JPS583280A - サイリスタ - Google Patents

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】 本発明はｄｉ／ｄｔ酎量の増耐と高感度化を図り九ナイ
リスタに関する。

サイリスタは導電蓋を交互に異ならせ、表裏Ｏ半導体層
表面にアノード電極とカソード電極とを取付けた４つの
半導体層によシ構成され、アノード電極側より一般Ｅｌ
’工１．タ層、Ｎペース層、Ｐベース層、Ｎエミ、一層
とした構造を有してい石。しかしてこのサイリスタでは
、Ｐベース層に設妙られ九ｒ−）電極にトリガ信号を印
加することによりて、先ずｒ−）近傍の小面積がターン
オンし、時間の経過Ｋ　ｆＦ　５てその接合全面積に亘
りてターンオン領域が拡大して導通する。この為、ター
ンオン時の突入電流上昇率ｄｌ／ｄｔが大きいと、素子
能力以上Ｋｒ−）近傍の限られた導通部分に電流が集中
し、仁の結果、局所的な温度上昇による熱破壊が生じる
ことがある。

そζで近年では、サイリスタの高耐圧化、大容量化に伴
い、スイッテンダ時Ｏｄ１／ｄｔ耐量が大きく、シかも
ｒ−）制御電流のできるだけ小さいサイリスタの出現が
望會れている。然し乍ら一般的Ｋａｄｉ／ｄｔを大きく
するとｒ−）制御電流が増大すると云う相反する問題が
あった。

また近時、ｆｆ−）電流に代えて光信号によりスイッチ
ング動作を制御する光サイリスタが開発されているが、
利用可能な光エネルイーに限度力する上、ハイ・ｆ−）
・ドライブが困難な為、ｄｉ／ｄｔ耐量を大きくできな
かった。これ故、ｄ１／ｄｔ耐量を損うことなしＫｆ−
）感度の向上を図った高耐圧・大容量のサイリスタの開
発が強く望まれていた。

第１図はこのような問題を解決すべく構成された光サイ
リスタの断面構造を模式的に示した本のである。図にお
いて、Ｐエミ、り層１、Ｎイー１層２、Ｐイー１層３、
Ｎ工き、夕層４からなる４つの半導体層からなるサイリ
スクの上記Ｐエミ、り層１表面にはアノード電極５が、
まえ、エヘ２．層イ。表面にはカッ−２電極。

が配設されており、メインサイリスタが形成されている
。上記Ｎ工Ｚ、タ層４は、Ｐイー１層３の外周側に円環
状に形成され九ものである。

またこのメインサイリスクのＰイー１層１には、複数の
ノ臂イロ、トサイリスタを形成するエミ。

り層１が同心固状に形成され、その上面には電極８が形
成されている。そしてこの７４イロツトサイリスタの中
央部には受光部９が形成されている。

しかして今、このサイリスクの受光部９に光トリガ信号
り、を照射すると、これＫよって発生する光電流ｘｐｈ
は、Ｐイー１層３を横方向に流れ、メインサイリスタの
Ｎエン、り層４に設けられた短絡部１０を経由してカソ
ード電極Ｃに流れる３、このと舞、上記光電流ＩｐｋＫ
よってＰイー１層ＪＫ発生する横方向電位差は、ノ臂イ
ロ、トサイリスタのＮニオツタ層１を順方向にバイアス
する。この順方向バイアスの一番深い部分、つまり受光
部６の電圧がＰイー１層３とＮエン、り層１との間に形
成される接合部のビルトインポテンシャルの値に近付く
と、Ｎエン。

り層１からＰイー１層Ｊへの電子の注入が急増し、この
結果ノ量イロ、トサイリスタは受光部Ｃの領域からター
ンオンする。このターンオン電流は電極８を経由して上
記Ｐペース層Ｊを流れ、ノ・イｆ−）ドライ！電流とし
て機能してメインサイリスタをターンオンさせる。この
ノ々イロットサイリスクとメインサイリスタと９間のＰ
べ一一層３には、ケミカルエツチング等によって溝１１
が設けられており、この領域においてＰベース層３の横
方向抵抗が部分的に高められている。この溝１１によっ
て、ターンオン初期に流れる過電流が上記ンぐイロ、ト
サイリスタに集中することが防止逼れている。つまり、
ターンオン初期時の過大な電力損失を上記メインサイリ
スタ、パイロットサイリスタ、溝１１部のＰイー１層３
に分散させ、これＫよりホットスポットの発生を防止し
て、ｄｉ／ｄｔ耐量の向上が図られている。

ところが、このような従来構造では、溝１１部ＯＰペー
ス層３−の抵抗を大きくしてノ臂イロットサイリスタの
ターンオン電流を抑制すると、メインサイリスタに対す
るノ１イｒ−トドライブ効果が失われ、メインサイリス
タのターンオン特性が劣化する不具合がある。しか４メ
インサイリスタを流れる電流が増大する結果、ターンオ
ン時に発生する過大な電力損失がメインサイリスクに集
中する不都合が生じえ。従って、溝１１によって設けら
れる高抵抗によるパイロ。

トサイリスタのターンオン初期における急激な電力集中
からの保護にも、自づと限界があり九。

一方、Ｎエミツタ層１直下のＰイー１層１の抵抗値を高
め、これＫよりて光電流ＩｐｈＫよる横方向電位差を大
きくして、光感度を高めることが考えられている。とこ
ろが、仁のようｋすると、サイリスタ主回路から、急峻
な電圧上昇率ｄｖ／ｄｔを持つ電圧ノイズがカソード電
極５とアノード電極６との間に加わると、これによって
生じる変位電流が上記光電流ＩＰｋと同じ経路を通って
流れる為、この電圧ノイズによって誤点弧しやすくなる
と云う不具合がある。この誤点弧を防ぐ許容可能な最大
な４マ／ｄｔ値をｄマ／ｉｔ耐量と呼ぶが、このｄマ／
ｄｔ耐量を犠牲にすることなく光感度を高めるＫは、上
記Ｐペース層３の抵抗を高め、且っＮニオ、り層１０牛
径Ｒを小さくして、この領域での変位電流の発生を抑制
すればよい。然し乍ら、このようＫすると／譬イｏ、）
サイリスタの初期導通領域が減少し、ｄｌ／ｄｔ耐量が
減少す石。しかも前記したように溝１１部のＰペース層
１の抵抗値を大きくジノ臂イＥｉｙ）サイリスタへの電
流集中を抑制するＫは限界があることから、ｄマ／ｄｔ
耐量、光感度を犠牲にすることな（ｄ１／ｄｔ耐量を大
きくすることが困難であった。またこのような問題は、
上述した光サイリスタに限らず、電気）　リ／式のサイ
リスタにありても同様に存在した。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするとζろは、ｄマ／ａｔ耐量等の主要な特性
を犠牲にすることなしにダート感度の向上とｄｉ／ｄｔ
耐量の増大を図りた実用性の高いサイリスタを提供する
ことＫある。

即ち本発明はメインサイリスタトノ豐イロ、トサイリス
タとの間のペース層上に電極を設け、この電極と上記ノ
臂イＨ，トサイリスタのエミッタ電極との間に抵抗およ
びコンデンサを並列接続することＫよってターンオン電
流のパイ／譬ス回路を設け、これによりメインサイリス
タのターンオン特性を劣化きせることなしに上述した目
的を効果的に達成するようにし九４のである。

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第２図は実施例に係るサイリスタの概略構成図で、第１
図に示す従来構造と同一部分には同一符号を付して示し
である。仁のサイリスタ社、メインサイリスタとパイロ
ットサイリスタとの間のＰペース層３上に１従来のよう
な溝１１を設けることに代えて電極１１を配設形成し、
この電極１１とＩ譬イロットナイリスタのエン、り電極
１との間に抵抗１３およびコンデンサー４をそれぞれ並
列接続し九構造となっている。この抵抗１１およびコン
デンサ１４は、／４イロ。

トサイリスタのターンオン電流イのメインサイリスクへ
のパイノ譬ス回路１５を形成するものであ６゜ しかしてこのような構造であれば、受光部ｔＫｊｌｌｌ
射し走光トリガ信号によって生起される光電流！、ｈは
、Ｐイー１層３を横力向に流れて、メインサイリスタの
短絡部１０を介してカソード電極６に流れる。このとき
、Ｐイー１層３に発生する横方向電位差によって、ノ譬
イロットサイリスタがターンオンする。そして、この／
譬イロｖトサイリスタのターンオン電流１ｐは、エン、
り電極８から上記バイパス回路１５を経由してメインサ
イリスタに流れるととＫなる。

このとき、ターンオン電流１は、先ずコンデン９１４を
介して流れる。このコンデンサー４を介して流れる電流
のピーク値は、メインサイリスクのターンオン特性が劣
化しない程度Ｋ、例えば前記第１図に示す従来構造のサ
イリスタにおいて、溝１１によって調整されるＰペース
層１の抵抗値を最適化し九場合と同程度になるように定
められる。一方、このとき、このコンデンｔ１４０両端
電圧は、Ｎニオ、夕層１を逆方向に／セイアスするから
、メインサイリスクが上記ターンオン電流によってター
ンオンするに従って、上記ターンオン電流は急激に減少
する。

そして、ターンオン電流が流れ表くなると、コンデンサ
１４に充電寧れ九電荷は抵抗ＩＪを介して放電されるこ
とＫなる。

第３図はこのターンオン電流波形を示したもので、特性
ムは第１図に示す従来構造のもの、また特性Ｂは本サイ
リスタのものをそれぞれ示している。この両特性を対比
しても明らかなように１本サイリスクでは、メインサイ
リスタのターンオン特性を犠牲にすることなしに１ター
ンオン電流の適正化を図ることができる。

以上のように本サイリスタによれば、メインサイリスタ
の所ｌ！特性を犠牲にすることなく、・量イμットサイ
リスタの電力損失分担を軽減することができるので、パ
イロットサイリスタのエン、り層１の半径Ｒを容ａＫ小
さくすることができる。しかも、このＮニオ、り層１直
下のＰペース層Ｓの抵抗を大きくする仁とが可能となる
ので、ｄｖ／ｄｔ耐量を損うことなしにｒ−）感度（光
感度）の高感度化を図ることができる。

ちなみに、Ｐペース層３０層抵抗を２０００Ｑ／［１゜
Ｒ悶ｌ■、Ｃ＝　Ｏ，ＳμＦ、Ｒ＝２５０と選定した場
合、ｄｉ／ｄｔ耐量を従来のものに比して２倍以上に向
上できることが確認された。

第４図は電気トリを式のサイリスタの構造を示す亀ので
、受光部９のＰペース層３露出部に？−）電極１６を配
設した構造を示す。このような電気トリガ式のサイリス
タでｈりても、上述した光サイリスタと同様な効果が奏
せられることは云う壕で４ない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡易
にして、ｄｖ／ｄｔ耐量およびｒ−）感度を犠牲にする
ことなしに、ｄｉ／ｄｔ耐量の大幅な向上を図り得、緒
特性に優れた絶大なる効果を奏するサイリスタを提供す
ることができる。

冑、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば／譬イロ、トサイリスタの構成段数を１に増すこと
４可能である。またコンデン＋１４の容量Ｃ等は、仕様
に応じて定めればよいものであり、要するに本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して＊施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造の一例を示す図、第２図は本発明の一
実施例構造を示す図、第３図はターンオン電流の波形特
性を示す図、第４図は本発明の他の実施例構造を示す図
である。 ３・・・ｐ−’ｔ−スＭＬ　　４・・・Ｎエン、夕層（
メインサイリスタ）、６・・・カソード電極、１・・・
Ｎエミツタ層（ノダイロットナイリスタ）、８・・・エ
ミッタ電極、９・・・受光部、１０・・・短絡部、１１
・・・溝、１２・、・電極、１３・・・抵抗、１４・・
・コンデンサ、１５・・・パイノ臂ス回路、１ｇ・・・
ダート電極出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　門弟
１図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電型を交互に異ならせて積層畜れた４つの半導
   体層からなるメインサイリスタのペース層中に上記メイ
   ンサイリスタのエミ、り層を除く他の３つの半導体層を
   共有する／臂イ四、）サイリスタの工之、一層を前記メ
   インサイリスタのエンツタ層から分離し、且つこのメイ
   ンサイリスクのニオ、り層と同導電型に形成してなるサ
   イリスタにおいて、前記メインサイリスタのエイツタ層
   と／ｆイロットサイリスタの工（ツタ層との間のベース
   層上に金属膜を設け、この金属膜と上記）譬イロットサ
   イリスタのエミツタ層上に設けた工２．タ電極との間に
   抵抗およびコンデンサを１列接続してなることを特徴と
   するサイリスタ。