loss occurs in the device. Therefore, in high-voltage, large-current devices, reduction of the Tilmi current has been a conventional problem, but this problem has been solved by the algate type 8I thyristor.

8Iサイリスタを用いて電流をスイッチングする時のも
う一つの課題は、回路のインダクタンスにより、ターン
オフ時に8Iサイリスタのアノードとカソードの間に発
生するスパイク電圧の処理である。通常は8Iサイリス
タのアノードとカソードの間にスナバ回路を接続してス
パイク電圧の発生を防いでいる。
Another challenge when switching current using an 8I thyristor is handling the spike voltage that occurs between the anode and cathode of the 8I thyristor during turn-off due to the inductance of the circuit. Usually, a snubber circuit is connected between the anode and cathode of the 8I thyristor to prevent spike voltage from occurring.

次にスナバ回路の動作を説明する。第6図はスナバ回路
の構成例を説明するための接続図で、図中第5図と同一
の符号は同一機能を有する部分を示し、18.19はゲ
ート駆動回路、21はインダクタンス、22はスナバダ
イオード、23はスナバコンデンサ、24はスナバ抵抗
を示す。
Next, the operation of the snubber circuit will be explained. FIG. 6 is a connection diagram for explaining a configuration example of a snubber circuit, in which the same reference numerals as in FIG. A snubber diode, 23 a snubber capacitor, and 24 a snubber resistor.

第6図において、通電中の81サイリスタのゲート電極
8および第2ゲート電極20に、それぞれゲート駆動回
路18および19からオフゲート電流を流し、8Iサイ
リスタ11をオフせしめる。この時、8Iサイリスタの
アノード電流は急速に0になり、回路電流は、電源13
→負荷12→インダクタンス21→ダイオード22→コ
ンデンサ23→電源13の経路で流れ、コンデンサ23
を充電する。
In FIG. 6, off-gate currents are applied from the gate drive circuits 18 and 19 to the gate electrode 8 and second gate electrode 20 of the 8I thyristor, which is currently conducting, to turn off the 8I thyristor 11. At this time, the anode current of the 8I thyristor quickly becomes 0, and the circuit current is
→ Load 12 → Inductance 21 → Diode 22 → Capacitor 23 → Power supply 13.
to charge.

この時、8Iサイリスタ11のアノードとカソードの間
の電圧は、コンデンサ23の電圧と同じになるので、高
いスパイク電圧の発生が防げる。回路のインダクタンス
21に蓄えられたエネルギーにより、コンデンサ23の
電圧は主電源13の電圧より一般に高くなる。81サイ
リスタ11がオンすると、コンデンサ23に蓄えられた
電荷は抵抗24を通じて放電し、次のオフに備える。
At this time, the voltage between the anode and cathode of the 8I thyristor 11 becomes the same as the voltage of the capacitor 23, so generation of a high spike voltage can be prevented. Due to the energy stored in the circuit's inductance 21, the voltage on the capacitor 23 will generally be higher than the voltage on the mains 13. When the 81 thyristor 11 is turned on, the charge stored in the capacitor 23 is discharged through the resistor 24 in preparation for the next turn off.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

以上説明したように実際にスナバ回路を構成すると、第
6図−こ示したスナバダイオード22にはSエサイリス
タ11がオンする時に回路電圧に等しい逆電圧が印加さ
れるので、8Iサイリスタ11と同じ耐圧が必要な上に
、高速スイッチング性能も必要となるので、この選定は
難かしい問題となる。
When a snubber circuit is actually configured as explained above, a reverse voltage equal to the circuit voltage is applied to the snubber diode 22 shown in FIG. This selection is a difficult problem because not only high voltage resistance is required, but also high-speed switching performance is required.

また、先に説明したように、SIサイリスタのアノード
近傍に第2のゲートを設け、ゲート信号を送りてスイッ
チングを制御する方法は、スイッチング性能の向上に大
きい効果があるのだが、一方、複雑な機能を有するゲー
ト駆動回路を2組備えねばならず、特にアノード側の第
2のゲートを駆動するゲート駆動回路は、素子のスイッ
チングlζ伴いアノード電位が高周波で変化するので、
電力用の高耐圧、大電流の素子では回路を構成すること
が大変難しかった。
In addition, as explained earlier, the method of providing a second gate near the anode of the SI thyristor and sending a gate signal to control switching has a great effect on improving switching performance, but on the other hand, it requires complicated Two sets of functional gate drive circuits must be provided, and in particular, in the gate drive circuit that drives the second gate on the anode side, the anode potential changes at high frequency as the element switches lζ.
It was extremely difficult to construct circuits using high-voltage, large-current power elements.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はかかる問題を解決する目的でなされたもので、
デュアルゲート形8Iサイリスタの1g2のゲートの駆
動法およびスナバ回路の構成法に関する簡単で実用的な
方法を提供するものである。
The present invention was made for the purpose of solving such problems,
A simple and practical method for driving a 1g2 gate of a dual-gate 8I thyristor and configuring a snubber circuit is provided.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、互いに反対電導形の2種のゲートを備えた自
己消弧形半導体、例えばデュアルゲート形8Iサイリス
タのゲートを駆動するに際し、一方のゲートと該ゲート
と反対導電形の主電極との間をとスイッチを介してゲー
ト制御用電源を接続し、他方のゲートと前記一方のゲー
トのゲート制御用電源が接続された主電極との間にコン
デンサを接続したことを特徴とする自己消弧形半導体素
子の制御方法である。
When driving the gate of a self-extinguishing semiconductor, for example, a dual gate type 8I thyristor, which has two gates of opposite conductivity type, the present invention provides a method for connecting one gate and a main electrode of opposite conductivity type to the gate. A self-extinguishing device characterized in that a gate control power source is connected between the gate and the gate control power source through a switch, and a capacitor is connected between the other gate and the main electrode to which the gate control power source of the one gate is connected. This is a method for controlling shaped semiconductor devices.

例えば第2ゲート付SIサイリスタにおいては、ターン
オフするに際し、第2のエミッタ領域であるアノード2
と第2ゲート電極20が取り付けられたバッファlOが
形成する第2ゲート領域との間の半導体接合を経由して
流れる主電流により上記コンデンサを充電し、該自己消
弧形半導体素子の第1゛の主電極と第2の主電極の間の
電圧の上昇率および過電圧の発生を抑制すると共に、主
回路のインダクタンスに通電中に蓄えられたエネルギー
により前記コンデンサを過充電し、前記第2のエミッタ
領域と第2のゲート領域との間の半導体接合に逆バイア
ス電圧を印加することを特徴としているO 〔発明の実施例〕 第1図は本発明にかかる自己消弧形半導体素子の制御方
法の一実施例を示す回路図で、自己消弧形半導体素子き
しては第2ゲート付8Iサイリスタを例にとりであり、
第5図と同一の符号は同一機能を有する部分を示し、9
はコンデンサである。
For example, in a second gated SI thyristor, when turning off, the anode 2, which is the second emitter region,
The capacitor is charged by the main current flowing through the semiconductor junction between the gate region and the second gate region formed by the buffer lO to which the second gate electrode 20 is attached, and the first gate region of the self-extinguishing semiconductor element is charged. In addition to suppressing the rate of increase in voltage between the main electrode and the second main electrode and the occurrence of overvoltage, the capacitor is overcharged by the energy stored during energization in the inductance of the main circuit, and the second emitter is Embodiments of the Invention FIG. 1 shows a method of controlling a self-turn-off type semiconductor device according to the present invention. This is a circuit diagram illustrating one embodiment, taking an 8I thyristor with a second gate as an example of a self-extinguishing semiconductor element,
The same reference numerals as in FIG. 5 indicate parts having the same function, and 9
is a capacitor.

第1図において、スイッチ17を開いてスイッチ16を
閉じれば、ゲート4とカソード1間のP+N−N”接合
が順バイアスされて、カソード1のN+領領域らエレク
トロンが、ゲート4のr層からホールがキャリヤとして
チャネル5部のN″″層に注入されて、チャネル5のキ
ャリヤ密度が非常に高まり高導通状態になる。
In FIG. 1, when switch 17 is opened and switch 16 is closed, the P+N-N" junction between gate 4 and cathode 1 is forward biased, and electrons from the N+ region of cathode 1 are transferred from the r layer of gate 4. Holes are injected as carriers into the N'''' layer in the channel 5, and the carrier density in the channel 5 increases significantly, resulting in a highly conductive state.

この時、カソード1のN+領領域らチャネル5に注入さ
れたエレクトロンの一部は、主電源13による電界に加
速されて、低不純物濃度のベース領域3のN″″層を移
動し、アノード2の2層直下のベース領域3のN一層部
分に蓄積される。この部分に蓄積されたエレクトロンは
、アノード2からベース領域3へのホールの注入を促進
し、ベース領域3へ注入されたホールは、チャネル5を
通過してカソード1に到達し、更にエレクトロンの注入
を促がす0 このようにして、低不純物濃度のN″″層から成るベー
ス領域3は、高濃度のキャリヤで満され低抵抗を示すよ
うになる。この過程が8Iサイリスタのターンオンであ
り、オンの定常状態では8Iサイリスタのベース領域3
のチャネル5はエレクトロンおよびホールで充満してお
り、2層のゲート4にはホールが蓄積されている。
At this time, some of the electrons injected into the channel 5 from the N+ region of the cathode 1 are accelerated by the electric field of the main power source 13, move through the N'''' layer of the base region 3 with a low impurity concentration, and move through the N'''' layer of the base region 3 with a low impurity concentration, and are transferred to the anode 1. It is accumulated in the N first layer portion of the base region 3 immediately below the second layer. The electrons accumulated in this part promote the injection of holes from the anode 2 to the base region 3, and the holes injected into the base region 3 pass through the channel 5 and reach the cathode 1, and further injection of electrons. In this way, the base region 3 made of the N'''' layer with a low impurity concentration is filled with carriers at a high concentration and exhibits low resistance. This process is the turn-on of the 8I thyristor, and in the on steady state, the base region 3 of the 8I thyristor
The channel 5 is filled with electrons and holes, and the holes are accumulated in the two-layer gate 4.

次に、このような状態にある8Iサイリスタ11をオフ
する時の動作について述べる。
Next, the operation when turning off the 8I thyristor 11 in such a state will be described.

第1図において、スイッチ16を開いてスイッチ17を
閉じると、ゲート4とカソード1間のP+N−N”接合
が逆バイアスされる。この時、2層から成るゲート4お
よびゲート4近傍のベース領域3のN″″″層ζ積され
たホールはゲート電極8から、1層から成るカソード1
およびカソード1′近傍のベース領域3のN一層のエレ
クトロンはカソード電極6から、ゲート4の逆電流とし
て掃き出される。
In FIG. 1, when the switch 16 is opened and the switch 17 is closed, the P+N-N" junction between the gate 4 and the cathode 1 is reverse biased. At this time, the gate 4 consisting of two layers and the base region near the gate 4 The holes stacked in 3 N'''' layers are connected from the gate electrode 8 to the cathode 1 consisting of one layer.
Electrons in the N layer in the base region 3 near the cathode 1' are swept out from the cathode electrode 6 as a reverse current of the gate 4.

この結果、ゲート4近傍のベース領域3のN″″層に空
乏層が形成され、空乏層の成長と共lこチャネル5は完
全に空乏化し、更に空乏層はベース領域3をアノード2
へ向って広がることになる。
As a result, a depletion layer is formed in the N'''' layer of the base region 3 near the gate 4, and as the depletion layer grows, the channel 5 is completely depleted.
It will spread towards.

チャネル5が完全に空乏化すると、アノード2からカソ
ード1に向う電流の流れがチャネル5で阻止されること
になり、カソード電流は0になる。
When the channel 5 is completely depleted, the flow of current from the anode 2 toward the cathode 1 will be blocked by the channel 5, and the cathode current will be zero.

その結果、アノード電流はN形のバッファ層10を流れ
て第2ゲート20より流出し、第2ゲート電極20とカ
ソード電極6間に接続されたコンデンサ9を経由して流
れる。コンデンサ9の電圧の上昇と共に、ベース領域3
の空乏層もアノード2に向って生長する。通電中にイン
ダクタンス211こ蓄えられたエネルギーにより、コン
デンサ9の電圧は電源13の電圧値に等しくなつてもア
ノード電流が直ちにOになることはなく、コンデンサ9
を過電圧にして止まる。
As a result, the anode current flows through the N-type buffer layer 10, flows out from the second gate 20, and flows through the capacitor 9 connected between the second gate electrode 20 and the cathode electrode 6. As the voltage of capacitor 9 increases, base region 3
The depletion layer also grows toward the anode 2. Due to the energy stored in the inductance 211 during energization, even if the voltage of the capacitor 9 becomes equal to the voltage value of the power supply 13, the anode current does not immediately become O, and the capacitor 9
becomes overvoltage and shuts down.

この時、アノード2のP+#直下のバッファ層10中に
は、ゲート4から掃き出されずに残った過剰キャリヤが
多数存在しているが、アノード電流が止まった時点でコ
ンデンサ9が過充電しているので、次の瞬間バッファ層
lOとアノード2のエミツタ層よりなるP”Nダイオー
ドに逆回復電流が流れ、N形バッファ層lOに存在する
エレクトロンを第2ゲート電極20から、ホールをアノ
ード電極7から掃き出す。この結果、アノード2のP+
N接合の周辺も急速に空乏化される。
At this time, there are many excess carriers remaining in the buffer layer 10 directly under P+# of the anode 2 without being swept out from the gate 4, but when the anode current stops, the capacitor 9 is overcharged. Therefore, in the next instant, a reverse recovery current flows through the P''N diode consisting of the buffer layer lO and the emitter layer of the anode 2, and the electrons existing in the N type buffer layer lO are transferred from the second gate electrode 20, and the holes are transferred to the anode electrode. 7. As a result, P+ of anode 2
The area around the N junction is also rapidly depleted.

以上述べた第2ゲートの作用は、コンデンサ9の容量を
適当に選べば、先に説明した第2ゲート駆動回路を使用
した場合とオフに関する限り全く同等に作用させること
ができる。また、SIサイリスタ11のアノード2とカ
ソード1間にターンオフ時に発生するスパイク電圧を吸
収する作用に関して、アノード2のP+iとバッファ層
10のN層より成るPNダイオードがスナバダイオード
として作用し、コンデンサ9がコンデンサとして作用す
るので、別途スナバ回路を備える必要がない。
By appropriately selecting the capacitance of the capacitor 9, the second gate described above can have the same effect as when the second gate drive circuit described above is used as far as the off-state is concerned. Further, regarding the function of absorbing the spike voltage generated between the anode 2 and cathode 1 of the SI thyristor 11 at the time of turn-off, the PN diode consisting of the P+i of the anode 2 and the N layer of the buffer layer 10 acts as a snubber diode, and the capacitor 9 acts as a snubber diode. Since it acts as a capacitor, there is no need to provide a separate snubber circuit.

コンデンサ9に蓄えられた電荷は、8Iサイリスタ11
がオンする時にバッファ層10のN層、ベース領域3の
N一層、チャネル5.カソード1の1層よりなるSIト
ランジスタのオン電流として放電されて次回のオフに備
える。
The charge stored in the capacitor 9 is transferred to the 8I thyristor 11.
When turned on, the N layer of the buffer layer 10, the N layer of the base region 3, the N layer of the channel 5. It is discharged as an on-current of the SI transistor consisting of one layer of the cathode 1 in preparation for the next off-state.

なお、以との説明は先に本出願人が特許出願した第2ゲ
ート付8Iサイリスタを例として行ったが、互いに反対
導電形を持つ2種のゲートを備えた他の自己消弧形牛導
体素子の場合にも全く同様に利用できる。
The following explanation has been made using the 8I thyristor with a second gate as an example, for which the present applicant has applied for a patent, but other self-extinguishing type conductors with two types of gates having opposite conductivity types may also be used. It can be used in exactly the same way in the case of elements.

例えば、第2図は既に公表されているデニアルゲートS
Iサイリスタの制御に本発明の方法を適用した場合の回
路接続図であり、i1図と同−符号は同一機能を有する
部分を示し、ベース領域3のアノード2側に設けられた
第2ゲート10′のV層表釦 成表に第2ゲート電極20’を有するデーアルゲ−1・
SIサイリスタ11′についても、その動作は前述の説
明と全く同じであるから詳細な説明を省略する。
For example, Figure 2 shows Denial Gate S, which has already been published.
1 is a circuit connection diagram when the method of the present invention is applied to control an I thyristor, in which the same reference numerals as in FIG. 1, which has a second gate electrode 20' on the V layer surface of the
The operation of the SI thyristor 11' is exactly the same as that described above, so a detailed explanation will be omitted.

第3図は同じくデュアルゲート8Iサイリスタの制御に
本発明の方法を適用した他の実施例の回路接続図であり
、第2図と同一符号は同一機能を有する部分を示す。第
2図と異なるところは、電源14.15とスイッチ16
,17(!:からなるゲート駆動回路をゲート4とカソ
ード電極6との間から、第2ゲート電極20′とアノー
ド電極2との間へ移すと共に、第2ゲート電極20′と
カソード電極6との間に接続されていたコンデンサ9を
、ゲート電極8とアノード電極7との間に移しただけで
、動作原理は第2図の場合すなわち第1図の場合と全く
同じである。
FIG. 3 is a circuit connection diagram of another embodiment in which the method of the present invention is applied to control a dual gate 8I thyristor, and the same reference numerals as in FIG. 2 indicate parts having the same functions. The difference from Figure 2 is the power supply 14, 15 and switch 16.
, 17(!:) is moved from between the gate 4 and the cathode electrode 6 to between the second gate electrode 20' and the anode electrode 2, and the gate drive circuit consisting of the second gate electrode 20' and the cathode electrode 6 is The operating principle is exactly the same as in the case of FIG. 2, that is, the case of FIG. 1, except that the capacitor 9 connected between the gate electrode 8 and the anode electrode 7 is moved between the gate electrode 8 and the anode electrode 7.

更に、本発明は8Iサイリスタのみでなく他の自己消弧
形サイリスタ、例えばGTOサイリスタなどでありでも
、反対導電形の2種のゲートを備えた自己消弧形半導体
素子であれば同様に採用することが可能であることは容
易に理解できるであろう。
Furthermore, the present invention is applicable not only to the 8I thyristor but also to other self-extinguishing thyristors, such as GTO thyristors, as long as it is a self-extinguishing semiconductor device having two types of gates of opposite conductivity types. It is easy to understand that this is possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したよう1こ、本発明によれば互に反対導電形
の2種のゲートを備えた自己消弧形半導体素子のゲート
を駆動するに際し、一方のゲートのみに従来形ゲート駆
動回路と同様のゲート制御用電源を接続するだけで、残
る他方のゲートには単にコンデンサを接続することによ
り、両方のゲートにゲート制御用電源を備えたゲート駆
動回路を使用するのと同等の効果が得られる。
As explained above, 1. According to the present invention, when driving the gate of a self-extinguishing semiconductor device having two types of gates of opposite conductivity types, only one gate is driven in the same way as a conventional gate drive circuit. By simply connecting the gate control power supply for one gate and simply connecting a capacitor to the remaining gate, the same effect as using a gate drive circuit with a gate control power supply for both gates can be obtained. .

また、駆動対象となった自己消弧形半導体素子のゲート
駆動回路を接続しない側の主回路電極とコンデンサを接
続したゲート電極さの間に形成される半導体接合がスナ
バダイオードとして機能すると共に、接続したコンデン
サはスナバコンデンサとして機能するので、別途スナバ
回路を備える必要がないなど、互いに反対導電形の2種
のゲートを備えた自己消弧形半導体素子の簡単で信頼性
の高い制御方法を提供するもので、極めて実用性の高い
ものである。
In addition, the semiconductor junction formed between the main circuit electrode on the side not connected to the gate drive circuit of the self-extinguishing semiconductor element to be driven and the gate electrode connected to the capacitor functions as a snubber diode, and Since the capacitor functions as a snubber capacitor, there is no need to provide a separate snubber circuit, thereby providing a simple and highly reliable control method for a self-extinguishing semiconductor device having two types of gates of mutually opposite conductivity types. It is extremely practical.

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

第1図は本発明にかかる自己消弧形半導体素子の制御方
法の一実施例を示す回路図、第2図は既に公表されてい
るデュアルゲート8Iサイリスタの制御に本発明の方法
を適用した場合の回路図、第3図は同じ<ア纂アルゲー
)8Iサイリスタの制御に本発明の方法を適用した他の
実施例の回路図であり、第4図は第2ゲート付SIサイ
リスタの単位素子の断面構造を示す模式図、第5図は第
4図に示した第2ゲート付8Iサイリスタを用いて直流
回路の開閉を行う場合の動作を説明するための回路図で
あり、第6図はスナバ回路の構成例を説明するための接
続図である。 1・・・・・カソード、2・・・・・・アノード、3・
・曲ベース領域、4・・・・・・ゲート、5・・・・・
・チャネル、6・・・・・・カソード電極、7・・・・
・・アノード電極、8・・・・・・ゲート電極、9・・
・・・・コンデンサ、10・・・・・・バッファ層、1
1.11’・・・・−・サイリスタ、12・・・・・・
負荷、13・・・・・主電源、14 、14’、 15
 、15’・・・・・・電源、16 、16’、 17
 、17’・・・・・・スイッチ、18.19・・・・
・・ゲート駆動回路、20・・・・・・第2ゲート電極
、21・・・・・・インダクタンス、22・・・・・・
ダイオード、23・・・・・コンデンサ、24・・・・
・抵抗。
Figure 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the method for controlling a self-extinguishing semiconductor device according to the present invention, and Figure 2 is a diagram showing the case where the method of the present invention is applied to the control of a dual-gate 8I thyristor that has already been published. 3 is a circuit diagram of another embodiment in which the method of the present invention is applied to the control of an 8I thyristor, and FIG. 4 is a circuit diagram of a unit element of a SI thyristor with a second gate. FIG. 5 is a schematic diagram showing the cross-sectional structure, and FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the operation when opening and closing a DC circuit using the 8I thyristor with the second gate shown in FIG. FIG. 2 is a connection diagram for explaining an example of a circuit configuration. 1... cathode, 2... anode, 3...
・Song base area, 4...Gate, 5...
・Channel, 6...Cathode electrode, 7...
...Anode electrode, 8...Gate electrode, 9...
... Capacitor, 10 ... Buffer layer, 1
1.11'... Thyristor, 12...
Load, 13... Main power supply, 14, 14', 15
, 15'...Power supply, 16, 16', 17
, 17'... switch, 18.19...
...Gate drive circuit, 20...Second gate electrode, 21...Inductance, 22...
Diode, 23... Capacitor, 24...
·resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 互いに反対導電形の2種のゲートを備えた自己消弧形半
導体素子のゲートを駆動するに際し、一方のゲートと該
ゲートと反対導電形の主電極との間にスイッチを介して
ゲート制御用電源を接続し、他方のゲートと前記一方の
ゲートのゲート制御電源が接続された主電極との間にコ
ンデンサを接続したことを特徴とする自己消弧形半導体
素子の制御方法。
When driving the gate of a self-extinguishing semiconductor device having two gates of opposite conductivity type, a gate control power supply is connected between one gate and a main electrode of opposite conductivity type via a switch. , and a capacitor is connected between the other gate and the main electrode to which the gate control power supply of the one gate is connected.
JP59168424A 1984-08-11 1984-08-11 Method of controlling self-arc-extinguishing semiconductor element Granted JPS6147667A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0262958A2 (en) * 1986-09-30 1988-04-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Thyristor drive system
US5132767A (en) * 1986-09-30 1992-07-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Double gate GTO thyristor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5550740A (en) * 1978-10-06 1980-04-12 Hitachi Ltd Semiconductor switch

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