JPS633168Y2 - - Google Patents

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JPS633168Y2
JPS633168Y2 JP1984045545U JP4554584U JPS633168Y2 JP S633168 Y2 JPS633168 Y2 JP S633168Y2 JP 1984045545 U JP1984045545 U JP 1984045545U JP 4554584 U JP4554584 U JP 4554584U JP S633168 Y2 JPS633168 Y2 JP S633168Y2
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layer
gate electrode
main
turn
electrode
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Description

【考案の詳細な説明】 考案は増幅型ゲート構造を有する半導体装置に
係り、特にターンオフ時の性能を改善した半導体
装置を提供しようとするものである。
[Detailed Description of the Invention] The invention relates to a semiconductor device having an amplification type gate structure, and particularly aims to provide a semiconductor device with improved turn-off performance.

一般に増幅型ゲート構造を有する半導体装置
は、主サイリスタと補助サイリスタとが一体化し
て構成され、補助サイリスタ機構によりゲート電
流を増幅し、これによりターンオン時の点弧特性
を改善しようとしたものであるが、この種半導体
装置として第1図に示す如きゲートでターンオフ
可能なゲートターンオフサイリスタ(以後GTO
と略称する)の構造例に関して説明する。
Generally, a semiconductor device with an amplification type gate structure is constructed by integrating a main thyristor and an auxiliary thyristor, and the auxiliary thyristor mechanism amplifies the gate current, thereby improving the ignition characteristics at turn-on. However, as a semiconductor device of this type, a gate turn-off thyristor (hereinafter referred to as a GTO) that can be turned off with a gate as shown in Fig.
An example of the structure of (abbreviated as ) will be explained.

GTOはP1N1P2N24層3接合より成る主サイリ
スタ部とP1N1P2N34層3接合より成る補助サイ
リスタ部とで構成され、A,K及びGは夫々アノ
ード端子、カソード端子及びゲート端子である。
1は主ゲート電極、2及び3は第1の副カソード
電極及び補助ゲート電極で、この補助ゲート電極
3と主ゲート電極1とは図示する如くダイオード
5で電気的に接続され、一方主ゲート電極1と第
1の副カソード電極2も図示する如く接続線を介
して接続される。4はターンオフ用電源でカソー
ド端子Kとゲート端子G間に接続され、図ではタ
ーンオン用の電源は省略してある。
The GTO consists of a main thyristor section consisting of P 1 N 1 P 2 N 2 4-layer 3-junction and an auxiliary thyristor section consisting of P 1 N 1 P 2 N 3 4-layer 3-junction, and A, K and G are anodes respectively. terminal, cathode terminal and gate terminal.
1 is a main gate electrode, 2 and 3 are a first sub-cathode electrode and an auxiliary gate electrode, and the auxiliary gate electrode 3 and the main gate electrode 1 are electrically connected through a diode 5 as shown in the figure, while the main gate electrode 1 and the first sub-cathode electrode 2 are also connected via a connecting line as shown. 4 is a turn-off power supply connected between the cathode terminal K and the gate terminal G, and the turn-on power supply is omitted in the figure.

この様な構造例における動作は、先ず点弧する
場合は図示しないターンオン用電源より補助ゲー
ト電極3に所要の電流を供給する。このゲート電
流はP2層→N3層→主ゲート電極1→P2層→N2
→主カソード電極→図示しないターンオン用電源
の負極端子の経路を介して流れ、この過程で
P1N1P2N3より成る補助サイリスタがターンオン
し、これによりP1N1P2N2より成る主サイリスタ
もターンオンされ所定の負荷電流を供給する様に
なる。これに対してターンオフする場合は、ター
ンオフ用電源よりカソード端子Kを介して主カソ
ード電極に電流を供給する様にする。この電流は
N2層→P2層→主ゲート電極1→ダイオード5→
ターンオフ用電源4の負極端子、及びN2層→P2
層→副カソード電極2→ダイオード5→ターンオ
フ用電源の負極端子の各経路を介して流れ、これ
により主サイリスタ及び補助サイリスタより成る
半導体装置はターンオフする。
In the operation of such a structural example, first, when igniting, a required current is supplied to the auxiliary gate electrode 3 from a turn-on power source (not shown). This gate current flows through the path of the P2 layer → N3 layer → main gate electrode 1 → P2 layer → N2 layer → main cathode electrode → the negative terminal of the turn-on power supply (not shown), and in this process,
The auxiliary thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 3 is turned on, and thereby the main thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 2 is also turned on to supply a predetermined load current. On the other hand, when turning off, a current is supplied to the main cathode electrode from the turn-off power source via the cathode terminal K. This current is
N 2 layer → P 2 layer → Main gate electrode 1 → Diode 5 →
Negative terminal of turn-off power supply 4 and N 2 layer → P 2
It flows through each path of layer → sub cathode electrode 2 → diode 5 → negative terminal of the turn-off power supply, thereby turning off the semiconductor device consisting of the main thyristor and the auxiliary thyristor.

以上が従来のGTOの動作概要であるが、ここ
で問題になるのはターンオフ時の動作である。即
ちN2層→P2層→主ゲート電極1の経路を介して
電流が流れる場合、P2層より主ゲート電極1に
流れる電流をigr、P2層の層抵抗を図示する如く
Rと仮定すると、igr・Rの電圧降下が図示極性
の如く生じ、この電圧降下がP2層−N3層の接合
を順バイアスする様になる。この順バイアスによ
りP1N1P2N3より成る補助サイリスタが点弧して
しまい、負荷電流が補助サイリスタ→主ゲート電
極1→ダイオード5の経路を流れる様になる。従
つてN3層部分に過大電流が流れてこのN3層部分
が破壊するという致命的な欠点がある。
The above is an overview of the operation of the conventional GTO, but the problem here is the operation at turn-off. In other words, when a current flows through the path of N2 layer → P2 layer → main gate electrode 1, the current flowing from the P2 layer to the main gate electrode 1 is assumed to be igr, and the layer resistance of the P2 layer is assumed to be R as shown in the figure. Then, a voltage drop of igr.R occurs as shown in the illustrated polarity, and this voltage drop forward biases the junction of the P2 layer and the N3 layer. This forward bias causes the auxiliary thyristor composed of P 1 N 1 P 2 N 3 to fire, and the load current begins to flow through the path of the auxiliary thyristor → main gate electrode 1 → diode 5. Therefore, there is a fatal drawback in that an excessive current flows through the N3 layer and the N3 layer is destroyed.

本考案はこの点に鑑みて考案されたものであつ
て、新たにN3層の上部に副カソード電極を設け
て、通流方向がこの副カソード電極より主ゲート
電極に流れる様に主ゲート電極→副カソード電極
間にダイオードを挿入することにより、ターンオ
フ時の電流集中による補助サイリスタの極部破壊
を防止した事を特徴とするものである。
The present invention was devised in view of this point, and a sub cathode electrode is newly provided on the upper part of the N3 layer, and the main gate electrode is set so that the current flow direction flows from the sub cathode electrode to the main gate electrode. →By inserting a diode between the auxiliary cathode electrodes, damage to the poles of the auxiliary thyristor due to current concentration during turn-off is prevented.

第2図は本考案による一実施例を示すものであ
つて、第1図と同一のものは同一符号を付してい
る。本実施例においては先ず図示する様にN3
上部に新たに第2の副カソード電極7を設けて、
この副カソード電極7と他方の第1の副カソード
電極2とを図示する如く接続線lを介して電気的
に接続し、さらにP2層上部の主ゲート電極6と
N3層上部の副カソード電極7間に、通流方向が
副カソード電極7より主ゲート電極6へ流れる様
にダイオード8を新たに挿入する。9は素子をタ
ーンオンする為のターンオン用電極でこの電源9
と直列にスイツチ10と電流制限用抵抗11とが
接続される。12は素子のターンオフ時に挿入さ
れるスイツチである。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. In this example, first, as shown in the figure, a second sub-cathode electrode 7 is newly provided on the top of the N3 layer.
This sub-cathode electrode 7 and the other first sub-cathode electrode 2 are electrically connected via a connecting line l as shown in the figure, and further connected to the main gate electrode 6 on the upper part of the P2 layer.
A diode 8 is newly inserted between the sub cathode electrodes 7 on the upper part of the N3 layer so that the current flow direction flows from the sub cathode electrode 7 to the main gate electrode 6. 9 is a turn-on electrode for turning on the element, and this power supply 9
A switch 10 and a current limiting resistor 11 are connected in series. 12 is a switch inserted when the element is turned off.

この様に構成される実施例の動作を述べると、
先ずターンオンする場合は、スイツチ10を投入
すると、ターンオン用電源9→スイツチ10→電
流制限用抵抗11→ゲート端子G→補助ゲート電
極3→P2層→N3層→副カソード電極7→ダイオ
ード8→主ゲート電極6→P2層→N2層→主カソ
ード電極→カソード端子K→ターンオン用電源9
の負極端子の経路を介して所定の電流が流れ、こ
の動作過程でP1N1P2N3より成る補助サイリスタ
が先ず点弧し、次いで副カソード電極7→ダイオ
ード8→主ゲート電極6→P2層→N2層へと電流
が流れることによりP1N1P2N2より成る主サイリ
スタが点弧して所定の負荷電流を供給するもので
ある。
To describe the operation of the embodiment configured in this way,
First, when turning on the switch 10, turn on power supply 9 → switch 10 → current limiting resistor 11 → gate terminal G → auxiliary gate electrode 3 → P 2 layer → N 3 layer → sub cathode electrode 7 → diode 8 → Main gate electrode 6 → P 2 layer → N 2 layer → Main cathode electrode → Cathode terminal K → Turn-on power supply 9
A predetermined current flows through the path of the negative terminal of , and in this operation process, the auxiliary thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 3 is first fired, and then the sub cathode electrode 7 → diode 8 → main gate electrode 6 → When current flows from the P 2 layer to the N 2 layer, the main thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 2 is fired to supply a predetermined load current.

これに対してGTOをOFFする場合は、先ずス
イツチ12を投入してターンオフ用電源4により
N2P2層接合を逆バイアスする。即ちスイツチ1
2が投入されるとカソード端子K→主カソード電
極→N2層→P2層→主ゲート電極6→ダイオード
5→ゲート端子G→ターンオフ用電源4の負極端
子、及びカソード端子K→主カソード電極→N2
層→P2層→副カソード電極2→接続線l→ダイ
オード5→ゲート端子G→スイツチ12→ターン
オフ用電源4の負極端子の各経路を介して所定の
電流が流れる。この動作過程でP1N1P2N2より成
る主サイリスタは急速にOFFに転じられ負荷電
流を遮断するものである。このターンオフ過程で
注目すべき点は、本実施例に於ては従来装置にみ
られる様な、過電流による補助サイリスタのN3
層部分の局部破壊を完全に防止できる点である。
即ちP2層の上部には主ゲート電極6を設け、し
かもN3層の上部には第2の副カソード電極を設
ける事により、ターンオフ時にN2層→P2層→主
ゲート電極6を介してターンオフ用電源4側へ流
れる電流は、主ゲート電極6と第2の副カソード
電極7とを接続するダイオード8を逆バイアス
し、これによつてターンオフ時の電流は、N3
を通さずに全て主ゲート電極6を通して流れる様
になる。従つてターンオフ過程に於ては
P1N1P2N3より成る補助サイリスタは動作には一
切関与せずに、補助サイリスタの再点弧は完全に
防止できるものである。
On the other hand, when turning off the GTO, first turn on the switch 12 and turn off the turn-off power supply 4.
Reverse bias the N 2 P two- layer junction. That is, switch 1
2 is turned on, cathode terminal K → main cathode electrode → N 2 layer → P 2 layer → main gate electrode 6 → diode 5 → gate terminal G → negative terminal of turn-off power supply 4, and cathode terminal K → main cathode electrode →N 2
A predetermined current flows through each path of layer→ P2 layer→sub cathode electrode 2→connection line 1→diode 5→gate terminal G→switch 12→negative terminal of turn-off power source 4. During this operation process, the main thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 2 is rapidly turned off, cutting off the load current. What should be noted in this turn-off process is that in this embodiment, the N3 of the auxiliary thyristor due to overcurrent, as seen in conventional devices, is
The point is that local destruction of the layer portion can be completely prevented.
That is, by providing the main gate electrode 6 on the top of the P 2 layer and the second sub-cathode electrode on the top of the N 3 layer, the connection between the N 2 layer → P 2 layer → main gate electrode 6 during turn-off is achieved. The current flowing to the turn-off power supply 4 side reverse biases the diode 8 connecting the main gate electrode 6 and the second sub-cathode electrode 7, so that the current at turn-off does not pass through the N3 layer. All of the current flows through the main gate electrode 6. Therefore, in the turn-off process,
The auxiliary thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 3 does not take any part in the operation, and re-ignition of the auxiliary thyristor can be completely prevented.

なお本実施例に於ては増幅型ゲート構造を有す
る一般的なGTOに関して述べたが、何もこの様
な実施例以外に例えばセンターゲート構造或いは
サイドゲート構造、さらにはゲート電極がカソー
ド部と互に入り組んだ櫛型構造の如き半導体装置
に適用できるものは申す迄もない。
Although this embodiment has been described with respect to a general GTO having an amplification type gate structure, there are no cases other than such embodiments, such as a center gate structure or a side gate structure, and furthermore, a case where the gate electrode is mutually connected to the cathode part. It goes without saying that this method can be applied to semiconductor devices having intricate comb-shaped structures.

以上の様に本考案に於ては、比較的単純化され
た構造で主素子のターンオフ時に補助サイリスタ
素子の再点弧を完全に防止し、しかも補助サイリ
スタ素子のN3層部分の局部破壊を完全に防止で
きる様にしたものであるから、増幅型ゲート構造
を有する半導体装置のターンオフ時の性能を一段
と向上でき、さらにコスト的に有利なものが提供
できるものである。
As described above, the present invention has a relatively simple structure that completely prevents the auxiliary thyristor element from restriking when the main element is turned off, and also prevents local destruction of the N3 layer portion of the auxiliary thyristor element. Since this can be completely prevented, it is possible to further improve the turn-off performance of a semiconductor device having an amplification type gate structure, and it is also possible to provide a device that is advantageous in terms of cost.

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

第1図は増幅型ゲート構造を有する従来装置の
半載断面図、第2図は本考案による一実施例を示
す半導体装置の半載断面図。 1,6……主ゲート電極、2,7……第1およ
び第2の副カソード電極、3……補助ゲート電
極、5,8……ダイオード、4……ターンオフ用
電源、9……ターンオン用電源、10,12……
スイツチ、11……電流制限用抵抗、G……ゲー
ト端子、K……カソード端子、A……アノード端
子。
FIG. 1 is a half-mounted sectional view of a conventional device having an amplification type gate structure, and FIG. 2 is a half-mounted sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention. 1, 6... Main gate electrode, 2, 7... First and second sub cathode electrodes, 3... Auxiliary gate electrode, 5, 8... Diode, 4... Power supply for turn-off, 9... For turn-on Power supply, 10, 12...
Switch, 11... Current limiting resistor, G... Gate terminal, K... Cathode terminal, A... Anode terminal.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) P1N1P2N24層3接合より成る主サイリスタ
と、P1N1P2N34層3接合より成る補助サイリ
スタとを一体化して形成し、オンゲート電流に
より補助サイリスタを点弧しゲート電流増幅後
に主サイリスタを導通させ、オフゲート電流に
より消弧するようにしたものに於て、N2層の
上部に主カソード電極を、N2層周縁部のP2
の上部に主ゲート電極と第1の副カソード電極
を、N3層の上部に第2の副カソード電極を、
N3層周縁部のP2層の上部に補助ゲート電極を
それぞれ設け、前記主ゲート電極と前記第2の
副カソード電極間に通流方向が第2の副カソー
ド電極より主ゲート電極の極性とした第1のダ
イオードを接続すると共に、前記主ゲート電極
と前記補助ゲート電極間に通流方向が主ゲート
電極より補助ゲート電極の極性とした第2のダ
イオードを接続して、且つ前記第1のダイオー
ドと前記第2のダイオードとを接続する接続点
と、前記第1の副カソード電極とを接続線を介
して接続して構成したことを特徴とする半導体
装置。 (2) 上記主ゲート電極をターンオフ用のゲート端
子に、上記補助ゲート電極をターンオン用のゲ
ート端子とした実用新案登録請求の範囲第1項
記載の半導体装置。
[Claims for Utility Model Registration] (1) A main thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 2 4-layer 3-junction and an auxiliary thyristor consisting of P 1 N 1 P 2 N 3 4-layer 3-junction are integrated. The auxiliary thyristor is ignited by the on-gate current, the main thyristor is made conductive after the gate current is amplified, and the main thyristor is turned off by the off - gate current. A main gate electrode and a first sub-cathode electrode are placed on top of the P2 layer at the periphery, a second sub-cathode electrode is placed on top of the N3 layer,
An auxiliary gate electrode is provided on the upper part of the P 2 layer at the periphery of the N 3 layer, and the direction of flow between the main gate electrode and the second sub cathode electrode is set so that the polarity of the main gate electrode is higher than that of the second sub cathode electrode. A first diode is connected between the main gate electrode and the auxiliary gate electrode, and a second diode is connected between the main gate electrode and the auxiliary gate electrode so that the direction of current flow is more polarized than the main gate electrode. A semiconductor device characterized in that a connection point connecting a diode and the second diode is connected to the first sub-cathode electrode via a connection line. (2) The semiconductor device according to claim 1, wherein the main gate electrode is a turn-off gate terminal, and the auxiliary gate electrode is a turn-on gate terminal.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS4938637U (en) * 1972-07-10 1974-04-05

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS4938637U (en) * 1972-07-10 1974-04-05

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