JPS6221273A - 絶縁ゲ−ト型サイリスタ - Google Patents
絶縁ゲ−ト型サイリスタInfo
- Publication number
- JPS6221273A JPS6221273A JP60160660A JP16066085A JPS6221273A JP S6221273 A JPS6221273 A JP S6221273A JP 60160660 A JP60160660 A JP 60160660A JP 16066085 A JP16066085 A JP 16066085A JP S6221273 A JPS6221273 A JP S6221273A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- insulated gate
- layer
- extinguishing
- thyristor
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/101—Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
- H10D84/131—Thyristors having built-in components
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D18/00—Thyristors
- H10D18/60—Gate-turn-off devices
- H10D18/65—Gate-turn-off devices with turn-off by field effect
- H10D18/655—Gate-turn-off devices with turn-off by field effect produced by insulated gate structures
Landscapes
- Thyristors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は、絶縁ゲートを介して点弧駆動がなされるよ
うになっている絶縁ゲート型サイリスタに関する。
うになっている絶縁ゲート型サイリスタに関する。
従来の絶縁ゲート型サイリスタでは、MOS・FETの
ドレイン領域の下側に、さらに、PN接合領域が続いて
いて、サイリスタ本体となるPNPN4層構造(あるい
はNPNPA層構造)が構成されるようになっている。
ドレイン領域の下側に、さらに、PN接合領域が続いて
いて、サイリスタ本体となるPNPN4層構造(あるい
はNPNPA層構造)が構成されるようになっている。
このサイリスタでは、点弧用絶縁ゲート電極に印加され
る電圧が一定以上になるとサイリスタ本体が点弧されて
導通状態となるけれども、いったん点弧がはじまると、
点弧用絶縁ゲート電極に印加される電圧値を制御したと
しても、導通状態を消弧してふたたヒ遮断状態とするこ
とはできない。そのため、強制消弧をするには、別に消
弧用回路が必要となるので・点弧用絶縁ゲート電極が極
めて高い入力抵抗特性であるため点弧駆動時に実質上入
力電流を必要としないなどの利点を絶縁ゲート型サイリ
スタが有していても、いまひとつその利用が拡がってい
かない。
る電圧が一定以上になるとサイリスタ本体が点弧されて
導通状態となるけれども、いったん点弧がはじまると、
点弧用絶縁ゲート電極に印加される電圧値を制御したと
しても、導通状態を消弧してふたたヒ遮断状態とするこ
とはできない。そのため、強制消弧をするには、別に消
弧用回路が必要となるので・点弧用絶縁ゲート電極が極
めて高い入力抵抗特性であるため点弧駆動時に実質上入
力電流を必要としないなどの利点を絶縁ゲート型サイリ
スタが有していても、いまひとつその利用が拡がってい
かない。
この発明は、上記の状況に鑑み、消弧用の回路を外部に
設けなくても導通状態のときに消弧ができる絶縁ゲート
型サイリスタを提供することを目的とする。
設けなくても導通状態のときに消弧ができる絶縁ゲート
型サイリスタを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、この発明は、絶縁ゲートを介
して点弧駆動がなされるようになっている絶縁ゲート型
サイリスタにおいて、導通状態を強制的に遮断状態とす
る消弧機能をも備えているようにしたことを特徴とする
絶縁ゲート型サイリスタを要旨とする。
して点弧駆動がなされるようになっている絶縁ゲート型
サイリスタにおいて、導通状態を強制的に遮断状態とす
る消弧機能をも備えているようにしたことを特徴とする
絶縁ゲート型サイリスタを要旨とする。
以下、この発明を、その一実施例をあられした図面を参
照しながら詳述する。
照しながら詳述する。
第1図は、この発明にかかる絶縁ゲート型サイリスタの
一実施例の断面構造をあられしたものである。第2図は
、この絶縁ゲート型サイリスタ(以下、単に「サイリス
タ」と記す)の等価回路をあられしたものである。第1
図にみるように、P型(第1導電型)の半導体基板1の
表面側にN型(第2導電型)不純物領域であるN層(第
1領域)2が形成されている。N層2内の表面にはP型
不純物領域であるP層(第2領域)3、P層(第3領域
)4およびP層(第6領域)5が互いに離間して形成さ
れ、このうち2層3内の表面にはさらにN型不純物領域
であるN層(第4領域)6a、6bが形成されている。
一実施例の断面構造をあられしたものである。第2図は
、この絶縁ゲート型サイリスタ(以下、単に「サイリス
タ」と記す)の等価回路をあられしたものである。第1
図にみるように、P型(第1導電型)の半導体基板1の
表面側にN型(第2導電型)不純物領域であるN層(第
1領域)2が形成されている。N層2内の表面にはP型
不純物領域であるP層(第2領域)3、P層(第3領域
)4およびP層(第6領域)5が互いに離間して形成さ
れ、このうち2層3内の表面にはさらにN型不純物領域
であるN層(第4領域)6a、6bが形成されている。
そして、N層2の表面から半導体基板1の2層1aに達
するようにしてP層(第5領域)7が形成されている。
するようにしてP層(第5領域)7が形成されている。
なお、2層4.PH1,N層6a、6bおよび2層7は
、図にみるように、高濃度不純物領域や低濃度不純物領
域となっている。また、半導体基板1にN型の基板が使
われる場合には、第1R電型がN型となり、第2導電型
がP型となる。
、図にみるように、高濃度不純物領域や低濃度不純物領
域となっている。また、半導体基板1にN型の基板が使
われる場合には、第1R電型がN型となり、第2導電型
がP型となる。
半導体基板1の両面には、アノード電極10おヨヒカソ
ード電極11が設けられていて、この両電極とその間に
おける2層1a、N層2.2層3およびN層6a、6b
によってPNPN4重構造のサイリスタ本体Sが構成さ
れることになる。このサイリスタ本体Sは、第2図にみ
るように、ふたつのトランジスタT4.T5が組合され
た回路と等価となっている。NN2とN層6a、6bの
間における2層30表面層にチャンネルを形成すること
ができるように、点弧用の絶縁ゲート電極13が絶縁層
12を介して設けられていて、この絶縁ゲート電極13
と、N層2.2層3およびN層6a、6bとでNチャン
ネル型のエンハンスメントMO5−FBTT1が構成さ
れることになる。一方、2層4と2層7との間における
N層2の表面層にチャンネルを形成することができるよ
うに、消弧用の絶縁ゲート電極15が絶縁層12を介シ
テ設けられていて、この消弧用ゲート電極15と、2層
4.9層7および8層2とでPチャンネル型のエンハン
スメントMO5−FETT3が構成されることとなる。
ード電極11が設けられていて、この両電極とその間に
おける2層1a、N層2.2層3およびN層6a、6b
によってPNPN4重構造のサイリスタ本体Sが構成さ
れることになる。このサイリスタ本体Sは、第2図にみ
るように、ふたつのトランジスタT4.T5が組合され
た回路と等価となっている。NN2とN層6a、6bの
間における2層30表面層にチャンネルを形成すること
ができるように、点弧用の絶縁ゲート電極13が絶縁層
12を介して設けられていて、この絶縁ゲート電極13
と、N層2.2層3およびN層6a、6bとでNチャン
ネル型のエンハンスメントMO5−FBTT1が構成さ
れることになる。一方、2層4と2層7との間における
N層2の表面層にチャンネルを形成することができるよ
うに、消弧用の絶縁ゲート電極15が絶縁層12を介シ
テ設けられていて、この消弧用ゲート電極15と、2層
4.9層7および8層2とでPチャンネル型のエンハン
スメントMO5−FETT3が構成されることとなる。
なお、このMOS−FETT3の一部となっている2層
4とMOS−FETT3を形成する以外の部分における
8層2とは両層の表面にまたがって形成されている結合
電極17によりオーミック結合されている。このオーミ
ック結合は、後述するように、トランジスタT5のベー
ス・エミッタ間を流れる電流がMOS・FETT3によ
り分岐された際に、この分岐電流がトランジスタT4の
コレクタとなる領域に流れていくようにするためになさ
れているのである。
4とMOS−FETT3を形成する以外の部分における
8層2とは両層の表面にまたがって形成されている結合
電極17によりオーミック結合されている。このオーミ
ック結合は、後述するように、トランジスタT5のベー
ス・エミッタ間を流れる電流がMOS・FETT3によ
り分岐された際に、この分岐電流がトランジスタT4の
コレクタとなる領域に流れていくようにするためになさ
れているのである。
2層1a、8層2および2層5は、PNP型のフォトト
ランジスタT2をも構成している。このフォトトランジ
スタT2の一部ともなっている2層5は、抵抗Rとなる
低濃度不純物領域5aを有していて、この領域5aを介
してカソード電極11と電気的に接続されているととも
に表面には受光用の窓16が開いていて、この窓16を
通って光信号がフ第1・トランジスタT2に入力できる
ようになっている。フォトトランジスタT2の導通に伴
って抵抗Rに生ずる電圧を絶縁ゲート電極13に印加す
るようにするため、絶縁ゲート電極13の一部が2層5
の表面にまで伸びてきている。
ランジスタT2をも構成している。このフォトトランジ
スタT2の一部ともなっている2層5は、抵抗Rとなる
低濃度不純物領域5aを有していて、この領域5aを介
してカソード電極11と電気的に接続されているととも
に表面には受光用の窓16が開いていて、この窓16を
通って光信号がフ第1・トランジスタT2に入力できる
ようになっている。フォトトランジスタT2の導通に伴
って抵抗Rに生ずる電圧を絶縁ゲート電極13に印加す
るようにするため、絶縁ゲート電極13の一部が2層5
の表面にまで伸びてきている。
つぎに、以上のような構成となっているサイリスタの動
作について説明する。サイリスタでは、端子10′から
アノード電極10に正電圧が印加されており、カソード
電極11は端子11′を介して接地されている。
作について説明する。サイリスタでは、端子10′から
アノード電極10に正電圧が印加されており、カソード
電極11は端子11′を介して接地されている。
遮断状態となっているサイリスタの点弧駆動はつぎのよ
うにしてなされる。窓16から点弧用光信号が入力する
と、フォトトランジスタT2が導通するので、抵抗Rに
電流が流れる。そうすると、フォトトランジスタT2と
抵抗Rとの接続点Aにおける電圧は上昇する。この接続
点Aの電圧はMOS−FETTlのゲートに付加されて
いて、この電圧がMOS−FETTIのしきい値を越え
るようになると、チャンネル電流が流はじめる。
うにしてなされる。窓16から点弧用光信号が入力する
と、フォトトランジスタT2が導通するので、抵抗Rに
電流が流れる。そうすると、フォトトランジスタT2と
抵抗Rとの接続点Aにおける電圧は上昇する。この接続
点Aの電圧はMOS−FETTlのゲートに付加されて
いて、この電圧がMOS−FETTIのしきい値を越え
るようになると、チャンネル電流が流はじめる。
これにともなって、サイリスタ本体Sを構成するNPN
型のトランジスタT4およびPNP型のトランジスタT
5にも電流が流はしめる。チャンネル電流の増加に伴っ
て、トランジスタT4における電流増幅率α1とトラン
ジスタT5における電流増幅率α2の和(α1 +α2
)が1以上となる(α1 +α2≧1)と両トランジス
タT4..T5との間で正帰還状態が生じる。そのため
、両トランジスタT4.T5にラッチング電流が流れて
、サイリスタが点弧されることとなる。もちろん、光信
号がなくなって、MOS −FETTlのゲートの電圧
が0電圧になっても、このサイリスタは導通状態のまま
である。
型のトランジスタT4およびPNP型のトランジスタT
5にも電流が流はしめる。チャンネル電流の増加に伴っ
て、トランジスタT4における電流増幅率α1とトラン
ジスタT5における電流増幅率α2の和(α1 +α2
)が1以上となる(α1 +α2≧1)と両トランジス
タT4..T5との間で正帰還状態が生じる。そのため
、両トランジスタT4.T5にラッチング電流が流れて
、サイリスタが点弧されることとなる。もちろん、光信
号がなくなって、MOS −FETTlのゲートの電圧
が0電圧になっても、このサイリスタは導通状態のまま
である。
導通状態となっているサイリスタの消弧駆動はつぎのよ
うにしてなされる。MOS −FETT3のゲートにゲ
ート・ソース間電圧がしきい値を越えるような電圧値の
消弧信号を入力して、MOS・FETT3にチャンネル
電流が流れるようにする。そうすると、トランジスタT
5のエミッタからベースに向けて流れる電流がこのMO
S −FETT3の方に分岐されて、直接、トランジス
タT4の方に流れるようになる。そうすると、トランジ
スタT5ではエミッタからベースに流れる電流が減少し
て、トランジスタT4およびトランジスタT5の電流増
幅率の和(α1+α2)が、1より小さくなる(α1
+α2〈1)ので、両トランジスタT4.T5の間の正
帰還状態が消滅する。
うにしてなされる。MOS −FETT3のゲートにゲ
ート・ソース間電圧がしきい値を越えるような電圧値の
消弧信号を入力して、MOS・FETT3にチャンネル
電流が流れるようにする。そうすると、トランジスタT
5のエミッタからベースに向けて流れる電流がこのMO
S −FETT3の方に分岐されて、直接、トランジス
タT4の方に流れるようになる。そうすると、トランジ
スタT5ではエミッタからベースに流れる電流が減少し
て、トランジスタT4およびトランジスタT5の電流増
幅率の和(α1+α2)が、1より小さくなる(α1
+α2〈1)ので、両トランジスタT4.T5の間の正
帰還状態が消滅する。
そのため、両トランジスタT4.T5が遮断状態となっ
て、サイリスタが消弧することとなるのである。
て、サイリスタが消弧することとなるのである。
この両トランジスタT4.T5の遮断動作を第1図に示
した構造と対比させてもう少し詳しく説明するとつぎの
ようになる。MOS −FETT3が導通状態となって
、消弧用の絶縁ゲート雪掻の下側における8層2の表面
層にチャンネルが形成されると、「P層la」→「9層
7」−rNN22おけるチャンネルJ −rP層4」−
「電極17」→「8層2におけるトランジスタT4のコ
レクタ領域」という低抵抗路が形成されることになる。
した構造と対比させてもう少し詳しく説明するとつぎの
ようになる。MOS −FETT3が導通状態となって
、消弧用の絶縁ゲート雪掻の下側における8層2の表面
層にチャンネルが形成されると、「P層la」→「9層
7」−rNN22おけるチャンネルJ −rP層4」−
「電極17」→「8層2におけるトランジスタT4のコ
レクタ領域」という低抵抗路が形成されることになる。
そのため、アノード電極10の上側近傍における2層1
aと8層2の接合領域を通っていた電流が、はとんど上
記の低抵抗路を通って直接トランジスタT4のコレクタ
となる領域に流れてゆき、トランジスタT5のベース電
流が著しく減少するので、トランジスタT5は遮断され
てしまうのである。
aと8層2の接合領域を通っていた電流が、はとんど上
記の低抵抗路を通って直接トランジスタT4のコレクタ
となる領域に流れてゆき、トランジスタT5のベース電
流が著しく減少するので、トランジスタT5は遮断され
てしまうのである。
この実施例のサイリスタでは、点弧駆動はもちろんのこ
と、消弧もサイリスタの導通状態にかかわりなく、随時
おこなうことができる。しかも、点弧・消弧の再駆動が
高絶縁ゲート電極を介してなされるので、点弧・消弧信
号印加時に入力電流が流れない。つまり高入力抵抗のサ
イリスタとなるため非常に有用なものとなっている。
と、消弧もサイリスタの導通状態にかかわりなく、随時
おこなうことができる。しかも、点弧・消弧の再駆動が
高絶縁ゲート電極を介してなされるので、点弧・消弧信
号印加時に入力電流が流れない。つまり高入力抵抗のサ
イリスタとなるため非常に有用なものとなっている。
点弧はフォトトランジスタT2を介してなされていたが
、点弧用の絶縁ゲート電極13に端子13′を設けて、
ここから点弧用の電気信号を直接印加するようにしても
よい。また、逆に、第2図に一点鎖線で示したように、
MOS −FETT3の入力に、例えば、フォトセルの
ような光起電力素子21・・・21を設けておいて、点
弧と同様に消弧も光信号によってなされるようにしても
よい。抵抗22は、光信号がなくなったときに、MOS
−FETT3のゲート浮遊容量に蓄積された電荷を放
電するために設けられている。このようにすれば、光信
号によってサイリスタの点弧゛消弧が自在にできるので
、光信号による遠隔制御や駆動信号発生回路との完全な
電気絶縁ができることになる。光信号を受けるために、
サイリスタ内に設けられる光電変換素子も、フォトトラ
ンジスタやフォトダイオードなどの他の光電変換素子が
使われてもよいことはいうまでもない。
、点弧用の絶縁ゲート電極13に端子13′を設けて、
ここから点弧用の電気信号を直接印加するようにしても
よい。また、逆に、第2図に一点鎖線で示したように、
MOS −FETT3の入力に、例えば、フォトセルの
ような光起電力素子21・・・21を設けておいて、点
弧と同様に消弧も光信号によってなされるようにしても
よい。抵抗22は、光信号がなくなったときに、MOS
−FETT3のゲート浮遊容量に蓄積された電荷を放
電するために設けられている。このようにすれば、光信
号によってサイリスタの点弧゛消弧が自在にできるので
、光信号による遠隔制御や駆動信号発生回路との完全な
電気絶縁ができることになる。光信号を受けるために、
サイリスタ内に設けられる光電変換素子も、フォトトラ
ンジスタやフォトダイオードなどの他の光電変換素子が
使われてもよいことはいうまでもない。
以上詳述したように、この発明にかかるサイリスタでは
、単に点弧だけではなく、消弧も随時なされる構成とな
っている。そのため、例えば、サイリスタの駆動用電源
として直流電源しかないようなときや、駆動用交流電源
が使われていて、まだ駆動電圧が付勢されて導通してい
るときにでも、消弧のために特別な外部回路を必要とす
ることなく消弧できるので、サイリスタのいっそうの利
用拡大をはかることができる。
、単に点弧だけではなく、消弧も随時なされる構成とな
っている。そのため、例えば、サイリスタの駆動用電源
として直流電源しかないようなときや、駆動用交流電源
が使われていて、まだ駆動電圧が付勢されて導通してい
るときにでも、消弧のために特別な外部回路を必要とす
ることなく消弧できるので、サイリスタのいっそうの利
用拡大をはかることができる。
第1図は、この発明にかかるサイリスタの一実施例の構
造をあられす断面図、第2図は、このサイリスタの等価
回路図である。 1・・・半導体基板 10・・・アノード電極 11・
・・カソード電極 12・・・絶縁層 13.15・・
・絶縁ケート電極 Tl、T3−MOS−FET T
2・・・フォトトランジスタ T4.T5・・・トラン
ジスタ S・・・サイリスタ本体
造をあられす断面図、第2図は、このサイリスタの等価
回路図である。 1・・・半導体基板 10・・・アノード電極 11・
・・カソード電極 12・・・絶縁層 13.15・・
・絶縁ケート電極 Tl、T3−MOS−FET T
2・・・フォトトランジスタ T4.T5・・・トラン
ジスタ S・・・サイリスタ本体
Claims (5)
- (1)絶縁ゲートを介して点弧駆動がなされるようにな
っている絶縁ゲート型サイリスタにおいて、導通状態を
強制的に遮断状態とする消弧機能をも備えているように
したことを特徴とする絶縁ゲート型サイリスタ。 - (2)点弧駆動のための絶縁ゲートとは別の絶縁ゲート
が備えられていて、消弧駆動がこの絶縁ゲートを介して
なされる特許請求の範囲第1項記載の絶縁ゲート型サイ
リスタ。 - (3)光電変換素子が備えられており、この素子の出力
が絶縁ゲートに接続されていて、光電変換素子への光信
号の入力によって点弧または消弧がなされる特許請求の
範囲第1項または第2項に記載の絶縁ゲート型サイリス
タ。 - (4)ひとつの半導体基板に形成されている特許請求の
範囲第1項から第3項までのいずれかに記載の絶縁ゲー
ト型サイリスタ。 - (5)第1導電型の半導体基板が、その表面に形成され
た第2導電型の第1領域と、この第1領域内の表面に互
いに離間して形成された第1導電型の第2領域および第
3領域と、この第2領域内の表面に形成された第2導電
型の第4領域と、前記第1領域の表面から前記基板自体
の第1導電型領域にまで達するようにして形成された第
1導電型の第5領域と、表・裏面に形成されたアノード
・カソード両電極と、前記第1領域と第4領域の間にお
ける前記第2領域の表面に形成された点弧用絶縁ゲート
電極と、前記第3領域と前記第5領域における前記第1
領域の表面に形成された消弧用絶縁ゲート電極と、前記
第3領域と第1領域の表面に両領域に渡るようにして形
成された結合電極とを有しており、前記アノード・カソ
ード両電極と、前記第1導電型領域と、前記第1領域、
前記第2領域および前記第4領域とでサイリスタ本体が
構成されていて、前記点弧用絶縁ゲート電極と、前記第
1領域、前記第2領域および前記第4領域とで点弧用M
OS・FETが構成されるとともに前記消弧用絶縁ゲー
ト電極と、前記結合電極、前記第1領域、前記第3領域
および前記第5領域とで消弧用MOS・FETが構成さ
れている特許請求の範囲第4項記載の絶縁ゲート型サイ
リスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160660A JPS6221273A (ja) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | 絶縁ゲ−ト型サイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160660A JPS6221273A (ja) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | 絶縁ゲ−ト型サイリスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6221273A true JPS6221273A (ja) | 1987-01-29 |
Family
ID=15719735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60160660A Pending JPS6221273A (ja) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | 絶縁ゲ−ト型サイリスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6221273A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0499384A (ja) * | 1990-08-18 | 1992-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | サイリスタおよびその製造方法 |
-
1985
- 1985-07-20 JP JP60160660A patent/JPS6221273A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0499384A (ja) * | 1990-08-18 | 1992-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | サイリスタおよびその製造方法 |
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