JPS6212674B2 - - Google Patents

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JPS6212674B2
JPS6212674B2 JP140878A JP140878A JPS6212674B2 JP S6212674 B2 JPS6212674 B2 JP S6212674B2 JP 140878 A JP140878 A JP 140878A JP 140878 A JP140878 A JP 140878A JP S6212674 B2 JPS6212674 B2 JP S6212674B2
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region
gate
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fixed potential
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Junichi Nishizawa
Tadahiro Oomi
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大電流領域で電流利得が高く高速度
のスイツチングを行う半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device that has high current gain and performs high-speed switching in a large current region.

ソース前面に現われる電位障壁をゲート電圧及
びドレイン電圧により制御して、ソースからのキ
ヤリア注入量を制御し、不飽和型電流電圧特性を
示す静電誘導トランジスタ(以下SITと称す。)
は、大電流が流せて変換コンダクタンスが大き
く、しかも耐圧を大きくすることが容易であり、
ゲートの静電容量も小さくできて、大電力高周波
動作が行える。接合型SITには、二つの動作モー
ドが存在する。ゲートをソースと同電位に保つた
ときに、導通状態にあり、主動作状態でゲートに
逆方向バイアスを加えて動作させるモード(ノー
マリオン型)と、ゲートをソースと同電位に保つ
たときに、遮断状態にあり、ゲートに順方向バイ
アスを加えて導通状態にするモード(ノーマリオ
フ型)とである。ゲートを順方向バイアスして動
作させる場合には、必然的にゲートからチヤンネ
ルに少数キヤリアが注入される。勿論、適度のチ
ヤンネルへの少数キヤリアの注入は、ソースから
の多数キヤリアの注入効率を高めて、変換コンダ
クタンス、電流利得を大きくして有効に働くが、
過度に少数キヤリアが注入されると、チヤンネル
中での過剰少数キヤリアの蓄積効果が顕著になつ
て、動作速度の低下をもたらすことになる。
A static induction transistor (hereinafter referred to as SIT) exhibits unsaturated current-voltage characteristics by controlling the potential barrier appearing in front of the source using the gate voltage and drain voltage to control the amount of carriers injected from the source.
can carry a large current, have a large conversion conductance, and can easily increase the withstand voltage.
Gate capacitance can also be reduced, allowing high-power, high-frequency operation. There are two operating modes in junction-type SIT. When the gate is kept at the same potential as the source, it is in a conductive state, and in the main operating state, the gate is operated by applying a reverse bias (normally-on type), and when the gate is kept at the same potential as the source, it is in a conductive state. , the gate is in a cut-off state, and a forward bias is applied to the gate to make it conductive (normally-off type). When the gate is operated with a forward bias, minority carriers are inevitably injected from the gate into the channel. Of course, injection of minority carriers into a moderate channel works effectively by increasing the injection efficiency of majority carriers from the source and increasing conversion conductance and current gain.
If too many minority carriers are injected, the effect of accumulating excess minority carriers in the channel becomes significant, resulting in a reduction in operating speed.

本願発明者が提案した分割ゲート型SIT(特公
昭60―20910号「静電誘導トランジスタ及び半導
体集積回路」、特許第1236163号「半導体装置」、
特許第1247054号「静電誘導トランジスタ半導体
集積回路」、特許第1231827号「半導体集積回路」
に詳述)は、上述した過剰少数キヤリアの蓄積効
果を無くして、しかも変換コンダクタンスを殆ん
ど小さくすることなく、ゲートの静電容量を小さ
くしており、高速度動作にきわめて適している。
分割ゲート構造は、静電誘導サイリスタにもちろ
ん有効である。本発明は、本発明者提案による
「静電誘導型半導体装置」(特開昭54―93982号)
の特性を更に改善したものである。まず、先行技
術である前述の出願における発明の内容を説明す
る。
Split gate SIT proposed by the inventor of this application (Japanese Patent Publication No. 1983-20910 "Static Induction Transistor and Semiconductor Integrated Circuit", Patent No. 1236163 "Semiconductor Device",
Patent No. 1247054 "Static induction transistor semiconductor integrated circuit", Patent No. 1231827 "Semiconductor integrated circuit"
(detailed in 2003) eliminates the accumulation effect of excess minority carriers mentioned above, reduces the gate capacitance without reducing the conversion conductance, and is extremely suitable for high-speed operation.
Split gate structures are of course useful for static induction thyristors. The present invention is an "electrostatic induction type semiconductor device" proposed by the present inventor (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-93982).
This is a further improvement on the characteristics of . First, the content of the invention in the above-mentioned application, which is the prior art, will be explained.

第1図は、ゲートが駆動ゲートと固定電位ゲー
トに分割された分割ゲートSITの構造例である。
第1図a,bはそれぞれ平面図であり、第1図c
は第1図aのA―A′線に沿う断面図であり、第
1図dは第1図bのB―B′線に沿う断面図であ
る。第1図a,bでは簡単のために電極配線は示
されていない。n+領域1はソース、P+領域2,
3はそれぞれ駆動ゲート、固定電位ゲート、n-
領域4はチヤンネルに相当する部分を含む領域、
n+領域5はドレインである。1′,2′,5′は、
それぞれAl、Mo等の金属もしくは低抵抗ポリシ
リコンからなるソース、駆動ゲート、ドレインの
電極である。第1図aは、固定電位ゲートが、ソ
ースや駆動ゲートを完全に囲んだ構造になつてい
る。第1図bでは、駆動ゲート電極2′と固定電
位ゲート間の静電容量を減らすように固定電位ゲ
ートの一部に切れ目のある構造になつている。第
1図dで示されるように、ソース電極1′は固定
電位ゲート3と直接接触しており、固定電位ゲー
トがソースと同電位に保たれる場合を示してい
る。もちろん、固定電位ゲートをソースと同電位
にせず、所定の一定バイアスを与えるようにする
こともできる。領域6は、SiO2、Si3N4、Al2O3
等の絶縁層もしくは、これらを複数個組み合せた
複合絶縁層である。各領域の不純物密度は、それ
ぞれ1が1018乃至1021cm-3程度、2,3は1016
至1021cm-3程度、4は1011乃至1016cm-3程度、5は
1017乃至1020cm-3程度である。駆動ゲートと固定
電位ゲートにはさまれるチヤンネルの幅は、固定
電位ゲートに与える電圧によつて異なるが、駆動
ゲートの電位がソースと同電位のとき、チヤンネ
ルが両方のゲートから延びる空乏層によつて完全
におおわれて、ある程度の電位障壁ができて、遮
断状態にあるように選ばれる。チヤンネルの不純
物密度、ゲートの不純物密度によつて異なるわけ
で、チヤンネルの不純物密度が高いほど、チヤン
ネル幅は通常狭くしなければならない。ソース、
ドレイン間隔は、ソース、ドレイン間の電子の走
行時間が、動作の周波数特性を劣化させない程度
の長さにすればよい。たとえば、1nsecのスイツ
チング速度を得るのであれば20μm程度以下にす
ればよい。固定電位ゲートは、ソースと直結され
る場合が多いが、もちろん所定の逆方向バイアス
を与えてもよい。
FIG. 1 is a structural example of a divided gate SIT in which the gate is divided into a drive gate and a fixed potential gate.
Figures 1a and b are plan views, respectively, and Figure 1c
is a sectional view taken along the line AA' in FIG. 1a, and FIG. 1d is a sectional view taken along the line BB' in FIG. 1b. In FIGS. 1a and 1b, electrode wiring is not shown for simplicity. n + region 1 is the source, P + region 2,
3 are drive gate, fixed potential gate, n -
Area 4 is an area including a portion corresponding to a channel;
n + region 5 is a drain. 1', 2', 5' are
The source, drive gate, and drain electrodes are made of metal such as Al, Mo, or low-resistance polysilicon, respectively. FIG. 1a shows a structure in which a fixed potential gate completely surrounds the source and drive gate. In FIG. 1b, the fixed potential gate has a structure in which a part of the fixed potential gate has a cut so as to reduce the capacitance between the drive gate electrode 2' and the fixed potential gate. As shown in FIG. 1d, the source electrode 1' is in direct contact with the fixed potential gate 3, illustrating the case where the fixed potential gate is kept at the same potential as the source. Of course, it is also possible to apply a predetermined constant bias to the fixed potential gate instead of setting it at the same potential as the source. Region 6 is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3
This is an insulating layer such as, or a composite insulating layer that is a combination of multiple insulating layers. The impurity density of each region is about 10 18 to 10 21 cm -3 for 1, about 10 16 to 10 21 cm -3 for 2 and 3, about 10 11 to 10 16 cm -3 for 4, and about 10 16 cm -3 for 5.
It is about 10 17 to 10 20 cm -3 . The width of the channel sandwiched between the drive gate and the fixed potential gate varies depending on the voltage applied to the fixed potential gate, but when the potential of the drive gate is the same as that of the source, the width of the channel is due to the depletion layer extending from both gates. It is chosen so that it is completely covered, creating some potential barrier and being in a blocking state. This varies depending on the impurity density of the channel and the impurity density of the gate, and the higher the impurity density of the channel, the narrower the channel width usually has to be. sauce,
The distance between the drains may be set to such a length that the transit time of electrons between the source and the drain does not deteriorate the frequency characteristics of the operation. For example, if a switching speed of 1 nsec is to be obtained, the thickness should be about 20 μm or less. Although the fixed potential gate is often directly connected to the source, it is of course possible to apply a predetermined reverse bias.

ドレインに電圧(この場合は正電圧)を加えて
も、ゲートの拡散電位により、ソース前面に電位
障壁ができていて、電流は流れない。ある程度、
駆動ゲートに電圧を加えると、この場合はたとえ
ば+0.4乃至+0.7V程度(Siの場合、GaAsであれ
ば0.6乃至1.1V程度)、電位障壁高さが低下するか
あるいは中性領域が現われて、導通状態に変る。
この時、順方向バイアスされたゲートからホール
がチヤンネルに注入される。注入された電子は、
ソースからの電子の注入を促進して、導通状態の
抵抗を低下させる。また、注入されたホールは、
固定電位ゲートが、たとえばソースと同電位に保
たれているから、固定電位ゲートに吸い出される
ことになつて、チヤンネル中に蓄積しない。通
常、チヤンネル幅は、ホールのチヤンネル領域に
おける拡散長より短いから、ホールの固定電位ゲ
ートによる吸い出し効果は、きわめて効果的であ
る。したがつて、駆動ゲート電圧を遮断状態にし
たときのスイツチオフはきわめて速く、少数キヤ
リアの蓄積効果による遅れは殆んど現われない。
チヤンネルを制御する駆動ゲートの体積は小さ
く、その静電容量は小さい。駆動ゲートから注入
される少数キヤリアは、チヤンネルを横切つて固
定電位ゲートに流れ込むから常にチヤンネル部に
存在し、ソースからの多数キヤリア注入を有効に
起し、有効に働く。したがつて、電流利得はきわ
めて高いことになる。変換コンダクタンスも、も
ちろん大きい。駆動ゲートの静電容量をさらに小
さくして、しかも変換コンダクタンス及び電流利
得を大きくした分割ゲートSITの構造例を第2図
に示す。
Even if a voltage (positive voltage in this case) is applied to the drain, the diffusion potential of the gate creates a potential barrier in front of the source, so no current flows. To some extent,
When a voltage is applied to the drive gate, in this case, for example, about +0.4 to +0.7V (for Si, about 0.6 to 1.1V for GaAs), the potential barrier height decreases or a neutral region appears. and changes to conductive state.
At this time, holes are injected into the channel from the forward biased gate. The injected electrons are
Promotes injection of electrons from the source to lower conduction state resistance. In addition, the injected holes are
Since the fixed potential gate is kept at the same potential as the source, for example, it will be sucked out to the fixed potential gate and will not accumulate in the channel. Since the channel width is usually shorter than the hole diffusion length in the channel region, the hole sucking effect by the fixed potential gate is extremely effective. Therefore, the switch-off when the driving gate voltage is cut off is extremely fast, and there is almost no delay due to the accumulation effect of minority carriers.
The drive gate that controls the channel has a small volume and a small capacitance. Minority carriers injected from the drive gate cross the channel and flow into the fixed potential gate, so they always exist in the channel portion, effectively causing majority carrier injection from the source and working effectively. Therefore, the current gain will be extremely high. Of course, the conversion conductance is also large. FIG. 2 shows a structural example of a split gate SIT in which the capacitance of the drive gate is further reduced and the conversion conductance and current gain are increased.

第2図aは平面図、第2図bはA―A′線に沿
う断面図である。
FIG. 2a is a plan view, and FIG. 2b is a sectional view taken along line A-A'.

駆動ゲート2は円筒状、ソース1は円環状、固
定電位ゲート3は所要の全面にわたつている。第
2図のように、円筒、円環状に構成されたとき
が、もつとも小さな駆動ゲートでもつとも広いチ
ヤンネルを制御できることになつて、駆動ゲート
の静電容量が小さく、変換コンダクタンス及び電
流利得が大きい。チヤンネルに注入される少数キ
ヤリアは、ただちに固定電位ゲートから吸い出さ
れるから、少数キヤリアの蓄積効果は殆んどな
く、きわめてスイツチング速度は速くなる。ソー
ス電極1′は、絶縁層6を介して固定電位ゲート
と対向するが、通常ソースと固定電位ゲートは直
結されるかあるいは、一定電位に保たれるから、
両者間の容量が増加することは動作にまつたく影
響しない。通常スイツチング動作のときは、ソー
ス接地の回路で行なわれることも、前述のことを
一層確かにする。動作は、第1図の例とほとんど
同様である。
The drive gate 2 has a cylindrical shape, the source 1 has an annular shape, and the fixed potential gate 3 extends over the required entire surface. As shown in FIG. 2, when the drive gate is configured in a cylindrical or annular shape, a wide channel can be controlled even with a small drive gate, and the capacitance of the drive gate is small and the conversion conductance and current gain are large. Since the minority carriers injected into the channel are immediately sucked out of the fixed potential gate, there is almost no minority carrier accumulation effect and the switching speed is extremely fast. The source electrode 1' faces the fixed potential gate via the insulating layer 6, but normally the source and the fixed potential gate are directly connected or kept at a constant potential.
Increasing the capacitance between the two does not significantly affect operation. The fact that the switching operation is normally performed in a source-grounded circuit further confirms the above. The operation is almost the same as the example in FIG.

駆動ゲートを順方向バイアスして動作させる
SIT(バイポーラモードSIT、以下BSITと称
す。)では、ソース、ゲート間には通常IV前後の
ごくわずかな電圧しか加わらないから、ほとんど
耐圧は必要ない。
Operate by forward biasing the drive gate
In SIT (bipolar mode SIT, hereinafter referred to as BSIT), only a very small voltage, usually around IV, is applied between the source and gate, so there is almost no need for withstand voltage.

したがつて、第1図、第2図のようにソースと
ゲートが高抵抗領域で分離されていてもよいし、
直接接触していてもかまわない。もちろん、チヤ
ンネルの構造も、第1図、第2図のようにストラ
イブ状、円環状に限るわけではなく、楕円形、矩
形など如何なる形状でもよい。
Therefore, the source and gate may be separated by a high resistance region as shown in FIGS. 1 and 2, or
It doesn't matter if you are in direct contact. Of course, the structure of the channel is not limited to the striped or annular shape as shown in FIGS. 1 and 2, but may be of any shape such as an ellipse or a rectangle.

チヤンネルを囲むゲートが分割され、一部が固
定電位ゲート、他が駆動ゲートになつていて、固
定電位ゲートが、駆動ゲートからチヤンネルに注
入される少数キヤリアの吸出し電極になつていれ
ばよい。
It is sufficient that the gates surrounding the channel are divided, one part serving as a fixed potential gate and the other serving as a driving gate, and the fixed potential gate serving as an electrode for extracting minority carriers injected from the driving gate into the channel.

もちろん、導電型をまつたく反転したものでも
よい。
Of course, the conductivity type may be reversed.

これまでに述べた固定電位ゲートと、駆動ゲー
トとを設け、少数キヤリアを固定電位ゲートから
吸い出して蓄積効果を抑止する構造は、また、静
電誘導サイリスタに応用しても有効である。表面
のパターンは、第1図のストライブ型でも、第2
図の円環型でもまた他の構造でもかまわない。そ
の断面構造例を第3図a,b,cに示す。第3図
aでP+領域7はアノードであり、7′はアノード
電極である。固定電位ゲート3はソース1と直結
でも、また所定の逆方向バイアス(この場合に
は、負電圧)でもかまわない。また、駆動ゲート
2の動作電圧もOと順方向バイアス(この場合に
は、正電圧)だけに限るわけではなく、逆方向ゲ
ートバイアスにしておいて、Oバイアスに戻して
もよいわけである。しかし、通常は、駆動ゲート
バイアス零で遮断、所定の順方向バイアスを加え
て始めて導通になるようにする方が使い易いこと
が多い。たとえば駆動ゲートに所定の順方向バイ
アスを加えると、ソースから大量に電子が注入さ
れる。アノードには正電圧が加えられているか
ら、注入された電子はアノードに向つて流れ、そ
の結果アノード7からはホールが領域4に大量に
注入される。ソース・アノード間電圧は低下し、
1V程度から数V程度の保持電圧で大電流が流れ
る。アノードから流れ込んだホールは、電位がよ
り低い固定電位ゲートに流れ込み、駆動ゲートに
はわずかな量だけが流れ込むことになり、駆動ゲ
ートに流れる電流は少ない。駆動ゲートに加える
電圧を遮断状態に戻したときにも、たとえば、固
定電位ゲートの電位を駆動ゲートの電位より低く
しておけば、領域4に存在するホールは固定電位
ゲートに流れ込む。固定電位ゲートがソースと直
結の場合には遮断時の駆動ゲートと同電位になる
ため、面積の比率に比例するような形でホールの
流れ込む量は決定する。第2図aの構成では、電
子の吸い出しに時間がかかり、スイツチオフの時
間が長くなる傾向にある。こうした欠点を克服す
る静電誘導サイリスタの構造例が第3図b,cで
ある。第3図bは、電子とホールをそれぞれ注入
する分割ゲート構造を対向する2つの主表面に設
けた構造になつている。11はホールを注入する
アノード領域、12はホール注入を制御する駆動
ゲート、13は固定電位ゲート、11′,12′は
それぞれアノード電極、駆動ゲート電極である。
動作は、電極1′に対して電極11′を正電圧にし
て、電極2′に順方向電圧(1′に対してわずかな
正電圧)を印加すると同時に、電極12′に順方
向電圧(11′に対してわずかに負電圧)を印加
すると両方から電子とホールが同時に注入される
ようになつて、1′と11′の間の電圧は、低下し
わずかな保持電圧になる。このとき、ホール及び
電子は殆んどそれぞれの固定電位ゲート3,1
3′に流れて駆動ゲートには流れない。遮断時に
は両方の駆動ゲートに加わるバイアスを元に戻せ
ばよい。第3図bの構成は、極性の異なる制御信
号を2つのゲートにそれぞれ供給しなければなら
ないので、回路的にはん雑である欠点を有する。
この欠点を改良した構造が第3図cである。n-
領域4とアノード領域7の界面にn+領域8をス
トライブ状、メツシユ状等に設け、外部電極によ
り、n+領域8とアノード領域7を直結した構造
になつている。ソース1から注入された電子が
n+領域8に流れ込むことを除けば動作は第3図
aの場合と殆んど同じである。第3図cの構造
は、導通遮断を制御する駆動ゲートは1つで、し
かもホールと電子をそれぞれ吸い出す固定電位ゲ
ート3と8が設けられており、スイツチング速度
はきわめて速くなる。回路的にはややはん雑にな
るが、固定電位ゲート3と8をそれぞれソース1
とアノード7に対して独立電源で逆方向バイアス
すれば、ホールと電子の吸い出し効果が顕著にな
り同時に駆動ゲートには、導通時遮断時において
も殆んど電流が流れずきわめて電流利得の高いす
ぐれた動作が実現される。3だけを逆バイアスす
るだけでも効果は顕著である。
The structure described above in which a fixed potential gate and a driving gate are provided and minority carriers are sucked out from the fixed potential gate to suppress the accumulation effect is also effective when applied to an electrostatic induction thyristor. The surface pattern may be the stripe type shown in Figure 1 or the second pattern.
The annular structure shown in the figure or any other structure may be used. Examples of the cross-sectional structure are shown in FIGS. 3a, b, and c. In FIG. 3a, P + region 7 is an anode, and 7' is an anode electrode. The fixed potential gate 3 may be directly connected to the source 1 or may be biased in a predetermined reverse direction (in this case, a negative voltage). Further, the operating voltage of the drive gate 2 is not limited to O and forward bias (positive voltage in this case), but may be set to reverse gate bias and then returned to O bias. However, it is usually easier to use a configuration in which the circuit is cut off when the drive gate bias is zero and becomes conductive only after a predetermined forward bias is applied. For example, when a predetermined forward bias is applied to the drive gate, a large amount of electrons are injected from the source. Since a positive voltage is applied to the anode, the injected electrons flow toward the anode, and as a result, a large amount of holes are injected into the region 4 from the anode 7. The source-anode voltage decreases,
A large current flows with a holding voltage of about 1V to several V. Holes flowing from the anode flow into the fixed potential gate, which has a lower potential, and only a small amount flows into the drive gate, so that the current flowing through the drive gate is small. Even when the voltage applied to the drive gate is returned to the cutoff state, for example, if the potential of the fixed potential gate is set lower than the potential of the drive gate, the holes existing in region 4 will flow into the fixed potential gate. If the fixed potential gate is directly connected to the source, it will have the same potential as the drive gate when cut off, so the amount of holes flowing into the gate is determined in proportion to the area ratio. In the configuration shown in FIG. 2a, it takes time to suck out electrons, and the switch-off time tends to be longer. Examples of structures of electrostatic induction thyristors that overcome these drawbacks are shown in FIGS. 3b and 3c. FIG. 3b shows a structure in which split gate structures for injecting electrons and holes, respectively, are provided on two opposing main surfaces. 11 is an anode region for injecting holes, 12 is a driving gate for controlling hole injection, 13 is a fixed potential gate, and 11' and 12' are an anode electrode and a driving gate electrode, respectively.
The operation is performed by applying a positive voltage to electrode 11' with respect to electrode 1', applying a forward voltage (a slight positive voltage with respect to electrode 1') to electrode 2', and simultaneously applying a forward voltage (11' to electrode 12'). When a slightly negative voltage is applied to 1' and 11', electrons and holes are simultaneously injected from both sides, and the voltage between 1' and 11' decreases to a small holding voltage. At this time, holes and electrons are almost all fixed potential gates 3 and 1.
3' and does not flow to the drive gate. When shutting off, the bias applied to both drive gates can be returned to its original state. The configuration shown in FIG. 3b has the disadvantage that the circuit is complicated because control signals of different polarities must be supplied to the two gates.
A structure that improves this defect is shown in FIG. 3c. n -
At the interface between the region 4 and the anode region 7, an n + region 8 is provided in a stripe shape, a mesh shape, etc., and the n + region 8 and the anode region 7 are directly connected by an external electrode. The electrons injected from source 1
The operation is almost the same as in FIG. 3a, except that it flows into the n + region 8. In the structure shown in FIG. 3c, there is only one drive gate for controlling conduction cutoff, and fixed potential gates 3 and 8 are provided for sucking out holes and electrons, respectively, so that the switching speed is extremely high. The circuit is a little complicated, but fixed potential gates 3 and 8 are connected to source 1.
If the anode 7 and the anode 7 are biased in the reverse direction with an independent power source, the effect of sucking out holes and electrons will be remarkable, and at the same time, almost no current will flow through the drive gate even when it is conducting or when it is cut off, resulting in an excellent current gain that is extremely high. The desired operation is realized. Even if only 3 is reverse biased, the effect is significant.

しかし、第1図乃至第3図に示したBSIT、
SITサイリスタにも欠点が存在する。第1図、第
2図に示された、BSITでは駆動ゲートの底面か
らn-領域4に注入される少数キヤリアは殆んど
動作に有効に働かず、蓄積効果を生じやすい。一
方、第3図のSITサイリスタでは、ソースと固定
電位ゲートが直結状態にある時(通常はこの状態
で使用するが)、遮断時に駆動ゲートにも電流が
流れて、電流利得が大きくなりにくい欠点があ
る。
However, the BSIT shown in Figures 1 to 3,
SIT thyristors also have drawbacks. In the BSIT shown in FIGS. 1 and 2, the minority carriers injected into the n - region 4 from the bottom surface of the drive gate have little effect on operation and tend to cause an accumulation effect. On the other hand, the SIT thyristor shown in Figure 3 has the disadvantage that when the source and fixed potential gate are directly connected (usually used in this state), current also flows to the drive gate when cut off, making it difficult to increase the current gain. There is.

本発明の目的は、叙上の欠点を克服して動作速
度が速く電流利得のきわめて大きい静電誘導型半
導体装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above-mentioned drawbacks and provide a static induction type semiconductor device which has a high operating speed and an extremely large current gain.

以下、図面に従つて本発明を詳細に説明する。
平面構造は、第1図a,b、第2図a等に示され
る形状であれば如何なるものでもよいわけである
から、断面構造で本発明の静電誘導半導体装置を
説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
Since the planar structure may have any shape as shown in FIGS. 1A and 2B, FIG.

第4図は、駆動ゲート底面からの不要な少数キ
ヤリア注入を減少させた本発明の静電誘導型半導
体装置のうちBSITの断面構造例を示す。第4図
aは、駆動ゲートが切り込み領域の側面に沿つて
駆動ゲート2が設けられている例であり、ゲート
電極2″の底面は厚い絶縁膜6′(SiO2、Si3N4
Al2O3等もしくはこれらを複数個組み合せた複合
絶縁膜)になつている。したがつて、駆動ゲート
の静電容量は低下し、駆動ゲートの面積も小さく
なつて、導通時順方向バイアスされた駆動ゲート
から注入される少数キヤリアは有効にチヤンネル
にのみ注入され、ソースからの電子の注入を促進
し、導通時抵抗が低くなる。領域2″は、低抵抗
ポリシリコンでもまたAl等の金属でもよい。第
4図bの駆動ゲートは、絶縁膜6′上に形成され
たP+ポリシリコンよりなつている。駆動ゲート
からの少数キヤリア注入は、当然のことながら底
面からは起らず、ソース前面のチヤンネル方向の
みに有効に起る。したがつて、不要な少数キヤリ
ア注入が起らない。第4図のBSITのチヤンネル
の寸法及び不純物密度は、駆動ゲートがソースと
同電位のとき、十分に高い電位障壁がソース前面
にできて、遮断状態にあるように設定される。各
領域の不純物密度は、第1図、第2図の場合と同
様である。第4図a,bで、ソース領域1と固定
電位ゲートは電極で直結された場合が示されてい
るが、必ずしも直結する必要はなく、それぞれ電
極を取り出して、固定電位ゲートに所定の逆バイ
アスをすることもある。いずれにしても、駆動ゲ
ートからチヤンネルに注入された少数キヤリア
は、固定電位ゲートにどんどん吸収される。
FIG. 4 shows an example of the cross-sectional structure of a BSIT in the electrostatic induction semiconductor device of the present invention in which unnecessary minority carrier injection from the bottom surface of the drive gate is reduced. FIG. 4a shows an example in which the drive gate 2 is provided along the side surface of the cut region, and the bottom surface of the gate electrode 2'' is covered with a thick insulating film 6' (SiO 2 , Si 3 N 4 ,
Al 2 O 3 , etc. or a composite insulating film made by combining multiple of these materials). Therefore, the capacitance of the drive gate decreases and the area of the drive gate becomes smaller, so that the minority carriers injected from the drive gate, which is forward biased when conducting, are effectively injected only into the channel, and the minority carriers from the source are injected only into the channel. Promotes electron injection and lowers resistance when conducting. Region 2'' may be low resistance polysilicon or a metal such as Al. The drive gate in FIG. 4b consists of P + polysilicon formed on an insulating film 6'. Naturally, carrier injection does not occur from the bottom surface, but effectively occurs only in the channel direction at the front of the source.Therefore, unnecessary minority carrier injection does not occur.Dimensions of the BSIT channel in Figure 4 and the impurity density are set so that when the drive gate is at the same potential as the source, a sufficiently high potential barrier is formed in front of the source and the source is in a cut-off state.The impurity density in each region is as shown in Figs. This is the same as in the case shown in the figure. In Figures 4a and 4b, the source region 1 and the fixed potential gate are shown to be directly connected by electrodes, but it is not necessarily necessary to connect them directly, and by taking out the respective electrodes, A predetermined reverse bias may be applied to the fixed potential gate.In any case, the minority carriers injected into the channel from the driving gate are increasingly absorbed by the fixed potential gate.

第5図は、駆動ゲートに流れる電流を低減し電
流利得を大きくした本発明の静電誘導サイリスタ
の断面構造例を示している。基本的には、第3図
aと同じ構成であるが、駆動ゲートの構造がより
電流が流れない形になつている。第5図a,b
は、矩形状、V字型に切り込まれた領域の側面の
一部に駆動ゲート領域が設けられた例であつて、
固定電位ゲートにくらべてその面積はきわめて小
さく構成されており、遮断時の電流はきわめて少
ない。第5図cは、駆動ゲートが絶縁膜6′上の
P+ポリシリコンにより形成された例である。ア
ノード領域7と対向する駆動ゲートの底面が絶縁
膜により形成されていることから、アノードから
流れ込むホールは殆んど駆動ゲートには流れ込ま
ず、固定電位ゲートに流れ込んで、電極1′に電
流として流れる。第5図a,b,cはまだ、駆動
ゲートの一部がチヤンネルとPn接合を形成して
いるから、少ないとはいえとくに遮断時にホール
が流れ込む構造になつている。駆動ゲートに流れ
る電流をさらに小さくして、電流利得を向上させ
た例が第5図d,eである。第5図d,eでは駆
動ゲートは絶縁ゲートで構成されていてキヤリア
は殆んど流れ込まない。第5図dは矩形状、第5
図eはV字型に絶縁ゲートが形成されている。領
域2はP+ポリシリコン、低抵抗ポリシリコン、
Al、Mo等の金属より作られる。もちろんこれら
の組み合せでもよい。
FIG. 5 shows an example of the cross-sectional structure of the electrostatic induction thyristor of the present invention, which reduces the current flowing through the drive gate and increases the current gain. Basically, the structure is the same as that in FIG. 3a, but the structure of the drive gate is designed to prevent current from flowing. Figure 5 a, b
is an example in which a drive gate region is provided on a part of the side surface of a region cut into a rectangular or V-shape,
Its area is extremely small compared to a fixed potential gate, and the current when cut off is extremely small. In FIG. 5c, the driving gate is on the insulating film 6'.
This is an example formed of P + polysilicon. Since the bottom surface of the drive gate facing the anode region 7 is formed of an insulating film, most of the holes flowing from the anode do not flow into the drive gate, but instead flow into the fixed potential gate and flow as a current to the electrode 1'. . In FIGS. 5a, b, and c, a part of the drive gate still forms a Pn junction with the channel, so the structure is such that holes flow into it, especially when the gate is cut off, although the number is small. Figures 5d and 5e show examples in which the current flowing through the drive gate is further reduced to improve the current gain. In FIGS. 5d and 5e, the drive gate is constructed of an insulated gate, and almost no carriers flow into it. Figure 5 d is rectangular;
In Figure e, an insulated gate is formed in a V-shape. Region 2 is P + polysilicon, low resistance polysilicon,
Made from metals such as Al and Mo. Of course, a combination of these may also be used.

第5図では、遮断時の電子の吸い出しが遅くそ
のためにやや遮断時の速度が低下するが、第6図
のようにアノードに隣接してn+領域8を所定の
間隔で設ければ電子のチヤンネルからのはけもよ
くなる。領域7と8は電極で直結しておいてもよ
い。第6図では、第5図dの場合について示した
が、第5図の他の例の場合も同様である。
In Fig. 5, the electrons are sucked out slowly at the time of cut-off, so the speed at the time of cut-off is slightly lowered, but if the n + regions 8 are provided at a predetermined interval adjacent to the anode as shown in Fig. 6, the electrons can be The flow from the channel also improves. Regions 7 and 8 may be directly connected by electrodes. Although FIG. 6 shows the case of FIG. 5d, the same applies to the other examples of FIG.

サイリスタに要求される性能には、高速、電流
利得大のほかにblocking電圧が大きく、導通時の
holding電圧が小さいということが要求される。
第5図、第6図にくらべてblocking電圧を大きく
するには、ソース領域前面に生ずる電位障壁を高
くすればよいのであるから、第7図に示すよう
に、ソース領域1近傍に非常に抵抗の高いi領域
9を設ければよい。i層の厚さが厚いほど
blocking電圧は高くなるが、あまり厚すぎると、
holding電圧が高くなつてしまう。i層厚さは、
電子、ホールのその領域での拡散長より短くして
おけば、holding電圧の劣化は殆んど現われな
い。第7図は第6図の例についてだけ示したが、
第6図の場合と同様、第5図の他の例についても
同様に適用できる。
In addition to high speed and large current gain, the performance required of a thyristor includes a large blocking voltage, and a high blocking voltage when conducting.
It is required that the holding voltage be small.
In order to increase the blocking voltage compared to FIGS. 5 and 6, it is sufficient to increase the potential barrier generated in front of the source region, so as shown in FIG. It is sufficient to provide a high i region 9. The thicker the i-layer
The blocking voltage will be high, but if it is too thick,
The holding voltage becomes high. The i-layer thickness is
If the length is made shorter than the diffusion length of electrons and holes in that region, there will be almost no deterioration in the holding voltage. Although Figure 7 shows only the example in Figure 6,
Similar to the case of FIG. 6, the same can be applied to other examples of FIG.

第4図乃至第7図でソース1と駆動ゲート2、
固定電位ゲート3とは直接接触する場合が示され
ているが、もちろん分離されていてもよい。導電
型がまつたく反転した構造でもよいことはもちろ
んである。固定電位ゲートと駆動ゲートの切り込
みが殆んど等しい場合を示したが、違つていても
よいことはもちろんである。要するに、チヤンネ
ルにキヤリアを供給するソースを駆動ゲートと固
定電位ゲートの間に介在させ、駆動ゲートを切り
込み領域側面のPn接合、絶縁ゲートのような整
流性電極として形成したユニツトを複数個並列に
配置した構成であればよいのである。
In FIGS. 4 to 7, the source 1 and the driving gate 2,
Although it is shown that it is in direct contact with the fixed potential gate 3, it may of course be separated. Of course, a structure in which the conductivity types are completely reversed may also be used. Although the case where the notches of the fixed potential gate and the drive gate are almost equal is shown, it goes without saying that they may be different. In short, a source that supplies carriers to the channel is interposed between the drive gate and the fixed potential gate, and multiple units are arranged in parallel, with the drive gate formed as a Pn junction on the side of the notch region and a rectifying electrode like an insulated gate. Any configuration is sufficient.

本発明の構造は、従来公知の結晶成長技術、微
細加工技術、選択拡散技術、選択エツチング技術
(ドライ・ケミカル)、イオン打ち込み技術等によ
り製造できる。
The structure of the present invention can be manufactured by conventionally known crystal growth techniques, microfabrication techniques, selective diffusion techniques, selective etching techniques (dry chemicals), ion implantation techniques, and the like.

チヤンネルにキヤリアを供給するソースを、駆
動ゲートと固定電位ゲートの間に介在させ駆動ゲ
ートを切り込み領域により設けたユニツトを複数
個並列に配置した本発明の静電誘導型半導体装置
は、駆動ゲートの静電容量が小さく、チヤンネル
中のキヤリアの蓄積効果が殆んど存在せず、変換
コンダクタンス及び電流利得が大きく、大電流の
高速度スイツチングが行え、その工業的価値はき
わめて高い。
The electrostatic induction type semiconductor device of the present invention has a plurality of units arranged in parallel, in which a source for supplying a carrier to a channel is interposed between a drive gate and a fixed potential gate, and the drive gate is provided by a cut region. It has a small capacitance, almost no carrier accumulation effect in the channel, large conversion conductance and current gain, and can perform high-speed switching of large currents, so its industrial value is extremely high.

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

第1図a,bは従来の分割ゲートBSITの構造
例の平面図、第1図cはa図中A―A′線に沿う
断面構造図、第1図dはb図中B―B′線に沿う断
面構造図、第2図aは従来の分割ゲートBSITの
構造例の平面図、第2図bはa図中A―A′線に
沿う断面図、第3図a乃至cは従来の分割ゲート
SITサイリスタの断面構造例、第4図a及びbは
本発明のBSITの断面構造例、第5図a乃至e、
第6図及び第7図は本発明のSITサイリスタの断
面構造例である。
Figures 1a and b are plan views of conventional split gate BSIT structure examples, Figure 1c is a cross-sectional structural diagram taken along line A-A' in figure a, and Figure 1d is B-B' in figure b. Fig. 2a is a plan view of a conventional split gate BSIT structure example, Fig. 2b is a sectional view taken along line A-A' in Fig. a, and Figs. 3a to c are conventional structure diagrams. dividing gate
Examples of the cross-sectional structure of the SIT thyristor, FIGS. 4a and b are examples of the cross-sectional structure of the BSIT of the present invention, and FIGS.
6 and 7 are examples of the cross-sectional structure of the SIT thyristor of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 高抵抗領域よりなるチヤンネル領域とそれに
接する前記高抵抗領域と同導電型の高不純物密度
領域よりなるドレイン領域を具備し、前記チヤン
ネル領域のドレイン領域とは接しない反対側の主
表面にチヤンネルと同導電型の高不純物密度領域
よりなるソース領域を具備し、前記ソース領域に
接して固定電位ゲート領域となる前記ソース領域
とは反対導電型の高不純物領域を設け、前記固定
電位ゲート領域と接する前記ソース領域の反対側
側面に前記固定ゲート領域と同導電型高不純物密
度領域となる単結晶あるいは多結晶による駆動ゲ
ート領域を切り込み領域の一部に設け、前記駆動
ゲート領域に接してドレイン領域と対向する部分
に絶縁物層を形成し、これら主表面に設置された
前記ソース領域、駆動ゲート領域、固定ゲート領
域及び絶縁物をひとつの単位とし、これらの単位
を多数個並列配置したことを特徴とする静電誘導
トランジスタ。 2 前記固定電位ゲート領域を前記ソース領域と
電極により直結したことを特徴とする前記特許請
求の範囲第1項記載の静電誘導トランジスタ。 3 高抵抗領域よりなるチヤンネル領域とそれに
接する前記高抵抗領域とは反対導電型の高不純物
密度領域よりなるアノード領域を具備し、前記チ
ヤンネル領域の前記アノード領域とは接しない反
対側の主表面に前記チヤンネルと同導電型の高不
純物密度領域よりなるカソード領域を具備し前記
カソード領域に接して固定電位ゲート領域となる
前記カソード領域とは反対導電型の高不純物密度
領域を設け、前記固定電位ゲート領域に接する前
記ソース領域の反対側側面に前記固定電位ゲート
領域と同導電型の高不純物密度領域となる単結晶
あるいは多結晶による駆動ゲート領域を切り込み
領域の一部に設け、前記駆動ゲート領域に接して
アノード領域と対向する部分に絶縁物層を形成
し、これら主表面に設置された前記カソード領
域、駆動ゲート領域、固定ゲート領域及び絶縁物
層をひとつの単位とし、これらの単位を多数個並
列配置したことを特徴とする静電誘導サイリス
タ。 4 前記駆動ゲートを切り込み領域に沿つて設け
た絶縁ゲートとなしたことを特徴とする前記特許
請求の範囲第3項記載の静電誘導サイリスタ。 5 前記アノード領域に直接もしくは間接的に接
触すべく前記カソード領域と同導電型高不純物密
度領域を所定の間隔毎に配置したことを特徴とす
る前記特許請求の範囲第3項又は第4項記載の静
電誘導サイリスタ。 6 前記カソード領域に隣接して、前記駆動ゲー
トと前記固定電位ゲートの間に介在するべく高抵
抗領域を設けたことを特徴とする前記特許請求の
範囲第3項乃至第5項のいずれか1項に記載の静
電誘導サイリスタ。
[Scope of Claims] 1. A channel region comprising a high-resistance region and a drain region in contact with the high-resistance region and a high impurity density region of the same conductivity type, the opposite side of the channel region not being in contact with the drain region. A source region made of a high impurity density region of the same conductivity type as the channel is provided on the main surface of the channel, a high impurity region of a conductivity type opposite to the source region is provided in contact with the source region and serves as a fixed potential gate region; A drive gate region made of single crystal or polycrystal, which is a high impurity density region of the same conductivity type as the fixed gate region, is provided in a part of the cut region on the opposite side surface of the source region in contact with the fixed potential gate region. An insulating layer is formed in a portion facing the drain region in contact with the source region, the driving gate region, the fixed gate region and the insulating material provided on these main surfaces are considered as one unit, and a large number of these units are formed. A static induction transistor characterized by being arranged in parallel. 2. The static induction transistor according to claim 1, wherein the fixed potential gate region is directly connected to the source region by an electrode. 3. A channel region made of a high resistance region and an anode region made of a high impurity density region of a conductivity type opposite to the high resistance region in contact with the channel region, and a main surface of the channel region on the opposite side not in contact with the anode region. A cathode region made of a high impurity density region of the same conductivity type as the channel is provided, and a high impurity density region of the opposite conductivity type to the cathode region is provided in contact with the cathode region to serve as a fixed potential gate region, and the fixed potential gate A drive gate region made of single crystal or polycrystal, which is a high impurity density region of the same conductivity type as the fixed potential gate region, is provided in a part of the notch region on the opposite side surface of the source region that is in contact with the gate region, and An insulating layer is formed in a portion facing the anode region in contact with the anode region, and the cathode region, driving gate region, fixed gate region, and insulating layer provided on these main surfaces are considered as one unit, and a large number of these units are formed. An electrostatic induction thyristor characterized by being arranged in parallel. 4. The electrostatic induction thyristor according to claim 3, wherein the drive gate is an insulated gate provided along the cut region. 5. According to claim 3 or 4, high impurity density regions of the same conductivity type as the cathode region are arranged at predetermined intervals so as to be in direct or indirect contact with the anode region. electrostatic induction thyristor. 6. Any one of claims 3 to 5, characterized in that a high resistance region is provided adjacent to the cathode region and interposed between the drive gate and the fixed potential gate. The electrostatic induction thyristor described in Section.
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US07/640,114 US5175598A (en) 1978-01-06 1991-01-11 Semiconductor switching device
US07/640,082 US5227647A (en) 1978-01-06 1991-01-11 Semiconductor switching device

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