JPS617665A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS617665A
JPS617665A JP12749184A JP12749184A JPS617665A JP S617665 A JPS617665 A JP S617665A JP 12749184 A JP12749184 A JP 12749184A JP 12749184 A JP12749184 A JP 12749184A JP S617665 A JPS617665 A JP S617665A
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transistor
semiconductor device
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unipolar
unipolar element
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木村 忠勝
Yasunobu Inabe
井鍋 泰宣
Yoshitaka Sugawara
良孝 菅原
Junjiro Kitano
北野 純二郎
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT

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  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • Electronic Switches (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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、特に制御部と主駆動部が電
気的に絶縁された電気結合方式の半導体装置に関する。
〔発明の背景〕
近年産業界における多様なエレクトロニクス化の進展に
伴い微小な制御信号でもって大きな電力の駆動を行うニ
ーズが増大している。この種のニーズ忙対しては制御部
と主駆動部の電気的な絶縁が必要である。このニーズを
満たす代表的な半導体素子として光結合素子(通称ホト
カプラ)がある。中でも光結合サイリスタは■順・逆両
方向の阻止能力を有する。■スイッチング後の電力損失
が小さい、■自己保持機能を有する等の利点をもってお
)、電子交換機用スイッチや固体リレー等に多用されて
いる。しかしいくつかの重要な問題点を有している。以
下に動作原理も含めて詳述する。
第1図は光結合サイリスタを用いた典型的な基本回路構
成を示す。
スイッチ1をとじると発光素子2に電流が流れ光が放射
される。この光によってホトサイリスタ3に光電流が発
生し、ホトサイリスタが交流電源4により順バイアス状
態になるとこの光電流でもって点弧する。この場合ホト
サイリスタと発光素子が電気的に直流的に絶縁されてい
るので通常の電気結合方式と異なり次の利点を有する。
尚5゜6.7は抵抗である。
(a)  端子Bと端子りの間に電位差が存在しても制
御可能すなわち点弧動作等が可能である。
b)発光素子2を流れる電流がサイリスタ側に流れ込ま
ない。又この逆も起らない。
一方以下の問題点を有する。
α)ホトサイリスタ3やトランジスタ1はもっばらSl
をm−て作製されるが、発光素子はGaA3等に代表さ
れる■−■族もしくは■−■族の化合物半導体を用いて
作製される。このように材料が異なるためハイブリッド
IC構成にせざるをえず、精密な組立作業を必要としコ
スト高をきたす。化合物半導体クエへの作製技術やその
加工技術がSiの技術に比べつたないこともコスト高を
助長している。
(2)発光ダイオードの発光効率、ホトサイリスタの受
光効率1発光ダイオードからの光をホトサイリスタに伝
達する効率が小さ−。このためこれらの効率を相乗した
光結合効率が小さく、ホトサイリスタを駆動するに当り
発光素子に数mA程度の大きな制御電流を流す必要があ
る。
特公昭42−24863号公報、特公昭53−4658
9号公報にはpnpnをMOSゲート又はMOS・FE
Tでオン駆動する実施例が開示されている。
又特開昭57−196626号公報にはMOS −’p
p:Tでオン・オフ両駆動を行う実施腕が開示されてい
る。これはいずれもゲートと主スィッチが絶縁されてい
るという特長は有するが、主スィッチの電位が70−テ
ィング状態にある場合はオン駆動ができない。すなわち
ゲート電位か主スィッチのカソード電位より高い場合も
しくは低い場合のいずれかの場合にしかオン駆動できな
い。従って、ホトカブラと同等の機能は達成できないも
のである。
〔発明の目的〕
本発明の目的はモノリシック構造で制御部と主駆動部を
直流的に絶縁せしめ得るとともに、主駆動部の電位がフ
ローティング状態にあっても制御可能にせしめ且つ制御
電流も小さくせしめ得る半導体装置を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
上記目的を達成する本発明半導体装置の第1の特徴は、
少なくとも一つの順阻止接合と少なくとも一つの逆阻止
接合とを有するバイポーラg子から構成される半導体装
置に於いて、上記順阻止接合の少なくとも一つを短絡す
る様に接続される一方導電型ユニポーラ素子と他方導電
型ユニポーラ素子とを具備することにある。
本発明の好ましい実施態様では、上記バイポーラ素子は
、バイポーラトランジスタまたはサイリスタである。
また、本発明の好ましい実施態様では、上記半導体装置
は複数のバイポーラトランジスタから構成される。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記一方導電
型ユニポーラ素子の制御端子と上記他方導電型ユニポー
ラ素子の制御端子とは接続されている。
さらに、本発明の好ましb実施態様では、上記ユニポー
ラ素子は絶縁ゲート型電界効果トランジスタである。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記一方導電
屋豆二ボーラ素子と上記他方導電型ユニポーラ素子との
主端子は、上記バイポーラ素子の導電型の異なる領域に
接続されるか、または、上記一方導電型ユニポーラ素子
と上記他方導電型ユニポーラ素子とは並列接続される。
さらに1本発明の好ましい実施態様では、上記 □バイ
ポーラ素子を形成する領域と上記ユニポーラ素子を形成
する領域とが共通一体化される。
本発明の第2の特徴は、少なくとも一つの順阻止接合と
少なくとも一つの逆阻止接合とを有するバイポーラ素子
から構成される半導体装置に於いて、上記順阻止接合の
少なくとも一つを短絡する様に接続される第1の一方導
電型ユニポーラ素子と第1の他方導電型ユニポーラ素子
と、上記逆阻止接合の少なくとも一つを短絡する様に接
続される第2の一方導電型ユニポーラ素子と第2の他方
導電型ユニポーラ素子とを具備することにある。
本発明の好ましい実施態様では、上記バイポーラ素子は
サイリスタである。
また、本発明の好ましい実施態様では、上記第1の−1
導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記第1の他方導電
型ユニポーラ素子の制御端子とは接続され、かつ、上記
第2の一方導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記第2
の他方導成型ユニポーラ素子の制御端子とは接続されて
いる。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記第1の一
方導電型ユニポーラ素子と上記第1の他方導電型ユニポ
ーラ素子とは並列接続され、かつ上記第2の一方導電型
ユニポーラ素子と上記第2の他方導電型ユニポーラ素子
とは並列接続される。
〔発明の実施例〕
〈実施例1〉 第2図から第4図に本発明の第1の実施例を示す。第2
図(a)は基本構成を示す図、第2図ω)は第2図(a
)の接続状態を示す図、第2図(C)は第2図(a)。
(b)の等価な回路図、第3図は第2図(a)、(b)
の表示記号を示す図、第4図は第1図に対応する基本回
路構成を示す図である。
第2図(a)、 (b)に於いて、8はバイポーラ素子
となるptntpzの三層から構成される電流制御形p
npバイポーラトランジスタ(以下単にpnpトランジ
スタと称す)であり、エミッタ接合ptntが逆阻止接
合を、コレクタ接合n5pzが順阻止接合を形成する。
9はバイポーラ素子となるn1psn3の三層から構成
される電流制御形npnバイボーラトランジスタ(以下
単にnpn)ランジスタと称す)であシ、コレクタ接合
n21)sが順阻止接合を、エミッタ接合paftgが
逆阻“圧接合を形成する。
ここで、pnpトランジスタ8のベースn1とnpn)
ランジスタ9のコレクタn2とはht等の配線によって
接続され、また、pnpトランジスタ8のコレクタpz
とnpn)ランジスタ9のベースp3とはAt等の配線
によって接続される。
10はユニポーラ素子となるpチャネル絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ(以下単にpチャネルMO8−FE
’I’と称す)であり、ソース及びドレインp4# p
Iは、npn)ランジスタ8のエミッタp1及びコレク
タp2にAt等の配線によって、少なくともコレクタ接
合n[)aを短絡する様に夫々接続される。11はユニ
ポーラ素子となるnチャネル絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタc以下単にnチャネルMO8−FETと称す)
であり、ドレイン及びソース”5m”@はnpnl・ラ
ンジスタ9のコレクタn2及びエミッタn5KAt等の
配線によって少なくともコレクタ接合nxpsを短絡す
る様に夫々接続される。ここで、pnpトランジスタ8
、”pn)ランジスタ9、pチャネkMO8−FETI
 O,nチャネルMO8・FETIIは、例えばF、H
,LEE : IEEE’l’ransactions
 on Electron Devices VOl。
ED−15,49,1968,p645  に示される
様なEpitaxial passivated 工n
tegratedC1rcuit(EPIC)  プロ
セスで作成した誘電体分離基板の単結晶島内に独立に形
成され、前述の如<At等によって配線されモノリシッ
ク手導体装置を構成する。
尚、第2図(C)は、第2図(b)に於いて、I)nP
 )ランジスタ8とpチャネルMO8−FETI Oと
が一体化され、かつ、npn)ランジスタ9とnチャネ
ルMO8−FE、Tllとが一体化されたものである。
さらに、第4図に於いて、制御端子Gl a GMは共
通にスイッチに接続され、npn)ランジスタよ構成る
スイッチェ、抵抗5.7も誘電体分離基板の中く形成さ
れ、モノリシツン化されている。
本実施例の動作原理を第2図と第4図を用いて説明する
スイッチ1が開いているときはAI 、Blは遮断状態
にある。スイッチlを閉じると電源15よシGs、Gi
 に、MOS−1i”ETl O,11のしきい値電圧
よシ高い電圧が印加される。従って順バイアス状態すな
わちAlの電位がB1の電位より十分高くなるとAIと
B1の間を導通状態にできる。この場合Gt 、 Gs
とA4 、 El との電位の関係に係らず、いずれの
場合も導通を実現できる。
但しB、端子が電気的に70−ティング状態にある場合
Gs、Giの電位とA4 、 B1の電位の高低によっ
て動作機構が異るので各ケースについて以下に詳述する
(I)G1.Gxの電位が131# AIの電位よシ低
い場合。(例えばスイッチ12が電源13側にオンした
時と等価) nチャネルMO5−FETI 1はオフであるがpチャ
ネルMO8−PET10がオンする。この結果pチャネ
ルMO8−FBTIOを介して電流がnpn)ランジス
タ9のベースpgに流れ、npn)ランジスタ9がオン
する。この結果A1→I)nl))ランジスタ8のエミ
ッタ接合nt pt→npn)ランジスタ9→B1の径
路で電流が流れAs 、B1間が導通する。1lpn)
ランジスタ9とI)nl) )ランジスタ8のコレクタ
電流は他方のトランジスタのベース電流となる構成であ
るので、トランジスタの電流増幅率を大きくしておくと
正帰還が起こ力両方のトランジスタが飽和状態となる。
従ってAl a Bi間はよシ深い導通状態にできる。
(II) Gl 、 Osの電位がBi、Atの電位よ
シ高い場合。(例えばスイッチ12が電源14側にオン
し、この電源14の電圧が交流電源4の電圧より大きい
時と等価) pチャネルMO8−FETIOはオフであるが、nチャ
ネルMO8−FETI 1がオンする。この結果nチャ
ネルMO8−FETI 1を介してpnpトランジスタ
8のベース電流が流れ、とのpnpトランジスタ8がオ
ンする。この結果AI −4pnp    ゛トランジ
スタ8→npn)ランジスタ9のエミッタ接合psrl
s−Bsの径路で電流が流れAt5B1間が導通する。
トランジスタの電流増幅率を大きくしておくと(1)と
同様正帰還が起こシ、Ala B1間はよシ深い導通状
態にできる。
(II) Gl 、 axの電位がBtの電位より高く
、AIの電位よシ低い場合。
pチャネ#MO8−FBTIO及びnチャネルMO8−
FETIIの両方ともオンする。この結果上記(I)、
(If)の両方の現象が起こJ)At181間が導通で
きる。
以上のごとく本実施例によれば制御部と主駆動部の間に
電位差が存在してもコントロールできるという動作を実
現できる。
又本実施例の制御用素子はユニポーラ素子となるMOS
−FETである。従って周知のごとくゲート電極とソー
ス・ドレイン・チャネル部との間には酸化膜等の絶縁膜
を介在せしめであるので、制御部と主駆動部の間の直流
的な電気的絶縁を実現できる。この絶縁耐圧はゲート絶
縁膜の膜厚や膜質等によって定まシ、シきい値電圧と通
常相反関係にある。しかしチャネル部の不純物濃度を低
く(例えば約I X 10”cm−” ) シ、酸化膜
を厚く(例えば約1μm)することにより、1ooov
程度の絶縁耐圧と5V程度のしきい値電圧を同時に実現
できる。
なお各素子間はEPICプロセスを用めで誘電体分離さ
れており、素子間の絶縁耐圧は100OV以上である。
さらに制御電流としてはゲート容量(ゲート電極とチャ
ネル部の間に存在する絶縁膜の容量等)を充放電するの
に必要な変位電流のみでよく、通常数μA程度であシ光
結合方式に比べ約3桁少なくできる。
本実施例は主駆動部を100V、l0KHzの交流電源
で駆動した場合100mAの主駆動電流を5Vの信号電
源を用いて制御でき、導通時のオン電圧は約L4Vであ
わ、入出力間耐圧は例えば、約1000Vである。
以上のごとく本実施例によれば、制御部と主駆動部を同
一材料を用いてモノシック構成にできるとともに両者間
を直流的に絶縁でき、且つ小さな電流でもって制御する
ことができる。
〈実施例2〉 K5図は本発明の第2の実施例を示す回路図であ如、破
線内の素子は、第2図に示す各素子が一体化されて、バ
イポーラ素子となるサイリスタ構造を形成する。
即ち、pエミッタ(pm)17は第2図(b)の1)n
p)ランジスタ8のplとpチャネルMO8・FET1
0のp4とが共通一体化されたものであり、nベース(
nm)i6は第2図(b)のpnpトランジスタ8のn
lとnpn)ランジスタ9のn2とpチャネルM OS
−F E T 10 tD n a とnチャネルMO
8−FETI 1のnl とが共通一体化されたもので
あり、pベース(pI)18は第2図(bンのpnpト
ランジスタ8のp8とnpnトランジスタ9のp3とp
チャネルMO8−FBTloのJ)sとnチャネルMO
8−FETIIのpmとが共通一体化されたものであり
、nエミッタ(nz)19は第2図6)のnpnトラン
ジスタ9めn3とnチャネルMO8−FETIIOn−
とが共通一体化されたものである。ここで、nmpm接
合は順阻止接合となシ、Pmnm接合及びPmnm接合
は逆阻止接合となる。
スイッチ1が開いているときはAt、B冨はオフ状態に
ある。スイッチ1を閉じると電源15よ多制御端子Gm
 # G’4にしきい値よシ高い電圧が印加される。従
って交流電源4によjlAaeBx間が順バイアス状態
になるとオンする。この時制御端子Gs 、G、端子の
電位と82.Az端子の電位の高低関係によらずA2.
B2間をオンさせることができるが、その動作機構は端
子間電位の相対関係で異る。G3.G4端子の電位がA
s 。
B2端子の電位よシ低い場合はGs電極15下のnm1
6の表面にpチャネルが形成されI)m17からp11
8に正孔が流れ込む。この結果11z19からplへの
電子の注入が促進されnxpmnm)ランジスタ部分が
オンし、電子がnl内に流れ込む。
従って次にPm17からnm16内への正孔の注人が促
進されpmrlmpm )ランジスタ部分がオンする。
nxpsnm及びpx nm pm  )ランジスタ部
分のコレクタ電流は相互に他のトランジスタのベース電
流となるので正帰還が起こり、つ^にはサイリスタpx
 Elm pm nx  としてオンするに至る。
Gl # 04端子の電位がB! 、A4端子の電位よ
りも高い場合はG4電極下のI)m表面Knチャネルが
形成されIL+c19からn116へ電子が流れ込む。
この結果px17からnm16への正孔の注入が促進さ
れpaflmpl)ランジスタ部分がオンし、正孔がp
mla内に流れ込む。従って次にnml、9からI)m
18への電子の注入が促進されns pg nm部分が
オンし、上記の正帰還を起こしpg nm P■n1 
 がオンする。
Gs 、G4端子の電位がB2端子の電位よ)高く、A
3端子の電位よシ低い場合は上記の両ケー1スの動作が
起こりpx fin pm f!m がオンする。
次に本実施例になる半導体装置の電気的特性と特徴を説
明する。
Ax 、Bs端子間の順逆耐圧は約100vである。G
3 ・G4端子とA2 ・Bs端子間の直流絶縁耐圧は
約650vである。plとn8間にノイズ耐量を増大す
るために抵抗10にΩを接続した場合、Gs端子の電位
を約4VにすることによシAx s Bs端子間をオン
できる。又G4端子の電位は約7VKすることによJ)
Az、Bs端子間をオンできる。従ってGs −04端
子を接続してAx 、Bs端子間をオンさせるには、こ
の端子電位は約7Vにする必要がある。又オンした後1
00mA通電時のA2.Bs間の電位差すなわちオン電
圧は約1.25 Vである。
本実施例は第1の実施例と同じ特徴を有する他に更に次
の特徴も有する。
複合一体化した構成であるため占有面積が小さく(本実
施例の場合、例えば約300μmX300μm)、re
に内蔵し高集積化を計る上で好適である。キ尖簿鈴第1
の実施例の場合は構成素子数が多い上忙、素子間の絶縁
分離にも面積を要するためほぼ同じ特性を実現するのに
約28倍の大きさの占有面積が必要である。
〈実施例3〉 第6図は本発明の第3の実施例を示す回路図であり、破
線内の半導体装置が第1及び第2の実施例と異なる。
9はバイポーラ素子となるnpn)ランジスタである。
10はユニポーラ素子となるpチャネルMO8−FET
であり、ソース及びドレインは、11prl )ランラ
スタ90順阻止接合となるコレクタ接合を短絡する様に
、npn)ランジスタ9のコレクタ及びベースに接続さ
れる。11はユニポーラ素子となるnチャネルMO8−
Fji:Tでありソース、及びドレインはnpn )ラ
ンジスタ9のコレクタ接合を短絡する様に、npn)ラ
ンジスタ9のコレクタ及びベースにpチャネルMO8・
FETと並列に接続される。
各素子はEPICプロセスで作成した誘電体分離基板の
単結晶島内に夫々独立に形成され、At等によって配線
される。
制御端子Gs 、Gzは共通にスイッチ1に接続される
単結晶島の中に形成された各素子はいずれも耐圧が25
0v以上の高耐圧素子である。npn)ランジスタ8は
公知の一般的な構造であり、nチャネルMO8−FET
9は例えば(W、 H,A。
Mattheus : Digest of l5SC
CI) 23 g、 peb。
1981)に開示されているような縦構造の高耐圧MO
8−FETであシ、pチャネルMOS −FET10は
例えば、(吉日等[高耐圧MO8−FETJ半導体トラ
ンジスタ研究会費料5SD73−14゜1973年6月
)に開示されているようなラテラル構造の高耐圧MO8
−FETである。
第6図に於いて、スイッチlが開いて^る時はトランジ
スタ8は順バイアス状況にあってもベース電流が供給さ
れずA2 # Bs間はオフ状態にある。スイッチ1を
閉じ電源15より制御端子G1mG! ICMO8−F
ET10.11のしきい値電圧より高い電圧を印加する
とnpn)ランジスタ9がオンする。この時電源20に
よりAx 、 Bz 端子が70−ティング状態にあっ
ても制御端子GlaG=の電位とAt、B意端子の電位
の高低関係によらずnpn)ランジスタ9をオンさせる
ことができるが、その動作機構は端子間電位の相対関係
によシ異る。
制御端子Gl jG2の電位がA2.B2端子の電位よ
りも低い場合はMOS−FETIo、11のソース、ド
レイン電位がゲート電位より高い状態になっている。従
ってnチャネルMO8−FET11はオフのままである
が、pチャネルMO8・FETl0がオンする。その結
果、pチャネルMO8−FETI Oのソース・ドレイ
ン間電流がnpn )ランラスタ90ベースに流れ込み
npnトランジスタ9がオンする。
一方、制御端子Gl m G2の電位がAx 、B*端
子の電位よりも高い場合はMOS−F’ETIO。
11のソース・ドレイン電位がゲート電位よシも低い状
態になっている。従ってpチャネルMO8・FETl0
はオフ状態のままであるが、nチャネルMO8−FET
IIがオンする。その結果、ベース電流が供給されるこ
ととな!tnpnトランジスタ9がオンする。
制御端子01 s G *の電位がB2端子よプも高く
、A2端子よりも低い場合味上記の両ケース又はいずれ
か一方のケースの動作が起こりnpn)ランジスタ9が
オンする。
以上のごとく、本実施例では主端子Ax 、 Bzの電
位がフローティング状態にあっても確実に主駆動部のn
pn)ランジスタ8を駆動できる。
本実施例のAx、Bz間の順方向の耐圧は例えば約26
0V、A2a Bg端子と制御端子01e02間の絶縁
耐圧は例えば約600Vである。又オンせしめる時のし
きい値電圧は約3.5Vであり、オンした後10mA通
電時のオン抵抗は例えば約15Ωである。
〈実施例4〉 第7図に本発明の第4の実施例を示す。主駆動部が高耐
圧のpnp)ランジスタ8である点で第3の実施例と異
る。動作機構は第3の実施例とは)デ同じであり、実施
例1の説明においてnpn)ランジスタ9を1)nl)
)ランジスタ8におきかえて考えるだけでよいので説明
は省略する。
本実施例の耐圧は第3の実施例と同根であシ、しきい値
電圧は例えば約4V、オン抵抗は3 m A通電時に例
えば約10Ωである。
〈実施例5〉 第8図は本発明の第5の実施例を示す。本実施例では、
npn)ランジスタ9とpnpトランジスタ8は同一の
単結晶島の中に形成することによシサイリスタ動作を行
うようにせしめである。尚、npn)ランジスタ9とp
npトランジスタ8とを別々の単結晶島に設けて、At
等の配線によって接続しても良い。また、MOS−FE
TIo。
11Qソース及びドレインはnpn)ランジスタ9及び
pnp )ランジスタ8の各々のコレクタ接合を短絡す
る様に並列に接続されている。従って、第6図の点線内
に本実施例をおきかえ且つ直流電源14の代シに交流電
源を用いた場合、スイッチ1が閉じ且つ交流電源から順
バイアス電圧がA2゜B2間に印加されたとき(第4図
に相浩する)、制御端子Gl 、・01がA2 ・B2
端子よシも低い場合はpチャネルMO8−FETJ O
がオンし、npn)ランジスタ9及びpnp トランジ
スタ8が駆動される結果AxsBx間すなわちサイリス
タがオンする。一方、制御端子Gl  −02がA2・
B2端子よりも高い場合はnチャネルMO8・FETI
Iがオンし、npn)ランジスタ9及びpnpトランジ
スタ8が駆動される結果サイリスタがオンする。このよ
うに両トランジスタが同時に駆動される点で第1.第2
の実施例と同じであり、第3.第4の実施例と若干動作
機構が異なる。
なお、本実施例では交流電源を使用する用途を対象とし
たので、順・逆方向の耐圧をえる必要があるためサイリ
スタはもちろんのことn、p両チャネルMO8−FET
Io、11のいずれにも順・逆両方向の阻止能力をもた
せた。すなわちソース、ドレイン接合はいずれも250
vの電圧に耐えるようにした。
本実施例のA2.B2間の耐圧は順・逆とも例えば約2
00Vであ)、A2# Bx端子と制御端子G1.G2
との間の絶縁耐圧は例えば約700Vである。又Ax、
Bz間をオンさせる時のしきい値電圧は例えば約4vで
あり、30mA通電時のkz、Bs間のオン抵抗は例え
ば約5.5Ωである。
〈実施例6〉 !I9図に本発明の第6の実施例を示す。pnpトラン
ジスタLnl)11)ランジスタ9、第1のpチャネル
MO8−FBTlo及び第1のnチャネルMOS−FE
TIIは、第8図と同様に接続構成される。第2のpチ
ャネルMO8−FET21及び第2のnチャネルMOS
−FET22のソース及びドレインは、npn)ランジ
スタ9の逆阻止接合となるエミッタ接合を短絡する様に
、npn)ランジスタ9のペース(pnp トランジス
タ8のコレクタ)とエミッタとに並列に接続される。第
1のpチャネルMO8)ランラスタ100制御端子と第
1のnチャネルMOSトランジスタ110制御端子とは
共通に接続されて制御端子G3となり、また、第2のp
チャネルMO8)ランラスタ210制御端子と第2のn
チャネルMOSトランジスタ220制御端子とは共通に
接続されて制御端子G4となる。
制御端子G3にゲートが接続された第1のnチャネルM
OS −FETI 1及び第1のpチャネルMO8−F
ETIOはAz、Bx端子間のサイリスタをオンさせる
際に用いられる。一方、制御端子04 Kゲートが接続
された第2のnチャネルMOS−FET22及び第2の
pチャネルMO8・FET21はこのサイリスタをオフ
させる際に用いられる。本実施例の典型的な動作シーケ
ンスは次のとおシである。
■ Am 、Bs間に順バイアスを印加する。
■ 制御端子G3にオン制御電圧を印加してサイリスタ
をオンせしめる。
■ 制御端子G3のオン制御電圧をと力除きサイリスタ
はオン状態を維持せしめる。
■ 制御端子G4にオフ制御電圧を印加してサイリスタ
をオフせしめる。
■ 制御端子G4のオフ制御電圧をとり除き、サイリス
タのオフ状態を維持せしめる。
かかる動作をせしめる本実施例のオン時の動作機構は第
5の実施例と全く同じであるので説明は省略し、オフ時
の動作機構について以下に説明する。本実施例において
はサイリスタがオンしている時、制御端子Ga V−M
OS−FET21.22のしきい値電圧よりも高いオフ
制御電圧を印加することによkAx、Bi端子の電位が
70−ティング状態にあってもオフ制御が可能である。
但し制御端子G4の電位とAH、Bz端子の電位の高低
関係によシオフ動作機構が異る。
制御端子G4の電位がAJIB2端子の電位よシも低い
場合はMOS−FET21,22のソース、ドレインの
電位がゲート電位より高い状態になる。従って第2のn
チャネルMOS−FET22はオフのままであるが、第
2のpチャネルMO8−FET21がオンする。このp
チャネルMO8−F’ET21のオン抵抗を十分小さく
しておくと、サイリスタのnpn)ランジスタ部分9の
エミッタ接合が短絡された場合と同じになる。
すなわちサイリスタを流れている電流がひきぬかれサイ
リスタがオフされる。一方制御端子G4の電位がA2 
、Bz端子の電位よりも高い場合は第2のpチャネルM
O8−FET21はオフであるが、第2OnチヤネルM
O8−FBT22がオンしサイリスタのnpn)ランジ
スタ部分9のエミッタ接合が短絡されるのでサイリスタ
をオフできる。制御端子G4の電位がB2端子の電位よ
りも高く、A2端子の電位よりも低い場合は上記の両ケ
ース又はいずれか一方のケースの動作が起こりサイリス
タをオフできる。
以上のごとく、本実施例では主端子A3a Bmの電位
がフローティング状態にあっても確実にオン・オフ駆動
が可能である。但しオン制御用のMOS −FETI 
O,11は通常オン抵抗が比較的大きくてもオン制御が
容易にできるが、オフ制御用のMOS−FET21.2
2はオフ制御を容易且つ確実に行うために比較的小さい
オン抵抗(約500Ω以下)にする必要がある。
本実施例の耐圧及びオン時のしきい値電圧は第5の実施
例とほぼ同じである。オフさせるに要する制御端子G4
への印加電圧は例えば約6vである。なおオン抵抗は3
0mA通電時に例えば約8Ωである。
〈実施例7.8〉 本発明の第7の実施例をM2O図、第8の実施例を第1
1図にそれぞれ示す。第1θ図及び第11図におhては
いずれもトランジスタのコレクタ捩合に直列に別接合す
なわちI)ni))ランジスタ8のエミッタ接合もしく
はnpn)ランジスタ9のエミッタ接合を接続した後、
これらに並列にnチャネルiVOS −FET 11を
pチャネルMO8・FE’FIOとか接続されている。
これらの動作機構は実質的には:IVクタ接合のみを短
絡する様に並列接続した場合と同様である。すなわち第
10図の場合は第3の実施例と、第11図の場合は第4
の実施例と同様であり、異なる点はトランジスタが駆動
された後、npn及びI)nl) )ランジスタ間で正
帰還が起こりサイリスタとしてオンするという点のみで
ある。
以上、実施例を用いて本発明の詳細な説明したが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではなく各種の変
形応用が可能である。
第2図(b)、第8図、第9図5第10図、第11図に
於いて、pop)ランジスタ8のベースnlとnpn 
)ランジスタ9のコレクタn2とを、また、pnpトラ
ンジスタ8のコレクタpm とnpnトランジスタ90
ベースp3とをのみ共通一体化してサイリスタとしても
良い。
例えば第2図、第8図、第9図、第10図、第11図に
示した装置は交流駆動の場合順方向バイアス時にしかオ
ンできない逆阻止スイッチであるが、これらの装置を各
々逆並列に接続した構成にすることにより双方向性スイ
ッチにすることができ、交流電力の利用効率を向上でき
る。
又第2図、第8図〜第11図の半導体装置は順バイアス
方向の電圧ノイズに対する。耐量が十分ではなA0特公
昭53−46588号公報等に開示されてbる電圧ノイ
ズ忙対する保護回路を前述の#実施例に付加することに
より、本発明の特長を損うことなくノイズ耐量を大幅に
向上できることは当然である。
また、第9図に示す様なオフ制御用の第2のpチャネル
MO8−FET21及び第2のnチャネルMO5−FE
T22を第2図、第5図、第10図、第11図等のバイ
ポーラ素子に、その逆阻止接合の少なくとも一つを短絡
する様に接続して、オフ制御を行なっても良い。
〔発明の効果〕
以上のごとく、本発明は電流制御形バイポーラ素子を電
圧制御形ユニポーラ半導体素子でポ1」御できるように
したので、モノリシック構造で制御部と主駆動部を直流
的に絶縁できるとともに、ユニポーラ率子の電位がフロ
ーティング状態にあっても確実に制御でき、その制御電
流も小さくできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す回路図、第2図、第3図及び第4
図は本発明の第1の実施例を示す図、第5図は本発明の
第2の実施例を示す図、第6図は本発明の第3の実施例
を示す図、第7図は本発明の第4の実施例を示す図、第
8図は本発明の第5の実施例を示す図、第9図は本発明
の第6の実施例を示す図、第10図は本発明の第7の実
施例を示す図、第11図は本発明の第8の実施例を示す
図である。 8・・・pnpトランジスタ、9・・・npn)ランジ
スタ、10,21・・・pチャネルMO8−FET。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも一つの順阻止接合と少なくとも一つの逆
    阻止接合とを有するバイポーラ素子から構成される半導
    体装置に於いて、上記順阻止接合の少なくとも一つを短
    絡する様に接続される一方導電型ユニポーラ素子と他方
    導電型ユニポーラ素子とを具備することを特徴とする半
    導体装置。 2、特許請求の範囲第1項に於いて、上記バイポーラ素
    子はバイポーラトランジスタであることを特徴とする半
    導体装置。 3、特許請求の範囲第1項に於いて、上記半導体装置は
    複数のバイポーラトランジスタから構成されることを特
    徴とする半導体装置。 4、特許請求の範囲第1項に於いて、上記バイポーラ素
    子はサイリスタであることを特徴とする半導体装置。 5、特許請求の範囲第1項に於いて、上記一方導電型ユ
    ニポーラ素子の制御端子と上記他方導電型ユニポーラ素
    子の制御端子とは接続されていることを特徴とする半導
    体装置。 6、特許請求の範囲第1項または第5項に於いて、上記
    ユニポーラ素子は絶縁ゲート型電界効果トランジスタで
    あることを特徴とする半導体装置。 7、特許請求の範囲第1項に於いて、上記一方導電型ユ
    ニポーラ素子と上記他方導電型ユニポーラ素子との主端
    子は、上記バイポーラ素子の導電型の異なる領域に接続
    されることを特徴とする半導体装置。 8、特許請求の範囲第1項に於いて、上記一方導電型ユ
    ニポーラ素子と上記他方導電型ユニポーラ素子とは並列
    接続されることを特徴とする半導体装置。 9、特許請求の範囲第1項に於いて、上記バイポーラ素
    子を形成する領域と上記ユニポーラ素子を形成する領域
    とが共通一体化されていることを特徴とする半導体装置
    。 10、少なくとも一つの順阻止接合と少なくとも一つの
    逆阻止接合とを有するバイポーラ素子から構成される半
    導体装置に於いて、上記順阻止接合の少なくとも一つを
    短絡する様に接続される第1の一方導電型ユニポーラ素
    子と第1の他方導電型ユニポーラ素子と、上記逆阻止接
    合の少なくとも一つを短絡する様に接続される第2の一
    方導電型ユニポーラ素子と第2の他方導電型ユニポーラ
    素子とを具備することを特徴とする半導体装置。 11、特許請求の範囲第10項に於いて、上記バイポー
    ラ素子はサイリスタであることを特徴とする半導体装置
    。 12、特許請求の範囲第10項に於いて、上記第1の一
    方導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記第1の他方導
    電型ユニポーラ素子の制御端子とは接続され、かつ、上
    記第2の一方導電型ユニポーラ素子の制御端子と上記第
    2の他方導電型ユニポーラ素子の制御端子とは接続され
    ていることを特徴とする半導体装置。 13、特許請求の範囲第10項または第12項に於いて
    、上記ユニポーラ素子は絶縁ゲート量電界効果トランジ
    スタであることを特徴とする半導体装置。 14、特許請求の範囲第10項に於いて、上記第1の一
    方導電型ユニポーラ素子と上記第1の他方導電型ユニポ
    ーラ素子とは並列接続され、かつ上記第2の一方導電型
    ユニポーラ素子と上記第2の他方導電型ユニポーラ素子
    とは並列接続されることを特徴とする半導体装置。
JP12749184A 1984-06-22 1984-06-22 半導体装置 Granted JPS617665A (ja)

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EP89123184A EP0367301A3 (en) 1984-06-22 1985-06-21 Semiconductor switch circuit
DE8585107682T DE3583897D1 (de) 1984-06-22 1985-06-21 Halbleiterschalter.
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