JPS5945230B2 - エミツタ短絡形サイリスタ - Google Patents
エミツタ短絡形サイリスタInfo
- Publication number
- JPS5945230B2 JPS5945230B2 JP53017203A JP1720378A JPS5945230B2 JP S5945230 B2 JPS5945230 B2 JP S5945230B2 JP 53017203 A JP53017203 A JP 53017203A JP 1720378 A JP1720378 A JP 1720378A JP S5945230 B2 JPS5945230 B2 JP S5945230B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- short
- emitter
- cathode
- circuited
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
- H10D62/141—Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
- H10D62/148—Cathode regions of thyristors
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、陰極エミッタ領域とこれに隣接する陰極ベ
ース領域を陰電極によつて部分的に短絡してなるエミッ
タ短絡形サイリスタの改良に係り、特にそのターンオフ
タイムの短縮構造に関するものである。
ース領域を陰電極によつて部分的に短絡してなるエミッ
タ短絡形サイリスタの改良に係り、特にそのターンオフ
タイムの短縮構造に関するものである。
高速スイッチングを要求されるサイリスタに於ては、従
来より設計的、構造的な面で多くの改善がなされてきた
が、これらの努力は主としてターンオフ特性と、これと
相予盾する他の特性(ゲートトリガ電流、オン電圧等)
との相関関係を改善するために払われてきた。
来より設計的、構造的な面で多くの改善がなされてきた
が、これらの努力は主としてターンオフ特性と、これと
相予盾する他の特性(ゲートトリガ電流、オン電圧等)
との相関関係を改善するために払われてきた。
一般にターンオフタイムを短かくするためには、重金属
の拡散や放射線の照射により再結合中心を導入したり、
ショートエミッタを設けることにより、ターンオフ時の
過剰キャリヤの消滅を促すことが行なわれるが、これら
の事柄は同時にゲートトリガ電流やオン電圧を増すとい
う結果をもたらす。他の特性の劣化を最小限にしてター
ンオフタイムを短かくするため、従来より拡散仕様やシ
ョートエミッタの構造等に於て種々の改善が成されたが
、あまり満足すべき結果が得られなかつた。以下従来の
構造のエミッタ短絡形サイリスタについて説明を行なう
。
の拡散や放射線の照射により再結合中心を導入したり、
ショートエミッタを設けることにより、ターンオフ時の
過剰キャリヤの消滅を促すことが行なわれるが、これら
の事柄は同時にゲートトリガ電流やオン電圧を増すとい
う結果をもたらす。他の特性の劣化を最小限にしてター
ンオフタイムを短かくするため、従来より拡散仕様やシ
ョートエミッタの構造等に於て種々の改善が成されたが
、あまり満足すべき結果が得られなかつた。以下従来の
構造のエミッタ短絡形サイリスタについて説明を行なう
。
第1図は従来のエミッタ短絡形サイリスタを示す断面図
、第2図はその上面図である。このようなサイリスタは
、N形半導体基板1にP形ベース領域2、P形エミッタ
領域3、N形エミッター領域4を形成し、然る後該半導
体基板1に金等の重金属を拡散せしめ、これにカソード
電極5、ゲート電極6、アノード電極8を形成して得ら
れる。この時、P形ベース領域2のカソード電極5に短
絡された部分子(以下これをショートエミッタと称す)
が形成されている。従来の素子に於ては、このショート
エミッタTがカソード領域内で疎らに形成されていた。
カソード領域内の1点から最も近いショートエミッタT
へ至る距離の最大値は、約300Itm以上であつた。
このため優れたターンオフ特性が得られなかつた。ショ
ートエミッタTをより稠密に形成すれば、ターンオフ特
性は改善されるが、ゲートトリガ−電流が増し、又、実
効陰極面積が減少することにより、オン電圧が増すとい
う問題があつた。この発明はこのような点に鑑みてなさ
れたもので、他の特性を損うことなくターンオフ特性を
向上させることができるエミツタ短絡形サイリスタを提
供することを目的とする。以下、この発明について説明
する。
、第2図はその上面図である。このようなサイリスタは
、N形半導体基板1にP形ベース領域2、P形エミッタ
領域3、N形エミッター領域4を形成し、然る後該半導
体基板1に金等の重金属を拡散せしめ、これにカソード
電極5、ゲート電極6、アノード電極8を形成して得ら
れる。この時、P形ベース領域2のカソード電極5に短
絡された部分子(以下これをショートエミッタと称す)
が形成されている。従来の素子に於ては、このショート
エミッタTがカソード領域内で疎らに形成されていた。
カソード領域内の1点から最も近いショートエミッタT
へ至る距離の最大値は、約300Itm以上であつた。
このため優れたターンオフ特性が得られなかつた。ショ
ートエミッタTをより稠密に形成すれば、ターンオフ特
性は改善されるが、ゲートトリガ−電流が増し、又、実
効陰極面積が減少することにより、オン電圧が増すとい
う問題があつた。この発明はこのような点に鑑みてなさ
れたもので、他の特性を損うことなくターンオフ特性を
向上させることができるエミツタ短絡形サイリスタを提
供することを目的とする。以下、この発明について説明
する。
第3図はこの発明の一実施例を示す断面図、第4図はそ
の上面図である。図において、第1図および第2図と同
一符号は夫々同一または相当部分を示しており、第1図
および第2図と異なるところは、円形のシヨートエミツ
タ7を、カソード電極5内に均一かつ稠密に配置される
ように、互いに直交する等間隔の平行直線群の交点に位
置するように形成した点である。
の上面図である。図において、第1図および第2図と同
一符号は夫々同一または相当部分を示しており、第1図
および第2図と異なるところは、円形のシヨートエミツ
タ7を、カソード電極5内に均一かつ稠密に配置される
ように、互いに直交する等間隔の平行直線群の交点に位
置するように形成した点である。
この時、N形領域4、P形領域2、P形領域3、の拡散
深さをそれぞれD,,d2,d3、P形領域2及び3間
のN形領域の厚みをD4、半導体基板1の厚みをt1隣
接するシヨートエミツタ7の中心間の距離をDSEl各
シヨートエミツタ7の直径をrとすると、以上の各パラ
メーターは次のような関係により決定される。tは素子
に要求される阻止電圧により決定される場合があるが、
阻止電圧が低い(500〜800)場合、むしろ製造工
程に於けるウエハ割れによる歩留低下を防ぐために必要
なウエ・・厚みより決定されることが多い。
深さをそれぞれD,,d2,d3、P形領域2及び3間
のN形領域の厚みをD4、半導体基板1の厚みをt1隣
接するシヨートエミツタ7の中心間の距離をDSEl各
シヨートエミツタ7の直径をrとすると、以上の各パラ
メーターは次のような関係により決定される。tは素子
に要求される阻止電圧により決定される場合があるが、
阻止電圧が低い(500〜800)場合、むしろ製造工
程に於けるウエハ割れによる歩留低下を防ぐために必要
なウエ・・厚みより決定されることが多い。
たとえば50mmφのウエハを用いる場合、tが200
μm以下になるとウエハ割れによる歩留低下が問題とな
る。特にガラスパツシベーシヨン形の場合、ウエハにメ
サ溝を形成するため、507n11φのウエハを用いる
場合は約220μm以上の厚みが必要となる。D4が厚
くなるとオン電圧が高くなり、特にパルス大電流を遮断
する場合、オン状態の電力損失が増大して素子の温度上
昇のためターンオフタイムが長くなる。従つてD4は要
求される阻止電圧を満足する限り小さくする必要がある
。又、P形ベース領域2及びP形エミツタ一領域3は製
造工程簡略のため同時に形成されることが多く、この場
合D4を小さくするためにD2を大きくする必要がある
。又、D2−d1が大きくなると、シヨートエミツタ7
からゲート電極6に至るP形ベース領域2の合成抵抗R
SEが小さくなると同時にN形エミツタ一領域4からの
注入効率が低下し、ゲートトリガ電流が大きくなる。
μm以下になるとウエハ割れによる歩留低下が問題とな
る。特にガラスパツシベーシヨン形の場合、ウエハにメ
サ溝を形成するため、507n11φのウエハを用いる
場合は約220μm以上の厚みが必要となる。D4が厚
くなるとオン電圧が高くなり、特にパルス大電流を遮断
する場合、オン状態の電力損失が増大して素子の温度上
昇のためターンオフタイムが長くなる。従つてD4は要
求される阻止電圧を満足する限り小さくする必要がある
。又、P形ベース領域2及びP形エミツタ一領域3は製
造工程簡略のため同時に形成されることが多く、この場
合D4を小さくするためにD2を大きくする必要がある
。又、D2−d1が大きくなると、シヨートエミツタ7
からゲート電極6に至るP形ベース領域2の合成抵抗R
SEが小さくなると同時にN形エミツタ一領域4からの
注入効率が低下し、ゲートトリガ電流が大きくなる。
又、rを大きくしたりDSEを小さくするとターンオフ
特性は改善されるがゲートトリカー電流が大きくなる。
特性は改善されるがゲートトリカー電流が大きくなる。
直列式自動調光ストロボの制御用サイリスタを例にあげ
て本発明による前述の各パラメーターの具体的な値を示
す。
て本発明による前述の各パラメーターの具体的な値を示
す。
該サイリスタに於ては、第5図に示す如き電流ピーク値
100〜300Aのパルス電流を、任意の通電時間Tw
に於て数μSec以下の時間で遮断することが要求され
る。
100〜300Aのパルス電流を、任意の通電時間Tw
に於て数μSec以下の時間で遮断することが要求され
る。
この場合、ターンオフタイムはTwに依存し、通常Tw
が600〜1000μSecの範囲にターンオフタイム
が最大となる点がある。このターンオフタイムの最大値
を、以下パルスターンオフタイムTqと呼ぶ。以下のT
qは第5図のパルス電流についての値である。第6図に
DSEをパラメータとして、パルスターンオフTqとゲ
ートトリカー電流1。Tの相関関係の実験結果を示す。
この時、t=220μm、D2=D3=65μM,.d
l=37μM,.d4=90μM,.r=40ttmで
ある。第6図に於て、A及びBはそれぞれ要求されるT
,及びI。
が600〜1000μSecの範囲にターンオフタイム
が最大となる点がある。このターンオフタイムの最大値
を、以下パルスターンオフタイムTqと呼ぶ。以下のT
qは第5図のパルス電流についての値である。第6図に
DSEをパラメータとして、パルスターンオフTqとゲ
ートトリカー電流1。Tの相関関係の実験結果を示す。
この時、t=220μm、D2=D3=65μM,.d
l=37μM,.d4=90μM,.r=40ttmで
ある。第6図に於て、A及びBはそれぞれ要求されるT
,及びI。
Tの最大値を示し、C,D,E,F,GはそれぞれDs
E−600、4001280、200、150μmの特
性を示す線である。このグラフより明らかなように、I
GTが増加するに伴ないT9は減少し、ある値に達する
とIGTの増大に対しt はほぼ一定となる。この時の
TqOqの値をTqminとし、TqmmとDSEの関
係を第7図に示す。
E−600、4001280、200、150μmの特
性を示す線である。このグラフより明らかなように、I
GTが増加するに伴ないT9は減少し、ある値に達する
とIGTの増大に対しt はほぼ一定となる。この時の
TqOqの値をTqminとし、TqmmとDSEの関
係を第7図に示す。
DSEが400μm以上の場合Tq龍はDSEに殆んど
依存せず、シヨートエミツタの効果が現われていない。
DSEが300ttm以下になるとシヨートエミツタの
効果が顕著になり、TqTnmは小さくなる。第6図の
直線A,Bより明らかなように、D8Eを400μm以
上にするとT,とIGTを共に満足する値に制御するこ
とは困難であるが、DSEを300μm以下にするとこ
れが容易になり、DSEを150μm以下にするとこの
効果がさらに顕著である。第8図にD2−d1をパラメ
ータとしてTqと10Tの相開開係の実験結果を示す。
依存せず、シヨートエミツタの効果が現われていない。
DSEが300ttm以下になるとシヨートエミツタの
効果が顕著になり、TqTnmは小さくなる。第6図の
直線A,Bより明らかなように、D8Eを400μm以
上にするとT,とIGTを共に満足する値に制御するこ
とは困難であるが、DSEを300μm以下にするとこ
れが容易になり、DSEを150μm以下にするとこの
効果がさらに顕著である。第8図にD2−d1をパラメ
ータとしてTqと10Tの相開開係の実験結果を示す。
この場合t一220μM,.d2=D3=65μM,.
d4=90μM.r=40μmである。又H,I,Jは
それぞれD2−d1−27μMl3OμMl35μmの
グラフである。このグラフの示す如く、D2−d1が大
きくなるに従い一定のT,の値に対するIGTが大きく
なり、D2−d1が30μm以上の場合、IGTとT,
を共に満足する値に制御することが困難になる。従つて
D2−d1は30!Tm以下にする必要がある。なお、
D4は110μm以下にすれば、オン電圧増加のための
通電時の温度上昇によるパルスターンオフ特性の著しい
劣化を防ぐことができる。
d4=90μM.r=40μmである。又H,I,Jは
それぞれD2−d1−27μMl3OμMl35μmの
グラフである。このグラフの示す如く、D2−d1が大
きくなるに従い一定のT,の値に対するIGTが大きく
なり、D2−d1が30μm以上の場合、IGTとT,
を共に満足する値に制御することが困難になる。従つて
D2−d1は30!Tm以下にする必要がある。なお、
D4は110μm以下にすれば、オン電圧増加のための
通電時の温度上昇によるパルスターンオフ特性の著しい
劣化を防ぐことができる。
また、rは50μm以下にすれば、IGTの増大及び実
効陰極面積の減少によるパルスターンオフ特性の劣化を
防ぐことができる。以上のように、DSEを300It
m(150μm以下ではさらに効果は顕著である)、t
を200μ以上とし、D4が110μm以下になるよう
にD2及びD3を決定し、D2−d1が30μm以下に
なるようにd1を決定し、rを50μm以下にすれば、
従来の構造の場合比べて他の特性を劣化させることなく
より優れたターンオフ特性を有する素子を高い歩留で得
ることができる。
効陰極面積の減少によるパルスターンオフ特性の劣化を
防ぐことができる。以上のように、DSEを300It
m(150μm以下ではさらに効果は顕著である)、t
を200μ以上とし、D4が110μm以下になるよう
にD2及びD3を決定し、D2−d1が30μm以下に
なるようにd1を決定し、rを50μm以下にすれば、
従来の構造の場合比べて他の特性を劣化させることなく
より優れたターンオフ特性を有する素子を高い歩留で得
ることができる。
もちろん、DSEを3001tm以下にするだけの効果
によつてもターンオフ特性を改善できることは明らかで
ある。以上の例に於て、シヨートエミツタ7は互いに直
交する等間隔の平行直線群の交点上に位置するように配
置した形のものをとり上げたが、必ずしもこの形である
必要はなく、第9図のように、互いに600の角度をも
つて交わる等間隔の平行直線群の交点に配置した形も可
能である。
によつてもターンオフ特性を改善できることは明らかで
ある。以上の例に於て、シヨートエミツタ7は互いに直
交する等間隔の平行直線群の交点上に位置するように配
置した形のものをとり上げたが、必ずしもこの形である
必要はなく、第9図のように、互いに600の角度をも
つて交わる等間隔の平行直線群の交点に配置した形も可
能である。
すなわち、以上の例に於けるDsE−300μmの場合
のシヨートエミツタの効果と同様のものは、300μm
×300μm−9×104μイの面積に1つの割合で、
かつ全カンード領域にわたつて均一に分布したシヨート
エミツタによつて得られることは明らかである。同様に
してDsE−150μmの効果は、2.25×104μ
dの面積に1つの割合で均一に分布したシヨートエミツ
タの効果と同様である。なおシヨートエミツタの形は必
ずしも円形である必要はなく、たとえば40μmφのシ
ヨートエミツタの効果はπ×20μM,X2OμML−
1.3×103μイの面積を有する任意の形のシヨート
エミツタによつて得られる。
のシヨートエミツタの効果と同様のものは、300μm
×300μm−9×104μイの面積に1つの割合で、
かつ全カンード領域にわたつて均一に分布したシヨート
エミツタによつて得られることは明らかである。同様に
してDsE−150μmの効果は、2.25×104μ
dの面積に1つの割合で均一に分布したシヨートエミツ
タの効果と同様である。なおシヨートエミツタの形は必
ずしも円形である必要はなく、たとえば40μmφのシ
ヨートエミツタの効果はπ×20μM,X2OμML−
1.3×103μイの面積を有する任意の形のシヨート
エミツタによつて得られる。
又第10図の如く、カソード領域の周辺部がシヨートエ
ミツタになつている形のものについても本発明が適用で
きることは明らかである。
ミツタになつている形のものについても本発明が適用で
きることは明らかである。
以上は直列式自動調光ストロボ用サイリスタを例にあげ
たが、一般に高速スイツチングを要求されるサイリスタ
に対して本発明を適用することができる。
たが、一般に高速スイツチングを要求されるサイリスタ
に対して本発明を適用することができる。
又、拡散深さ、ウエハ厚み等以上の説明に用いた数値は
1例であり、これ以外の場合も本発明の適用は可能であ
り、たとえばD2Sd3の場合も本発明は有効である。
又、本発明はセンターゲート構造のサイリスタだけでな
く、コーナーゲート構造のサイリスタにも適用できる。
1例であり、これ以外の場合も本発明の適用は可能であ
り、たとえばD2Sd3の場合も本発明は有効である。
又、本発明はセンターゲート構造のサイリスタだけでな
く、コーナーゲート構造のサイリスタにも適用できる。
第1図は従来のエミツタ短絡形サイリスタを示す断面図
、第2図はその上面図、第3図はこの発明の一実施例を
示す断面図、第4図はその上面図、第5図はパルス電流
波形を示す図、第6図および第8図はGTとTqの相関
関係を示す図、第7図はDSEとT,mmの関係を示す
図、第9図および第10図はそれぞれこの発明の他の実
施例を示す上面図である。 図において、1はN形半導体基板、2はP形ベース領域
、3はP形エミツタ領域、4はN形エミツタ領域、5は
カソード電極、6はゲート電極、7はシヨートエミツタ
、8はアノード電極である。
、第2図はその上面図、第3図はこの発明の一実施例を
示す断面図、第4図はその上面図、第5図はパルス電流
波形を示す図、第6図および第8図はGTとTqの相関
関係を示す図、第7図はDSEとT,mmの関係を示す
図、第9図および第10図はそれぞれこの発明の他の実
施例を示す上面図である。 図において、1はN形半導体基板、2はP形ベース領域
、3はP形エミツタ領域、4はN形エミツタ領域、5は
カソード電極、6はゲート電極、7はシヨートエミツタ
、8はアノード電極である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 陰極エミッタ領域、陰極ベース領域、陽極ベース領
域および陽極エミッタ領域を順次接合してなる半導体基
体を備え、上記陰極エミッタ領域と陰極ベース領域を陰
電極によつて部分的に短絡したサイリスタにおいて、上
記短絡部分が9×10^4μm^2に1個以上の密度で
上記陰電極内に均一に分布して複数個設けられ、また上
記半導体基体の厚さが200μm以上、陽極ベース領域
の厚さが110μm以下、陰極ベース領域の厚さが30
μm以下に成形されていることを特徴とするエミッタ短
絡形サイリスタ。 2 短絡部分は2.25×10^4μm^2に1個の密
度で設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のエミッタ短絡形サイリスタ。 3 1つの短絡部分は1.3×10^3μm^2以下の
面積であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のエミッタ短絡形サイリスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53017203A JPS5945230B2 (ja) | 1978-02-16 | 1978-02-16 | エミツタ短絡形サイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53017203A JPS5945230B2 (ja) | 1978-02-16 | 1978-02-16 | エミツタ短絡形サイリスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54109791A JPS54109791A (en) | 1979-08-28 |
| JPS5945230B2 true JPS5945230B2 (ja) | 1984-11-05 |
Family
ID=11937369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53017203A Expired JPS5945230B2 (ja) | 1978-02-16 | 1978-02-16 | エミツタ短絡形サイリスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5945230B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0185418U (ja) * | 1987-11-28 | 1989-06-06 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019158594A1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | Abb Schweiz Ag | Bidirectional thyristor device |
-
1978
- 1978-02-16 JP JP53017203A patent/JPS5945230B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0185418U (ja) * | 1987-11-28 | 1989-06-06 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54109791A (en) | 1979-08-28 |
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