JPH01307264A - Pnpnサージ防護デバイス - Google Patents

Pnpnサージ防護デバイス

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JPH01307264A
JPH01307264A JP63137310A JP13731088A JPH01307264A JP H01307264 A JPH01307264 A JP H01307264A JP 63137310 A JP63137310 A JP 63137310A JP 13731088 A JP13731088 A JP 13731088A JP H01307264 A JPH01307264 A JP H01307264A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
specified
surge
range
preventing
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JP63137310A
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Yoshiaki Kamijo
上條 芳昭
Hidetaka Sato
秀隆 佐藤
Nobuyuki Miyadera
宮寺 伸行
Hiroyuki Ono
博之 大野
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
NTT Inc
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes
    • H10D8/80PNPN diodes, e.g. Shockley diodes or break-over diodes

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  • Thyristors (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の属する技術分野) 本発明は雷サージ防護にすぐれた特性をもつPNPPN
サージ防護デバイスに関するものである。
(従来技術) 2端子双方向サイリスタは良く知られるように、従来か
ら交流調光装置や、瞬時点灯蛍光灯スタータ、更にはナ
トリウムランプの起動素子などのパワー用、或いはトリ
ガ素子として広く使用されている。また近年短時間過電
流耐量が大きいという特性の特徴と、小型安価であり、
しかも2端子であって使用が簡単であるなどの理由から
雷サージ防護用の素子としても幅広く使用される傾向に
ある。特にその性能は各種のサージ吸収装置のなかでも
電話交換機や端末電話機の雷サージ防護に最も適するも
のとして注目され始めている。ところで、例えば電話機
のように多数台が分散配置されて保守に困難を伴うもの
にあっては、故障の少ない信頼性に優れたものの要求と
同時に、確実な雷防護を可能として、電話機回路の正常
な動作を阻害させないための酷しい動作特性が要求され
る。
例えば、 (1)雷サージに対して安定なブレークオーバー電圧■
8゜をもつこと。
(2)大きな雷サージ電流耐量■、をもつこと。
(3)大きな保持電流■、をもつこと。
(4)静電容量が極力小さいこと。
などの特性が要求される。しかし現在のPNPNサージ
防護素子の構造パラメータと前記の特性とは互いに相反
する関係にある。従って、一方の特性を満足させると他
方の特性を悪化させるため、従来のPNPNサージ防護
デバイスではすべての特性を満足させるものを得るのは
非常に困難であった。すでにこの半導体装置の基本構造
は特公昭41−15902号、特公昭42−14254
号によって公知であるが、構造パラメータと特性の定量
的な関係が明確でなかった。
(発明の目的) 本発明は前記の如き電話機の雷サージ防護用としての酷
しい要求を満足させうるPNPN雷サージ防護素子の堤
供を目的としてなされたものである。以下に図面を用い
てその詳細を説明する。
(発明の構成) (発明の特徴と従来の技術の差) PNPNサージ防護デバイスの断面構造図を第1図に示
す。P型半導体基板1、拡散で形成したN型ベース領域
2.2°、P型エミッタ領域3.3′、オーミック領域
5.5°および表面不活性膜6,6゛と電極7.7′な
どからPNPN構造が構成される。
第2図は第1図の等価モデル図を示す。2箇のサイリス
ク8.9が逆並列に配置され、かつそれぞれのゲートが
横方向抵抗R1,R2,R3によりショートゲートされ
た双方向装置である。次に動作を説明する。
端子7,7”間に端子7側が正極性となる電圧を、印加
すると接合JRは逆方向バイアスとなり、接合Jsは順
方向バイアスとなる。一方接合J1は抵抗R1の電圧降
下で順バイアスになる。この状態において印加電圧が低
い時には接合J2の逆方向特性により制限される電流が
電極7から流れ出し抵抗R,,R,,R,などによって
サイリスタ9側からサイリスク8側に分流し、分流電流
i4と共に電極7゛に流れこむ、印加電圧がブレークオ
ーバ電圧V、。を越えると逆方向電流が急激に増加し、
これに伴ってエミッタ領域3直下の抵抗R1と分流電流
iIによる電圧降下(i+XR+)が生じて接合J、が
順方向バイアスとなる。そしてこの電圧降下が接合J+
の拡散電位を越えるとエミッタ領域3からベース領域2
に正孔が注入され始める。
一方策2図のサイリスタ8において3.2.1から形成
されるPNP )ランリスクと、2.1.2’から形成
されるNPN)ランリスクの電流増幅率α、。
α2は電流と共に増加する。α1+αt==1に達する
とサイリスタ8がオン状態となる。また電極7への印加
電圧の極性が反対になると同様原理にてサイリスタ9が
オン状態となる。第3図は上記の特性である。I3はオ
ン状態に移行する電流即ち遷移点電流、V!はオン電流
tcにおけるオン電圧である。
次にデバイスパラメータと緒特性との関係を定量的に述
べる。
■ ブレークオーバー電圧VIOは一般に半導体基板1
の厚さ、その比抵抗ρ、ベース領域の拡散表面濃度N5
ll、拡散深さX口に依存する。また各領域の不純物濃
度およびその縦方向の寸法関係に依存する電流増幅率α
、にょって変化する。
第4図はベース領域2,2゛のN8.を一定として、X
口をパラメータとして実験によって求めた■、。とρの
関係を示したものである。vloはρの増加とともに高
(なる。またXj、が大となることによっても高くなる
。第5図にρを一定とし、ベース領域2.2”のX口を
パラメータとして求めたV、。とNSBの関係図を示す
。曲線A(実線)からNs、が高゛(なるに伴い■廊。
が低くなることがわかる。
■ 保持電流■、はエミッタ領域3の直下のベース領域
2の伝導度σに依存する。σは■ベース領域2.2′を
形成するN31+  XJI、■エミッタ     。
拡散深さXJtとXj、との比xjE/ X J1%■
電流増幅率αhα2に依存する。第5図の曲線B(点線
)はXJIをパラメータとしてNsBと1゜を示すもの
である。但し、X j t/ X口は一定としている。
’NSBが高くなるにともない、111が増加すること
がわかる。
■ 第6図にエミッタ領域3,3゛の相互位置に重ね幅
dを有するデバイスの断面構造を示す。
第7図にdとIC+ ターンオン時間tonの関係を示
す。但しρ、N、□ Xj、を一定とした。
dが200〜700−が最適でありそれ以降エミッタ実
効面積の減少の影響が加わり低下する。このように、d
の選定により、適切なl(、、tonを得ることができ
る。
■ 静電容量C4は、■ベース領域2,2”の面積、■
は半導体基板1の比抵抗ρ、■ベース領域2゜2゛のN
5Ilの関係を示す。C4はN5Ilが大となるに伴い
増加し、ρが大となると減少する。
以上デバイスパラメータと特性の関係について述べた。
従って雷サージ防護デバイスとして要求される各特性を
満足させるためには、上記列挙事項を考慮してデバイス
パラメータを設計することが必要である。従って、V2
Oを100〜220v、雷サージ電流耐量Ic>150
^、保持電流1.≧75mA、静電容量(0バイアス)
Cj≦400PFの特性を満足させるデバイスパラメー
タは第4図、第5図、第7図、第8図から以下の通りと
なる。
■ P型半導体基板1の比抵抗の範囲を1.0〜3.5
Ωcm。
■ ベース領域2,2゛の拡散表面濃度N31を3×1
0” 〜7 XIO”cm−’、拡散深さXj8を20
〜50μm■ エミッタ領域3,3゛の相互位置の重ね
幅d=200〜800pr11 (実施例) 第6図に示した本発明の一実施例の構造は次のようにし
て作られる。
■両面が平滑な上記比抵抗範囲内のP型シリコン基板1
に水蒸気酸化膜付法により5iOz膜をつける。
■次に両面写真蝕刻法によりSin、膜を選択除去して
ベース領域2,2゛となるべき窓を開ける。
そして5iozvをマスキングとして選択燐沈着を実施
し燐ガラスを除去したのち規定深さのベース領域2.2
”を拡散する。
■その後同じく選択燐沈着法によってベース領域2,2
°内にオーミック領域5,5゛を形成する。
■SiO□膜上の燐ガラスを除去し、エミッタ領域3.
3°とチャネルストッパー領域4.4“にP型拡散層を
同時に選択拡散法により形成する。
■その後半導体基板1の両面に半導体不活性ガラス膜を
全面に焼成し、 ■最後に写真蝕刻により外側のガラス膜6.6”を残し
て電極7,7゛の窓を開は蒸着、写真蝕刻法によって、
電極7,7゛を形成する。
なお■、。に対する上記比抵抗範囲は余りにも広い。従
って実際的には比抵抗値を0.2Ωctn程度の区分で
選定しそれぞれのρに適した上記範囲内のN、やXj、
を調整して必要とする■8゜を得ると共に、エミッタ領
域3,3°直下の伝導度を一定に保持するエミッタ領域
を実施して必要な1.1を確保するのがよい。また第6
図中に示すようにP型のチャネルストッパ領域4,4“
を設け、半導体用ガラスを用いたブレーナ構造とするこ
とによって、PNPN防護デバイスを信頼度の高いもの
とすることができる。
(発明の効果) 以上から明らかなように、本発明によれば雷サージ防護
用として要求される緒特性を備えた高信頼僕なPNPN
サージ防護デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は上記のPNPNサージ防護デバイスの断面構造
図、第2図はその等価モデル図、第3図はそのV−1特
性図、第4図、第5図、第7図。 第8図は本発明の特性決定のための図、第6図は本発明
の一実施例を示す断面構造図である。 特許出願人  日本電信電話株式会社 外1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  PNPNサージ防護デバイスにおいて、半導体基板を
    P型とし、そのエミッタ領域をベース領域内の中央部に
    おいて重ね合わせると共に、前記P型半導体基板の比抵
    抗ρを1.0〜3.5Ωcm、ベース領域の拡散表面積
    濃度N_S_Bを3×10^1^7〜7×10^1^8
    cm^−^3、拡散深さxgmを20〜50μm、エミ
    ッタ領域の重ね合わせ幅dを200〜800μmとした
    ことを特徴とするPNPNサージ防護デバイス。
JP63137310A 1988-06-06 1988-06-06 Pnpnサージ防護デバイス Expired - Lifetime JP2668238B2 (ja)

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