JPH08255895A - ブレークオーバ電圧によりトリガされるダイポールコンポーネント - Google Patents

ブレークオーバ電圧によりトリガされるダイポールコンポーネント

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JPH08255895A
JPH08255895A JP7305685A JP30568595A JPH08255895A JP H08255895 A JPH08255895 A JP H08255895A JP 7305685 A JP7305685 A JP 7305685A JP 30568595 A JP30568595 A JP 30568595A JP H08255895 A JPH08255895 A JP H08255895A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御されたブレークオーバ電圧およびブレー
クオーバ電流を有するダイポールコンポーネントを提供
する。 【解決手段】 制御されたブレークオーバ感度を有する
ダイポールコンポーネントは、パイロットサイリスタＴ
ｈ１を通してアノードに接続されたゲートを有する主サ
イリスタ（Ｔｈ）、およびパイロットサイリスタと並列
に配置されたトリガトランジスタ（Ｔｒ）を含み、トリ
ガトランジスタのベースはパイロットサイリスタのゲー
トに接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明はブレークオーバ電圧によりト
リガされるダイポールコンポーネント、すなわち電圧が
予め定められた電圧よりも高くなったときターンオンさ
れるショックレーダイオードの機能を有するコンポーネ
ントに関する。この発明はより特定的に、製造の際にブ
レークオーバ電圧およびブレークオーバ電流を正確に決
定できるようなコンポーネントに関する。この発明は、
電圧エッジに関連するスプリアストリガ（ｄＶ／ｄｔト
リガ）に対する感度は減じられているがブレークオーバ
電流が低いコンポーネントを提供する。
【０００２】
【関連技術の説明】このようなコンポーネントは、たと
えば図１に示される回路のようなガスライター回路にお
いて有用である。この回路は、たとえば電源の２２０
Ｖ、５０Ｈｚ、交流電圧に対応する電源端子ＡおよびＢ
の間に、抵抗器Ｒｓ、整流ダイオードＤｒ、スイッチ
Ｓ、キャパシタＣ、および高周波数変圧器Ｔの１次側を
含む。変圧器の２次側は、たとえばガス調理器の２つの
火に関連するライター１および２にそれぞれ接続された
巻線Ｌ１およびＬ２を含む。ダイオードＤにヘッドトゥ
ーテール接続された並列のサイリスタＴｈを含む回路
は、キャパシタＣの入力端子と端子Ｂとの間に接続され
る。アバランシェダイオードＺは、サイリスタＴｈのゲ
ートとアノードとの間に配置される。
【０００３】この回路の動作は図２との関連で説明す
る。図２において、曲線１０は、ピーク値Ｖｐを有する
交流電圧である、端子ＡＢ間の電圧を表わす。正の半周
期の始めでスイッチＳがターンオンされると、アバラン
シェダイオードＺのアバランシェ電圧ＶＺに到達するま
でキャパシタＣがロードされる。次に、電流はサイリス
タＴｈのゲート−カソード接合に流れる。この電流が値
ＩB0に到達すると、サイリスタＴｈは低インピーダンス
状態で導電性になり、キャパシタＣはサイリスタＴｈ
に、次にダイオードＤを通して放電し、そうしてキャパ
シタＣからサイリスタＴｈへと、および並列で、ヘッド
トゥーテール接続されたダイオードＤに、高周波数で振
動する放電電流を発生する。この電流の振動は、変圧器
により巻線Ｌ１およびＬ２に変換され、ライター１およ
び２に火花が発生する。
【０００４】この回路には、サイリスタＴｈのトリガの
ために厳密な条件が必要である。実際に、一旦ダイオー
ドＺのアバランシェ電圧ＶＺに到達すれば、サイリスタ
Ｔｈをトリガするのに十分な電流ＩB0が流れることが可
能でなければならない。この電流ＩB0は、整流された電
源電圧により提供される。この電流の最大値は以下の等
式により決定される。
【０００５】ＲｓＩB0(MAX) ＝Ｖｐ−ＶＺ この等式においてＶｐは、端子ＡＢ間の電圧のピーク値
を示す。実際には、電圧ＶＺが課されて十分な放電電圧
を獲得し、抵抗器Ｒｓの最大許容値は、２つの火花の間
の長い時間の選択を可能とするほどの高い値でなければ
ならない。
【０００６】Ｒｓ＝１０ｋΩであり、端子ＡとＢとの間
のピーク電圧Ｖｐは３００ボルトであり、さらにＶＺ＝
２５０ボルトと仮定すると、以下の等式が得られる。
【０００７】 ＩB0(MAX) ＝（３００−２５０）／１００００＝５ｍＡ 実際、これはサイリスタに対しては非常に低いトリガ電
流である。通常は、４００ボルトに耐える従来のサイリ
スタは、１ｍＡの数十倍のトリガ電流ＩB0を有する。さ
らに困難な点は、アバランシェダイオードＺの電圧ＶＺ
は、値ＩB0（最大）があまり変化せず、トリガ範囲がさ
らに減じられないように、正確に決定されねばならない
ということである。
【０００８】図３は、サイリスタの電圧−電流曲線を表
わす。電圧ＶB0（すなわちアバランシェダイオードの電
圧ＶＺ）に到達すると、サイリスタにおける電流は増加
し始め、サイリスタにおける電流がＩB0に到達するや否
やサイリスタがターンオンされる一方で、サイリスタを
通る電圧は急速に降下する。この発明は、低い値のＩ B0
および正確に決定された値ＶB0（ＶＺ）両方を有する、
サイリスタタイプのダイポールコンポーネントを提供す
ることを目的とする。
【０００９】図４は、この機能をもたらす増幅ゲートサ
イリスタ回路を含む、ブレークオーバトリガされるダイ
ポールコンポーネントの従来の回路を示す。サイリスタ
ＴｈはパイロットサイリスタＴｈ１と関連する。サイリ
スタＴｈおよびＴｈ１のアノードは相互接続され、サイ
リスタＴｈ１のカソードは抵抗器Ｒを通してサイリスタ
Ｔｈのゲートに接続される。トリガダイオードＺはサイ
リスタＴｈ１のアノードとゲートとの間に配置される。
サイリスタＴｈのゲート−カソード抵抗器はＲ′で表示
される。
【００１０】非常に感度の高いサイリスタＴｈ１を製造
する技術は既知であるが、これにはかなりの値（およそ
１ないし１０ｋΩの範囲である）を有し、サイリスタＴ
ｈ１が電源でのスプリアス過電圧によりトリガされるこ
とを防止する、すなわちｄＶ／ｄｔトリガを防止する抵
抗器Ｒをカソードとゲートとの間で使用することが必要
である。
【００１１】図５は、図４の回路を実現する従来のモノ
リシックコンポーネントを示す。このコンポーネント
は、低くドープされたＮタイプサブストレート２１から
製造される。サブストレートの上側の面では、Ｐタイプ
領域２２、２３、および２４はそれぞれ、ダイオードＤ
のアノード、サイリスタＴｈのゲート、およびパイロッ
トサイリスタＴｈ１のゲートに対応する。Ｎタイプ領域
２６および２７はそれぞれ、サイリスタＴｈおよびＴｈ
１のカソードに対応する。サイリスタＴｈのカソードに
は、このサイリスタの感度をなくすエミッタ短絡が設け
られ、一方パイロットサイリスタＴｈ１のカソードに
は、パイロットサイリスタを高感度にするエミッタ短絡
はない。サブストレートの後ろの面は、サイリスタＴｈ
およびＴｈ１のカソードに面して、サイリスタＴｈおよ
びＴｈ１の共通のアノードに対応するＰタイプ領域２８
を含む。この後ろの面はさらに、ダイオードＤのアノー
ド領域２２に面して、ダイオードＤのカソードコンタク
トに対応するＮ+ タイプ領域２９を含む。後ろの面はメ
タライゼーション３０で均一に塗布される。サイリスタ
Ｔｈのカソード領域およびダイオードＤのアノード領域
はメタライゼーション３１で塗布される。サイリスタＴ
ｈ１のカソード領域２７は、メタライゼーション３２を
通してサイリスタＴｈのゲート領域２３に接続される。
抵抗器Ｒは、Ｐ領域２３と２４との間に配置される導電
性の低いＰタイプ領域３４から形成される。ツェナーダ
イオードＺに対応する接合は、領域２４とサブストレー
ト２１との間に高度にドープされたＮタイプ層３５を設
けることにより形成される。
【００１２】図５に示す実現例にはいくつかの欠点があ
る。１つは、この回路では、サイリスタの製造に用いら
れる従来の層に加えて、高度にドープされたＮタイプの
「埋め込み」層３５が必要であり、より特定的には、さ
らなる製造ステップを準備することを強制する低くドー
プされたＰタイプ領域３４が設けられることが必要であ
る。他方、上記のように、サイリスタＴｈ１のカソード
とゲートとの間でおよそ１ないし１０ｋΩの十分な抵抗
を得るためには、領域３４が非常に低いドーピングレベ
ルを有さねばならない。これは製造において制約を課
し、このデバイスを各バッチごとに再現することを困難
にする。
【００１３】
【発明の概要】この発明の目的は、制御されたブレーク
オーバ電圧、および低い値に設定されるブレークオーバ
電流の両方を有するダイポールコンポーネントを提供す
ることである。
【００１４】この発明の別の目的は、簡潔で再現可能な
態様で製造可能なコンポーネントを提供することであ
る。
【００１５】この発明のさらなる目的は、ブレークオー
バ電流およびブレークオーバ電圧の値を独立して選択可
能なコンポーネントを提供することである。
【００１６】この発明の実施例において、制御されたブ
レークオーバ感度を有する、電圧トリガされるダイポー
ルコンポーネントは、パイロットサイリスタを通してア
ノードに接続されるゲートを有する主サイリスタを含
む。トリガトランジスタはパイロットサイリスタと並列
して配置され、トリガトランジスタのベースはパイロッ
トサイリスタのゲートに接続される。
【００１７】この発明の実施例に従えば、トリガトラン
ジスタのエミッタはパイロットサイリスタのカソード領
域に対応し、トリガトランジスタのベースはパイロット
サイリスタのゲート領域に対応する。
【００１８】言い換えれば、この発明は、サブストレー
トのタイプの導電性を有しパイロットサイリスタのカソ
ード領域の部分の前のこのパイロットサイリスタのアノ
ード層の部分に代わる領域をさらに含む垂直の増幅ゲー
トサイリスタを備え電圧トリガされるダイポールコンポ
ーネントを提供することである。
【００１９】このようにして、この発明の実施例は、主
サイリスタに対応する第１の垂直のＮＰＮＰ構造、およ
びパイロットサイリスタに対応する第２の垂直のＮＰＮ
Ｐ構造を半導体サブストレートにおいて提供し、主サイ
リスタおよびパイロットサイリスタのアノードはサブス
トレートの後ろの面の同じ層に対応する、制御されたブ
レークオーバ感度を有する電圧トリガされるダイポール
コンポーネントを提供することである。パイロットサイ
リスタのカソード領域の部分の前のこのパイロットサイ
リスタのアノード層の部分は、サブストレートの導電形
式を有するさらなる層と置き換えられ、後ろの面の金属
はサイリスタのアノード領域およびさらなる領域に接触
し、カソード金属は主サイリスタのカソードに形成さ
れ、接続金属はパイロットサイリスタのカソードを主サ
イリスタのゲート領域に接続する。
【００２０】この発明の実施例に従えば、このコンポー
ネントはさらに、サブストレートと同じ導電形式の領域
に面する主サイリスタのゲート領域の延長を含み、主サ
イリスタに接続される並列の、ヘッドトゥーテールダイ
オードを形成する。
【００２１】この発明の前述およびその他の目的、特
徴、局面および利点は、添付の図面との関連でこの発明
の以下の詳細な説明を参照することにより明らかになる
であろう。
【００２２】
【詳細な説明】図６はこの発明に従うコンポーネントの
断面図である。このコンポーネントは、並列のヘッドト
ゥーテール接続されたダイオードを備える従来の増幅ゲ
ートサイリスタと類似する。このコンポーネントは、低
くドープされたＮタイプサブストレート４１から構成さ
れる。上側の面では、Ｐタイプ領域４２、４３および４
４が、それぞれ、ダイオードＤのアノード領域、主サイ
リスタＴｈのゲート領域、およびパイロットサイリスタ
のゲート領域４４に対応する。それぞれが主サイリスタ
のカソードおよび補助サイリスタのカソードに対応する
Ｎタイプ領域４６および４７が、それぞれ領域４３およ
び４４で形成される。サブストレートの後ろ側の面は、
サイリスタ領域に面するＰタイプ領域４８、およびダイ
オードＤのアノード領域に面するＮタイプ領域４９を含
む。後ろ側の面はメタライゼーション５０で塗布され
る。サイリスタＴｈのカソード領域４６およびダイオー
ドＤのアノード領域４２はメタライゼーション５１で塗
布される。パイロットサイリスタＴｈ１のカソード領域
４７は、メタライゼーション５２を通して主サイリスタ
Ｔｈのベース領域４３に接続される。
【００２３】上記のコンポーネントは、パイロットサイ
リスタと関連する主サイリスタを含む従来の増幅ゲート
サイリスタに類似する。
【００２４】この発明がこの従来の構造に対して行なう
１つの修正は、パイロットサイリスタＴｈ１のカソード
領域４７の部分に面する、高度にドープされたＮタイプ
領域５４を含む。なお、この領域の形成には、並列のヘ
ッドトゥーテール接続されたダイオードを備える増幅ゲ
ートサイリスタの従来の製造に関していかなる付加的な
製造ステップも必要ではなく、その理由は、領域５４は
ダイオードのカソード領域４９と同時に形成可能である
からである。
【００２５】しかしながら、この構造上の修正は、わず
かに見えるが、根本的にこのシステムの動作を修正する
ものである。図７に示すように、領域５４の存在は、サ
イリスタＴｈ１と並列にトランジスタＴｒを接続するこ
とに等しい。トランジスタＴｒのエミッタはサイリスタ
のカソード領域４７に対応する。トランジスタＴｒのベ
ースは領域４４により形成され、サイリスタＴｈ１のゲ
ート領域に対応する。トランジスタＴｒのコレクタはＮ
サブストレートに対応し、コレクタとの接触はＮ+ 領域
５４を通して得られる。
【００２６】図８に示すように、電流が低い場合は、全
体の構造の特性曲線はトランジスタＴｒにより設定され
る。トランジスタＴｒは、その端子間の電圧がＢＶCEO
よりも低い限り阻止されるが、このＢＶCEO は、ミラー
の等式に従えば、ＢＶCBO ／β1/n に等しく、ここでＢ
ＶCBO はコレクタ／ベース接合の降伏電圧であり、βは
トランジスタの利得である。β＝１０であり、ｎ＝４で
あり、もしＢＶCBO が３９０ボルトに等しければ、ＢＶ
CEO ＝２２０ボルトである。サイリスタＴｈがブレーク
オーバするのは、トランジスタＴｒの電流が値ＩB0に到
達したとき限りである。なお、サイリスタのブレークオ
ーバ電流は、主としてＮ+ 領域５４の大きさおよび形状
次第で決定する。
【００２７】したがって、このデバイスのブレークオー
バ電圧は主として、トランジスタＴｒのコレクタ−ベー
ス接合に対応する、領域４１と４４との間の接合により
決定される。サブストレート材料４１の抵抗率は、この
接合のアバランシェ電圧がたとえばおよそ３５０ないし
４５０ボルトの範囲であるＢＶCBO に設定されるよう
に、たとえばほぼ１５Ωないし２５Ω（２．１０14ない
し３．１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）となるように選択さ
れる。
【００２８】トランジスタＴｒが存在することにより、
パイロットサイリスタＴｈ１のｄＶ／ｄｔ降伏への感度
をなくすことがさらに可能となる。
【００２９】この発明の利点は、ブレークオーバ電流の
値ＩB0は、領域５４の表面および大きさを選択すること
により簡単に調整されること、降伏電流は、トランジス
タの特性（コレクタのドーピング、ベースのドーピン
グ、ベースの厚み）を選択することにより、降伏電圧と
独立して調整されること、および図５に示される層３４
および３５のようなさらなる層を製造するためのステッ
プが回避されるため、製造プロセスが従来のプロセスよ
りもはるかに簡単であることである。
【００３０】もちろん、この発明はガスライター回路と
の関連でのみ開示されているが、この発明に従うコンポ
ーネントは、電圧トリガされるダイポールコンポーネン
トが正確に決定されたブレークオーバ電圧およびブレー
クオーバ電流を有さねばならず、ブレークオーバ電流は
低いものとせねばならないいかなる構造においても使用
可能である。さらに、上記の実施例ではこのコンポーネ
ントは並列の、ヘッドトゥーテール接続されるダイオー
ドに関連するが、このようなダイオードを提供する必要
はない。
【００３１】この発明の少なくとも１つの実施例につい
て説明してきたが、種々の変形、修正形および改良形が
当業者により容易に考案されるであろう。このような変
形、修正形および改良形はこの発明の精神および範疇内
であることが意図される。したがって、前述の説明は単
に例示であり、制限を意図するものではない。この発明
は前掲の特許請求の範囲に規定されるものとしておよび
その等価物によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスライター回路を示す図である。
【図２】図１の回路の動作を示す、時間ｔの関数として
電圧Ｖの曲線を表わす図である。
【図３】サイリスタの電圧−ブレークオーバトリガ特性
曲線を表わす図である。
【図４】パイロットサイリスタおよびトリガエレメント
に関連するサイリスタの従来の回路を示す図である。
【図５】図４の回路を実現するコンポーネントの概略的
な断面図である。
【図６】この発明に従うコンポーネントの概略的な断面
図である。
【図７】図６の回路と等価の図である。
【図８】図６のコンポーネントの動作を示す電流−電圧
曲線を表わす図である。
【符号の説明】
４１ Ｎタイプサブストレート ４２ Ｐタイプ領域 ５０ メタライゼーション

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御されたブレークオーバ感度を有し、
    ブレークオーバ電圧によりトリガされるダイポールコン
    ポーネントであって、パイロットサイリスタ（Ｔｈ１）
    を通してアノードに接続されたゲートを有する主サイリ
    スタ（Ｔｈ）を含み、トリガトランジスタ（Ｔｒ）はパ
    イロットサイリスタと並列に配置され、トリガトランジ
    スタのベースはパイロットサイリスタのゲートに接続さ
    れるダイポールコンポーネント。
  2. 【請求項２】 トリガトランジスタのエミッタはパイロ
    ットサイリスタのカソード領域（４７）に対応し、トリ
    ガトランジスタのベースはパイロットサイリスタのゲー
    ト領域（４４）に対応する、請求項１に記載のコンポー
    ネント。
  3. 【請求項３】 ブレークオーバ電圧によりトリガされる
    ダイポールコンポーネントであって、サブストレートと
    同じ導電形式を有し前記パイロットサイリスタのカソー
    ド領域の部分の前のパイロットサイリスタのアノード層
    の部分の代わりをする領域（５４）を備える垂直の増幅
    ゲートサイリスタを含む、ダイポールコンポーネント。
  4. 【請求項４】 ブレークオーバ電圧によりトリガされる
    ダイポールコンポーネントであって、半導体サブストレ
    ートに、主サイリスタを有する第１の垂直のＮＰＮＰ構
    造（４６、４２、４１、４８）、およびパイロットサイ
    リスタを有する第２の垂直のＮＰＮＰ構造（４７、４
    ４、４１、４８）を含み、主サイリスタおよびパイロッ
    トサイリスタのアノードはサブストレートの後ろの面の
    同じ層（４８）に対応し、前記パイロットサイリスタの
    カソード領域の部分の前のパイロットサイリスタのアノ
    ード層の部分は、サブストレートの導電形式を有するさ
    らなる層（５４）と置き換えられ、後ろの面のメタライ
    ゼーション（５０）はサイリスタのアノード領域および
    前記さらなる領域（５４）と接触し、カソードメタライ
    ゼーション（５１）は主サイリスタのカソードに形成さ
    れ、接続メタライゼーション（５２）はパイロットサイ
    リスタのカソードを主サイリスタのゲート領域に接続す
    る、ダイポールコンポーネント。
  5. 【請求項５】 サブストレートと同じ導電形式の領域
    （４９）に面する主サイリスタのゲート領域の延長（４
    ２）をさらに含み、主サイリスタにヘッドトゥーテール
    接続された並列ダイオードを形成する、請求項３または
    ４に記載のコンポーネント。
JP7305685A 1994-11-25 1995-11-24 ブレークオーバ電圧によりトリガされる２端子半導体モノリシック回路 Expired - Fee Related JP2813869B2 (ja)

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