JPH0484463A - Composite type semiconductor device - Google Patents
Composite type semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
本発明は静電誘導型サイリスクとMOS電界効果トラン
ジスタとを組み合わせた複合型半導体装置に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a composite semiconductor device that combines an electrostatic induction type SIRISK and a MOS field effect transistor.
B1発明の概要
本発明は、SIサイリスタとMOSFETをカスコード
接続してなる複合型半導体装置において、
SlサイリスタのゲートとMOSFETのソース間にダ
イオードを順方向に接続することにより、耐電圧の向上
を図る。B1 Summary of the Invention The present invention aims to improve the withstand voltage by connecting a diode in the forward direction between the gate of the Sl thyristor and the source of the MOSFET in a composite semiconductor device formed by connecting an SI thyristor and a MOSFET in cascode. .
C3従来の技術
近年、電力用半導体の分野では、応用装置の効率化、低
騒音化の観点から高周波化に対応できるデバイスの要求
が高まっている。C3 Prior Art In recent years, in the field of power semiconductors, there has been an increasing demand for devices that can handle higher frequencies in order to improve the efficiency and reduce noise of applied equipment.
静電誘導型サイリスタ(以下SIサイリスタと称する)
は他の電力用半導体に比べて優れた高周波特性か認めら
れている。しかしながら、Slサイリスタは、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
回路が他の半導体よりも複雑になるという欠点があった
。そこで、第3図に示すように、Srサイリスタ1のカ
ソードKをnチャンネルMOSFET2のドレインDに
、Slサイリスタ1のゲートG1をnチャンネルMOS
FET2のソースSに接続(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型デバイスと
して簡単に駆動できるものが報告されている。Electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as SI thyristor)
is recognized for its superior high-frequency characteristics compared to other power semiconductors. However, the Sl thyristor has the disadvantage that it is necessary to draw a large current from the gate at turn-off, making the gate circuit more complex than other semiconductors. Therefore, as shown in FIG. 3, the cathode K of the Sr thyristor 1 is the drain D of the n-channel MOSFET 2, and the gate G1 of the Sl thyristor 1 is the n-channel MOS
It has been reported that a high-speed SI thyristor can be easily driven as a voltage-controlled device by connecting it to the source S of FET 2 (cascode connection).
D0発明が解決しようとする課題
第3図に示す様なカスケード接続方法において、Slサ
イリスタ1はゲート逆バイアスをかけない状態ではダイ
オードの順方向特性と同様の特性を示す、云い換えれば
完全にノーマリオン型のSIサイリスタである必要があ
る。ゲートバイアスをかけない状態である程度のアノー
ド電圧をブロックするようなノーマリオフあるいはノー
マリオンとオフとの中間的な特性を示すデバイスでは第
3図に示す様なカスコード接続では、オン特性が著しく
悪くなるか全くオンしないようになる。D0 Problems to be Solved by the Invention In the cascade connection method as shown in Figure 3, the Sl thyristor 1 exhibits a characteristic similar to the forward direction characteristic of a diode when the gate is not reverse biased, in other words, it exhibits a completely normal characteristic. It needs to be a mullion type SI thyristor. For devices that exhibit characteristics that are normally off or intermediate between normally on and off, such as blocking a certain amount of anode voltage when no gate bias is applied, will the on characteristics deteriorate significantly with a cascode connection as shown in Figure 3? It will no longer turn on at all.
ノーマリオン型SIサイリスタはノーマリオフ型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は小さくなる。A 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.
普通ノーマリオン型SIサイリスタではl000Vのア
ノード電圧をブロックするのに60V以上のゲート電圧
を必要とする。カスコード接続の際にMOSFETのソ
ース・ドレイン間にかかる電圧は、主に上記アノード電
圧ブロックするのに必要なゲート電圧やアノード電圧を
ブロックする際の漏れ電流により決まり、このゲート電
圧や漏れ電流が増すほどソース・ドレイン間にかかる電
圧は上昇する。Normally-on type SI thyristors require a gate voltage of 60V or more to block an anode voltage of 1000V. The voltage applied between the source and drain of a MOSFET during cascode connection is determined mainly by the gate voltage required to block the anode voltage and the leakage current when blocking the anode voltage, and this gate voltage and leakage current increase. As the voltage increases, the voltage applied between the source and drain increases.
従ってMOSFET2のソース・ドレイン間の耐電圧は
上記ゲートに印加すべき電圧以上にする必要がある。Therefore, the withstand voltage between the source and drain of MOSFET 2 needs to be higher than the voltage that should be applied to the gate.
MOSFET2のオン抵抗はソース・ドレイン間の耐電
圧の約2.5乗に比例するため、MOSFETの耐電圧
を増すことは、カスコード接続の際に定常損失が急上昇
することになる。第3図のカスコード接続のデバイスの
耐電圧を上げるためには、上記理由からMOSFET2
の耐電圧も上げる必要があり、結果的に耐圧を上げるこ
とは、損失を極めて増大させることにつながっていた。Since the on-resistance of MOSFET 2 is proportional to about the 2.5th power of the withstand voltage between the source and drain, increasing the withstand voltage of the MOSFET results in a rapid increase in steady-state loss when connected in cascode. In order to increase the withstand voltage of the cascode-connected device shown in Figure 3, MOSFET2
It was also necessary to increase the withstand voltage of the device, and as a result, increasing the withstand voltage led to a significant increase in loss.
このため、耐電圧1000V以上のデバイスをカスコー
ド接続により構成することは損失面から実用上困難であ
った。For this reason, it has been practically difficult to construct a device with a withstand voltage of 1000 V or more using cascode connection due to loss.
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、SlサイリスタとMOSFETをカスコード接続
したものにおいて、SIサイリスタのゲートとMOSF
ETのソース間にタイオードを順方向に接続することに
より、高電圧用に好適にして高性能な複合型半導体装置
を提供することである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to connect the gate of the SI thyristor and the MOSFET in a cascode-connected system of an SI thyristor and a MOSFET.
An object of the present invention is to provide a high-performance composite semiconductor device suitable for high voltage use by forwardly connecting a diode between the sources of an ET.
E 課題を解決するだめの手段と作用
SIサイリスタのカソードをMOSFETのドレインに
接続し、上記SlサイリスタのゲートをMOSFETの
ソースに接続して外部へ取り出す第1の電極とし、上記
SIサイリスタのアノードを第2の電極とするとともに
、上記MO3FETのゲートを第3の電極とした複合型
半導体装置において、上記SlサイリスタのゲートとM
OSFETのソース間にダイオードを順方向に接続して
なり、上記ダイオードの逆方向耐電圧がIOV以下にし
て、上記SIサイリスタの順阻止ゲインが30以上であ
り、オフした時の漏れ電流か2 m A以下にする。E. Means and operation for solving the problem Connect the cathode of the SI thyristor to the drain of the MOSFET, connect the gate of the above-mentioned Sl thyristor to the source of the MOSFET and use it as the first electrode taken out to the outside, and connect the anode of the above-mentioned SI thyristor to the outside. In a composite semiconductor device in which the gate of the MO3FET is used as the second electrode and the gate of the MO3FET is used as the third electrode, the gate of the Sl thyristor and the gate of the MO3FET are used as the third electrode.
A diode is connected in the forward direction between the sources of the OSFET, and the reverse withstand voltage of the diode is set to IOV or less, the forward blocking gain of the SI thyristor is 30 or more, and the leakage current when turned off is 2 m. Make it below A.
F、実施例
以下に本発明の実施例を第1図〜第2図を参照しながら
説明する。F. EXAMPLE An example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
本実施例では、第1図に示すように、SIサイリスタ1
のカソードKにMOSFET2のドレインDが接続され
ており、SIサイリスタ1のゲー1− G IとMOS
FET2のソースS間にはMOSFET2と順方向にな
るようにダイオード3が接続されている。第1図におい
てAはSIサイリスタH7)7ノード、G2はMOSF
ET2のゲート、Cはカソード端子である。In this embodiment, as shown in FIG.
The drain D of MOSFET2 is connected to the cathode K of SI thyristor 1, and the gate
A diode 3 is connected between the source S of the FET 2 and the MOSFET 2 in a forward direction. In Figure 1, A is SI thyristor H7) 7 nodes, G2 is MOSF
The gate of ET2, C is a cathode terminal.
」二記構成の複合型半導体装置によれば、第2図に示す
ようなターンオフ特性が得られる。ターンオフは大きく
3つの期間に分類することができる。According to the composite semiconductor device having the structure described in 2 above, turn-off characteristics as shown in FIG. 2 can be obtained. Turn-off can be broadly classified into three periods.
ここで、IAはアノード電流、vAKはSIサイリスタ
のアノード・カソード電流、vAKはSIサイリスタの
アノード・カソード間電圧、vDSはMOS FETの
ドレイン・ソース間電圧、V6.はMOSFETのゲー
ト電圧である。Here, IA is the anode current, vAK is the anode-cathode current of the SI thyristor, vAK is the anode-cathode voltage of the SI thyristor, vDS is the drain-source voltage of the MOS FET, V6. is the gate voltage of the MOSFET.
すなわち、ステージ(STAGE)Iはs Iサイリス
タlのストレージ期間であり、ステージ■はSIサイリ
スタ1のフォール期間とティル期間であり、ステージ■
はSrサイリスタIのオフ期間である。MOSFET2
のトレイン・ソース間に印加される電圧Vp5はステー
ジ■の期間で一度ビークを持ち、ステージ■〜■の期間
で再び上昇して一定となる。That is, stage I is the storage period of s I thyristor l, stage ■ is the fall period and till period of SI thyristor 1, and stage
is the off period of Sr thyristor I. MOSFET2
The voltage Vp5 applied between the train and the source has a peak during the period of stage (2), rises again during the period of stages (2) to (2), and becomes constant.
ステージIの期間にMOSFET2リソース・ドレイン
間に現れる電圧はSIサイリスタのゲートに接続された
ダイオード3の順回復特性と密接関係があることが、ダ
イオード3を変化させた実験から判明した。この回復電
圧はダイオードの逆方向耐電圧が大きいほど高くなる傾
向を示す。実際に、第1図に示すカスコード接続で、耐
電圧15Vのダイオードを用いた場合には120V程度
電圧がMOSFET2のドレイン・ソース間に発生した
ものが、5vのダイオードを用いると40V程度に低減
されることが判明した。Experiments in which the diode 3 was varied revealed that the voltage appearing between the resource and drain of the MOSFET 2 during Stage I is closely related to the forward recovery characteristics of the diode 3 connected to the gate of the SI thyristor. This recovery voltage tends to increase as the reverse withstand voltage of the diode increases. In fact, in the cascode connection shown in Figure 1, when a diode with a withstand voltage of 15V is used, a voltage of about 120V is generated between the drain and source of MOSFET2, but when a diode with a withstand voltage of 5V is used, the voltage is reduced to about 40V. It turned out that.
また、ステージ■で現れるドレイン・ソース間の電圧は
Srサイリスタ1の順阻止ゲイン(アノード電圧とその
アノード電圧を阻止するために必要なゲート逆電圧の比
)と漏れ電流に依存することが実験により確かめられた
。Furthermore, experiments have shown that the voltage between the drain and source that appears in stage ■ depends on the forward blocking gain of Sr thyristor 1 (the ratio of the anode voltage to the gate reverse voltage required to block the anode voltage) and the leakage current. It was confirmed.
120oVクラスのSIサイリスタのカスコード接続に
対しても順阻止ゲインが30で漏れ電流が2 m A程
度のSIサイリスタの場合には、アノード・カソード間
に1200Vの電圧を印加した時のステージ■で現れる
ドレイン・ソース間の電圧は60V以下に抑えられるこ
とが確認された。Even for a 120oV class SI thyristor with a cascode connection, in the case of an SI thyristor with a forward blocking gain of 30 and a leakage current of about 2 mA, this phenomenon appears at stage ■ when a voltage of 1200V is applied between the anode and cathode. It was confirmed that the voltage between the drain and source could be suppressed to 60V or less.
順阻止ゲインがより高くかつ漏れ電流が小さいSIサイ
リスタを用いれば、ドレイン・ソース間の電圧は更に低
く抑えることが可能になる。If an SI thyristor with higher forward blocking gain and lower leakage current is used, the drain-source voltage can be suppressed even lower.
上記実施例の複合型半導体装置によれば、(1)ターン
オン時にダイオード3のビルトイン電圧がオンゲート電
圧としてSlサイリスタ1に加わるので、順阻止ゲイン
が比較的高く(はぼ100)、ノーマリオフに近いSl
サイリスタにも、オンゲート電圧を与えるための複雑な
回路を付加することなく、カスコード接続を適用できる
。(2)SIサイリスタのゲートに接続するダイオード
逆方向耐電圧をIOV以下(好ましくは5■以下)にし
、ダイオードの順回復電圧を低下させることにより、ス
テージ■てMOSFET2のドレイン・ソース間に印加
される電圧を、di/dt= 300 A/μsec
、オン電流50Aの条件で50V以下に抑えることが可
能になる。(3)SIサイリスタとして順阻止ゲインが
30以上で、オフ電圧を印加した時の漏れ電流が2 m
A以下のものを採用することにより、アノードオフ電
圧1200Vに対してステージ■におけるMOSFET
2のドレイン・ソース間の電圧を60V以下に抑制でき
る。According to the composite semiconductor device of the above embodiment, (1) the built-in voltage of the diode 3 is applied to the Sl thyristor 1 as an on-gate voltage at turn-on, so the forward blocking gain is relatively high (approximately 100), and the Sl thyristor is close to normally-off.
Cascode connection can also be applied to thyristors without adding a complicated circuit to provide on-gate voltage. (2) By setting the reverse withstand voltage of the diode connected to the gate of the SI thyristor to IOV or less (preferably 5μ or less) and lowering the forward recovery voltage of the diode, the voltage applied between the drain and source of MOSFET2 at stage di/dt= 300 A/μsec
, it becomes possible to suppress the on-state current to 50 V or less under the condition of 50 A of on-current. (3) As an SI thyristor, the forward blocking gain is 30 or more, and the leakage current is 2 m when off voltage is applied.
By adopting A or less, the MOSFET in stage ■ for an anode off voltage of 1200V
The voltage between the drain and source of No. 2 can be suppressed to 60V or less.
したがって、以上の(1)〜(3)により、従来技術で
は不可能であった100OVを超えるカスコード接続を
比較的容易に実現することが可能になった・
G1発明の効果
本発明は上述の如くであって、SIサイリスタとMOS
FETをカスコード接続してなるものにおいて、SIサ
イリスタのゲートとMOSFETのソース間にダイオー
ドを順方向に接続したから、高性能にして高電圧用に適
した複合型半導体装置が得られる。Therefore, through (1) to (3) above, it has become possible to relatively easily realize a cascode connection exceeding 100 OV, which was impossible with the conventional technology. SI thyristor and MOS
In a device in which FETs are connected in cascode, a diode is connected in the forward direction between the gate of the SI thyristor and the source of the MOSFET, so that a composite semiconductor device with high performance and suitable for high voltage applications can be obtained.
第1図は本発明の実施例による複合型半導体装置の回路
図、第2図は第1図の複合型半導体装置のターンオフ特
性図、第3図は従来の複合型半導体装置の回路図である
。
I・・・SIサイリスタ、2・・・MOSFET、3・
・・ダイオード、A・・・SIサイリスタのアノード、
GI・・・SIサイリスタのゲート、K・・・Slサイ
リスタのカソード、D・・・MOSFETのドレイン、
S・・・MOSFETのソース、G2・・・MOSFE
Tのゲート、C・・カソード端子。
外1名FIG. 1 is a circuit diagram of a composite semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a turn-off characteristic diagram of the composite semiconductor device of FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional composite semiconductor device. . I...SI thyristor, 2...MOSFET, 3...
...Diode, A...SI thyristor anode,
GI...Gate of SI thyristor, K...Cathode of Sl thyristor, D...Drain of MOSFET,
S...MOSFET source, G2...MOSFE
T gate, C... cathode terminal. 1 other person
Claims (2)
インに接続し、上記SIサイリスタのゲートをMOSF
ETのソースに接続して外部へ取り出す第1の電極とし
、上記SIサイリスタのアノードを第2の電極とすると
ともに、上記MOSFETのゲートを第3の電極とした
複合型半導体装置において、上記SIサイリスタのゲー
トとMOSFETのソース間にダイオードを順方向に接
続したことを特徴とする複合型半導体装置。(1) Connect the cathode of the SI thyristor to the drain of the MOSFET, and connect the gate of the SI thyristor to the MOSFET.
In a composite semiconductor device, the SI thyristor has a first electrode connected to the source of the ET and taken out to the outside, an anode of the SI thyristor as a second electrode, and a gate of the MOSFET as a third electrode. A composite semiconductor device characterized in that a diode is connected in the forward direction between the gate of the MOSFET and the source of the MOSFET.
インに接続し、上記SIサイリスタのゲートをMOSF
ETのソースに接続して外部へ取り出す第1の電極とし
、上記SIサイリスタのアノードを第2の電極とすると
ともに、上記MOSFETのゲートを第3の電極とした
複合型半導体装置において、上記SIサイリスタのゲー
トとMOSFETのソース間にダイオードを順方向に接
続してなり、上記ダイオードの逆方向耐電圧が10V以
下にして、上記SIサイリスタの順阻止ゲインが30以
上であり、オフした時の漏れ電流が2mA以下であるこ
とを特徴とする複合型半導体装置。(2) Connect the cathode of the SI thyristor to the drain of the MOSFET, and connect the gate of the SI thyristor to the MOSFET.
In a composite semiconductor device, the SI thyristor has a first electrode connected to the source of the ET and taken out to the outside, an anode of the SI thyristor as a second electrode, and a gate of the MOSFET as a third electrode. A diode is connected in the forward direction between the gate of the MOSFET and the source of the MOSFET, the reverse withstand voltage of the diode is 10 V or less, the forward blocking gain of the SI thyristor is 30 or more, and the leakage current when turned off is A composite semiconductor device characterized in that the current is 2 mA or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20077690A JPH0484463A (en) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | Composite type semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20077690A JPH0484463A (en) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | Composite type semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484463A true JPH0484463A (en) | 1992-03-17 |
Family
ID=16429994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20077690A Pending JPH0484463A (en) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | Composite type semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0484463A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751022A (en) * | 1994-03-09 | 1998-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thyristor |
| KR100853346B1 (en) * | 2005-02-28 | 2008-08-21 | 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 | Display device and manufacturing method thereof |
| JP2011067051A (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Sharp Corp | Inverter, and electrical apparatus and solar power generator employing the same |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP20077690A patent/JPH0484463A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751022A (en) * | 1994-03-09 | 1998-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thyristor |
| KR100853346B1 (en) * | 2005-02-28 | 2008-08-21 | 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 | Display device and manufacturing method thereof |
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