SE468731B - WEAKLY TYRISTOR SYSTEM - Google Patents
WEAKLY TYRISTOR SYSTEMInfo
- Publication number
- SE468731B SE468731B SE9102189A SE9102189A SE468731B SE 468731 B SE468731 B SE 468731B SE 9102189 A SE9102189 A SE 9102189A SE 9102189 A SE9102189 A SE 9102189A SE 468731 B SE468731 B SE 468731B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- thyristor
- layer
- extinguishable
- semiconductor body
- area
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 34
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 18
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 208000031513 cyst Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/7404—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic 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
- H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic 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
- H03K17/72—Electronic 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 having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
- H03K17/73—Electronic 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 having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for dc voltages or currents
- H03K17/732—Measures for enabling turn-off
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Thyristors (AREA)
Description
;f Ü V7? 4(;u / .-....\. emitterövergàngar kortsluts med hjälp av en med tyristorn integrerad MOS-fälsteffekttransistor. På grund av att släck- transistorn är integrerad med tyristorn är det inte möjligt att optimera utformingen av tyristorn och av släcktransis- torn oberoende av varandra. Vidare är det svårt att vid hög strömtäthet undvika parasiteffekter, som omöjliggör släck- ning på avsett sätt. ; f Ü V7? 4 (; u / .-.... \. emitter transitions are short-circuited using one with the thyristor integrated MOS drop power transistor. Due to the fact that the the transistor is integrated with the thyristor, it is not possible to optimize the design of the thyristor and of the extinguishing towers independently. Furthermore, it is difficult to at high current density to avoid parasitic effects, which make extinguishing impossible in the intended manner.
REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att àstadkomma ett system av inlednings- vis angivet slag, - vilket kräver làg styreffekt, såväl för tändning som för släckning, - vilket kan föra belastningsström med lågt ledspännings- fall och därmed små ledförluster, - vilket kan arbeta vid höga spänningar, - vid vilket parasiteffekter undviks, varigenom komponen- ten kan tillåtas arbeta vid höga strömtätheter, samt - vid vilket tyristorstrukturens utformning kan optimeras oberoende av släcktransistorn.DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention aims to provide a system of initial show specified stroke, - which requires low control power, both for ignition and for extinguishing, - which can carry load current with low joint voltage cases and thus small joint losses, - which can work at high voltages, - in which parasitic effects are avoided, whereby the components can be allowed to operate at high current densities, and - at which the design of the thyristor structure can be optimized independent of the extinguishing transistor.
Vad som kännetecknar ett tyristorsystem enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.What characterizes a thyristor system according to the invention appears from the appended claims.
FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i an- slutning till bifogade figurer 1-5. Fig 1 visar ett princip- schema för ett system enligt uppfinningen. Fig 2a visar ett snitt genom en del av den halvledarkropp där de i systemet ingående bipolära transistor- och tyristorstrukturerna samt ' MOS-transistorerna för tändning är utbildade. Fig 2b visar, sett från katodsidan, emitter- och basskikt hos en av de i ' systemet ingående tyristormodulerna, samt vissa av de i sys- temet ingående och på halvledarkroppen anbringade styr- och kontaktskikten. Fig 3 visar hur vid en utföringsform den separata halvledarkropp, i vilken systemets släcktransistor 468 73? är utbildad, är anordnad på den halvledarkropp, i vilken systemets övriga transistorstrukturer samt tyristorstruktu- rerna är utbildade, men skild från sistnämnda halvledarkropp av ett elektriskt isolerande skikt.DESCRIPTION OF FIGURES The invention will be described in more detail below with reference to conclusion to attached figures 1-5. Fig. 1 shows a principle diagram for a system according to the invention. Fig. 2a shows a section through a part of the semiconductor body where they are in the system constituent bipolar transistor and thyristor structures and ' The ignition MOS transistors are trained. Fig. 2b shows, seen from the cathode side, emitter and base layers of one of the the thyristor modules included in the system, as well as some of the system included and on the semiconductor body mounted control and the contact layers. Fig. 3 shows how in one embodiment it separate semiconductor body, in which the extinguishing transistor of the system 468 73? is trained, is arranged on the semiconductor body, in which other transistor structures of the system and thyristor structures are trained, but separate from the latter semiconductor body of an electrically insulating layer.
BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Fig 1 visar ett principschema över en utföringsform av ett system enligt uppfinningen. Det innefattar en första halv- ledarkropp H1, i vilken ett flertal moduler TMl, TM2, TM3 etc är anordnade, samt en andra halvledarkropp H2, i vilken en MOS-fälteffekttransistor MN2 för släckning av komponenten är utbildad. Halvledarkropparna utgörs av kisel. Transistorn MN2 kan exempelvis vara utförd i s k SOS-teknik (SOS = Sili- con On Sapphire).DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Fig. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of a systems according to the invention. It includes a first half- conductor body H1, in which a plurality of modules TM1, TM2, TM3 etc. are provided, as well as a second semiconductor body H2, in which a MOS field effect transistor MN2 for switching off the component is educated. The semiconductor bodies are made of silicon. Transistor MN2 can, for example, be made in so-called SOS technology (SOS = con On Sapphire).
Systemet har en anodanslutning A och en katodanslutning C.The system has an anode connection A and a cathode connection C.
Báda dessa anslutningar är förbundna med alla modulerna.Both of these connections are connected to all the modules.
Släcktransistorn M2 är ansluten mellan katodanslutningen C och en ledare B, vilken utgör en lágresistiv förbindelse till alla modulerna. Transistorns styre är anordnat för tillförande av en styrsignal Goff för släckning av systemet.The extinguishing transistor M2 is connected between the cathode connection C and a conductor B, which is a low resistive connection to all modules. The control of the transistor is arranged for supply of a control signal Goff for switching off the system.
En ledare D utgör en förbindelse till alla modulerna för tillförande av en tändsignal Gon.A conductor D forms a connection to all the modules for supply of an ignition signal Gon.
Modulerna är sinsemellan identiska. Varje modul innehåller en bipolär transistorstruktur QPO av PNP-typ mellan syste- mets anod- och katodanslutningar. Tvá bipolära transistor- strukturer, en PNP-transistor QPl och en NPN-transistor QNl, är kopplade till varandra sá att de pà känt sätt utgör en tyristorstruktur, vilken i serie med ett motstánd Rn ligger inkopplad mellan systemets anod- och katodanslutningar. En MOS-fälteffekttransistor MNl för tändning av tyristorstruk- turen är i serie med motstànd RD och Rs inkopplad mellan tyristorstrukturens anodsidiga basskikt och dess katodsidiga emitterskikt. Transistorns styre är anslutet till ledaren D för tillförande av tändsignalen Gon. Ledaren B är via ett motstånd Rpl ansluten till tyristorstrukturens katodsidiga C "7?4 4- Ö /\J1 C,|\ basskikt, vilket med hjälp av transistorn M2 kan förbindas med katodanslutningen C för shuntning av tyristorstrukturens katodsidiga emitterövergång för släckning av systemet.The modules are identical to each other. Each module contains a PNP-type bipolar transistor structure QPO between systems met anode and cathode connections. Two bipolar transistors structures, a PNP transistor QP1 and an NPN transistor QN1, are connected to each other so that they in a known manner constitute one thyristor structure, which is in series with a resistor Rn connected between the system's anode and cathode connections. One MOS field effect transistor MN1 for ignition of thyristor structures the tour is in series with resistors RD and Rs connected between the anode-side base layer of the thyristor structure and its cathode-side emitter layer. The control of the transistor is connected to the conductor D. for supplying the ignition signal Gon. The conductor B is via one resistor Rpl connected to the cathode side of the thyristor structure C "7? 4 4- Ö / \ J1 C, | \ base layer, which can be connected by means of the transistor M2 with the cathode connection C for shunting the thyristor structure cathode-side emitter junction for extinguishing the system.
Transistorerna M1 och MN2 är N-kanaltransistorer av anrik- ningstyp (normalt oledande).Transistors M1 and MN2 are N-channel transistors of enriched type (normally non-conductive).
Fig 2a visar en av modulerna TMl etc i form av ett snitt genom halvledarkroppen H1. Närmast sin i figuren undre yta har denna ett kraftigt P-dopat skikt 1, vilket utgör tran- sistorns QPO emitter och tyristorstrukturernas anodsidiga emitter. Närmast detta skikt finns ett N-dopat skikt 2 och ett svagare N-dopat skikt 3 vilket senare utgör tyristor- strukturernas anodsidiga basskikt och transistorns QPO bas- skikt. Skiktet 2 hindrar genom sin kraftigare dopning det spärrskikt som vid blockspänning över systemet (anoden posi- tiv i förhållande till katoden) utbildas vid övergången mel- lan skikten 3 och 4-4a från att nå anodemitterskiktet 1. De nu nämnda skikten är gemensamma för samtliga moduler.Fig. 2a shows one of the modules TM1 etc in the form of a section through the semiconductor body H1. Closest to its lower surface in the figure this has a strongly P-doped layer 1, which constitutes the QPO emitter of the sistor and the anode side of the thyristor structures emitter. Closest to this layer is an N-doped layer 2 and a weaker N-doped layer 3 which later forms the thyristor the anode-side base layer of the structures and the QPO base of the transistor layer. Layer 2 prevents it by its stronger doping barrier layer as in block voltage across the system (anode positioned relative to the cathode) is formed at the transition between layers 3 and 4-4a from reaching the anode emitter layer 1. De the now mentioned layers are common to all modules.
Ett likaså för alla modulerna gemensamt kollektorskikt 4, 5, 6 är anordnat närmast halvledarkroppens motsatta yta. Detta skikt utgörs av två P-dopade skikt 4 och 5 samt ett krafti- gare P-dopat skikt 6, och det utgör transistorns QPO kollek- torskikt.A collector layer 4, 5, also common to all modules 6 is arranged closest to the opposite surface of the semiconductor body. This layer consists of two P-doped layers 4 and 5 and a strong P-doped layer 6, and it constitutes the collector QPO of the transistor. cod layer.
Varje modul har ett i en öppning i kollektorskiktet anordnat kraftigt N-dopat individuellt tyristoremitterskikt 7. Detta skikt är anordnat i ett P-dopat skikt 4a, 5a som utgör tyristorstrukturens katodsidiga basskikt. För ledarens B kontaktering av detta skikt är det närmast halvledarkroppens yta försett med ett kraftigt P-dopat område 6a. Skiktets 4a i figurens högra del invid kroppens yta utgör kanalområdet hos transistorn MNl, vars source-område utgörs av det med tyristoremitterområdet 7 förbundna N-dopade området 8 och vars drainomráde utgörs av basskiktet 3. Resistansen i bas- skiktet 3 bildar det i fig 1 visade motståndet RD. 468 751 Mellan området 7 och kanalområdet sträcker sig ett tunt och svagare N-dopat område 8. Resistansen hos detta område utgör det i figur 1 visade motståndet Rs. _ Området 4a är vid sin i figuren vänstra del förbunden med skiktet 4 med hjälp av en brygga 40 av P-ledande material.Each module has one arranged in an opening in the collector layer heavily N-doped individual thyristor emitter layer 7. This layer is arranged in a P-doped layer 4a, 5a which constitutes the cathode-side base layer of the thyristor structure. For leader B contacting this layer is closest to that of the semiconductor body surface provided with a strongly P-doped area 6a. Layer 4a in the right part of the figure next to the surface of the body constitutes the channel area of the transistor MN1, the source region of which is that of thyristor emitter region 7 connected N-doped region 8 and whose drain area consists of the base layer 3. The resistance in the base layer layer 3 forms the resistor RD shown in Fig. 1. 468 751 Between the area 7 and the channel area extends a thin and weaker N-doped region 8. The resistance of this region is the resistor Rs shown in Figure 1. _ The area 4a is connected to its left part in the figure layer 4 by means of a bridge 40 of P-conducting material.
Härigenom erhålles en partiell överbryggning av tyristor- strukturens emitterövergång (kortsluten emitter) och därmed dels på känt sätt en ökning av tyristorns dU/dt-tålighet och dels i viss grad ett underlättande av tyristorstrukturens släckning. Genom lämpligt val av bryggans 40 dimensioner och ledningsförmåga kan den partiella överbryggningen av emit- terövergángen ges önskad grad av effektivitet. Bryggan kan sträcka sig utefter större eller mindre del av områdets 4a rand, men bryggan får dock inte sträcka sig in i området för transistorn MNl.This results in a partial bridging of the thyristor the emitter junction of the structure (short-circuited emitter) and thus partly in a known manner an increase of the thyristor's dU / dt resistance and partly to a certain extent a facilitation of the thyristor structure quenching. By appropriate choice of the bridge's 40 dimensions and conductivity, the partial bridging of the emitter the transition is given the desired degree of efficiency. The bridge can extend along a larger or smaller part of the area 4a rand, but the bridge must not extend into the area for transistor MNl.
Ett skikt 20 av polykisel utgör styre för transistorn MN1 och är skilt från halvledarkroppen av ett tunt kiseldioxid- skikt. Skiktet 20 är som schematiskt visat i figuren förbun- det med ett ledarmönster 21 av polykisel (polykristallint kisel) som, eventuellt i kombination med ett metallmönster, utgör ledaren D.A layer 20 of polysilicon forms the gate of the transistor MN1 and is separate from the semiconductor body of a thin silica layer. The layer 20 is, as schematically shown in the figure, connected it with a conductor pattern 21 of polysilicon (polycrystalline silicon) which, possibly in combination with a metal pattern, constitutes the leader D.
På halvledarkroppens yta är ett kiseldioxidskikt 13 anordnat och försett med öppningar för kontaktering av kroppens olika områden samt av polykiselskikten. Ett metallskikt 12 kontak- terar transistorns QPO kollektorskikt 6. Ett ytterligare metallskikt 15 kontakterar tyristorstrukturens emitteromràde 7 och den närmast transistorn MNl belägna delen av samma kollektorskikt. Ett gap mellan metallskikten 12 och 15 ovan- för oxidskiktet l3a gör att strömmen från tyristorstrukturen till katodkontakten måste genomflyta området 6, vars under gapet belägna del utgör motståndet Rn.A silicon dioxide layer 13 is arranged on the surface of the semiconductor body and provided with openings for contacting the various parts of the body areas and of the polysilicon layers. A metal layer 12 contacts transistor QPO collector layer 6. A further metal layer 15 contacts the emitter region of the thyristor structure 7 and the part of the same located closest to the transistor MN1 collector layer. A gap between the metal layers 12 and 15 above for the oxide layer 13a allows the current from the thyristor structure to the cathode contact must flow through the area 6, under which the gap located part constitutes the resistance Rn.
Ett metallskikt 17 kontakterar området 6a och utgör eller är förbundet med ledaren B. Ovanpå metallskikten 12, 15, 17 är ett ytterligare oxidskikt 14 anordnat, och ovanpå detta _» -3 731 "ß CT* skikt är ett sammanhängande metallskikt 16 anordnat, vilket genom öppningar i oxidskiktet 14 kontakterar metallskiktet 12 och utgör systemets katodanslutning.A metal layer 17 contacts the area 6a and forms or is connected to the conductor B. On top of the metal layers 12, 15, 17 are an additional oxide layer 14 is provided, and on top of this _ » -3 731 "ß CT * layer, a continuous metal layer 16 is provided, which through openings in the oxide layer 14 contacts the metal layer 12 and constitutes the cathode connection of the system.
De i principschemat i figur 1 visade komponenterna är även utsatta i figur 2. Motstànden Rpl och Rp2 utgörs av lateral resistans hos områdena 4a och Sa. Transistorn QPO i figur 1 är i figur 2 visad som en del QPO2 till höger om tyristor- modulen i figuren, och en del QPOl till vänster om tyristor- modulen.The components shown in the schematic diagram in Figure 1 are also exposed in Figure 2. The resistors Rp1 and Rp2 are lateral resistance of areas 4a and Sa. Transistor QPO in Figure 1 is shown in Figure 2 as a part QPO2 to the right of the thyristor module in the figure, and some QPO1 to the left of the thyristor the module.
Det P-dopade området 4a har relativt làg dopning för att er- hålla låg tröskelspänning hos transistorn MN1. Området 5a har kraftigare dopning än skiktet 4a för att ge lågt late- ralt spänningsfall.The P-doped region 4a has relatively low doping to obtain keep the threshold voltage of the transistor MN1 low. Area 5a has stronger doping than the layer 4a to give low latency voltage drop.
Som ovan nämnts utgörs transistorns QPO kollektorskikt 4-6 ett sammanhängande skikt som är försett med öppningar för tyristormodulerna. Öppningarna och tyristormodulerna kan ex- empelvis vara fördelade över halvledarkroppens yta i ett tvådimensionellt rutmönster.As mentioned above, the transistor QPO collector layer 4-6 is formed a continuous layer provided with openings for the thyristor modules. The openings and thyristor modules can be for example, be distributed over the surface of the semiconductor body in one two-dimensional grid pattern.
Figur 2b visar ett exempel på utformningen av en tyristor- modul och dess anslutningsskikt. Den heldragna linjen 101 utgör gränslinjen mellan skiktet 4 och skiktet 3, och den heldragna linjen 102 gränslinjen mellan skiktet 3 och om- ràdet 4a. Därvid har bortsetts från bryggan 40 mellan skik- tet 4 och området 4a. Den heldragna linjen 103 utgör gräns- linjen mellan området 8 och områdena 4a respektive 7. Den heldragna linjen 104 utgör gränslinjen mellan området 7 och områdena 4a-5a respektive 8. Den prickade linjen 20 utgör randen hos transistorns MN1 styre, och den under styret be- lägna delen av området 4a utgör transistorns kanalområde.Figure 2b shows an example of the design of a thyristor module and its connection layer. The solid line 101 constitutes the boundary line between the layer 4 and the layer 3, and it solid line 102 the boundary line between the layer 3 and the council 4a. In doing so, the bridge 40 between the layers tet 4 and the area 4a. The solid line 103 forms the boundary the line between area 8 and areas 4a and 7, respectively the solid line 104 forms the boundary line between the area 7 and areas 4a-5a and 8, respectively. The dotted line 20 constitutes the control of the transistor MN1, and the one under the control the lower part of the region 4a constitutes the channel region of the transistor.
Metallskiktet 15 kontakterar skiktet 4 i kontaktomràdena 15a - l5e och området 7 i kontaktomrádet 15f. Metallskiktet 17 kontakterar området 5a (via områdena 6a) i kontaktomràdena l7a - l7e. Metallskiktet 12 kontakterar kollektorskiktet 4-6 i ett flertal kontaktomráden, av vilka endast de närmast u: v - 468 731 tyristormodulen belägna områdena l2a - l2f är visade i figu- ren.The metal layer 15 contacts the layer 4 in the contact areas 15a l5e and the area 7 in the contact area 15f. The metal layer 17 contacts area 5a (via areas 6a) in the contact areas l7a - l7e. The metal layer 12 contacts the collector layer 4-6 in a plurality of contact areas, of which only the closest ones u: v - 468 731 the areas l2a - l2f located in the thyristor module are shown in Figs. clean.
Figur 3 visar schematiskt hur den halvledarkropp eller det halvledarskikt H2, i vilken släcktransistorn M2 är utbil- dad, är placerad isolerad från halvledarkroppen H1 men elektriskt ansluten vid B och C. Kroppen/skiktet H2 kan då som ovan nämnts vara utförd i SOS-teknik, varvid skiktet 30 utgörs av safir.Figure 3 shows schematically how the semiconductor body or it semiconductor layer H2, in which the extinguishing transistor M2 is formed dad, is placed isolated from the semiconductor body H1 but electrically connected at B and C. The body / layer H2 can then as mentioned above to be made in SOS technology, the layer 30 consists of sapphire.
I figur 4 är halvledarkroppen/skiktet H2 placerad på halvledarkroppen H1 men isolerad från denna av ett skikt 30a.In Figure 4, the semiconductor body / layer H2 is placed on semiconductor body H1 but isolated from it by a layer 30a.
Figur 5 visar ett speciellt fördelaktigt monteringssätt för halvledarkroppen H2. Den är här monterad med s.k. flip- chipteknik till halvledarkroppens H1 kontaktställen C och B så att dessa förbindelser blir mycket làgohmiga. För att göra Goff externt átkomlig ansluts Goff-kontakten till en metallyta 31 som är isolerad från halvledarkroppen H1 med ett skikt 30b (t.ex. kiseldioxidskikt) och sträcker sig in under kroppen H2.Figure 5 shows a particularly advantageous mounting method for the semiconductor body H2. It is mounted here with so-called Flip- chip technology to the semiconductor body's H1 contact points C and B so that these connections become very low-impedance. In order to make Goff externally accessible, connect the Goff connector to one metal surface 31 which is isolated from the semiconductor body H1 with a layer 30b (e.g., silica layer) and extends under the body H2.
Systemet tänds genom att en kort positiv spänningspuls Gon tillförs ledaren D och därmed styrena hos transistorerna MNl. De senare blir därvid ledande, varvid ett elektronflöde erhålles från områdena 7-8 via MNl in i basskiktet 3. Detta ger i sin tur upphov till en hålinjektion fràn emittern l in i basen, och detta över hela emitter-bas-övergången 1-2-3.The system is turned on by a short positive voltage pulse Gon the conductor D and thus the conductors of the transistors are supplied MNl. The latter then become conductive, with an electron flow obtained from areas 7-8 via MN1 into the base layer 3. This in turn gives rise to a hole injection from the emitter l in in the base, and this over the entire emitter-base transition 1-2-3.
En del av denna hàlström flyter till de delar av kollektor- områdena 4-6 som kontaktas av katodkontakten - transisto- rerna QPOl och QPO2 leder. En andra del av hålströmmen flyter via NPN-transistorn QN1 och orsakar elektroninjektion från emitteromrádet 7. Härigenom erhålles tyristorfunktion hos tyristorstrukturen QP1 - QNl, och tyristorn fortsätter att föra ström med lågt ledspänningsfall även efter det att transistorn MNl efter styrpulsens Gon slut återgått till oledande tillstànd. Ü*- CO m U4 För att underlätta släckningen har det visat sig fördel- aktigt att utforma komponenten sà att en icke oväsentlig del av den totala strömmen kommer att genomflyta transistor- delarna QPO. Ett lämpligt förhållande mellan strömmarna är exempelvis 80 % av strömmen i tyristordelarna och 20 % av strömmen i transistordelarna. Förhållandet mellan strömmarna kan styras med hjälp av areaförhállandet mellan transistor- och tyristordelarna. För att önskad strömfördelning skall erhållas har det visat sig viktigt att transistordelarnas totala area är väsentligt större än tyristordelarnas totala area, exempelvis 3 till 20 gånger större.Part of this residual current flows to the parts of the collector areas 4-6 which are contacted by the cathode contact - transistor QPO1 and QPO2 lead. A second part of the hole current flows via the NPN transistor QN1 and causes electron injection from the emitter area 7. This provides thyristor function of the thyristor structure QP1 - QN1, and the thyristor continues to conduct current with a low conduction voltage drop even after that the transistor MN1 after the control pulse Gon has returned to non-conductive condition. Ü * - CO m U4 In order to facilitate the extinguishing, it has been found to be advantageous to design the component so that a not insignificant part of the total current will flow through the transistor parts QPO. A suitable ratio between the currents is for example 80% of the current in the thyristor parts and 20% of the current in the transistor parts. The relationship between the currents can be controlled by means of the area ratio between the transistors and the thyristor parts. In order for the desired power distribution to be obtained, it has proved important that of the transistor parts total area is significantly larger than the total of the thyristor parts area, for example 3 to 20 times larger.
Systemet släcks genom att en positiv styrspänningspuls Goff tillförs transistorns MN2 styre, varvid denna transistor blir ledande och kortsluter ledaren B och därmed tyristor- strukturernas basskikt 4a-5a till katoden C. Om produkten av tyristorström och lateral resistans Rpl är mindre än ca 0,5 V upphör elektroninjektionen från emitteromràdet 7. Under släckförloppet övertas större delen av hálströmmen av tran- sistordelarna QPO. I basskiktet 3 befintliga hàl försvinner ut genom transistordelen och transistorn MN2 via ledaren B.The system is switched off by a positive control voltage pulse Goff the control of the transistor MN2 is supplied, this transistor becomes conductive and short-circuits the conductor B and thus the thyristor the base layers 4a-5a of the structures to the cathode C. If the product of thyristor current and lateral resistance Rpl is less than about 0.5 V ceases the electron injection from the emitter area 7. Under the extinguishing process, most of the neck current is taken over by system parts QPO. In the base layer 3 existing holes disappear out through the transistor part and the transistor MN2 via the conductor B.
När hálen är borta upphör bàde tyristor- och transistordelen att leda, och komponenten har släckts.When the tail is gone, both the thyristor and transistor parts cease to lead, and the component has been turned off.
För att fà effektiv släckning utföres ledaren/ledarmönstret B sá att det får làg resistans. I samma syfte utföres släck- transistorn MN2 med så lágt ledspänningsfall som möjligt.To obtain effective extinguishing, the conductor / conductor pattern is performed B saw that it gets low resistance. For the same purpose, extinguishing the transistor MN2 with as low a voltage drop as possible.
Eftersom den är separat kan den enkelt ges stora dimensioner och därmed lågt ledspänningsfall. Det har vidare visat sig fördelaktigt att som släcktransistor använda en MOS-transis- tor av N-typ, därför att denna transistortyp har bästa möj- liga konduktans per ytenhet.Because it is separate, it can easily be given large dimensions and thus low joint voltage drop. It has further been shown advantageous to use as a quench transistor a MOS transistor N-type, because this type of transistor has the best possible league conductance per unit area.
I sitt oledande tillstànd kan systemet ta upp hög blockspän- ning (anoden A positiv i förhållande till katoden C), varvid övergången mellan basskiktet 3 och kollektorskiktet 4 är II spärrande.In its non-conductive state, the system can handle high block voltages. (anode A positive with respect to cathode C), wherein the transition between the base layer 3 and the collector layer 4 is II blocking.
Genom att MOS-komponenter används både för tändning och för släckning av systemet krävs mycket liten styreffekt. De an- vända MOS-komponenterna kan vidare utföras med låg styrka- pacitans, vilket ytterligare reducerar kraven pà styreffekt och ger systemet hög snabbhet.By using MOS components both for ignition and for switching off the system requires very little control power. The an- The MOS components can further be made with low strength pacitans, which further reduces control requirements and gives the system high speed.
Genom att den dominerande delen av belastningsströmmen förs av tyristordelen med sitt låga spänningsfall får systemet lága ledförluster.By passing the dominant part of the load current of the thyristor part with its low voltage drop gets the system low joint losses.
Den separata släcktransistorn har visat sig kunna ge en ef- fektiv släckning av systemet, även vid höga strömtätheter, exempelvis av storleksordningen 500 A/cm2.Till den effektiva släckningen bidrar att systemet kan ha en lág grunddopning (dopningen i N-basskiktet 3). Släckningen underlättas vidare av att den relativt làga hàlströmmen fràn transistorstruk- turen QPl effektivt shuntas till katoden genom det relativt lágresistiva skiktet 5a. Den shuntning av tyristordelarnas katodemitterövergàngar som äger rum under släckförloppet un- derlättas vidare väsentligt av det med varje tyristormodul seriekopplade motståndet Rn. Detta motstánd begränsar ström- men till varje enskild tyristoremitter. Under släckförloppet kommer motståndet att medföra att potentialen hos en tyris- toremitter med hög ström höjs, varvid shuntningen av emit- terövergàngen automatiskt blir effektivare.The separate quench transistor has been shown to provide an effective shutdown of the system, even at high current densities, for example of the order of 500 A / cm2. For the efficient the extinguishing helps the system to have a low basic doping (the doping in the N-base layer 3). Extinguishing is further facilitated that the relatively low hollow current from the transistor structure the turn QP1 effectively shunts to the cathode through it relatively low resistive layer 5a. The shunting of the thyristor parts cathode emitter transitions that occur during the extinguishing process further facilitated substantially by that with each thyristor module series-connected resistor Rn. This resistance limits the current but to each individual thyristor emitter. During the extinguishing process resistance will mean that the potential of a tyrant high current toremitters are raised, thereby shunting the emitter the transition automatically becomes more efficient.
Vid ett system enligt uppfinningen undviks s k latch-up (oönskad tyristorverkan) under släckförloppet. Till detta bidrar att transistorns MNl source-område 8 är har relativt svag dopning och därmed làg injektionsverkningsgrad. Vidare kan enkelt strömmen av områdets 8 inbyggda serieresistans begränsas till ofarliga nivåer. För att denna fördelaktiga effekt skall erhållas bör serieresistansen i området 8 vara av minst samma storleksordning som den ekvivalenta resistan- sen i P-basen 4a-5a.In a system according to the invention, so-called latch-up is avoided (undesired thyristor effect) during the extinguishing process. To this contributes that the transistor MN1 source region 8 is has relatively weak doping and thus low injection efficiency. Further can easily stream the area 8's built-in series resistance limited to harmless levels. To this beneficial effect is to be obtained, the series resistance in area 8 should be of at least the same order of magnitude as the equivalent resistance sen in P-bases 4a-5a.
..F>...F>.
ON 10 751 Det ovan beskrivna systemet utgör endast ett exempel pà en CÜ föredragen utföringsform av uppfinningen, och andra utfö- ringsformer är tänkbara inom ramen för uppfinningen.ON 10 751 The system described above is only an example of one CÜ preferred embodiment of the invention, and other embodiments forms are conceivable within the scope of the invention.
Exempelvis kan andra halvledarmaterial än kisel användas. Även om den ovan beskrivna PNP-strukturen hos transistorde- larna QPO har visat sig vara mest fördelaktig, så kan alter- nativt dessa utformas som NPN-transistorer.For example, semiconductor materials other than silicon can be used. Although the above-described PNP structure of the transistor QPOs have been shown to be most beneficial, so natively these are designed as NPN transistors.
Bryggan 40 för partiell kortslutnng av tyristordelens ka- todemitterövergàng kan eventuellt utelämnas.The bridge 40 for partial short circuit of the thyristor part todemitter transition may be omitted.
I det ovan beskrivna utföringsexemplet har för tydlighets skull endast ett fåtal moduler visats. Antalet tyristormodu- ler och deras dimensioner och inbördes avstånd, liksom di- mensionerna hos transistordelarna får i varje särskilt fall anpassas till det aktuella kravet pá strömhanteringsförmàga hos systemet.In the embodiment described above, for clarity only a few modules were shown. The number of thyristor modulus and their dimensions and spacing, as well as the dimensions of the transistor parts may in each particular case adapted to the current requirement for power management capability at the system.
Som visats i figur 3 kan släcktransistorn MN2 vara anbringad pá den halvledarkropp i vilken systemets huvuddelar är ut- bildade. Alternativt kan den vara skild från nämnda halvle- darkropp (men företrädesvis anbringad i samma kapsel som denna), varvid förbindningar med låg resistans anordnas mel- lan de bàda halvledarkropparna.As shown in Figure 3, the extinguishing transistor MN2 can be fitted on the semiconductor body in which the main components of the system are formed. Alternatively, it may be different from said half-core. dark body (but preferably applied in the same capsule as this), whereby low-resistance connections are arranged between lan of both semiconductor bodies.
Alternativt kan systemet förses med ett flertal släcktran- sistorer, var och en företrädesvis gemensam för en grupp av tyristormoduler.Alternatively, the system may be provided with a plurality of extinguishing transmissions. cysts, each preferably common to a group of thyristor modules.
Som ett alternativ till den ovan beskrivna och visade släck- transistorn MN2 kan andra släckorgan användas, t ex andra typer av halvledarkomponenter än MOS-transistorer.As an alternative to the above-described and shown extinguishing transistor MN2, other extinguishing means can be used, eg others types of semiconductor components other than MOS transistors.
Vid den ovan beskrivna utföringsformen av ett system enligt uppfinningen är varje tyristormodul försedd med en transis- tor (MNl) för tändning av tyristormodulen och därmed av sys- I)In the above-described embodiment of a system according to According to the invention, each thyristor module is provided with a transistor tor (MN1) for ignition of the thyristor module and thus of the system IN)
Claims (13)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9102189A SE468731B (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | WEAKLY TYRISTOR SYSTEM |
PCT/SE1992/000484 WO1993002477A1 (en) | 1991-07-17 | 1992-07-01 | Turn-off thyristor system |
AU23328/92A AU2332892A (en) | 1991-07-17 | 1992-07-01 | Turn-off thyristor system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9102189A SE468731B (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | WEAKLY TYRISTOR SYSTEM |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9102189D0 SE9102189D0 (en) | 1991-07-17 |
SE9102189L SE9102189L (en) | 1993-01-18 |
SE468731B true SE468731B (en) | 1993-03-08 |
Family
ID=20383338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9102189A SE468731B (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | WEAKLY TYRISTOR SYSTEM |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2332892A (en) |
SE (1) | SE468731B (en) |
WO (1) | WO1993002477A1 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR8507182A (en) * | 1984-05-02 | 1987-04-22 | Int Standard Electric Corp | SEMICONDUCTOR DEVICE AND ARRANGEMENT |
EP0219995B1 (en) * | 1985-09-30 | 1994-03-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gate turn-off thyristor with independent turn-on/off controlling transistors |
US4816982A (en) * | 1987-11-23 | 1989-03-28 | Viteq Corporation | AC to DC power converter with integrated line current control for improving power factor |
EP0340445B1 (en) * | 1988-04-22 | 1993-08-25 | Asea Brown Boveri Ag | Turn-off power semiconductor device |
SE463235B (en) * | 1989-02-23 | 1990-10-22 | Asea Brown Boveri | MOS FIELD POWER TRANSISTOR CONTROL TYRISTOR |
US5016076A (en) * | 1990-02-28 | 1991-05-14 | At&T Bell Laboratories | Lateral MOS controlled thyristor |
-
1991
- 1991-07-17 SE SE9102189A patent/SE468731B/en not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-07-01 WO PCT/SE1992/000484 patent/WO1993002477A1/en active Application Filing
- 1992-07-01 AU AU23328/92A patent/AU2332892A/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2332892A (en) | 1993-02-23 |
SE9102189L (en) | 1993-01-18 |
WO1993002477A1 (en) | 1993-02-04 |
SE9102189D0 (en) | 1991-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3243902B2 (en) | Semiconductor device | |
US4742380A (en) | Switch utilizing solid-state relay | |
JP3163820B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3180831B2 (en) | Insulated gate control semiconductor device | |
CA1145060A (en) | Thyristor having improved switching behavior | |
US4546401A (en) | Two-pole overcurrent protection device | |
SE430450B (en) | TWO-POLE OVERCURRENT PROTECTION FOR CONNECTION IN A POWER-CARRYING WIRE | |
JPH02138773A (en) | Mosfet | |
USRE35854E (en) | Programmable protection circuit and its monolithic manufacturing | |
US5294816A (en) | Unit cell arrangement for emitter switched thyristor with base resistance control | |
US5144400A (en) | Power semiconductor device with switch-off facility | |
JP3125991B2 (en) | Protection components for telephone line interfaces | |
SE431381B (en) | DOUBLE FLOOD PROTECTION | |
EP0065346A2 (en) | Semiconductor switching device | |
SE468731B (en) | WEAKLY TYRISTOR SYSTEM | |
JPH06188424A (en) | Semiconductor structural part | |
JPH09181315A (en) | Semiconductor device | |
KR920003012B1 (en) | Bidirection control rectificatton semiconductor devices | |
US4884114A (en) | Disconnectable thyristor | |
CN212750895U (en) | Low-voltage ESD (electro-static discharge) protection device | |
SE463235B (en) | MOS FIELD POWER TRANSISTOR CONTROL TYRISTOR | |
JP4457620B2 (en) | ESD protection circuit | |
US4536783A (en) | High di/dt, light-triggered thyristor with etched moat current limiting resistors | |
Chung | Junction temperature induced thermal snapback breakdown of MOSFET device | |
US20020190324A1 (en) | Overvoltage protection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 9102189-9 Effective date: 19950210 Format of ref document f/p: F |
|
NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 9102189-9 Format of ref document f/p: F |