JPH0330372A - 自己消弧型パワースイッチングデバイス - Google Patents

自己消弧型パワースイッチングデバイス

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Publication number
JPH0330372A
JPH0330372A JP16499689A JP16499689A JPH0330372A JP H0330372 A JPH0330372 A JP H0330372A JP 16499689 A JP16499689 A JP 16499689A JP 16499689 A JP16499689 A JP 16499689A JP H0330372 A JPH0330372 A JP H0330372A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base
mosfet
transistor
switching device
power switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP16499689A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Kumagai
直樹 熊谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (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】 [産業上の利用分野] この発明は自己消弧型パワースイッチングデバ・イスに
かかり、特に安価で浮遊−インダクタンスの影響を受け
ない3端子の自己消弧型パワースイッチングデバイスに
関する。。
[従来の技術] 従来、中小容量の自己消弧型パワースイッチングデバイ
スとして、バイポーラジャンクショントランジスタ(以
下BJTと称する)やMOSFETが使用されできた。
しかし、BJTは大電流密度が得られるものの、スイッ
チング速度が遅いためスイッングロスが大きい。MOS
FETは、スイッチング速度は速いものの、特に高耐圧
の素子において高電流密度が得られないなどの問題点が
あった。
近年、これらの問題点を補うために、B J TとMO
SFET等を複合化し、高速で大電流密度のスイッチン
グを可能とする新しい素子が数多く提案され、その一部
が実用化され始めている。
第3図は上記した複合型スイッチング素子の一例を示す
図であり、カスコードBiMO8と呼ばれる素子を示し
ている。この素子の動作について、以下に簡単に述べる
第3図において、コレクタ端子33.ソース端子36間
に外部負荷を接続して電圧を印加し、ベース端子34.
ソース端子36間にベース電源を接続し、ゲート端子3
5にゲート電圧を印加して、MOS FET31をオン
状態にすると、BJT30にベース電流が供給される。
従って、B J Tはオン状態となり、エミッタ電流は
MO3FET31を通じてソース端子36へ流れる。一
方、この状態からMO8FE−r31をオフするように
ゲート端子35にゲート電圧を印加すると、BJT30
のベース電流の供給が停止するとともにエミッタがオー
プン状態となるため、BJT30はオフ状態へと移行す
る。一般に、BJTはオン状態では伝導度変調により過
剰キャリアがベース領域とコネクタ領域に充満している
ため、この過剰キャリアが消滅するまで完全にオフする
ことはない。しかし、第3図に示すカスコードsrMo
sでは、キャリアは低電圧ダイオード32を通じてベー
スから引き失くことが可能なため、高速でオフすること
ができる。また、オフ状態ではエミッタがオープン状態
であるためBJT30の耐圧は、コレクタ・エミッタ電
圧V  (べEO −ス開敢)ではなくコレクタ・ベース電圧V CBO〈
エミッタ開放)となり、コレクタ層の厚さを薄くするこ
とが可能であるため、高いエミッタ接地小化0短絡順方
向電流増幅率hfeを実現することができ、オン電圧の
低い素子とすることができる。
[発明が解決しようとする課題] 上記した従来の楼台型スイッチング素子は、BJT、M
OSFET、ダイオード等の個別素子を組み合わせてい
たため、コストが高い、高速でターンオフするため浮遊
インダクタンスにより発振や誤点弧等の現象が発生して
使用しにくい、4端子素子でおるため使いにくい等の問
題点があった。
この発明は上記した従来技術の問題点に鑑みなされたも
ので、その目的は安価で浮遊インダクタンスの影響を受
けない3端子素子の自己消弧型パワースイッチングデバ
イスを提供することにある。
[課題を解決するための手段] この発明の自己消弧型パワースイッチングデバイスは、
同一チップ上に、バイポーラ1−ランジスタと、該トラ
ンジスタのベース電流を流すために該トランジスタのコ
レクタ・ベース間に並列接続された第1のMOSFET
と、該トランジスタのエミッタに直列接続された第2の
MOSFETと、該トランジスタのベース電流を引き抜
くために該トランジスタのベースと第2のMOS F 
E Tのソース間に並列接続された第3のMOS F 
E Tとを設けたことを特徴としている。
[作用] この発明によれば、カスコードBiMO8を1チツプ上
に形成することにより、素子コストの低減と浮遊インダ
クタンスの低下をはかり、かつ3端子化を達成すること
ができる。
すなわち、上記第2、第3のMOSFETをバイポーラ
トランジスタ上にSo I (Silicon on。
In5ulator )技術を用いて形成することによ
り、自己消弧型パワースイッチングデバイスを1チツプ
で奇生効果を生じることなしに安価に形成することがで
き、浮遊インダクタンスを低下することができる。
ざらに、上記第1のMOSFETはバイポーラトランジ
スタにベース電流を流すものであり、この第1のMOS
FETのドレイン領域とバイポーラトランジスタのコレ
クタ領域とを共°通に形成することにより、トレイン領
域の伝導度変調を発生させ、これによって第1のMOS
FETは高耐圧のMOSFETであるにもかかわらず、
電流密度の高いMOSFETにすることができ、バイポ
ーラトランジスタのベース電流を充分に流せるよう構成
できる。従って、オン電圧の低い自己消弧型パワースイ
ッチングデバイスを提供することができる。
[実施例] 以下添付の図面に示す実施例により、ざらに詳細にこの
発明について説明する。
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図である。図示
するように[I 基板1上に高耐圧化をはかるための低
不純物濃度の【1−層2が設けられている。n’−層2
の表面には、部分的な拡散によって形成されたpベース
領域3が設けられている。
pベース領域3内には、図示するように一方においてn
 工くツタ領域8が形成されており、これらによりN 
P N −B J Tが構成されている。また、pベー
ス領域3内には、他方においてn ソース6及びp+コ
ンタクト領域7が構成されている。
そして、このn+ソース6と n−層2内のpベース領
vA3が拡散されていない領域とにはさまれたpベース
領域3上には、図示するようにゲート酸化膜4を介して
ゲートpo+y−si5が形成され、これらによりn−
層2及びn 基板1をドレインとする縦型MO8FET
が構成されている。また、pベース領域3の上には、酸
化膜9を介しレーザーアニール、ゾーンメルト等のSO
I技術により3i単結晶膜10(10−1〜1o−s>
が形成されている。
このS1単結晶WAio上には、ゲート酸化膜11.1
3を介して、図示するようにゲートpo+y−st 1
2.14が形成され、このゲートPo1y−Si 12
 、14の開口部から不純物を拡散することにより、ソ
ース領域10−3及びドレイン領域10−1.10−5
が自己整合により形成されている。ざらに、この上に層
間絶縁膜としてシリケートガラス(以下、PSGと称す
る)15が形成され、その上にはPSG15の開口部よ
り各領域間の配線を行うためのAt−3t配線16゜1
7、18が形成されている。
第2図は第1図に示す実施例の等価回路図であり、この
図を用いて第1図に示す素子の動作を説明する。なお、
第3図において、第1図と同一部分には同一符号を付し
ている。
第2図において、30及び31は第3図と同じくNPN
−BJTとnchMO3F E −r Tニーaす、第
2図に示す等価回路においては、ベース駆動用MO3F
ET25がコレクタ端子21及びベース配線18間に接
続されている。このMO8FET25は第1図における
n 基板1及びn−層2をド1ツインとする縦型MO3
FETに相当し、コレクタ端子21からベース電流をB
JT30に流す働きを有している。
MO3FET31のゲート端子とMO3FET31のゲ
ートを同電位に接続することにより3端子化を実現して
いる。一方、ベース配線18にはベース電流引き扱き用
MO8FET25が接続され、第3図における低電圧ダ
イオード32と同様にターンオフ時のベース電流を引き
抜く働きを持っている。第2図に示す素子をターンオン
するには、ゲート端子19にMO3FET25.31の
しきい値以上の電位を印加させればよい。これにより、
MO8FET31がオンするとともにベース駆動用MO
8FET25がオンし、BJT30にベース電流が供給
される。
これにより、BJT30はターンオンし、そのエミッタ
電流がMO3FET31を通して流れる。この時、ベー
ス電流引き扱き用のMO8FET25のゲートしきい値
がBJ−r30のベース・エミッタ間電圧とMO3FE
T31のオン電圧以下であるため、MO3FET26は
オンすることはなく、BJT30に対するベース電流は
バイパスされない。
一方、第2図に示す素子をターンオフするには、ゲート
端子19にしきい値以下の電圧を印加すればよい。すな
わら、MO3FET25がオフすることによりBJT3
0に対するベース電流の供給が断たれる。これと同時に
MO8FET31がオフすることにより、BJT30の
エミッタがオープン状態になって主電流がオフする。B
JT30がオフすることにより、素子のソース端子20
とコレクタ端子21の間に発生する電圧は、BJT30
のコレクタ・ベース間接合及びMO3FET2Bに印加
される。BJT30は、伝導度変調による過剰キャリア
によりターンオフの初期ではインピーダンスが低く、上
記端子間電圧はMO3FE−r26に印加される。MO
3FET26のゲート端子はそのトレイン端子に接続さ
れているため、ドレイン電圧がしきい値以上に上昇する
とMO3FET26はオン状態となり、BJT30のベ
ース電流を引き後くことができる。
ターンオフの過程が進むに従って、BJT30のコレク
タ・ベース接合は逆回復して電圧を持つようになるため
、ベース電流を充分に引き抜くことができるようにMO
3FET26を設計することにより、MO3FET26
に高電圧が印加されて素子が破壊することを防止するこ
とができる。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、この発明によれば、カ
スコード、カスケードB+MO8を1チツプで構成した
ため、低コスト化を図ることが可能になるとともに、配
線による浮遊インダクタンスを大幅に低減することがで
き、発掘、誤点弧等のない、極めて高速のスイッチング
素子とすることができる。また、ベース駆動用MO3F
ETとBJTを複合化することにより、ベース駆動用M
o S F E−rのトレイン領域を伝導度変調させる
ことができるため、高耐圧のベース駆動用MO3FE 
Tにもかかわらず電流密度を大きくすることができ、B
 J Tのベース電流を充分流すことができ、オン電圧
を充分低くすることができる。また、ターンオフ用MO
3’FET’とベース電流引き抜き用MO3FETとを
SOI技術で形成することにより、奇生効果なしにカス
コード、カスケードBtvosFE−rを1チツプで形
成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す素子断面図、第2図
は第1図に示す実施例の等価回路を示す回路図、第3図
は従来のカス:″」−ドBiMO3の一例を示す回路図
である。 1・・・n 基板、2・・・n″基板 3・・・pベース領域、4・・・ゲート酸化膜、5・・
・ゲートPo1y−3t 、6・・・【) ソース、7
・・・p+コンタクト領域、8・・・酸エミッタ、9・
・・酸化膜、10・・・3i単結晶膜、10−1.10
−2.10−3.1(、)−4,10−5・・・3i単
結晶膜、11・・・ゲート酸化膜、12・・・ゲー・−
ト1’oiy−3r、13・・・ゲート酸化膜、14・
・・ゲ・−トP(多1y−3i 、15・・・PSG、
16・・・エミッタ配線、17・・・ソース電極、1ト
・・ベース配線、19・・・ゲート端子、20・・・ソ
ース嫡子、21・・・コレクタ端子、 25・・・ベース駆動用MO8F E T、26・・・
ベース電流引き抜き用MO3FET、3O−NPN−B
JT、31−nchMOFE”T、32・・・低電圧ダ
イオード、33・・・]レクタ喘了、34・・・ベース
端子、35・・・ゲート端子、第 2 図 第 区

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バイポーラトランジスタと、該バイポーラトラン
    ジスタのコレクタ・ベース間に並列接続された第1のM
    OSFETと、該バイポーラトランジスタのエミッタに
    直列接続された第2のMOSFETと、該バイポーラト
    ランジスタのベースと第2のMOSFETのソース端子
    間に並列接続された第3のMOSFETとが、同一チッ
    プ上に形成された自己消弧型パワースイッチングデバイ
    ス。
JP16499689A 1989-06-27 1989-06-27 自己消弧型パワースイッチングデバイス Pending JPH0330372A (ja)

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JP16499689A JPH0330372A (ja) 1989-06-27 1989-06-27 自己消弧型パワースイッチングデバイス

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JP16499689A JPH0330372A (ja) 1989-06-27 1989-06-27 自己消弧型パワースイッチングデバイス

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JPH0330372A true JPH0330372A (ja) 1991-02-08

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ID=15803862

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JP16499689A Pending JPH0330372A (ja) 1989-06-27 1989-06-27 自己消弧型パワースイッチングデバイス

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JP (1) JPH0330372A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100465475B1 (ko) * 2002-01-11 2005-01-13 산요덴키가부시키가이샤 유도 가열용 트레이
JP2017092474A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 アナログ デバイシス グローバル Fet−バイポーラトランジスタの組み合わせ

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KR100465475B1 (ko) * 2002-01-11 2005-01-13 산요덴키가부시키가이샤 유도 가열용 트레이
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