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JPS6143863B2 - - Google Patents
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JPS6143863B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6143863B2
JPS6143863B2 JP53118225A JP11822578A JPS6143863B2 JP S6143863 B2 JPS6143863 B2 JP S6143863B2 JP 53118225 A JP53118225 A JP 53118225A JP 11822578 A JP11822578 A JP 11822578A JP S6143863 B2 JPS6143863 B2 JP S6143863B2
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JP
Japan
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thyristor
cathode
gate
auxiliary
region
Prior art date
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Expired
Application number
JP53118225A
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Japanese (ja)
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JPS5544757A (en
Inventor
Toshihiko Aimi
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスタのゲートに相当する領域に
光を当てることにより導通状態とすることができ
る光サイリスタに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical thyristor that can be rendered conductive by applying light to a region corresponding to the gate of the thyristor.

第1図に示すPNPN構造を持つサイリスタは一
般的にはアノード5に正カソード4に負の電圧を
印加し、ゲート9に正の電圧を加えて所定の電流
をゲート・カソード間に流した場合素子を導通状
態とすることができる。しかしながらこの様な素
子においてはゲート・カソード間を電気的に絶縁
することは非常に困難である。このためゲートを
カソードと完全に絶縁する必要のある回路におい
ては最近光の信号を用いて素子を導通状態とする
ことのできるいわゆる光サイリスタが必要とされ
る様になつてきた。光サイリスタはPNPの逆バイ
アス接合に光をあてることにより接合内部で発生
するエレクトロン、ホールのベアーが空乏層内部
で増倍されてリーク電流が増加しNPNトランジ
スタによりさらに増倍されることによつて素子を
導通状態へ移すことの出来る素子である。この様
な素子においては素子のオンオフの制御するため
に必要な電力が小さい方が良いので光による感度
に高いことが要求される。この為にはNPNトラ
ンジスタのhFEを高くし、受光部の面積を大きく
とらねばならない。又他の電気的特性からはアノ
ード、カソード間に印加された電圧の時間的変
化、すなわちdv/dtが大きい電圧が印加されて
も〓ON″しないいわゆるdv/dt耐量の大きい素
子が要求される。この為にはNPNトランジスタ
のhFEを小とし受光部の面積を小とせねばならな
い。
The thyristor with the PNPN structure shown in Fig. 1 generally has a positive voltage applied to the anode 5, a negative voltage applied to the cathode 4, a positive voltage applied to the gate 9, and a predetermined current flowing between the gate and the cathode. The element can be brought into conduction. However, in such an element, it is very difficult to electrically insulate between the gate and cathode. For this reason, so-called optical thyristors, which can make elements conductive using optical signals, have recently come to be needed in circuits where the gate needs to be completely insulated from the cathode. In a photothyristor, when the reverse bias junction of a PNP is irradiated with light, the bare electrons and holes generated inside the junction are multiplied inside the depletion layer, increasing leakage current, which is further multiplied by the NPN transistor. This is an element that can change the element to a conductive state. In such an element, the smaller the electric power required to control the on/off of the element, the better, so the element is required to have high sensitivity to light. For this purpose, the h FE of the NPN transistor must be increased and the area of the light receiving section must be increased. In addition, from other electrical characteristics, an element with a high dv/dt tolerance is required, which does not turn on even when a voltage with a large dv/dt, which is a temporal change in the voltage applied between the anode and cathode, is applied. For this purpose, the h FE of the NPN transistor must be made small and the area of the light receiving section must be made small.

上に述べた2の要求は明らかに相反するもので
あり、これを同時に1つの素子の中で満足させる
ことは非常にむずかしい。
The above two requirements are clearly contradictory, and it is extremely difficult to simultaneously satisfy them in one element.

しかるに本発明においてはかかる欠点を除去し
光感度は高くdv/dt耐量の高い素子を提供しよ
うとするものである。
However, the present invention aims to eliminate such drawbacks and provide an element with high photosensitivity and high dv/dt tolerance.

本発明においてはdv/dt特性を改善し、光感
度を上げるために主サイリスタとして動作する領
域に隣接してメサ溝により接合が分離された補助
サイリスタを持ち、この補助サイリスタのカソー
ドが主サイリスタのゲート領域に接続され、かつ
補助サイリスタのカソードが主サイリスタのゲー
ト領域に接続され、かつ補助サイリスタ領域のみ
選択的に電子ビームを照射して素子を構成する。
主サイリスタはゲート・カソード間に短絡部を設
け、小さい電流レベルでのNPNトランジスタの
FEを低下させることにより素子のdv/dt耐量
を向上させることができる。又、補助サイリスタ
部はゲート・カソード短絡部を持たぬ構造とする
ことにより光感度を上げる構造とする。しかしな
がら短絡部を持たないとdv/dt耐量が低下する
ので、補助サイリスタのみに金属マスクを用いて
選択的に電子線を照射し結晶内に歪を与えて
NPNトランジスタのhFEをいく分低下させるこ
とによりdv/dt耐量を向上させることが望まし
い。この場合補助サイリスタとしては前記光感度
を上げるとdv/dt耐量が低下することはまぬか
れないが、この為光感度を多少低げdv/dt耐量
を向上させる様に構成したとしても、光感度は主
サイリスタにみのものよりも高感度となる。さら
に補助サイリスタのカソードと主サイリスタのゲ
ートとを接続することにより補助サイリスタを導
通状態とすれば主サイリスタを導通状態とするこ
とができる。又dv/dt耐量はPNPの逆バイアス時
の接合容量が急激な電圧変化が起こつた時に変位
電流として流れる電流が素子の中を流れて導通状
態に導くのであるから、逆バイアスのかかる接合
面積を小として接合容量を減少させるため補助サ
イリスタの部分の面積を充分主サイリスタと比べ
て小さくすれば良く、この点からも主サイリスタ
と補助サイリスタの組み合せの構造は望ましいも
のである。この様な構造を持つ素子は光による感
度が高くdv/dt耐量を高くすることができる。
In the present invention, in order to improve the dv/dt characteristics and increase the photosensitivity, an auxiliary thyristor is provided adjacent to the region that operates as the main thyristor, the junction of which is separated by a mesa groove, and the cathode of the auxiliary thyristor is connected to the main thyristor. The cathode of the auxiliary thyristor is connected to the gate region, and the cathode of the auxiliary thyristor is connected to the gate region of the main thyristor, and only the auxiliary thyristor region is selectively irradiated with an electron beam to form an element.
The main thyristor has a short circuit between the gate and the cathode, which can improve the dv/dt capability of the device by lowering the h FE of the NPN transistor at small current levels. Furthermore, the auxiliary thyristor section has a structure that does not have a gate-cathode short circuit, thereby increasing the photosensitivity. However, without a short circuit, the dv/dt withstand capability will be reduced, so we selectively irradiate only the auxiliary thyristor with an electron beam using a metal mask to create strain within the crystal.
It is desirable to improve the dv/dt capability by somewhat lowering the h FE of the NPN transistor. In this case, as an auxiliary thyristor, it is inevitable that the dv/dt withstand capacity will decrease when the light sensitivity is increased, but for this reason, even if the light sensitivity is slightly lowered and the dv/dt withstand capacity is improved, the light sensitivity will be lowered. The sensitivity is higher than that of the main thyristor. Further, by connecting the cathode of the auxiliary thyristor and the gate of the main thyristor to bring the auxiliary thyristor into conduction, the main thyristor can be brought into conduction. In addition, the dv/dt withstand capability is determined by reducing the junction area under reverse bias, because when a sudden voltage change occurs in the junction capacitance of a PNP during reverse bias, the current that flows as a displacement current flows through the element and leads to a conductive state. In order to reduce the junction capacitance, the area of the auxiliary thyristor may be made sufficiently smaller than that of the main thyristor, and from this point of view as well, a structure in which the main thyristor and the auxiliary thyristor are combined is desirable. Elements with such a structure have high sensitivity to light and can have high dv/dt tolerance.

本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described using the drawings.

N型シリコン基板1を15〜30Ωcmのものを選び
両側よりボロンを拡散してアノード層3及びゲー
ト層2を50μの深さに形成する。この後公知の光
学的手法により選択的にカソード層8を拡散す
る。この時主サイリスタのカソードにはゲートと
の短絡領域7を設けておく。さらに主サイリスタ
と補助サイリスタとの間の領域及びペレツトの周
辺となる領域にメサ溝12及び13をそれぞれ形
成し、この表面に露出する接合10,14がガラ
ス6にて保護する。しかる後に電極5,4,9,
11を蒸着によつて設けて、多くのペレツトが1
枚のウエハーの中に連なつた状態で作成する。こ
のウエハーをモリブデンのマスクを用いて選択的
に電子線を補助サイリスタのカソード領域17に
のみ、そのフラツクスが1×1015ev/cm2となる様
な強度で当てる。この様にしたウエハーをレーザ
ースクライブにてペレツトに分離し通常の組立方
法で組立てる。この時補助サイリスタのカソード
電極11と主サイリスタのゲート電極9をA線
15で配線する。この様な素子のアノード5にプ
ラス電圧をカソードにマイナス電圧を印加し、補
助サイリスタのカソード領域17に波長1μ程度
の赤外線16を当てることによりこの光サイリス
タを導通状態とすることができる。本素子の電気
的特性の一例を示すと素子の耐圧は750V、dv/
dt耐量は20V/μsec、光感度は2mAなる特性を
得ることができた。
An N-type silicon substrate 1 having a resistance of 15 to 30 Ωcm is selected, and boron is diffused from both sides to form an anode layer 3 and a gate layer 2 to a depth of 50 μm. Thereafter, the cathode layer 8 is selectively diffused using a known optical method. At this time, a short-circuit region 7 with the gate is provided at the cathode of the main thyristor. Further, mesa grooves 12 and 13 are respectively formed in the region between the main thyristor and the auxiliary thyristor and in the region surrounding the pellet, and the junctions 10 and 14 exposed on the surface are protected with glass 6. After that, electrodes 5, 4, 9,
11 by vapor deposition, many pellets
It is made in a continuous state within a single wafer. This wafer is selectively irradiated with an electron beam using a molybdenum mask only on the cathode region 17 of the auxiliary thyristor with an intensity such that the flux is 1×10 15 ev/cm 2 . The wafer thus prepared is separated into pellets using a laser scribe and assembled using a normal assembly method. At this time, the cathode electrode 11 of the auxiliary thyristor and the gate electrode 9 of the main thyristor are wired with an A line 15. By applying a positive voltage to the anode 5 of such an element and a negative voltage to the cathode, and applying infrared rays 16 with a wavelength of about 1 μm to the cathode region 17 of the auxiliary thyristor, the optical thyristor can be rendered conductive. An example of the electrical characteristics of this device is that the device has a breakdown voltage of 750V, dv/
We were able to obtain characteristics with a dt tolerance of 20V/μsec and a photosensitivity of 2mA.

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

第1図は従来のサイリスタの横断面図であり、
第2図は本発明の一実施例による光サイリスタの
横断面図である。 なお図において、1……N型基板、2……P型
ゲート層、3……P型アノード層、4……カソー
ド電極、5……アノード電極、6……ガラス表面
保護膜、7……ゲートカソード短絡部、8……主
サイリスタのカソード層、9……主サイリスタゲ
ート電極、10……サイリスタ順方向接合、12
……主サイリスタ、補助サイリスタ分離部、13
……ペレツト周辺メサ部、14……サイリスタ逆
方向接合、15……主サイリスタゲート電極補助
サイリスタカソード電極短絡導線、16……外部
赤外線、17……補助サイリスタのカソード層を
それぞれ示している。
Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional thyristor.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical thyristor according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1... N type substrate, 2... P type gate layer, 3... P type anode layer, 4... cathode electrode, 5... anode electrode, 6... glass surface protective film, 7... Gate cathode short circuit part, 8... Cathode layer of main thyristor, 9... Main thyristor gate electrode, 10... Thyristor forward junction, 12
...Main thyristor, auxiliary thyristor separation section, 13
. . . pellet peripheral mesa portion, 14 . . . thyristor reverse junction, 15 . . . main thyristor gate electrode and auxiliary thyristor cathode electrode short-circuit conductor, 16 . . . external infrared rays, 17 .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 光を用いて導通状態とすることのできる
PNPNサイリスタにおいて、主サイリスタとして
動作する領域に隣接してメサ溝により接合が分離
された補助サイリスタを有し、該補助サイリスタ
のカソードが主サイリスタのゲート領域に接続さ
れかつ該補助サイリスタには選択的に電子ビーム
を照射された領域を有していることを特徴とする
光サイリスタ。
1 Can be made conductive using light
A PNPN thyristor has an auxiliary thyristor adjacent to a region that operates as a main thyristor, the junction of which is separated by a mesa groove, the cathode of the auxiliary thyristor is connected to the gate region of the main thyristor, and the auxiliary thyristor has a selective An optical thyristor comprising a region irradiated with an electron beam.
JP11822578A 1978-09-25 1978-09-25 Photo-thyristor Granted JPS5544757A (en)

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JPS5544757A JPS5544757A (en) 1980-03-29
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