JPH0611362U - 整流素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆方向電流の減衰時間を非常に短くする。 【構成】 ｐ型領域１３とｎ型領域１４を多結晶シリコ
ン層１２で形成する。このようにすると、順方向電圧印
加中にｎ型領域１４に蓄積された正孔は、印加電圧が順
方向電圧から逆方向電圧に切換った際、ｎ型領域１４か
らｐ型領域１３への拡散に加えて、多結晶シリコンの結
晶粒界トラップ準位を介した再結合で速やかに消滅す
る。これにより逆方向電流の減衰時間が非常に短くな
り、より高周波の交流電圧においても整流素子として使
用することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は整流素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の整流素子としては、例えば図３に示すような単結晶シリコンのｐｎ接合 ダイオードが知られている。このｐｎ接合ダイオードは、ｐ型単結晶シリコン１ とｎ型単結晶シリコン２とを接合させて構成されている。

【０００３】 このｐｎ接合ダイオードに図４に示す方形波の交流電圧を印加すると、ダイオ ードが完全に抵抗性のものであれば、順方向と逆方向の抵抗値の違いだけによっ て、流れる電流は図５に示すような理想的な波形、すなわち、入力電圧と同じ立 ち上り、同じ立ち下り位置を持つ非対称な波形になることが予想される。しかし ながら、実際には図６に示すような波形となり、過度的に大きな逆方向電流ｉが 流れる。これは、次の理由による。

【０００４】 ｐｎ接合ダイオードに順方向電圧を印加して順方向バイアスの状態にすると、 ｎ型単結晶シリコン２に多数の正孔が注入されて、図７に示す密度勾配でｎ型単 結晶シリコン２中に正孔が蓄積され、順方向電流が流れている間は、この分布が 保持される。ただし、図７中、ｘは図３に示すようにｐｎ接合面からのｎ型単結 晶シリコン２の長さ方向の距離を表わし、ｗはｎ型単結晶シリコン２の端面であ る。また、Ｐｎは熱平衡時のｎ型単結晶シリコン２の正孔密度を表わす。次に、 ｐｎ接合ダイオードに印加する電圧を逆方向電圧に切換えて逆方向バイアスの状 態にすると、キャリア分布も逆方向バイアスの状態にならなければならず、これ は図７の斜線部分の面積に相当する全蓄積キャリア（正孔）がｎ型単結晶シリコ ン２から一掃されることを意味する。しかるに、順方向電圧から逆方向電圧に切 換えても、この正孔の消滅は瞬時には起らず、正孔は、ｎ型単結晶シリコン２か らｐ型単結晶シリコン１に拡散していく。このため、しばらくは、大きな逆方向 電流が流れることになる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

このように従来の整流素子、すなわち単結晶シリコンのｐｎ接合ダイオードで は、順方向電圧印加中にｎ型単結晶シリコン２に蓄積された正孔の消滅遅れによ り、印加電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切換えた際にしばらくは大きな逆方 向電流が流れることになり、したがって、この逆方向電流の減衰時間（図６に示 すように逆方向電流が低下して規定の電流値となるまでの時間）をｔｒとすると 、周期が２ｔｒより短い高周波の交流電圧に対しては、電圧に対する順方向およ び逆方向のインピーダンスが等しくなるから整流効率が落ち、このような高周波 の電圧では使用できない問題点があった。

【０００６】 この考案の目的は、逆方向電流の減衰時間を非常に短くして、より高周波の交 流電圧でも使用可能な整流素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

請求項１記載の考案は、ｐ型の多結晶シリコンとｎ型の多結晶シリコンとを接 合させて構成したものである。 請求項２記載の考案は、ｐ型の単結晶シリコンとｎ型の単結晶シリコンと間に 真性多結晶シリコンを挾んで接合させて構成したものである。

【０００８】

【作用】

請求項１記載の考案によれば、ｐ型シリコンとｎ型シリコンとを多結晶シリコ ンで形成したので、順方向電圧印加中にｎ型シリコンに蓄積された正孔は、印加 電圧が順方向電圧から逆方向電圧に切換った際、ｎ型シリコンからｐ型シリコン への正孔の拡散に加えて、多結晶シリコンの結晶粒界トラップ準位による再結合 で速やかに消滅するようになる。請求項２記載の考案によれば、ｐ型シリコンと ｎ型シリコンは単結晶シリコンで形成されるが、間に真性多結晶シリコンが設け られているので、この場合も上記と同様にしてｎ型シリコン中の正孔が速やかに 消滅する。そして、このようにしてｎ型シリコン中の正孔が速やかに消滅するの で、この考案によれば逆方向電流の減衰時間が非常に短くなり、より高周波の交 流電圧においても整流素子として使用することができるようになる。

【０００９】

【実施例】

図１はこの考案の第１の実施例の整流素子を示すものである。この整流素子で は、絶縁基板１１上に多結晶シリコン層１２がパターン形成されている。この多 結晶シリコン層１２の一部には、アクセプタ不純物が拡散されたｐ型領域１３と 、ドナー不純物が拡散されたｎ型領域１４とがｐｎ接合面を形成するように左右 に隣接して形成されている。そして、ｐ型領域１３にはアノード電極１５が接続 されており、このアノード電極１５は、ｐ型領域１３およびｎ型領域１９以外の 多結晶シリコン層１２上を経て図示しないが絶縁基板１１上に引出されている。 一方、ｎ型領域１４にはカソード電極１６が接続されており、このカソード電極 １６は直接絶縁基板１１上に引出されている。

【００１０】 このように構成された整流素子においては、アノード電極１５がプラス、カソ ード電極１６がマイナスの順方向電圧が印加されると、アノード電極１５とカソ ード電極１６間にｐ型領域１３とｎ型領域１４を通して電流が流れ、逆にアノー ド電極１５がマイナス、カソード電極１６がプラスの逆方向電圧が印加されると 電流が流れず、整流作用を示す。また、ｐ型領域１３とｎ型領域１４が多結晶シ リコンで形成されているので、印加電圧が順方向電圧から逆方向電圧に切換った 際に過度的に流れる逆方向電流は極く短時間で減衰するようになる。以下この点 を詳述する。

【００１１】 この整流素子に順方向に電圧が印加されたとき、ｐ型領域１３とｎ型領域１４ を単結晶シリコンで形成した場合と同様にｎ型領域１４に多数の正孔が注入され 、図７に示す密度勾配で正孔が蓄積される。この分布は、順方向電流が流れてい る間、保持される。次に、印加電圧が逆方向電圧に切換わり逆方向バイアスの状 態になると、キャリア分布も逆方向バイアスの状態にならなければならず、図７ の斜線部分の面積に相当する蓄積キャリア（正孔）が消滅しなければならない。 この消滅の過程は、ｐ型領域１３とｎ型領域１４を単結晶シリコンで形成した場 合は、ｎ型領域１４からｐ型領域１３への正孔の拡散であるが、この素子のよう にｎ型領域１４とｐ型領域１３を多結晶シリコンで形成した場合は、上記の拡散 に加えて、多結晶シリコンの結晶粒界に多数存在するトラップ準位を再結合中心 とする電子と正孔の消滅も起る。したがって、蓄積キャリア（正孔）は、ｐ型領 域１３とｎ型領域１４を単結晶シリコンで形成した場合に比較して非常に速く消 滅し、その結果として逆方向電流の減衰時間ｔｒが非常に短くなる。そして、こ れによりこの整流素子は、より高い周波数の交流電圧においても使用することが できるようになる。例えば、多結晶シリコンの再結合寿命τは数式（１）と見積 られる。したがって、数式（２）より減衰時間はｔｒ〜１０〜１００ｐｓｅｃと なり、この整流素子は数ＧＨｚ程度の高周波まで使用できる。

【数１】

【数２】

【００１２】 図２はこの考案の第２の実施例を示す。この第２の実施例では、ｐ型単結晶シ リコン２１とｎ型単結晶シリコン２２を間に真性多結晶シリコン２３を挾んで接 合させて整流素子を構成する。この第２の実施例では、ｐ型のシリコン２１とｎ 型のシリコン２２は単結晶であるが、間に真性多結晶シリコン２３が介在されて いるから、第１の実施例と同様な蓄積キャリア（正孔）の消滅現象が起り、過度 的逆方向電流の減衰時間を第１の実施例と同様に短くすることができる。したが って、この素子も、より高周波の交流電圧において使用することができる。なお 、真性多結晶シリコン２３の幅は１０００Å程度以下とすることが望ましい。

【００１３】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案によれば、ｐ型シリコンとｎ型シリコンを多結 晶シリコンで形成したので、あるいはｐ型単結晶シリコンとｎ型単結晶シリコン 間に真性多結晶シリコンを介在させたので、印加電圧が順方向電圧から逆方向電 圧に切換った際に過度的に流れる逆方向電流の減衰時間を非常に短くすることが でき、より高周波の交流電圧においても整流素子として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の整流素子の第１の実施例を示す断面
図。

【図２】この考案の整流素子の第２の実施例を示す概略
構成図。

【図３】従来のｐｎ接合ダイオードの概略構成図。

【図４】方形波の交流電圧を示す波形図。

【図５】方形波の交流電圧を従来のｐｎ接合ダイオード
に印加した場合の理想的状態での出力電流波形図。

【図６】方形波の交流電圧を従来のｐｎ接合ダイオード
に印加した場合の実際における出力電流波形図。

【図７】ｎ型シリコン領域における正孔の分布状態を示
す特性図。

【符号の説明】

１２ 多結晶シリコン １３ ｐ型領域 １４ ｎ型領域 ２１ ｐ型単結晶シリコン ２２ ｎ型単結晶シリコン ２３ 真性多結晶シリコン

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐ型の多結晶シリコンとｎ型の多結晶シ
   リコンとを接合させて構成されることを特徴とする整流
   素子。
2. 【請求項２】 ｐ型の単結晶シリコンとｎ型の単結晶シ
   リコンとを間に真性多結晶シリコンを挾んで接合させて
   構成されることを特徴とする整流素子。
3. 【請求項３】 前記真性多結晶シリコンの幅は１０００
   Å程度以下であることを特徴とする請求項２記載の整流
   素子。