KR19990084738A - Triac element - Google Patents
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Abstract
본 발명의 트라이악 소자는, 온 상태 전류 특성을 얻을 수 있는 케소드 면적 범위하에서 가능한한 게이트 영역과 일측 사이리스터의 케소드가 서로 겹치지 않도록 구성한 것으로서, 코너 게이트형의 경우에도 타 특성의 감소없이 온 상태하에서 제 2 전극에 음의 바이어스 인가시 횡방향의 전압강하 성분을 제거함으로써 온 상태 전압 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The triac element of the present invention is configured so that the gate region and the cathode of one side thyristor do not overlap with each other as much as possible within the cathode area to obtain the on-state current characteristics. When the negative bias is applied to the second electrode under the state, the on-state voltage characteristic can be improved by removing the transverse voltage drop component.
Description
본 발명은 양방향 스위칭 소자에 관한 것으로서, 특히 트라이악(triac) 소자에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to bidirectional switching devices, and more particularly to triac devices.
상기 트라이악(triac)소자는 PNPN 사이리스터가 역병렬로 연결된 양방향 소자로서, 인가전압에 따라 동작모드가 다르게 나타나며, 각각의 동작모드에서의 특성이 균일성을 갖도록 설계 및 제작되어야 한다.The triac device is a bidirectional device in which PNPN thyristors are connected in parallel with each other, and the operation mode is different depending on the applied voltage, and the triac device should be designed and manufactured to have uniform characteristics in each operation mode.
특히 온(on) 상태 전압(VTM) 특성은 트라이악 소자가 사용되는 시스템의 전력효율을 결정하기 때문에 이 온 상태전압 특성을 가능한한 감소시킴은 물론, 양 전극의 바이어스 상태에 따라 양방향이 유사한 온 상태전압특성을 갖도록 해야 하며, 이를 위해서는 역병렬된 양 사이리스터의 케소드 및 애노드가 평면적으로 동일하게 대칭이 되도록 설계되어야 한다.In particular, the on-state voltage (V TM ) characteristic determines the power efficiency of the system in which the triac device is used, and thus reduces the on-state voltage characteristic as much as possible, and similar in both directions depending on the bias state of both electrodes. It should be designed to have on-state voltage characteristics, and for this purpose, the cathode and anode of anti-parallel parallel thyristor should be designed to be equally symmetric in plane.
그런데 종래의 코너 게이트형(corner gate type) 트라이악 소자의 경우, 도 1a 및 도 1b 에 도시한 바와 같이 제 1 도전형으로서 예를들어 n형 기판인 제 1 반도체층(1)의 상,하양면에 형성된 제 2 도전형의 p형의 제 2, 제 3 반도체층(3,4)과, 제 2 도전형의 소자분리영역(2)과, 상기 제 2 반도체층(3) 내에 서로 일정 간격 이격되도록 형성된 제 1 전도형의 제 4 및 제 5 반도체층(5,6)과, 상기 제 3 반도체층 내에 형성된 제 6 반도체층(7)과, 상기 제 2 반도체층(3) 및 상기 제 5 반도체층(6)과 일대일로 접하도록 형성된 각각의 제 1 전극(10)과, 상기 제 3 반도체층(5) 및 제 2 반도체층(3)과 모두 접하도록 형성된 게이트 전극(9)과, 상기 제 6 반도체층(7)을 포함하는 제 3 반도체층(4)과 접하도록 형성된 제 2 전극(11)으로 구성되어, 온(on) 상태 동작시 상기 제 2 전극(11)에 양(+)의 바이어스가 인가되면 캐소드인 제 6 반도체층(7)과 애노드인 제 2 반도체층(3)이 평면상 대칭적으로 형성되어 있기 때문에 전류흐름이 효율적인 반면, 상기 제 2 전극(11)에 음(-)의 바이어스가 인가되는 경우에는 캐소드인 제 5 반도체층(6)과 애노드인 제 3 반도체층(4)이 비대칭적으로 형성되어 있어서 도 1c 에 도시한 바와 같이 횡방향으로 전류 흐름이 발생되는 영역이 존재하게 되어 전압강하값이 증가됨으로써 전력 소모가 증가하게 되는 문제점이 있다.However, in the case of a conventional corner gate type triac device, as illustrated in FIGS. 1A and 1B, the upper and lower sides of the first semiconductor layer 1, which is, for example, an n-type substrate as the first conductivity type, are illustrated. P-type second and third semiconductor layers 3 and 4 of the second conductivity type formed on both surfaces, a device isolation region 2 of the second conductivity type, and a predetermined distance from each other in the second semiconductor layer 3 The fourth and fifth semiconductor layers 5 and 6 of the first conductivity type formed to be spaced apart, the sixth semiconductor layer 7 formed in the third semiconductor layer, the second semiconductor layer 3 and the fifth Each of the first electrodes 10 formed in one-to-one contact with the semiconductor layer 6, the gate electrodes 9 formed in contact with both the third semiconductor layer 5 and the second semiconductor layer 3, and The second electrode 11 is formed to be in contact with the third semiconductor layer 4 including the sixth semiconductor layer 7, and is positive to the second electrode 11 in an on state operation. Bye When the current is applied, the current flow is efficient because the cathode sixth semiconductor layer 7 and the anode second semiconductor layer 3 are formed symmetrically in plan view, while negative (−) is applied to the second electrode 11. When a bias is applied, the fifth semiconductor layer 6, which is a cathode, and the third semiconductor layer 4, which is an anode are formed asymmetrically, and as shown in FIG. There is a problem that the power consumption is increased by the increase in the voltage drop value.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 양사이리스터의 캐소드 및 애노드를 모두 평면적으로 대칭시킴으로써 전압강하를 최소화할 수 있는 트라이악(triac)소자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a triac device capable of minimizing a voltage drop by planarly symmetrical both the cathode and the anode of both thyristors in order to solve the problems of the prior art as described above.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 트라이악(triac) 소자는, 제 1 도전형의 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층의 상하 양면에 형성된 제 2 도전형의 제 2, 제 3 반도체층과, 상기 제 2 반도체층 내에 서로 일정간격 이격되도록 형성된 제 1 도전형의 제 4, 제 5 반도체층과, 상기 제 3 반도체층 내에 형성된 제 1 도전형의 제 6 반도체층과, 상기 제 5 반도체층 및 제 2 반도체층의 일부영역과 접하도록 형성된 게이트 전극과, 상기 제 2 반도체층 및 제 5 반도체층과 각각 접하도록 형성된 제 1 전극과, 상기 제 6 반도체층을 포함하는 제 3 반도체층과 접하도록 형성된 제 2 전극을 구비하는 트라이악(triac) 소자에 있어서, 상기 제 6 반도체층은 상기 제 2 반도체층의 일부영역과 마주보되 동일 수직선을 중심으로 제 4, 제 5 반도체층의 맞은편에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a triac device of the present invention includes a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second and third semiconductor layer of a second conductivity type formed on both upper and lower surfaces of the first semiconductor layer. And fourth and fifth semiconductor layers of a first conductivity type formed in the second semiconductor layer to be spaced apart from each other by a predetermined distance, a sixth semiconductor layer of a first conductivity type formed in the third semiconductor layer, and the fifth semiconductor layer. A gate electrode formed to contact the partial region of the layer and the second semiconductor layer, a first electrode formed to contact the second semiconductor layer and the fifth semiconductor layer, and a third semiconductor layer including the sixth semiconductor layer; In a triac device having a second electrode formed to be in contact with each other, the sixth semiconductor layer is opposite to the fourth and fifth semiconductor layers facing the partial region of the second semiconductor layer and centered on the same vertical line. Configured to be located at It is characterized by.
도 1a 는 종래 기술에 의한 트라이악(triac) 소자의 평면 구조를 도시한 것이고,Figure 1a shows a planar structure of a triac device according to the prior art,
도 1b 는 도 1a 의 트라이악(triac) 소자의 수직단면 구조를 도시한 것이며,FIG. 1B illustrates a vertical cross-sectional structure of the triac device of FIG. 1A;
도 1c 는 도 1a 의 트라이악(triac) 소자 내에서의 전류의 흐름을 도시한 것이며,FIG. 1C illustrates the flow of current within the triac device of FIG. 1A, and FIG.
도 2a 는 본 발명에 의한 트라이악(triac) 소자의 평면 구조를 도시한 것이고,Figure 2a shows a planar structure of a triac device according to the present invention,
도 2b 는 도 2a 의 트라이악(triac) 소자의 수직단면 구조를 도시한 것이다.FIG. 2B illustrates a vertical cross-sectional structure of the triac device of FIG. 2A.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
21 : 제 1 반도체층 22 : 소자분리영역21: first semiconductor layer 22: device isolation region
23 : 제 2 반도체층 24 : 제 3 반도체층23: second semiconductor layer 24: third semiconductor layer
25 : 제 4 반도체층 26 : 제 5 반도체층25: fourth semiconductor layer 26: fifth semiconductor layer
27 : 제 6 반도체층 28 : 제 7 반도체층27: sixth semiconductor layer 28: seventh semiconductor layer
29 : 게이트 전극 30 : 제 1 전극29 gate electrode 30 first electrode
31 : 제 2 전극31: second electrode
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명의 트라이악(triac) 소자는, 코너 게이트형으로서 도 2a 및 도 2b 에 도시한 바와 같이 온 상태 전류 특성을 얻을 수 있는 케소드 면적 범위하에서 가능한 한 게이트 영역과 도면상 좌측에 위치하는 제 1 사이리스터의 케소드인 제 6 반도체층(27)이 서로 겹치지 않도록한 것으로, 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.The triac device of the present invention is a corner gate type, and is formed in the gate region and on the left side of the drawing as much as possible in the cathode area range to obtain the on-state current characteristics as shown in FIGS. 2A and 2B. The sixth semiconductor layer 27, which is a cathode of the first thyristor, is not overlapped with each other. The structure thereof is as follows.
본 발명의 트라이악(triac) 소자는, 제 1 도전형인 n형의 제 1 반도체층(21)의 상, 하 양면에서 제 2 도전형인 p형의 불순물을 장시간 국부적으로 확산시켜 형성된 소자분리영역(22)과, 상기 제 1 반도체층(21) 상부 내에 제 2 도전형의 불순물을 확산시켜 형성된 제 2 반도체층(23)과, 상기 제 1 반도체층(21) 하부 내에 제 2 도전형의 불순물을 확산시켜 형성된 제 3 반도체층(24)과, 상기 제 2 반도체층(23) 내에 제 1 도전형의 불순물을 서로 일정 간격 이격되도록 국부적으로 확산시켜 형성된 제 4 및 제 5 반도체층(25,26)과, 상기 제 4 및 제 5 반도체층(25,26)과 동일 수직선상에서 겹치지 않고 도면상 상기 제 4 반도체층(25)의 반대편인 좌측에 위치하도록 상기 제 3 반도체층(24) 내에 제 1 도전형의 불순물을 확산시켜 형성된 제 6 반도체층(27)과, 상기 제 2 반도체층(23) 및 인접하는 제 5 반도체층(26)의 일부영역과 접하도록 형성된 게이트 전극(29)과, 상기 제 2 반도체층(23) 및 제 5 반도체층(26)과 각각 일대일로 접하도록 형성된 제 1 전극(30)과, 상기 제 6 반도체층(27)을 포함하는 제 3 반도체층(24)과 접하도록 형성된 제 2 전극(31)을 포함하여 구성되며, 미설명부호 28은 상기 게이트 전극(29)과 접하는 제 2 반도체층(23)의 일부분을 p형게이트 영역으로서 구분하기 위한 제 7 반도체층이다.The triac device of the present invention is a device isolation region formed by locally diffusing a p-type impurity of a second conductivity type on both the upper and lower surfaces of an n-type first semiconductor layer 21 of a first conductivity type for a long time. 22), a second semiconductor layer 23 formed by diffusing a second conductivity type impurity in the upper portion of the first semiconductor layer 21, and a second conductivity type impurity in the lower portion of the first semiconductor layer 21. Third and fourth semiconductor layers 25 and 26 formed by diffusion and locally diffused impurities of the first conductivity type in the second semiconductor layer 23 so as to be spaced apart from each other by a predetermined interval. And a first conductivity in the third semiconductor layer 24 so as not to overlap on the same vertical line as the fourth and fifth semiconductor layers 25 and 26 and to be located on the left side opposite to the fourth semiconductor layer 25 in the drawing. The sixth semiconductor layer 27 formed by diffusing the impurities of the type, the second semiconductor layer 23 and the phosphorus A gate electrode 29 formed in contact with a portion of the fifth semiconductor layer 26 in contact with each other, and a first electrode 30 formed in one-to-one contact with the second semiconductor layer 23 and the fifth semiconductor layer 26, respectively. ), And a second electrode 31 formed to contact the third semiconductor layer 24 including the sixth semiconductor layer 27, and reference numeral 28 not to contact the gate electrode 29. A seventh semiconductor layer for dividing a part of the second semiconductor layer 23 as a p-type gate region.
상기 본 발명의 구조에서는 도면상 좌측에 위치하는 제 1 사이리스터와 우측에 위치하는 제 2 사이리스터의 애노드와 케소드가 평면적으로 대칭되므로, 온 상태하에서 동작시 상기 제 2 전극에 음의 바이어스를 인가하여도 종래의 캐리어 주입에 의한 횡방향 전압강하를 감소시킬 수 있다.In the structure of the present invention, since the anode and the cathode of the first thyristor positioned on the left side and the second thyristor positioned on the right side are symmetrically planarized, a negative bias is applied to the second electrode when operating in the on state. Also, the lateral voltage drop due to the conventional carrier injection can be reduced.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 타 특성의 감소없이 온 상태하에서 제 2 전극에 음의 바이어스를 인가한 경우에도 횡방향의 전압강하 성분을 제거함으로써 온 상태 전압 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, even when a negative bias is applied to the second electrode under the on-state without decreasing other characteristics, the on-state voltage characteristic can be improved by removing the voltage drop component in the lateral direction.
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