JP2650180B2 - 2方向性2端子サイリスタ - Google Patents

2方向性2端子サイリスタ

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JP2650180B2
JP2650180B2 JP8548993A JP8548993A JP2650180B2 JP 2650180 B2 JP2650180 B2 JP 2650180B2 JP 8548993 A JP8548993 A JP 8548993A JP 8548993 A JP8548993 A JP 8548993A JP 2650180 B2 JP2650180 B2 JP 2650180B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2方向性2端子サイリス
タに関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の2方向性2端子サイリスタ
を示す。これはP形の第1の半導体領域1、N形の第2
の半導体領域2、P形の第3の半導体領域3、N形の第
4の半導体領域4、P形の第5の半導体領域5を備え、
第1、第2、第3及び第4の半導体領域1、2、3、4
から構成される第1のサイリスタと、第1、第2、第4
及び第5の半導体領域1、2、4、5から構成される第
2のサイリスタとが並列接続された複合素子である。
【0003】図2の2方向性2端子サイリスタに、第1
の電極6の電位を第2の電極7の電位よりも高くする電
圧を印加した場合、第1の半導体領域1と第2の半導体
領域2との界面に形成されるPN接合8が逆方向にバイ
アスされる。ここで、この印加電圧がPN接合8のブレ
ークダウン電圧を越えるとブレ−クオ−バ電流がサイリ
スタをトリガ−し第1のサイリスタが導通する。
【0004】また、第2の電極7の電位を第1の電極6
の電位よりも高くする電圧を印加した場合、第1の半導
体領域1と第4の半導体領域4との界面に形成されるP
N接合9が逆方向にバイアスされる。ここで、この印加
電圧がPN接合9のブレークダウン電圧を越えるとブレ
−クオ−バ電流がサイリスタをトリガ−し第2のサイリ
スタが導通する。結果として双方向にサイリスタ動作す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この種の2方向性2端
子サイリスタをファンヒータの点火装置等に使用する場
合がある。このような場合、第1のサイリスタと第2の
サイリスタの内のどちらか一方又は両方のブレークオー
バー電圧が長期に亘って経時変化しないことが要望され
る。図2に示す2方向性2端子サイリスタでは保護膜1
0、11に安定性の高いリンガラス等を使用した場合に
おいても半導体基板表面の安定性を長期に亘って良好に
保持することは困難である。このため、上記要望を十分
に満足することができなかった。また、エネルギ−ロス
を小さくするためオン電圧の小さいサイリスタが要求さ
れている。
【0006】そこで、本発明の目的は、オン電圧の経時
変化が小さく且つオン電圧が小さい2方向性2端子サイ
リスタを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、実施例を示す図面の符号を参照して説明す
ると、第1の導電形の第1の半導体領域21と、半導体
基板の一方の主面に露出した上面を除いて前記第1の半
導体領域21に隣接し、環状の平面形状を有している第
2の導電形の第2の半導体領域22と、前記半導体基板
の一方の主面に露出した上面を除いて前記第2の半導体
領域22に隣接し、環状の平面形状を有している第1の
導電形の第3の半導体領域23と、上面が前記半導体基
板の一方の主面に露出し、下面及び側面がそれぞれ前記
第1の半導体領域21と前記第2の半導体領域22に隣
接して包囲されている第4の半導体領域24と、前記第
1の半導体領域21に対して前記第2の半導体領域22
とは反対側で隣接し、前記半導体基板の他方の主面から
露出している第2の導電形の第5の半導体領域25と、
前記半導体基板の他方の主面に露出し、環状の平面形状
を有している第1の導電形の第6の半導体領域26とを
備え、前記第4の半導体領域24は前記第1の半導体領
域21よりも不純物濃度が高く、前記第3の半導体領域
23の前記第4の半導体領域24側、前記第2の半導体
領域22の前記第3の半導体領域23と前記第4の半導
体領域24の間の部分、及び前記第4の半導体領域24
の上面には絶縁膜28が形成されており、前記第2の半
導体領域22と前記第3の半導体領域23は前記絶縁膜
28の上面を覆う第1の電極30に電気的に接続されて
おり、前記第5の半導体領域25及び前記第6の半導体
領域26は第2の電極31に電気的に接続されており、
前記第6の半導体領域26は平面的に見て前記第2の半
導体領域22の外縁領域と重なる環状領域を有する2方
向性2端子サイリスタに係わるものである。
【0008】
【発明の作用及び効果】本発明によれば、ブレークダウ
ンを決定する領域として働く第4の半導体領域24の上
記絶縁膜28を介して第1の電極30が形成されている
ので、絶縁膜28や樹脂封止体のイオンによるブレーク
ダウン電圧の変動を防止し、ブレ−クオ−バ電圧の経時
変化を小さくすることができる。また、第6の半導体領
域26を環状に配置し、第2のサリスタが第1のサイリ
スタを環状に囲むように構成したので、第2のサイリス
タのオン電圧を小さくすることができる。
【0009】
【実施例】次に、図1を参照して本発明の一実施例に係
わる2方向性2端子サイリスタを説明する。本実施例の
2端子サイリスタは、P形の第1の半導体領域21、N
形の第2の半導体領域22、P形の第3の半導体領域2
3、P形の第4の半導体領域24、N形の第5の半導体
領域25、P形の第6の半導体領域26及びP形の第7
の半導体領域27を有する。
【0010】第2の半導体領域22は半導体基板の一方
の主面に露出しており、平面環状に形成されている。第
3の半導体領域23は半導体基板の一方の主面に露出し
ており、第2の半導体領域22の内側に環状に形成され
ている。第2の半導体領域22の内縁と第3の半導体領
域23の内縁との距離は、第2の半導体領域22の外縁
と第3の半導体領域27の外縁との距離よりも小さくな
っている。第2及び第3の半導体領域22、23は、半
導体基板の一方の主面に形成された保護膜28に設けら
れた開口29を通じて第1の電極30に接続され基板表
面で電気的に短絡されている。
【0011】第4の半導体領域24は、半導体基板の中
央に配され、第2の半導体領域22に隣接して包囲され
ている。第4の半導体領域24は基板表面に露出する
が、その上面には保護膜28が形成されており、第1の
電極30には接続されていない。第1の電極30は保護
膜28を介して第4の半導体領域24の上面全体を覆っ
ている。
【0012】第5の半導体領域25は、第1の半導体領
域21に対して第2の半導体領域22とは反対側におい
て隣接している。第5の半導体領域25は基板の他方の
主面に露出しており、第2の電極31に電気的に接続さ
れている。
【0013】第6の半導体領域26は基板の他方の主面
の外縁に沿って平面環状に形成されている。第6の半導
体領域26は、基板の他方の主面に露出して第2の電極
31に電気的に接続され、基板表面で第5の半導体領域
25と電気的に短絡されている。平面的に見たとき、第
6の半導体領域26は第2の半導体領域22の外縁に沿
ってこれと重なる部分を環状に有している。この環状部
分は開口29の内側まで延びている。
【0014】第7の半導体領域27は基板の一方の主面
の外縁に沿って平面環状に形成されており、第1の半導
体領域21を介して第2の半導体領域22を包囲する。
第7の半導体領域27の上面は基板の一方の主面に露出
して保護膜28に被覆されている。
【0015】次に本実施例の2方向性2端子サイリスタ
の動作について説明する。図1の2端子サイリスタは、
第1、第2、第3、第4及び第5の半導体領域21、2
2、23、24、25から構成される第1のサイリスタ
と、第1、第2、第5及び第6の半導体領域21、2
2、25、26から構成される第2のサイリスタとが逆
並列接続された複合素子である。
【0016】第1の電極30と第2の電極31との間に
第1の電極30の電位を第2の電極31のそれよりも大
きくする電圧を印加すると、第1のサイリスタの第1の
半導体領域21及び第4の半導体領域24と第2の半導
体領域22との界面に形成されるPN接合33及び34
が逆方向にバイアスされる。この結果、図示のようにP
N接合33及び34からそれぞれ第1及び第2の空乏層
35、36が広がる。また、第4の半導体領域24の表
面側には、第1の電極30の電界効果によって第3の空
乏層37が広がる。第1の空乏層35と第2の空乏層3
6と第3の空乏層37は互いに連続して広がるので、厳
密に区別されるものではない。
【0017】ここで、第4の半導体領域24は第1の半
導体領域21よりも不純物濃度が高く且つ横方向への濃
度勾配がほとんどないから、PN接合34から広がる第
2の空乏層36は図示のように第1の空乏層35に比べ
て幅の狭い空乏層である。また、第4の半導体領域24
は拡散によって形成されるから、不純物濃度はその表面
側に向かうにつれ高くなる。しかし、第4の半導体領域
24の表面には第3の空乏層37が形成されるから、第
2の空乏層36のその幅が最も狭くなる部分は第4の半
導体領域24の表面よりもやや内側に形成される。
【0018】逆方向電圧がブレークダウン電圧に達する
と、第2の空乏層36の幅狭部分に臨界電界強度Ecrit
を越える部分(電界集中点)が生じて、この部分を引き
金としてブレークダウンが起きる。
【0019】ブレークダウンが起きると、第2の半導体
領域22を横方向に流れる電流による電圧降下によって
第2の半導体領域22と第3の半導体領域23の界面に
形成されるPN接合が順方向にバイアスされ、第1、第
2、第3及び第4の半導体領域21、22、23、24
から構成されるトランジスタが導通する。また、第1、
第2、第4及び第5の半導体領域21、22、24、2
5から構成されるトランジスタも導通し、結果として第
1のサイリスタが導通する。
【0020】第1の電極30と第2電極31との間に第
2の電極31の電位を第1の電極30の電位よりも高く
する電圧を印加したときは、dv/dtによって第2の
サイリスタが導通する。
【0021】本実施例の2端子サイリスタによれば以下
のような効果が得られる。 (1) 第1のサイリスタのブレ−クオ−バ電圧を長期
に亘って一定に保持することができる。即ち、本実施例
の2端子サイリスタによれば、ブレークダウン電圧を決
定する第2の空乏層36が形成される第4の半導体領域
24の上面全体に第1の電極30が形成されている。こ
のため、サイリスタ素子を覆う樹脂封止体や保護膜28
に含まれるイオンによるブレークダウン電圧の変動が有
効に防止されている。また、第1の電極30も保護膜と
して機能する。このため、ブレ−クオ−バ電圧を長期に
亘って一定に保持でき、高い信頼性が得られる。 (2) 上記オン電圧の温度依存性が小さい。即ち、ア
バランシェブレークダウンを起こす第2の空乏層36
は、幅狭であるからブレークダウン電圧の温度依存性を
小さくできる。 (3) クリープ現象が生じない。即ち、電界集中点が
半導体基板の表面よりも内側に形成されるので、逆方向
電圧印加時にブレークダウン電圧が短時間のうちに変動
する不安定な現象いわゆるクリープ現象が生じない。 (4) 第2のサイリスタのオン電圧が小さい。即ち、
第2のサイリスタが第1のサイリスタを環状に包囲する
ように配されており、第2のサイリスタを構成する第6
の半導体領域26が平面的にみて第2の半導体領域22
及び開口29と重なっている。このため、第2の電極3
1から第1の電極30への電流経路が短くオン電圧を比
較的小さくできる。 (5) 第1のサイリスタのブレークオーバ−電流が小
さく、電力損失が少ない。この理由は必ずしも明確では
ないが、第1、第2、第3及び第4の半導体領域21、
22、23、24で構成される第1のトランジスタと、
第1、第2、第4及び第5の半導体領域21、22、2
4、25で構成される第2のトランジスタの注入・逆注
入電流経路がほぼ一致し、サイリスタ導通に寄与しない
無効電流が少ないためと考えられる。電流経路がほぼ一
致するのは、第3の半導体領域23から第1の半導体領
域21に拡散されたキャリアの分布が第4の半導体領域
24の下方で最大となることによる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の2方向性2端子サイリスタを示す中央縦
断面図である。
【図2】本発明の実施例の2方向性2端子サイリスタを
示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
21〜27 第1〜第7の半導体領域 28 絶縁膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導電形の第1の半導体領域(2
    1)と、 半導体基板の一方の主面に露出した上面を除いて前記第
    1の半導体領域(21)に隣接し、環状の平面形状を有
    している第2の導電形の第2の半導体領域(22)と、 前記半導体基板の一方の主面に露出した上面を除いて前
    記第2の半導体領域(22)に隣接し、環状の平面形状
    を有している第1の導電形の第3の半導体領域(23)
    と、 上面が前記半導体基板の一方の主面に露出し、下面及び
    側面がそれぞれ前記第1の半導体領域(21)と前記第
    2の半導体領域(22)に隣接して包囲されている第4
    の半導体領域(24)と、 前記第1の半導体領域(21)に対して前記第2の半導
    体領域(22)とは反対側で隣接し、前記半導体基板の
    他方の主面から露出している第2の導電形の第5の半導
    体領域(25)と、 前記半導体基板の他方の主面に露出し、環状の平面形状
    を有している第1の導電形の第6の半導体領域(26)
    とを備え、前記第4の半導体領域(24)は前記第1の
    半導体領域(21)よりも不純物濃度が高く、 前記第3の半導体領域(23)の前記第4の半導体領域
    (24)側、前記第2の半導体領域(22)の前記第3
    の半導体領域(23)と前記第4の半導体領域(24)
    の間の部分、及び前記第4の半導体領域(24)の上面
    には絶縁膜(28)が形成されており、 前記第2の半導体領域(22)と前記第3の半導体領域
    (23)は前記絶縁膜(28)の上面を覆う第1の電極
    (30)に電気的に接続されており、 前記第5の半導体領域(25)及び前記第6の半導体領
    域(26)は第2の電極(31)に電気的に接続されて
    おり、 前記第6の半導体領域(26)は平面的に見て前記第2
    の半導体領域(22)の外縁領域と重なる環状領域を有
    することを特徴とする2方向性2端子サイリスタ。
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