JPH02266567A - Switching element - Google Patents
Switching elementInfo
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- JPH02266567A JPH02266567A JP1087692A JP8769289A JPH02266567A JP H02266567 A JPH02266567 A JP H02266567A JP 1087692 A JP1087692 A JP 1087692A JP 8769289 A JP8769289 A JP 8769289A JP H02266567 A JPH02266567 A JP H02266567A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はスイッチング電源等に使用される自己消弧型の
スイッチング素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a self-extinguishing switching element used in switching power supplies and the like.
従来、スイッチング電源等に使用される自己消弧型のス
イッチング素子として、バイポーラトランジスタやパワ
ーMO5FETが知うれている。Conventionally, bipolar transistors and power MO5FETs are known as self-extinguishing switching elements used in switching power supplies and the like.
しかし、バイポーラトランジスタは大きな電流密度が得
られるものの、スイッチング速度が遅く、高周波で使用
することができないという欠点を存している。一方、パ
ワーMO5FETはスイッチング速度が早いため高周波
で使用することが可能な反面、特に高耐圧の素子では電
流密度が低く、同一容量の素子ではチップサイズが大き
く、コスト高になるという欠点を有している。However, although bipolar transistors can provide a large current density, they have the disadvantage that their switching speed is slow and cannot be used at high frequencies. On the other hand, power MO5FETs can be used at high frequencies because of their fast switching speeds, but they have the drawbacks of low current density, especially in high-voltage devices, and large chip sizes and high costs for devices with the same capacity. ing.
このため、近年、バイポーラトランジスタとMOSFE
Tとを組み合わせて高耐圧2高速、大電流密度を得る方
法が考案されている。For this reason, in recent years bipolar transistors and MOSFE
A method has been devised to obtain high breakdown voltage, high speed, and large current density by combining T.
第2図はそのようなスイッチング素子の一例で、カスコ
ードバイモスと呼ばれているものである。FIG. 2 shows an example of such a switching element, which is called a cascode bimos.
第2図においてバイポーラトランジスタlとパワーMO
3FET2は直列接続されており、ベース4とソース7
の間には複数のダイオードが直列接続されている。阻止
状態では、パワーMO3FET2のゲート6にはしきい
値以下の電位が印加されており、パワーMO3FET2
はOFF状態となっている。このためバイポーラトラン
ジスタlのエミッタは開放状態であり、したがってバイ
ポーラトランジスタ1はコレクタ・ベース間の接合のみ
のダイオードと等価となっている。バイポーラトランジ
スタ1のベースに接続されたダイオード3はコレクタ5
に正電位、ソース7に負電位が加えられた状態では順方
向にバイアスされており、この状態ではコレクタ5とソ
ース7との間に印加された電圧の大部分はバイポーラト
ランジスタ1のコレクタ・ベース間の接合による逆方向
バイアスされたダイオードに印加される。このため、こ
の複合化された素子の耐圧はバイポーラトランジスタ1
のVCIOとなり、バイポーラトランジスタを単独で使
用した場合の耐圧V c i o・よりも高くなる。ま
たパワーMO3FET2には、高い電圧が印加されない
ため、大きな電流密度が得られる低耐圧のMOS F
ETが使用できる。このスイッチング素子をON状態に
するにはパワーMOSFET2のゲート6にしきい値以
上の電圧を印加し、パワーMOSFET2をON状態に
すれば良い。In Figure 2, bipolar transistor l and power MO
3FET2 is connected in series, base 4 and source 7
A plurality of diodes are connected in series between them. In the blocking state, a potential below the threshold is applied to the gate 6 of the power MO3FET2, and the power MO3FET2
is in the OFF state. Therefore, the emitter of the bipolar transistor 1 is in an open state, and therefore the bipolar transistor 1 is equivalent to a diode having only a collector-base junction. Diode 3 connected to the base of bipolar transistor 1 is collector 5
When a positive potential is applied to the bipolar transistor 1 and a negative potential is applied to the source 7, the bipolar transistor 1 is forward biased. is applied to a reverse biased diode by a junction between. Therefore, the breakdown voltage of this composite element is as high as that of bipolar transistor 1.
, which is higher than the withstand voltage V cio· when a bipolar transistor is used alone. In addition, since no high voltage is applied to the power MO3FET2, it is a low-voltage MOS FET that can obtain a large current density.
ET can be used. In order to turn on this switching element, a voltage equal to or higher than the threshold voltage may be applied to the gate 6 of the power MOSFET 2 to turn the power MOSFET 2 on.
パワーMO3FET2がON状態となるとバイポーラト
ランジスタ1のベース・エミッタ間はベース電源8によ
って順方向にバイアスされ、ベース電流が流れることに
よりバイポーラトランジスタ1がオン(ON)する。こ
の状態では電導度変調によりON電圧が非常に低くなる
バイポーラトランジスタとON電圧の低い低耐圧のパワ
ーMO3FET2が直列接続されているため、本素子全
体としてもON電圧は低く、すなわち大きな電流密度が
得られる。次に本素子を再度OFF状態にする場合には
、パワーMO3FET2のゲート6の電位を再度しきい
値以下にすれば良い。これによりパワーMO3FET2
はOFF状態になる。このためコレクタ5→エミツタ→
ドレイン→ソース7と流れていた電流の経路がなくなり
、コレクタ5→ベース4→ダイオード3→ソース7の経
路で電流が流れる。この電流により電導度変調が生じて
いたバイポーラトランジスタ1内の過剰キャリアは強制
的に引き抜かれ、バイポーラトランジスタ1のコレクタ
・ベース間の接合が逆回復することにより完全にOFF
状態となる。したがって、本素子はバイポーラトランジ
スタを単独で使用した場合に比較して非常に高速でスイ
ッチングすることができる。なお、ダイオード3はベー
ス電源8の電圧よりも高い順方向電圧を持たせ、ベース
電源8をバイパスすることなしにターンオフ時の電流を
流すために挿入されているものである。こノヨうにバイ
ポーラトランジスタlとパワーMO3FET2を組み合
わせた本素子は高耐圧、高電流密度でかつ高速スイッチ
ング動作が可能という大きな特徴を有している。When the power MO3FET 2 is turned on, the base-emitter of the bipolar transistor 1 is forward biased by the base power supply 8, and the base current flows, turning the bipolar transistor 1 on. In this state, the bipolar transistor, whose ON voltage is extremely low due to conductivity modulation, and the power MO3FET2, which has a low withstand voltage and low ON voltage, are connected in series, so the ON voltage of this device as a whole is low, which means that a large current density can be obtained. It will be done. Next, when this element is to be turned off again, the potential of the gate 6 of the power MO3FET 2 may be set below the threshold value again. This allows power MO3FET2
is in the OFF state. For this reason, Collector 5 → Emitsuta →
The current path that used to flow from the drain to the source 7 disappears, and the current flows from the collector 5 to the base 4 to the diode 3 to the source 7. This current forcibly pulls out the excess carriers in the bipolar transistor 1 that have caused conductivity modulation, and the junction between the collector and base of the bipolar transistor 1 reversely recovers, turning it off completely.
state. Therefore, this device can switch much faster than when a bipolar transistor is used alone. Note that the diode 3 is inserted to have a forward voltage higher than the voltage of the base power supply 8 and to allow a current to flow during turn-off without bypassing the base power supply 8. This device, which is a combination of the bipolar transistor 1 and the power MO3FET 2, has the great features of high breakdown voltage, high current density, and high-speed switching operation.
しかしながら、上記の素子はバイポーラトランジスタ1
とパワーMO3FET2を別チップとして作成し、組み
合わせるためコストが非常に高くなるという欠点を有し
ている。However, the above device is a bipolar transistor 1
Since the power MO3FET 2 and the power MO3FET 2 are manufactured as separate chips and combined, the cost is extremely high.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、高耐圧、高電
流密度で、かつ、高速スイッチング動作が可能であると
いう大きな利点を持ちながらコストが高いカスコードバ
イモス素子を1チップ化し、低コスト化を図ることを解
決すべき課題とするものである。The present invention has been made in view of the above points, and has the great advantages of high withstand voltage, high current density, and high-speed switching operation, but it is possible to reduce the cost by integrating the high-cost cascode bimos element into a single chip. The problem to be solved is to aim for
本発明によれば、バイポーラトランジスタ上に絶縁層を
介して半導体層を設け、該半導体層にドレイン領域、チ
ャネル領域、ソース領域を形成し、前記チャネル領域上
にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するとともに
、前記ドレイン領域を前記絶縁層の開口部において前記
バイポーラトランジスタのエミッタ領域に接続している
ことを特徴とするスイッチング素子が提供されるもので
ある。According to the present invention, a semiconductor layer is provided on a bipolar transistor via an insulating layer, a drain region, a channel region, and a source region are formed in the semiconductor layer, and a gate electrode is formed on the channel region via a gate insulating film. and the drain region is connected to the emitter region of the bipolar transistor through an opening in the insulating layer.
本発明のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタ
の上に絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層上に
MOSFETを形成し、そのMOSFETのドレイン領
域をバイポーラトランジスタのエミッタに接続しである
ために、1チツプでカスコードバイモス型素子が形成で
きる。In the switching element of the present invention, a semiconductor layer is provided on a bipolar transistor via an insulating layer, a MOSFET is formed on the semiconductor layer, and the drain region of the MOSFET is connected to the emitter of the bipolar transistor. A cascode bimos type element can be formed with one chip.
以下図面に示す実施例を挙げて本発明を説明する。 The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings.
第1図は本発明の一実施例を示す断面図であって、本実
施例においては、 「コレクタ層11上にn−コレクタ
層12が形成され、また、このn−コレクタ層12上に
pベース領域13が形成され、更にpベース領域13内
に n゛エミッタ領Fa14が形成された半導体基板上
に酸化膜15が形成されている。また、この酸化膜15
上にはドレイン領域16、チャネル領域17及びソース
領域18が形成されている。これらドレイン領域16、
チャネル領域17及びソース領域18は酸化膜15上に
poly−5i膜を形成し、このpoiy−3i膜をレ
ーザアニールによって単結晶化した後、所定の不純物を
拡散することによって形成することができる。また、ド
レイン領域16、チャネル領域17及びソース領域18
上にはゲート酸化膜19を介して、ゲー) poiy−
3i膜20が形成され、これらによりMOSFETが構
成されている。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention. In this embodiment, an n-collector layer 12 is formed on the collector layer 11, and a p- An oxide film 15 is formed on a semiconductor substrate in which a base region 13 is formed and an n emitter region Fa 14 is formed within the p base region 13.
A drain region 16, a channel region 17 and a source region 18 are formed thereon. These drain regions 16,
The channel region 17 and the source region 18 can be formed by forming a poly-5i film on the oxide film 15, converting this poly-5i film into a single crystal by laser annealing, and then diffusing predetermined impurities. In addition, a drain region 16, a channel region 17, and a source region 18
There is a gate oxide film 19 on top of the gate oxide film 19.
A 3i film 20 is formed, which constitutes a MOSFET.
ここに、ドレイン領域16は酸化膜15の開口部を介し
てエミッタ領域14に接続されており、またベース領域
13、ソース領域18、ゲートpoiy−3i膜20は
PSG (リンガラス)層21により絶縁されている。Here, the drain region 16 is connected to the emitter region 14 through the opening of the oxide film 15, and the base region 13, source region 18, and gate poiy-3i film 20 are insulated by a PSG (phosphorous glass) layer 21. has been done.
また、ベース電極23、ソース電極24、ゲート電極2
5がPSG膜21に形成された開口部を通してそれぞれ
ベース領域13、ソース領域18及びゲートpoly−
si膜20に接続されている。In addition, a base electrode 23, a source electrode 24, a gate electrode 2
5 passes through the openings formed in the PSG film 21 to the base region 13, source region 18 and gate poly-
It is connected to the Si film 20.
本実施例では、pOIy−3i膜を単結晶化したSi膜
を用いてドレイン領域16、チャネル領域17、ソース
領域18を形成しているのでキャリアの移動度を高くす
ることができ、このため低いON抵抗を持つMOSFE
Tを形成できるという利点があるが、ドレイン領域16
、チャネル領域17、ソース領域1Bをpoiy−Si
のままで単結晶化しない場合でも同様の素子を製造でき
ることはいうまでもない。In this example, since the drain region 16, channel region 17, and source region 18 are formed using a Si film obtained by monocrystalizing the pOIy-3i film, the carrier mobility can be increased, and therefore the carrier mobility can be increased. MOSFE with ON resistance
Although it has the advantage of being able to form a T, the drain region 16
, the channel region 17 and the source region 1B are made of poiy-Si.
It goes without saying that a similar element can be manufactured even if it is not made into a single crystal.
さらに本実施例ではNPN )ランジスタとNチャネル
MO5を組み合わせた素子で説明したが、本発明は導電
型を逆にした素子についても適用できるものである。Furthermore, although this embodiment has been described using an element that combines an NPN transistor and an N-channel MO5, the present invention can also be applied to an element whose conductivity type is reversed.
本発明によれば、バイポーラトランジスタとパワーMO
3FETを1チツプで作ることができるためコストを大
幅に低減できる。According to the present invention, a bipolar transistor and a power MO
Since 3FETs can be made on one chip, costs can be significantly reduced.
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は従来
のスイッチング素子を示す回路図である。
l バイポーラトランジスタ、2 パワーMO5FET
、3 ダイオード、4 ベース、5 コレクタ、6
ゲート、7 ソース、8 ベース電源、+i n”コ
レクタ層、12n−コレクタ層、13 pベース領域、
14−n+エミッタ領域、15酸化膜、16 ドレイ
ン領域、17 チャネル領域、18 ソース領域、
19 ゲート酸化膜、20 ゲートpoly−3i
膜、21− P S G層、22 コレクタ電極、2
3 ベース電極、24 ソース電極、25 ゲー
ト電第1図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional switching element. l bipolar transistor, 2 power MO5FET
, 3 diode, 4 base, 5 collector, 6
gate, 7 source, 8 base power supply, +i n'' collector layer, 12 n-collector layer, 13 p base region,
14-n+ emitter region, 15 oxide film, 16 drain region, 17 channel region, 18 source region,
19 gate oxide film, 20 gate poly-3i
Membrane, 21- PSG layer, 22 Collector electrode, 2
3 base electrode, 24 source electrode, 25 gate electrode Figure 1
Claims (1)
層を設け、該半導体層にドレイン領域、チャネル領域、
ソース領域を形成し、前記チャネル領域上にゲート絶縁
膜を介してゲート電極を形成するとともに、前記ドレイ
ン領域を前記絶縁層の開口部において前記バイポーラト
ランジスタのエミッタ領域に接続したことを特徴とする
スイッチング素子。1) A semiconductor layer is provided on the bipolar transistor via an insulating layer, and the semiconductor layer has a drain region, a channel region,
A switching device characterized in that a source region is formed, a gate electrode is formed on the channel region via a gate insulating film, and the drain region is connected to the emitter region of the bipolar transistor at an opening in the insulating layer. element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1087692A JPH02266567A (en) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | Switching element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1087692A JPH02266567A (en) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | Switching element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02266567A true JPH02266567A (en) | 1990-10-31 |
Family
ID=13921981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1087692A Pending JPH02266567A (en) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | Switching element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02266567A (en) |
-
1989
- 1989-04-06 JP JP1087692A patent/JPH02266567A/en active Pending
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