JPH02174266A - 多極の双方向半導体制御素子 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は、雷サージ等の異常電圧から機器を防護する
ための多極の双方向半導体制御素子に関する。

（従来の技術） 従来、この種の双方向半導体制御素子としては第７図に
示すものが知られている。この双方向半導体制御素子ｌ
は、順次に隣接する半導体層Ｎｌ、半導体ＮＰ２、半導
体層Ｎ３、半導体層Ｐ４及び半導体層Ｎ５の５層領域か
ら成り、半導体層Ｎｌ、Ｎ３及びＮ５はｎ型半導体、半
導体層Ｐ２、及びＰ４はｐ型半導体である。一方の端部
における半導体層Ｎｌと半導体層Ｐ２とは電極２によっ
て短絡され、他方の端部における半導体層Ｐ４と半導体
層Ｎ５とは電極３によって短絡されている。電極２には
端子４が形成され、電極３には端子５が形成されている また、この従来の双方向半導体制御素子の電圧−電流特
性は第８図に示すように、高抵抗領域６ａ、５ｂと比較
的低い微分抵抗を有する降伏領域７ａ、７ｂと移行領域
８ａ、８ｂと低抵抗領域ｌｌａ、ｌｌｂとから成るスイ
ッチ特性を持っている。図中の点９ａ、９ｂはブレーク
オーバＮ圧、点１０ａ、ｆｏｂは保持電流である。

次に、この従来の双方向半導体制御素子を用いて通信中
継機器用保安器を構成した例を第９図に示す。

中継器１１の入カドランス１２の側の通信線の心線１４
と心線１５との間に素子１８、心線１４．１５とアース
２４との間に素子１９および２０、出カドランス１３の
側の心線１６．１７とアース２４との間に素子２１およ
び２２、心線１６と心線１７との間に素子２３が、それ
ぞれ接続されている。雷サージが、例えば、心線１４と
アース２４との間に印加されると、素子１９がＯＮして
雷サージ電流をアース２４へ流して中継器１１を防護す
る０通常、襲雷時において、心線１４とアース２４との
間及び心線１５とアース２４との間には、同時刻に同電
圧のサージが印加される。このとき、素子１９と素子２
０とに動作特性の差があると、その差に応じた電圧（最
大で各素子のブレークオーバ電圧の差）が心線１４と心
線１５との間、すなわち中継器１１に印加されるので、
中継器１１が損傷することがある。また、心線１４と心
線１５との間に直接異常電圧が印加された場合、心線１
４と心線１５との間には素子１９と素子２０とが直列に
挿入されることとなり、動作電圧は素子１９．２０が単
独の場合より大きくなり（最大で各素子のブレークオー
バ電圧の和）、中継器１１を防護できない場合がある。

これらを避けるために素子１９と素子２０とは動作特性
の等しいものを使うことが望ましく、さらに、心線１４
と心線１５との間に素子１８を入れる場合が多い。

以上のことは出カドランス１３の側も同様であり、この
例では四個ないし六個の双方向半導体制御素子が必要と
なる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、従来の双方向半導体制御素子では、異常電圧
から機器を防護する保安器等を構成する場合、−本の通
信線の心線に対し少なくとも一個の双方向半導体制御素
子を用いなければならない。

しかも、双方向半導体制御素子は同一ロットで製造され
たものでも動作特性に差異が生じる場合があるので、動
作特性の差異に起因する機器の損傷を避けるための双方
向半導体制御素子を別に付加しなければならない。した
がって、多数の双方向半導体制御素子を必要とするとい
う問題点があった。

（課題を解決するための手段） このような問題点を解決するために、この発明の多極の
双方向半導体制御素子は、複数のｐｎｐｎ型二端子サイ
リスタから成る双方向半導体制＜Ｂ素子において、第１
の導電型から成る第１の半導体層と、第１の半導体層に
内包され、且つ第１の半導体層の一方の主面に露出して
形成された第２の導電型から成る第２の半導体層と、第
１の半導体層の他方の主面に互いに離間して形成された
第２の導電型から成る複数以上の第３の半導体層と、複
数以上の第２の半導体層上にのみ形成された第１の導電
型から成る第４の半導体層と、複数以上の第４の半導体
層の各々に、第４の半導体層に内包され、且つ第４の半
導体層の外部表面に露出して形成された第２の導電型か
ら成る第５の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導
体層とを各々の外部表面において短絡して形成された単
一の電極と、複数以上の第４の半導体層と第４の半導体
層に形成された第５の半導体層とを、各々の外部表面に
おいて対を成して短絡して形成された複数以上の電極と
から成ることを要旨とする。

（作用） この発明においては、複数のｐｎｐｎ型二端子サイリス
タが同じ半導体基板に隣接して形成され多極の双方向半
導体制御素子を構成する。したがって、各ｐｎｐｎ型二
端子サイリスタは、互いに極めて近い動作特性になる。

また、保安器等を構成する場合、使用する素子数が減少
することにより、小型化が可能になり端子数も減少する
。

（実施例） 第１図は、この発明の多極の双方向半導体制御素子の一
実施例の断面図である。

この多極の双方向半導体制御素子２５は、第１の導電型
としてｐ型、第２の導電型としてｎ型を用いている。そ
して、ｐ型半導体から成る第１の半導体層Ｐ６および第
４の半導体層Ｐ７ａ、Ｐ７ｂ、ｎ型半導体から成る第２
の半導体層Ｎ８ａｂ、第３の半導体層Ｎ９ａ、Ｎ９ｂ及
び第５の半導体層Ｎ１０ａ、Ｎ１０ｂの５層領域から成
っている。

半導体層Ｐ６と半導体層Ｎ８ａｂとは電極２６、半導体
層Ｐ７ａと半導体層Ｎ１０ａとは電極２７ａ、半導体層
Ｐ７ｂと半導体層Ｎ１０ｂとは電極２７ｂによってそれ
ぞれ短絡されている。

第２図は、この多極の双方向半導体制御素子を通信機器
の保安器として使用する例の結線図である。

多極の双方向半導体制御素子２５の電極２６には端子２
８、電極２７ａには端子２９ａ、電極２７ｂには端子２
９ｂがそれぞれ設けられる。端子２８はアース３０へ、
端子２９ａは通信線の心線３１ａへ、端子２９ｂは通信
線の心線３１ｂへそれぞれ接続される。そして心線３１
ａ、３１ｂは通信機器３２へ接続される。

次に、この多極の双方向半導体制御素子の動作を説明す
る。まず、この多極の双方向半導体制御素子２５を、電
極２６の図中の左半分と電極２７ａとによって挟まれた
双方向半導体制御素子３３ａと、電極２６の図中の右半
分と電極２７ｂとによって挾まれた双方向半導体制御素
子３３ｂと、これらの素子間の第一の半導体層Ｐ６から
成る抵抗Ｒとに分割して考える。ここで、襲雷時に、例
えば端子２８が正電位に端子２９ａが負電位になるよう
に、雷サージが印加されると、第８図の電圧−電流特性
を示して素子３３ａがＯＮとなり通信機器３２を防護す
る。このとき、抵抗Ｒの抵抗値は充分に太き（素子３３
ｂに対する影響は極めて小さい。すなわち、素子３３ａ
と素子３３ｂとは電気的に絶縁しているものと見なせる
。したがって、素子３３ａと素子３３ｂとは各々独立し
て動作する。また、これらの素子において正方向動作と
逆方向動作との電流経路は構造上対称的であるため、正
方向特性と逆方向特性とは極めて近いものが容易に得ら
れる。

また、この多極の双方向半導体制御素子２５を構成する
素子３３ａと素子３３ｂとは、同一半導体基板に隣接し
て同時に形成されるので、互いに極めて特性の近いもの
が得られる。すなわち、従来の技術の説明で述べた理由
により、素子間の動作電圧の差異によって心線３１ａと
心線３１ｂとの間に生じる電圧は非常に低いものである
。したかって、心線３１ａと心線３１ｂとの間に他の双
方向半導体制御素子を設ける必要がない。

さらに、第３図は、第９図に示した従来の双方向半導体
制御素子を六個用いて構成した保安器を、この発明の多
極の双方向半導体制御素子を一個用いて置き換えた例で
ある。

この多極の双方向半導体制御素子３４では、双方向半導
体制御素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが第１の半
導体層Ｐ６および第２の半導体層Ｎ８ａｂ、Ｎ８ｃｄを
介して接続された構造を存している。中継器１１の入カ
ドランス１２の側において、素子３３ａの電極２７ａは
端子２９ａを介して通信用の心線１４に接続され、素子
３３ｂの電極２７ｂは端子２９ｂを介して通信用の心線
１５に接続されている。出カドランス１３の側において
、素子３３ｃの電１２７ｃは端子２９ｃを介して通信用
の心線１７に接続され、素子３３ｄの電極２７ｄは端子
２９ｄを介して通信用の心線１６に接続されている。ま
た、電極３５は端子２８によってアース２４に接続され
ている。すなわち、素子３３ａは心線１４とアース２４
との間、素子３３ｂは心線１５とアース２４との間、素
子３３ｃは心線１７とアース２４との間、素子３３ｄは
心線１６とアース２４との間にそれぞれ設けられ、それ
らに発生した異常電圧から中継器１１等を防護する。な
お、素子３３ａと素子３３ｂとは隣接して形成されるた
めに動作特性がほとんど等しい。したがって、心線１４
と心線１５との間に発生する異常電圧は小さいので、心
線１４と心線１５との間に別の双方向半導体制御素子を
設ける必要がない。同様に心線１６と心線１７との間に
も別の双方向半導体制御素子を設ける必要がない。この
ように、保安器を構成するのに、従来六個必要であった
双方向半導体制御素子が、この発明の多極の双方向半導
体制御素子を使えば一個で実現できる。したがって、保
安器の小型化、保安器筐体への組み込み工程の簡略化、
素子の組合せ選択工程の省略化などの製造工数の低減が
図れる。

第４図は、この発明の多極の双方向半導体制ｉｌｌ素子
の断面図である。

このように、第１の半導体層Ｐ６、第２の半導体層Ｎ８
ａｂ、Ｎ８ｃｄ、−−−１第３の半導体層Ｎ９ａ、Ｎ９
ｂ、Ｎ９ｃ、　　・−−１第４の半導体層Ｐ７ａ、Ｐ、
７ｂ、Ｐ７ｃ、−＝−１第５の半導体層Ｎ１０ａ、Ｎｌ
０ｂ、Ｎ１０ｃ、・・・電極３６．２７ａ、２７ｂ、２
１ｃ、−−＝がら成る双方向半導体制御素子を並列に何
個形成してもよい。

第５図および第６図は、この発明の多極の双方向半導体
制御素子の他の実施例である。第１図及び第２図と同一
部分には同一番号を付し、説明を省略する。

第５図において、第２の半導体層Ｎ８ａ、Ｎ８ｂ及び第
５の半導体層Ｎ１０ａ、Ｎ１０ｂの設けられる位置が第
１図と異なっている。このように形成してもよい。

第６図の第１の半導体層Ｐ６において、第３の半導体層
Ｎ９ａ、Ｎ９ｂが形成されない面に溝３７が形成されて
いる。この溝３７によって、図中に示した抵抗Ｒの値を
大きくでき、素子３３ａと素子３３ｂとの絶縁性をより
高めることができる。

なお、以上の実施例において第２の半導体チップ５の半
導体層とのどちらが一方または両方に、保持電流を大き
くするために、電極側からスリットを入れてもよい。

さらに、以上の実施例では、第１の導電型としてｎ型、
第２の導電型としてｐ型を用いているが、勿論、第１の
導電型としてｐ型、第２の導電型としてｎ型を用いても
よい。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の多極の双方向半導体制
御素子によれば、複数のｐｎｐｎ型二端子サイリスタを
一体化して一個の半導体チップに形成したので、保安器
等を構成する素子数を減らすことができ、筐体への組み
込み工程の簡略化、素子の組合せ選択工程の省略化など
の製造工数の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の多極の双方向半導体制御素子の一実
施例を示す断面図、第２図はこの発明の多極の双方向半
導体制御素子を通信機器の保安器として使用する例の結
線図、第３図はこの発明の多極の双方向半導体制御素子
を通信機器用中継器の保安器として使用する場合の結線
図、第４図はこの発明の多極の双方向半導体制御素子の
断面図、第５図および第６図はこの発明の多極の双方向
半導体制御素子の他の実施例を示す断面図、第７図は従
来の双方向半導体制御素子を示す断面図、第８図は従来
の双方向半導体制御素子の電圧−電流特性を示すグラフ
、第９図は従来の双方向半導体制御素子を通信機器用中
継器の保安器として使用する場合の結線図である。 Ｐ６・・・第１の半導体層、Ｎ８ａｂ、、Ｎ８ｃｄ、Ｎ
８ａ、Ｎ８ｂ−−−第２の半導体層、Ｎ９ａ、Ｎ９ｂ、
Ｎ９ｃｍ−・第３の半導体層、Ｐ７ａ２、Ｐ７ｂ、Ｐｌ
ｃｍ　・・第４の半導体層、Ｎ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎｌ
０ｃ　＝　・・第５の半導体層、２６．２７ａ、２７ｂ
、２７ｃ、２７ｄ　−−・電極。 ７ａ ７ｂ 第１図 特許出願人・・・株式会社　白山製作所代理人　・・・
　弁理士　吉１）芳春 第２図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のｐｎｐｎ型二端子サイリスタから成る双方向半導
   体制御素子において、 第１の導電型から成る第１の半導体層と、 第１の半導体層に内包され、且つ第１の半導体層の一方
   の主面に露出して形成された第２の導電型から成る第２
   の半導体層と、 第１の半導体層の他方の主面に互いに離間して形成され
   た第２の導電型から成る複数以上の第３の半導体層と、 複数以上の第３の半導体層上にのみ形成された第１の導
   電型から成る第４の半導体層と、 複数以上の第４の半導体層の各々に、第４の半導体層に
   内包され、且つ第４の半導体層の外部表面に露出して形
   成された第２の導電型から成る第５の半導体層と、 第１の半導体層と第２の半導体層とを各々の外部表面に
   おいて短絡して形成された単一の電極と、複数以上の第
   ４の半導体層と第４の半導体層に形成された第５の半導
   体層とを、各々の外部表面において対を成して短絡して
   形成された複数以上の電極とから成ることを特徴とする
   多極の双方向半導体制御素子。