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JPS582461B2 - thyristor - Google Patents
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JPS582461B2 - thyristor - Google Patents

thyristor

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Publication number
JPS582461B2
JPS582461B2 JP51159455A JP15945576A JPS582461B2 JP S582461 B2 JPS582461 B2 JP S582461B2 JP 51159455 A JP51159455 A JP 51159455A JP 15945576 A JP15945576 A JP 15945576A JP S582461 B2 JPS582461 B2 JP S582461B2
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JP
Japan
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cathode
electrode
base layer
auxiliary
layer
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JP51159455A
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橋本理
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/221Thyristors having amplifying gate structures, e.g. cascade configurations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/60Gate-turn-off devices 

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  • Thyristors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、増幅形センタゲート構造を有するサイリスク
の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a cyrisk with an amplified center gate structure.

高速サイリスクにおいて、ターンオフ時間を短縮するた
めに、ゲートとカソード間にゲートが負、カソードが正
になるようにバイアスし、ターンオフ時の残留キャリャ
をゲート側からも抜き出し、それによってカソード接合
(カソード側のエミツタ・ベース間接合)を早くバイア
スするゲート逆バイアス法は公知である。
In order to shorten the turn-off time in high-speed silice, bias is applied between the gate and cathode so that the gate is negative and the cathode is positive, and the residual carriers at turn-off are also extracted from the gate side. A gate reverse bias method for quickly biasing the emitter-base junction of the transistor is well known.

このゲート逆バイアスが有効に働く領域はゲートと対向
するカソード端近傍であるため大口径サイリスクの場合
はあまり有効に働かないが、高周波サイリスタにおいて
増幅形ゲート構造が使用される場合、周波数が3kHz
以上になるとその構造にくしの歯形やインボリュート形
などの入り組んだ形状のものが用いられるため、補助カ
ソードと対向する主カソード端近傍の面積が増大し、タ
ーンオフ時に補助カソードが負、主カソードが正になる
ように逆バイアスする方法はターンオフ時間短縮上極め
て有効な手段である。
The region where this gate reverse bias works effectively is near the cathode end facing the gate, so it does not work very effectively in the case of large-diameter thyristors, but when an amplified gate structure is used in a high-frequency thyristor, the frequency is 3kHz.
In this case, the structure uses a complicated shape such as a comb tooth shape or an involute shape, so the area near the end of the main cathode facing the auxiliary cathode increases, and when turned off, the auxiliary cathode becomes negative and the main cathode becomes positive. The method of reverse biasing so that

この主カソード逆バイアス法を行うため従来は、補助カ
ソードの上にダイオードペレットを逆バイアスの方向に
順極性となるように接着してリード線によりゲートと接
続するダイオードペレット貼付け法や、補助カソードと
主カソードとの間に更にターンオフ制御電極を設け、リ
ード線によりゲートと接続するターンオフ制御電極法が
提案されている。
In order to carry out this main cathode reverse bias method, the conventional method is to attach a diode pellet on top of the auxiliary cathode so that the diode pellet has forward polarity in the reverse bias direction and connect it to the gate with a lead wire, or A turn-off control electrode method has been proposed in which a turn-off control electrode is further provided between the main cathode and connected to the gate via a lead wire.

しかしダイオードペレット貼付け法ではダイオードペレ
ットとその接着工程が余分に必要となり、ターンオフ制
御電極法では制御電極形成のために余分の拡散や合金工
程が必要な上、ターンオフ制御電極の面積分だけ不経済
となり、両方法とも工数増大や半導体ペレットの有効利
用の上から好ましくない。
However, the diode pellet attachment method requires an extra diode pellet and its adhesion process, and the turn-off control electrode method requires an extra diffusion and alloying process to form the control electrode, and is uneconomical due to the area of the turn-off control electrode. However, both methods are undesirable from the viewpoint of increased man-hours and effective use of semiconductor pellets.

本発明は、上述のような主カソード逆バイアス法の従来
の問題点を解決することを目的とするものである。
The present invention aims to solve the conventional problems of the main cathode reverse bias method as described above.

本発明の構成を説明すれば、順次導電形を異にするアノ
ードエミツタ、アノードベース、カソードベース、カソ
ードエミツタの少くとも4層から成るpnpn層を備え
、アノードエミッタ層にはアノード電極、カソードエミ
ツタ層には主カソード電極、カソードベース層の中心に
はセンタゲート電極、カソードベース層内に形成した補
助カソードエミツタ層とカソードベース層にまたがって
補助カソード電極をそれぞれ設け、センタゲート電極と
補助カソード電極との間において、カソードベース層内
にカソードベース層とダイオードを形成するダイオード
領域を設け、補助カソードエミツタ層の一部にダイオー
ド領域と対向するようにカソードベース層の溝状切込み
部を形成し、補助カソード電極はこの溝状切込み部にま
たがるように配置する。
The structure of the present invention includes a pnpn layer consisting of at least four layers of an anode emitter, an anode base, a cathode base, and a cathode emitter, which have different conductivity types in order, and the anode emitter layer has an anode electrode, a cathode emitter, and an anode emitter layer. A main cathode electrode is provided in the emitter layer, a center gate electrode is provided in the center of the cathode base layer, and an auxiliary cathode electrode is provided spanning the auxiliary cathode emitter layer and cathode base layer formed within the cathode base layer, and the center gate electrode and A diode region forming a diode with the cathode base layer is provided in the cathode base layer between the auxiliary cathode electrode, and a groove-shaped cut portion of the cathode base layer is provided in a part of the auxiliary cathode emitter layer so as to face the diode region. is formed, and the auxiliary cathode electrode is arranged so as to straddle this groove-like cut.

ダイオード領域はエミツタベース層内にそれと逆の導電
形の領域を拡散することによって作られ、例えばセンタ
ゲート電極側に要の部分を置き、補助カソードエミツタ
層に向って広がるような扇状に形成し、その前縁が補助
カソードエミツタ層の縁部と並行するようにすると有利
である。
The diode region is created by diffusing a region of the opposite conductivity type into the emitter base layer, for example, by placing the key part on the center gate electrode side and forming it in a fan shape that spreads toward the auxiliary cathode emitter layer. Advantageously, its leading edge is parallel to the edge of the auxiliary cathode emitter layer.

この扇形のダイオード領域の前縁のほぼ中央部にカソー
ドベース層の溝状切込み部が配置されるようにするのが
好ましい。
Preferably, the groove-like cut in the cathode base layer is located approximately in the center of the leading edge of this sector-shaped diode region.

この場合センタゲート電極の外縁からダイオード領域の
外周に沿ってカソードベース層の溝状切込み部に至る経
路はできるだけ長くなるようにすると、サイリスクをO
Nにする場合ゲート電流の一部が分流して無効電流とな
る成分を少なくすることができる。
In this case, if the path from the outer edge of the center gate electrode to the groove-shaped notch in the cathode base layer is made as long as possible along the outer periphery of the diode region, the silicon risk can be reduced.
In the case of N, a part of the gate current is shunted and the component that becomes an invalid current can be reduced.

このため例えばダイオード領域と補助カソードエミツタ
層の対向する部分を互に蛇行状に並行させると有利であ
る。
For this purpose, it is advantageous, for example, if the opposing parts of the diode region and the auxiliary cathode emitter layer are parallel to each other in a meandering manner.

センタゲート電極はダイオード領域上にも広げ、ダイオ
ード領域にいくつかのショート孔を設けるようにすると
、この部分のdv/dt耐量を高めることができる。
By extending the center gate electrode over the diode region and providing several short holes in the diode region, the dv/dt tolerance of this portion can be increased.

次に本発明の実施例を図面について説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明によるサイリスクの平面図、第2図は第
1図の■−■線に沿う断面図、第3図は第1図の■−■
線に沿う断面図であって、各図において1はシリコン基
板、2はp形アノードエミツタ層(PE),3はn形ア
ノードベース層(NB),4はP形カソードベース層(
PB)、5は。
FIG. 1 is a plan view of the cyrisk according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG.
These are cross-sectional views taken along the line, and in each figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a p-type anode emitter layer (PE), 3 is an n-type anode base layer (NB), and 4 is a P-type cathode base layer (
PB), 5.

形主カソードエミツタ層(NE),6はn形補助カソー
ドエミツタ層(NE’),7はアノードエミツタ層2に
接続されたアノード電極、8は主力ソードエミツタ層5
に接続された主カソード電極、9は補助カソードエミツ
タ層6とカソードベース層4とにまたがって接続された
補助カソード電極、10はカソードベース層4に接続さ
れたセンタゲート電極で、以上の構成は従来の増幅ゲー
ト形サイリスクと同じである。
6 is the n-type auxiliary cathode emitter layer (NE'), 7 is the anode electrode connected to the anode emitter layer 2, 8 is the main cathode emitter layer 5
9 is an auxiliary cathode electrode connected across the auxiliary cathode emitter layer 6 and the cathode base layer 4, and 10 is a center gate electrode connected to the cathode base layer 4. is the same as the conventional amplification gate type SIRISK.

補助カソード電極9とゲート電極10との間のカソード
ベース層4内にn形ダイオード領域(ND)1 1が拡
散により形成される。
An n-type diode region (ND) 11 is formed in the cathode base layer 4 between the auxiliary cathode electrode 9 and the gate electrode 10 by diffusion.

このダイオード領域11はほぼ扇形をなし、その広がっ
た前縁12は補助カソードエミツタ層6の縁部13と並
行し、その要に相当する部分14の側で部分的にゲート
電極10と接続され、カソードベース層4と共にダイオ
ードを構成している。
This diode region 11 is approximately fan-shaped, and its widened front edge 12 is parallel to the edge 13 of the auxiliary cathode emitter layer 6, and is partially connected to the gate electrode 10 on the side of a portion 14 corresponding to the key point. , constitutes a diode together with the cathode base layer 4.

又補助カソードエミッタ層6の一部にカソードベース層
4のp形溝状切込み部15が設けられ、補助カソード電
極9は補助カソードエミツタ層6とこの溝状切込み部1
5とにまたがって配置されている。
Further, a p-type groove-shaped notch 15 of the cathode base layer 4 is provided in a part of the auxiliary cathode emitter layer 6, and the auxiliary cathode electrode 9 is formed between the auxiliary cathode emitter layer 6 and this groove-shaped notch 1.
It is located across 5.

第4図は第1図の要部、即ちダイオード領域を設けた部
分と補助カソードエミツタ層に切込みを設けた部分の拡
大図で、n形ダイオード領域11の前縁12と補助カソ
ードエミツタ層6の縁部13との距離l1,n形ダイオ
ード領域11の側縁16から切込み部15に至る距離l
2、ダイオード領域11の側縁16のゲート電極10か
ら前縁12迄の距離l3相互の関係はl2>10l1,
l3>0.6mmとするのが好ましい。
FIG. 4 is an enlarged view of the main parts of FIG. 1, that is, the part where the diode region is provided and the part where the auxiliary cathode emitter layer is cut. Distance l1 from the side edge 16 of the n-type diode region 11 to the notch 15
2. The distance l3 between the side edge 16 of the diode region 11 from the gate electrode 10 to the front edge 12 is l2>10l1,
It is preferable that l3>0.6 mm.

第5図、第6図はダイオード領域部分の変形例で、第1
図ないし第3図と同等部分には同一符号が付されている
Figures 5 and 6 show modified examples of the diode area.
Components equivalent to those in the figures to FIG. 3 are given the same reference numerals.

第5図の例ではゲート電極10は扇形のダイオード領域
11の要の部分14に対してのみならず扇の広がり部分
にも延びる扇形部17を有し、両者はダイオード領域1
1と接続され、且つダイオード領域11はいくつかのシ
ョート孔18を有している。
In the example of FIG. 5, the gate electrode 10 has a fan-shaped portion 17 that extends not only to the main portion 14 of the fan-shaped diode region 11 but also to the widening portion of the fan, both of which are connected to the diode region 1.
1, and the diode region 11 has several short holes 18.

この構成によってこの部分のdv/dt耐圧特性を高め
ることができる。
With this configuration, the dv/dt breakdown voltage characteristics of this portion can be improved.

第6図の例はセンタゲート電極の構成については第5図
と同じであるが、ダイオード領域11の前縁12と補助
カソードエミツタ領域6の縁部13との互に対向する部
分は共に蛇行状に並行し、第4図において説明したl2
を長くすることができる。
In the example of FIG. 6, the structure of the center gate electrode is the same as that of FIG. l2, which is parallel to the
can be made longer.

次に本発明の動作を説明する。Next, the operation of the present invention will be explained.

第7図、第8図は動作の説明のため第2図、第1図の要
部を拡大して示したものである。
7 and 8 are enlarged views of the main parts of FIGS. 2 and 1 to explain the operation.

サイリスタをONにするときはセンタゲートが正、カソ
ードが負となるように電圧を印加すると、ゲート電流i
gはセンタゲート電極10−カソードベース層4−補助
カソードエミツタ層6一補助カソード電極9−カソード
ベース層4一主カソードエミツタ層5−主カソード電極
8と流れ、補助サイリスタPENBPBNE’がトリガ
し電流ionが流れる。
When turning on the thyristor, if a voltage is applied so that the center gate is positive and the cathode is negative, the gate current i
g flows through the center gate electrode 10 - cathode base layer 4 - auxiliary cathode emitter layer 6 - auxiliary cathode electrode 9 - cathode base layer 4 - main cathode emitter layer 5 - main cathode electrode 8, and the auxiliary thyristor PENBPBNE' is triggered. A current ion flows.

この電流ionは主サイリスタPENBPBNEに対し
てはゲート電流として振舞い、主サイリスタがONとな
る。
This current ion acts as a gate current for the main thyristor PENBPBNE, and the main thyristor is turned on.

これらの動作は通常の増幅形サイリスタの動作と全く同
じである。
These operations are exactly the same as those of a normal amplification type thyristor.

なお補助カソード電極9は一部で溝状切込み部15によ
りカソードベース層4と接続されているためゲート電流
の一部igoは点線の経路を通って流れるが、この電流
は補助サイリスタの点弧には役立たず無効電流となるた
め極力少ないことが好ましいが、このため第4図で説明
したようにl2>10l1とすることによりigoのi
gに対する比を0.1より小とすることができる。
Note that since a part of the auxiliary cathode electrode 9 is connected to the cathode base layer 4 by the groove-shaped notch 15, a part of the gate current flows through the path shown by the dotted line, but this current is not used to fire the auxiliary thyristor. Since it becomes a useless and reactive current, it is preferable that it be as small as possible, but for this reason, as explained in Fig. 4, by setting l2 > 10l1, the igo's i
The ratio to g can be less than 0.1.

次にサイリスタをターンオフさせるときは、主アノード
、カソード電極は逆バイアスされると共に、ゲートが負
、主カソードが正となるように電圧が印加されるが、こ
れによってベース層の残留キャリアによる電流ioff
がカソードベース層4−補助カソード電極9−カソード
ベース層4−ダイオード領域11−センタゲート電極1
0の経路で流れ、カソードベース・エミッタ層PBNE
の逆バイアスを早め、ゲート逆バイアスのない場合より
ターンオフ時間は短縮される。
Next, when turning off the thyristor, the main anode and cathode electrodes are reverse biased, and a voltage is applied so that the gate is negative and the main cathode is positive.
is cathode base layer 4 - auxiliary cathode electrode 9 - cathode base layer 4 - diode region 11 - center gate electrode 1
0, the cathode base emitter layer PBNE
The reverse bias of the gate is accelerated, and the turn-off time is shorter than that without gate reverse bias.

以上要するに、本発明によればサイリスタ基板内のセン
タゲート電極と補助サイリスタとの間にダイオードを組
込み、補助サイリスタ電極にターンオフ制御電極の役割
を兼ねさせることにより、構造が極めて簡単、小形とな
る効果を有するものであり、特に極めて複雑な形状の電
極構造を必要とする5kHz以上の高周波サイリスタ、
GTOサイリスタに適用して有利である。
In summary, according to the present invention, by incorporating a diode between the center gate electrode and the auxiliary thyristor in the thyristor substrate, and making the auxiliary thyristor electrode also serve as a turn-off control electrode, the structure is extremely simple and compact. In particular, high frequency thyristors of 5 kHz or higher, which require electrode structures with extremely complex shapes,
Advantageously applied to GTO thyristors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例の平面図、第2図、第3図はそ
れぞれ第1図の■−■線、■−■線に沿う断面図、第4
図は本発明の要部拡大説明図、第5図、第6図はそれぞ
れ本発明の異なる実施例の要部平面図、第7図、第8図
は本発明の動作を説明するためのそれぞれ断面図、平面
図である。 1……シリコン基板、2……アノードエミツタ層、3…
…アノードベース層、4……カソードベース層、5……
カソードエミツタ層、6……補助カソードエミツタ層、
7……アノード電極、8・・・…主カソード電極、9…
…補助カソード電極、10……センタゲート電極、11
……ダイオード領域、15……カソードベース層の溝状
切込み部。
FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are sectional views taken along the lines ■-■ and ■-■ in FIG.
The figure is an enlarged explanatory view of the main part of the present invention, Figures 5 and 6 are plan views of the main part of different embodiments of the present invention, and Figures 7 and 8 are respectively for explaining the operation of the present invention. They are a sectional view and a plan view. 1...Silicon substrate, 2...Anode emitter layer, 3...
...Anode base layer, 4...Cathode base layer, 5...
Cathode emitter layer, 6...auxiliary cathode emitter layer,
7... Anode electrode, 8... Main cathode electrode, 9...
... Auxiliary cathode electrode, 10 ... Center gate electrode, 11
. . . diode region, 15 . . . groove-shaped notch in cathode base layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 順次導電形を異にするアノードエミツタ、アノード
ベース、カソードベース、カソードエミツタの少なくと
も4層からなるpn層を備え、アノードエミツタ層には
アノード電極、カソードエミツタ層には主カソード電極
、カソードベース層の中心にはセンターゲート電極、カ
ソードベース層内に形成した補助カソードエミツタ層と
カソードベース層にまたがって補助カソード電極をそれ
ぞれ設け、センターゲート電極と補助カソード電極との
間において、カソードベース層内にカソードベース層と
ダイオードを形成するダイオード領域を設け、しかも、
このダイオード領域を、カソードベース層の中心に近い
側ではセンターゲート電極と一部重なるように接触し、
補助カソード電極に近い側では補助カソードエミツタ層
に対して平行で、かつその平行間隙より充分に長い端面
をもつような形状にすると共に、補助カソードエミツタ
層の一部に、ダイオード領域の端面と対向するようにカ
ソードベース層の溝状切込み部を形成し、補助カソード
電極はこの溝状切込み部にまたがるように配置したこと
を特徴とするサイリスク。
1. A pn layer consisting of at least four layers of an anode emitter, an anode base, a cathode base, and a cathode emitter having different conductivity types in sequence, the anode emitter layer has an anode electrode, and the cathode emitter layer has a main cathode electrode. , a center gate electrode is provided at the center of the cathode base layer, an auxiliary cathode electrode is provided spanning the auxiliary cathode emitter layer formed in the cathode base layer and the cathode base layer, and between the center gate electrode and the auxiliary cathode electrode, A diode region forming a diode with the cathode base layer is provided in the cathode base layer, and
This diode region is brought into contact with the center gate electrode on the side near the center of the cathode base layer so as to partially overlap with the center gate electrode.
On the side close to the auxiliary cathode electrode, the end face is parallel to the auxiliary cathode emitter layer and is sufficiently longer than the parallel gap. A cathode base layer has a groove-like notch formed so as to face the cathode base layer, and the auxiliary cathode electrode is arranged so as to straddle this groove-like notch.
JP51159455A 1976-12-28 1976-12-28 thyristor Expired JPS582461B2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5718347B2 (en) * 1974-01-07 1982-04-16

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