JPH04318971A - Composite semiconductor device - Google Patents
Composite semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は静電誘導サイリスタ(S
Iサイリスタ)とMOS型FETとを組み合わせた複合
半導体デバイスに関するものである。[Industrial Application Field] The present invention relates to a static induction thyristor (S
This invention relates to a composite semiconductor device that combines a MOS type FET (I thyristor) and a MOS type FET.
【0002】0002
【従来の技術】近年、パワーエレクトロニクス分野では
応用装置の高効率化,低騒音化の点から高周波化に対応
できる半導体デバイスの要求が高まっている。SIサイ
リスタは優れた高周波特性が認められているが、ターン
オフ時にゲートから大電流を引き抜く必要があり、ゲー
ト制御回路が他のデバイスよりも複雑かつ大容量になる
欠点があった。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, in the field of power electronics, there has been an increasing demand for semiconductor devices that can handle higher frequencies in order to improve the efficiency and reduce noise of applied equipment. Although SI thyristors are recognized for their excellent high-frequency characteristics, they have the disadvantage of requiring a large current to be drawn from the gate at turn-off, making the gate control circuit more complex and larger in capacity than other devices.
【0003】そこで、SIサイリスタのカソードをnチ
ャンネルMOS型FETのドレインに、SIサイリスタ
のゲートをnチャンネルMOS型FETのソースにカス
コード接続することにより、高速のSIサイリスタを電
圧制御形デバイスとして制御できることが報告されてい
る。(B・J・Baliga,Solid−St.El
ectron.25,No.5,pp345−353,
1982)図5に上記カスコード接続の複合半導体デバ
イスを示す。図5において、1は複合半導体デバイス、
2はSIサイリスタ、3はMOS型FET、E1はオン
用制御電源、E2はオフ用制御電源、SW1はオン用ス
イッチ、SW2はオフ用スイッチを示す。[0003] Therefore, by connecting the cathode of the SI thyristor to the drain of an n-channel MOS FET and the gate of the SI thyristor to the source of the n-channel MOS FET in cascode, it is possible to control the high-speed SI thyristor as a voltage-controlled device. has been reported. (B.J. Baliga, Solid-St.El
ectron. 25, No. 5, pp345-353,
(1982) FIG. 5 shows the above-mentioned cascode-connected composite semiconductor device. In FIG. 5, 1 is a composite semiconductor device;
2 is an SI thyristor, 3 is a MOS type FET, E1 is an ON control power supply, E2 is an OFF control power supply, SW1 is an ON switch, and SW2 is an OFF switch.
【0004】図5のようなカスコード接続では、SIサ
イリスタ2に完全にノーマリオン形のSIサイリスタを
用いないと、オン特性が著しく悪くなるか、全くオンし
ない。完全にノーマリオン形のSIサイリスタは、ノー
マリオフ形SIサイリスタに比べ同じゲート逆電圧でブ
ロックできるアノード電圧の大きさが小さくなる。一般
に、ノーマリオン形SIサイリスタでは、1000Vの
アノード電圧をブロックするのに100V以上のゲート
電圧を必要とする。このため、MOS型FET3の耐圧
も100V以上にする必要がある。In the cascode connection as shown in FIG. 5, unless a completely normally-on type SI thyristor is used as the SI thyristor 2, the on-state characteristics will be significantly poor or the SI thyristor will not turn on at all. A completely normally-on type SI thyristor has a smaller anode voltage that can be blocked with the same gate reverse voltage than a normally-off type SI thyristor. Generally, normally-on type SI thyristors require a gate voltage of 100V or more to block an anode voltage of 1000V. For this reason, the withstand voltage of the MOS type FET 3 also needs to be 100V or higher.
【0005】MOS型FETのオン抵抗は耐圧の2.5
乗に比例するため、MOS型FET3の耐圧を増すこと
は、カスコード接続の際の定常損失が大きくなることで
ある。図5のカスコード接続のデバイスの耐圧を上げる
ためには、MOS型FET3の耐圧も上げる必要があり
、このため、1000V以上のデバイスを図5のカスコ
ード接続で構成することは、損失面から実用的でない。[0005] The on-resistance of a MOS FET is 2.5 times higher than the withstand voltage.
Since it is proportional to the multiplication factor, increasing the withstand voltage of the MOS FET 3 means that the steady loss during cascode connection increases. In order to increase the withstand voltage of the cascode-connected device shown in Figure 5, it is necessary to also increase the withstand voltage of MOS FET 3. Therefore, it is not practical from a loss perspective to configure a device with a voltage of 1000 V or more using the cascode-connected device shown in Figure 5. Not.
【0006】一方、図5のカスコード接続のSIサイリ
スタ2のゲートとMOS型FET3のソースの間にダイ
オードDを順方向に挿入した図6やツェナーダイオード
ZDを挿入した図7に示すカスコード接続も考えられて
いる。これらの場合には、ターンオン時にダイオードD
のビルトイン電圧、或いはツェナーダイオードZDのツ
ェナー電圧がオンゲート電圧としてSIサイリスタ2に
加わるので、ノーマリオフに近い、即ち小さなゲート逆
バイアスで大きなアノード電圧をブロックできるSIサ
イリスタにもカスコード接続が通用できるようになった
。On the other hand, the cascode connection shown in FIG. 6 in which a diode D is inserted in the forward direction between the gate of the SI thyristor 2 and the source of the MOS type FET 3 in the cascode connection shown in FIG. 5, and the cascode connection shown in FIG. 7 in which a Zener diode ZD is inserted is also considered. It is being In these cases, the diode D
Since the built-in voltage of ZD or the Zener voltage of Zener diode ZD is applied to SI thyristor 2 as an on-gate voltage, cascode connection can also be used for SI thyristors that are close to normally off, that is, can block large anode voltages with a small gate reverse bias. Ta.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】図8は、図7のカスコ
ード接続の場合のターンオフ時のSIサイリスタ2のア
ノード電流IA,電圧VAK波形及びMOS型FET3
のドレイン・ソース間電圧VDS波形の一例を示すもの
である。図8よりMOS型FET3のドレイン・ソース
間電圧VDSは、ターンオフ初期に一度大きく跳ね上が
り、その後、ほぼ一定値となる。[Problem to be Solved by the Invention] FIG. 8 shows the anode current IA and voltage VAK waveforms of the SI thyristor 2 and the MOS type FET 3 at turn-off in the case of the cascode connection shown in FIG.
3 shows an example of the drain-source voltage VDS waveform of FIG. As can be seen from FIG. 8, the drain-source voltage VDS of the MOS type FET 3 jumps once in the early stage of turn-off, and then becomes a substantially constant value.
【0008】このターンオフ初期の電圧VDSの跳ね上
がりは、SIサイリスタ2のゲートとMOS型FET3
のソース間のインダクタンス分との間を流れる電流のd
i/itにより決まるもので、MOS型FET3を高速
動作させる程、上記サージ電圧の値は大きくなる。この
サージ電圧によりカスコード接続時にMOS型FET3
が破壊しないように、その耐圧を増す必要がある。This jump in the voltage VDS at the initial stage of turn-off is caused by the gate of the SI thyristor 2 and the MOS type FET 3.
d of the current flowing between the inductance between the sources of
It is determined by i/it, and the faster the MOS FET 3 is operated, the larger the value of the surge voltage becomes. Due to this surge voltage, MOS type FET3 is
It is necessary to increase its withstand pressure to prevent it from being destroyed.
【0009】このことは、結果として図5のカスコード
接続の場合と同様に、デバイスの損失を大きくすること
になるため、実用上、1000V以上のデバイスを図6
,図7に示すカスコード接続で構成することも困難であ
る。As a result, as in the case of the cascode connection shown in FIG. 5, this increases the loss of the device.
, it is also difficult to construct the cascode connection shown in FIG.
【0010】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、SI
サイリスタとMOS型FETをカスコード接続したデバ
イスのターンオフ時に発生するMOS型FETのサージ
電圧を低減し、定常損失が小さいデバイスを実現しうる
複合半導体デバイスを提供することにある。The present invention has been made in view of these conventional problems, and its purpose is to
An object of the present invention is to provide a composite semiconductor device that can reduce the surge voltage of a MOS FET that occurs when turning off a device in which a thyristor and a MOS FET are connected in cascode, and can realize a device with low steady-state loss.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における複合半導体デバイスは、SIサイリ
スタのカソードをMOS型FETのドレインに接続し、
SIサイリスタのゲートをMOS型FETのソースに接
続して外部に取り出す第1の電極とし、SIサイリスタ
のアノードを第2の電極とし、MOS型FETのゲート
を第3の電極としたSIサイリスタとMOS型FETか
らなる3端子複合半導体デバイスにおいて、前記MOS
型FETのゲート回路に抵抗を挿入してなるものである
。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a composite semiconductor device according to the present invention connects the cathode of an SI thyristor to the drain of a MOS type FET,
SI thyristor and MOS, in which the gate of the SI thyristor is connected to the source of the MOS type FET and used as the first electrode taken out to the outside, the anode of the SI thyristor is used as the second electrode, and the gate of the MOS type FET is used as the third electrode. In a three-terminal composite semiconductor device consisting of a type FET, the MOS
It is made by inserting a resistor into the gate circuit of a type FET.
【0012】上記SIサイリスタのゲートとMOS型F
ETのソースとの間には、直列にダイオードを順方向に
、又はツェナーダイオードを入れるとよい。また、上記
抵抗は10〜40Ωの範囲にすることが好ましい。Gate of the above SI thyristor and MOS type F
It is preferable to insert a diode in series in the forward direction or a Zener diode between the source of the ET and the source of the ET. Further, it is preferable that the resistance is in the range of 10 to 40Ω.
【0013】[0013]
【作用】SIサイリスタとMOS型FETをカスコード
接続した複合半導体デバイスにおいて、MOS型FET
のゲート回路に抵抗を挿入し、その抵抗値を種々変える
と、ターンオフ初期に発生するサージ電圧は抵抗値が大
きくなるに連れて小さくなる。従ってゲート回路に抵抗
を挿入することによりMOS型FETの耐圧を小さくす
ることができるので、カスコード接続の際の定常損失を
小さくすることができる。[Operation] In a composite semiconductor device in which an SI thyristor and a MOS FET are connected in cascode, the MOS FET
If a resistor is inserted into the gate circuit of the circuit and its resistance value is varied, the surge voltage generated at the early stage of turn-off becomes smaller as the resistance value increases. Therefore, by inserting a resistor into the gate circuit, the withstand voltage of the MOS FET can be reduced, so that the steady loss during cascode connection can be reduced.
【0014】また、この抵抗値が大きくなるとターンオ
フ時間が大きくなるが、この抵抗値を10〜40Ω程度
にすれば、ターンオフ時間を、通常動作周波数の10〜
50KHzにおいて必要な0.5μs程度とすることが
できる。[0014] Also, as this resistance value increases, the turn-off time increases, but if this resistance value is set to about 10 to 40Ω, the turn-off time can be reduced to 10 to 40Ω, which is the normal operating frequency.
The required time at 50 KHz can be about 0.5 μs.
【0015】また、SIサイリスタのゲートとMOS型
FETのソース間に順方向ダイオード又はツェナーダイ
オードを直列に挿入した場合には、ダイオードのビルト
イン電圧又はツェナー電圧がオンゲート電圧としてSI
サイリスタに加わるので、ゲート逆バイアスで大きなア
ノード電圧をブロックできる。Furthermore, when a forward diode or Zener diode is inserted in series between the gate of the SI thyristor and the source of the MOS FET, the built-in voltage or Zener voltage of the diode becomes the on-gate voltage of the SI thyristor.
Since it is added to the thyristor, a large anode voltage can be blocked by reverse gate bias.
【0016】[0016]
【実施例】図1は本発明の第1実施例にかかる複合半導
体デバイスの回路を示す。この実施例は、従来図7に示
したカスコード接続の複合半導体デバイス1におけるM
OS型FET3のゲート回路に抵抗R1を直列に挿入し
たものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a circuit of a composite semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. This embodiment is based on M in the conventional cascode-connected composite semiconductor device 1 shown in FIG.
A resistor R1 is inserted in series with the gate circuit of the OS type FET3.
【0017】図2は、この実施例における抵抗R1の値
を種々変化させて測定した、MOS型FET3のドレイ
ン・ソース間に発生するサージ電圧VDSPの大きさを
、サージ電圧VDSPと完全にオフ状態に達した時のド
レイン・ソース間の電圧VDSの比、及びターンオフ時
間TOFFを示したものである。FIG. 2 shows the magnitude of the surge voltage VDSP generated between the drain and source of the MOS type FET 3, which was measured by varying the value of the resistor R1 in this embodiment, and the magnitude of the surge voltage VDSP and the completely off state. This figure shows the ratio of the drain-source voltage VDS and the turn-off time TOFF when the voltage VDS reaches .
【0018】図2より、この実施例の抵抗R1の値を増
加させるに連れてサージ電圧VDSPの値が低下するこ
とがわかる。また、ターンオフ時間はゲート抵抗R1の
値を増加させるにつれて長くなり50Ω以上では0.5
μsより長くなる。一般に動作周波数を10〜50KH
zにするので、ターンオフタイムを0.5μs程度にす
ることが必要である。従って、ゲートに挿入する抵抗R
1の値を10〜40Ωにすることが、ターンオフタイム
の点及び高耐圧MOS型FETを用いて定常損失を増加
させないために最適である。It can be seen from FIG. 2 that as the value of the resistor R1 of this embodiment increases, the value of the surge voltage VDSP decreases. In addition, the turn-off time increases as the value of gate resistance R1 increases, and when it is 50Ω or more, the turn-off time increases by 0.5Ω.
It becomes longer than μs. Generally the operating frequency is 10~50KH
z, it is necessary to set the turn-off time to about 0.5 μs. Therefore, the resistance R inserted into the gate
It is optimal to set the value of 1 to 10 to 40Ω in terms of turn-off time and to avoid increasing steady-state loss when using a high voltage MOS FET.
【0019】図3及び図4は第2及び第3実施例にかか
る複合半導体デバイスの回路を示すもので、夫々従来図
5及び図6に示したカスコード接続した複合半導体デバ
イス1のMOS型FET3のゲート回路に抵抗R1を直
列に挿入したものである。この第2,第3実施例の複合
半導体デバイスも第1実施例同様に抵抗R1の抵抗値を
適宜選択することにより、高耐圧MOS型FETを用い
て定常損失を増加させないで済ませることができる。FIGS. 3 and 4 show circuits of composite semiconductor devices according to second and third embodiments, respectively, of the MOS type FET 3 of the cascode-connected composite semiconductor device 1 shown in FIGS. This is a gate circuit in which a resistor R1 is inserted in series. Similarly to the first embodiment, in the composite semiconductor devices of the second and third embodiments, by appropriately selecting the resistance value of the resistor R1, it is possible to avoid increasing steady-state loss by using a high voltage MOS FET.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。[Effects of the Invention] Since the present invention is constructed as described above, it produces the following effects.
【0021】(1)MOS型FETのゲート回路に抵抗
を挿入したことにより、カスコード接続のターンオフ時
に発生するサージ電圧を抑制することができるので、M
OS型FETの耐圧を従来のものより30%以上小さく
することが可能になる。このため、定常損失の小さい複
合半導体デバイスを得ることができる。(1) By inserting a resistor into the gate circuit of the MOS type FET, it is possible to suppress the surge voltage that occurs when the cascode connection is turned off.
It becomes possible to reduce the withstand voltage of the OS type FET by 30% or more compared to the conventional type. Therefore, a composite semiconductor device with low steady-state loss can be obtained.
【0022】(2)請求項4のものは、上記抵抗の抵抗
値を10〜40Ωとしたので、上記(1)に加えてオフ
タイムを一般の動作周波数10〜50KHzに必要な0
.5μs程度にすることができる。(2) In claim 4, the resistance value of the resistor is set to 10 to 40Ω, so in addition to the above (1), the off time is set to 0 which is necessary for a general operating frequency of 10 to 50 KHz.
.. The time can be set to about 5 μs.
【図1】本発明の第1実施例の複合半導体デバイスを示
す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing a composite semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の複合半導体装置のゲート抵抗に対するサ
ージ電圧、ターンオフ時間の関係を示す特性曲線図。FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing the relationship between gate resistance, surge voltage, and turn-off time of the composite semiconductor device in FIG. 1;
【図3】第2実施例の複合半導体デバイスを示す回路図
。FIG. 3 is a circuit diagram showing a composite semiconductor device of a second embodiment.
【図4】第3実施例の複合半導体デバイスを示す回路図
。FIG. 4 is a circuit diagram showing a composite semiconductor device of a third embodiment.
【図5】図3のデバイスの従来例を示す複合半導体デバ
イスの回路図。FIG. 5 is a circuit diagram of a composite semiconductor device showing a conventional example of the device in FIG. 3;
【図6】図4のデバイスの従来例を示す複合半導体デバ
イスの回路図。FIG. 6 is a circuit diagram of a composite semiconductor device showing a conventional example of the device in FIG. 4;
【図7】図1のデバイスの従来例を示す複合半導体デバ
イスの回路図。FIG. 7 is a circuit diagram of a composite semiconductor device showing a conventional example of the device in FIG. 1;
【図8】従来複合半導体デバイスのターンオフ時の電圧
,電流特性を示す曲線図。FIG. 8 is a curve diagram showing voltage and current characteristics at turn-off of a conventional composite semiconductor device.
1…複合半導体デバイス 2…SI(静電誘導)サイリスタ 3…MOS型FET D…順方向ダイオード ZD…ツェナーダイオード E1,E2…制御電源 SW1,SW2…スイッチ。 1...Composite semiconductor device 2...SI (static induction) thyristor 3...MOS type FET D...Forward diode ZD…Zener diode E1, E2...Control power supply SW1, SW2...switch.
Claims (4)
FETのドレインに接続し、SIサイリスタのゲートを
MOS型FETのソースに接続して外部に取り出す第1
の電極とし、SIサイリスタのアノードを第2の電極と
し、MOS型FETのゲートを第3の電極としたSIサ
イリスタとMOS型FETからなる3端子複合半導体デ
バイスにおいて、前記MOS型FETのゲート回路に抵
抗を挿入したことを特徴とした複合半導体デバイス。Claim 1: The cathode of the SI thyristor is connected to the drain of the MOS type FET, and the gate of the SI thyristor is connected to the source of the MOS type FET to take it out to the outside.
In a three-terminal composite semiconductor device consisting of an SI thyristor and a MOS FET, in which the anode of the SI thyristor is used as the second electrode, and the gate of the MOS FET is used as the third electrode, the gate circuit of the MOS FET is A composite semiconductor device characterized by the insertion of a resistor.
ETのソースとの間にダイオードを順方向に直列に入れ
たことを特徴とした請求項1記載の複合半導体デバイス
。[Claim 2] SI thyristor gate and MOS type F
2. The composite semiconductor device according to claim 1, further comprising a diode inserted in series in the forward direction between the ET source and the ET source.
ETのソースとの間にツェナーダイオードを直列に入れ
たことを特徴とした請求項1記載の複合半導体デバイス
。[Claim 3] SI thyristor gate and MOS type F
2. The composite semiconductor device according to claim 1, further comprising a Zener diode connected in series with the source of the ET.
を特徴とした請求項1乃至3記載の複合半導体デバイス
。4. The composite semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance is in the range of 10 to 40 Ω.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8494891A JPH04318971A (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Composite semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8494891A JPH04318971A (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Composite semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318971A true JPH04318971A (en) | 1992-11-10 |
Family
ID=13844864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8494891A Pending JPH04318971A (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Composite semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04318971A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751022A (en) * | 1994-03-09 | 1998-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thyristor |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP8494891A patent/JPH04318971A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751022A (en) * | 1994-03-09 | 1998-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thyristor |
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