JPH11168222A - Surge protection element - Google Patents
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- JPH11168222A JPH11168222A JP10110741A JP11074198A JPH11168222A JP H11168222 A JPH11168222 A JP H11168222A JP 10110741 A JP10110741 A JP 10110741A JP 11074198 A JP11074198 A JP 11074198A JP H11168222 A JPH11168222 A JP H11168222A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
- H10D89/601—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
- H10D89/711—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using bipolar transistors as protective elements
- H10D89/713—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using bipolar transistors as protective elements including a PNP transistor and a NPN transistor, wherein each of said transistors has its base region coupled to the collector region of the other transistor, e.g. silicon controlled rectifier [SCR] devices
Landscapes
- Thyristors (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 線路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地G
との間の双方にサージが侵入した場合に確実にSLIC
用IC等の電子回路を防護する。
【解決手段】 複数のpnpn型又はnpnp型サイリ
スタからなり、表面に第1及び第2電極11,12が設
けられ、裏面に第3電極13が設けられた三端子型サー
ジ防護素子10である。第1電極11と第3電極13と
の間の一部がサイリスタ構造に形成され、第1電極11
と第3電極13との間の他の部分がpn接合構造に形成
され、第2電極12と第3電極13との間の一部がサイ
リスタ接合構造に形成され、第2電極12と第3電極1
3との間の他の部分がpn接合構造に形成され、かつ第
1電極11と第2電極12の間が双方向サイリスタ構造
に形成される。
(57) Abstract: line L 1 and between the ground G and line L 2 and the ground G
If a surge enters both sides of the
To protect electronic circuits such as ICs. SOLUTION: This is a three-terminal surge protection element 10 comprising a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, provided with first and second electrodes 11 and 12 on the front surface and a third electrode 13 on the back surface. A portion between the first electrode 11 and the third electrode 13 is formed in a thyristor structure, and the first electrode 11
Another portion between the second electrode 12 and the third electrode 13 is formed in a pn junction structure, and a portion between the second electrode 12 and the third electrode 13 is formed in a thyristor junction structure. Electrode 1
3 is formed in a pn junction structure, and between the first electrode 11 and the second electrode 12 is formed in a bidirectional thyristor structure.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のpnpn型
又はnpnp型サイリスタからなるサージ防護素子に関
するものである。更に詳しくはSLIC(Subscriber L
ine Interface Circuit: 加入者線回路)用IC(Integ
rated Circuit)等の電子回路に侵入する過電圧サージ
を防止するサージ防護素子、或いは通信回路に接続され
た電子回路に侵入する過電圧サージを防護する双方向型
サージ防護素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surge protection device comprising a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors. For further details, see SLIC (Subscriber L
ine Interface Circuit: IC (Integ)
The present invention relates to a surge protection element for preventing an overvoltage surge from entering an electronic circuit such as a rated circuit, or a bidirectional surge protection element for protecting an overvoltage surge from entering an electronic circuit connected to a communication circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種のSLICは中央局、自動式構内
交換設備及び4線式単一端末変換と2線入力における縦
方向信号の抑圧に差動して2線式に対する信号分離を与
える加入者搬送装置において使用される。またSLIC
には電話セットを付勢する、通常マイナス電圧にバイア
スされた直流線路電流が供給される。このSLICは電
話セットに接続されるチップ(TIP)端子及びリング
(RING)端子を有する。チップ及びリング端子にフ
ックされた線路には、時折雷により発生した雷サージ、
近接機器、照明、その他電気機器からの過渡現象により
発生した過電圧サージが到来する。2. Description of the Related Art This type of SLIC is a central office, an automatic private branch exchange, and a four-wire single-terminal conversion and subscription that provides differential signal separation for the two-wire system by differentially suppressing vertical signals at the two-wire input. Used in person transporters. Also SLIC
Is supplied with a DC line current, normally biased to a negative voltage, which energizes the telephone set. The SLIC has a tip (TIP) terminal and a ring (RING) terminal connected to a telephone set. On the line hooked to the tip and ring terminal, lightning surge generated by occasional lightning,
Overvoltage surge caused by transient phenomena from nearby devices, lighting, and other electrical devices arrives.
【0003】従来、図27に示すようにSLIC用IC
等の電子回路3を防護する方法として、チップ端子に接
続する線路L1と接地Gの間及びリング端子に接続する
線路L2と接地Gとの間に二端子型サージ防護素子1及
び2をそれぞれ接続する方法がある。この二端子型サー
ジ防護素子1及び2はそれぞれ同一の構造を有する。こ
の構造を図26に基づいて説明すると、二端子型サージ
防護素子1(又は2)は複数のnpnp型サイリスタか
らなり、表面に第1電極4が、裏面に第2電極5が設け
られる。この第1電極4と第2電極5の間の一部(図の
左側)はnpnp型サイリスタ構造に形成され、この第
1電極4と第2電極5の間の他の部分(図の右側)はp
n接合構造に形成される。この二端子型サージ防護素子
1(又は2)は図4に示すV−I特性を有する。また、
この種の電子回路を双方向型サージ防護素子を用いて過
電圧サージから防護する方法としては、図29に示すよ
うに線路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地Gとの間
に双方向二端子型サージ防護素子1及び2をそれぞれ接
続する方法がある。この二端子型サージ防護素子1及び
2はそれぞれ同一の構造を有する。この構造を図28に
基づいて説明すると、二端子型サージ防護素子1(又は
2)は複数のnpnp型サイリスタからなり、表面に第
1電極4が、裏面に第2電極5が設けられる。この第1
電極4と第2電極5の間の一部(図の左側)はnpnp
型サイリスタ構造に形成され、この第1電極4と第2電
極5の間の他の部分(図の右側)はpnpn型サイリス
タ構造に形成される。この二端子型サージ防護素子1
(又は2)は図14に示すV−I特性を有する。[0003] Conventionally, as shown in FIG.
As a method of protecting the electronic circuit 3 and the like, a two-terminal surge protection device 1 and 2 between the line L 2 and the ground G to be connected to the line L 1 to be connected to chip terminals between the ground G and ring terminals There are ways to connect each. The two-terminal surge protection elements 1 and 2 have the same structure. This structure will be described with reference to FIG. 26. The two-terminal type surge protection element 1 (or 2) includes a plurality of npnp thyristors, and a first electrode 4 is provided on a front surface and a second electrode 5 is provided on a back surface. A part between the first electrode 4 and the second electrode 5 (left side in the figure) is formed in an npnp type thyristor structure, and another part between the first electrode 4 and the second electrode 5 (right side in the figure) Is p
An n-junction structure is formed. This two-terminal surge protection element 1 (or 2) has the VI characteristic shown in FIG. Also,
As a method of protecting the electronic circuit of this type from overvoltage surges using a bidirectional surge protection device, between and between the line L 2 and the ground G of the line L 1 and the ground G as shown in FIG. 29 There is a method of connecting the bidirectional two-terminal surge protection elements 1 and 2 respectively. The two-terminal surge protection elements 1 and 2 have the same structure. This structure will be described with reference to FIG. 28. The two-terminal type surge protection element 1 (or 2) includes a plurality of npnp thyristors, and a first electrode 4 is provided on the front surface and a second electrode 5 is provided on the back surface. This first
A part (left side in the figure) between the electrode 4 and the second electrode 5 is npnp
Another portion (the right side in the figure) between the first electrode 4 and the second electrode 5 is formed in a pnpn-type thyristor structure. This two-terminal surge protection element 1
(Or 2) has the VI characteristic shown in FIG.
【0004】しかし、このように2つの二端子型サージ
防護素子1及び2を用いる回路では、線路L1と接地G
との間及び線路L2と接地Gとの間の双方に同時にサー
ジが侵入した場合に、時として2つの素子の特性のばら
つきから、同時に素子1と2が作動せず、一方の素子の
動作が他方の素子の動作に比べて遅れを生じることがあ
った。これらの場合には、線路L1と線路L2との間にサ
ージ電圧(横サージ)が生じるため、サージ電流が線路
L1と線路L2との間に接続された電子回路3に侵入し
て、この回路3を破損することがあった。このため、図
29の点線に示すように、線路L1と線路L2との間にも
図28に示した素子と同一の双方向二端子型サージ防護
素子6を加えて、合計3つの素子を用いることも行われ
てきた。However, this way the circuit using two two-terminal surge protection device 1 and 2, the line L 1 and the ground G
When the simultaneous surge both between and between the line L 2 and the ground G has entered the sometimes from variations in the characteristics of the two elements, without the actuating element 1 and 2 at the same time, operation of one of the elements However, in some cases, a delay may occur as compared with the operation of the other element. In these cases, since the surge voltage between the lines L 1 and the line L 2 (lateral surge) occurs, and entering the electronic circuit 3 connected between the surge current and the line L 1 and the line L 2 As a result, the circuit 3 may be damaged. Therefore, as shown in dotted line in FIG. 29, by adding line L 1 and the line identity of the bidirectional two-terminal surge protection element 6 and the element shown in FIG. 28 also between the L 2, a total of three elements Has also been used.
【0005】一方、これらの問題を解決するために、3
つの素子を用いずに、1チップで三端子を有する構造の
サージ防護素子が提案されている(例えば特開平3−1
36374,特開平3−136375)。この防護素子
は、共通の基板に対して、基板表面に対称的な電極構造
を有する二端子が設けられ、基板裏面に一端子が設けら
れるか、又は対称的な二端子の構造を有することによっ
て、複合サイリスタ構造をなしている。図30に示すよ
うに、この構造のサージ防護素子7では線路L1と線路
L2とに表面の二端子が接続され、裏面の一端子が接地
Gに接続される。この素子は極めてサージ吸収特性のば
らつきが少ない上に、この素子では図30の線路L1に
接続される端子と接地Gとの間が動作した場合、線路L
2に接続される端子と接地Gとの間もこれに従属して動
作するとされていた。On the other hand, to solve these problems, 3
A surge protection element having a structure having three terminals in one chip without using one element has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-1).
36374, JP-A-3-136375). This protection element is provided with two terminals having a symmetrical electrode structure on the surface of the substrate with respect to a common substrate, and one terminal is provided on the back surface of the substrate, or by having a symmetrical two-terminal structure. , Forming a composite thyristor structure. As shown in FIG. 30, the second terminal of the surge protection element 7 line L 1 and the line L 2 and the surface of the structure is connected, the rear surface of the one terminal is connected to the ground G. If on the device is small variation in the very surge absorption properties, which between the terminal and the ground G is connected to the line L 1 in FIG. 30 has operated in this device, the line L
It has also been said that the connection between the terminal connected to 2 and the ground G also operates in accordance therewith.
【0006】更に、図33に示すように上記電子回路3
を防護する別の方法として、電子回路3の前段である第
1段目に第1サージ防護素子1を、第2段目に第2サー
ジ防護素子2をそれぞれ設ける方法がある。第1及び第
2サージ防護素子1,2ともチップ端子に接続する線路
L1とリング端子に接続する線路L2に表面に設けられた
二端子を接続し、接地Gに裏面の一端子を接続してい
る。これらのサージ防護素子1と2とは互いに別の構造
を有する。サージ防護素子1と2の間の線路L1とL2に
は正の温度係数を有するPTCサーミスタ3a及び3b
がそれぞれ介装される。Further, as shown in FIG.
As another method for protecting the electronic circuit 3, there is a method in which the first surge protection element 1 is provided in the first stage, which is the preceding stage of the electronic circuit 3, and the second surge protection element 2 is provided in the second stage. First and second terminal provided on the surface to the line L 2 connecting to lines L 1 and the ring terminal connected to the second surge protection devices 1 both chip terminal connected, connecting one terminal of the rear face to the ground G doing. These surge protection elements 1 and 2 have different structures from each other. PTC thermistors 3a and 3b having a positive temperature coefficient to the line L 1 and L 2 between the surge protection element 1 and 2
Are interposed respectively.
【0007】サージ防護素子1の構造を図31に基づい
て説明すると、三端子型サージ防護素子1の表面には電
極4及び電極5が、裏面には電極6がそれぞれ設けられ
る。電極4と電極6の間の一部及び電極5と電極6の間
の一部はそれぞれpnpn型サイリスタ構造に形成さ
れ、電極4と電極6の間の他の部分及び電極5と電極6
の間の他の部分はそれぞれnpnp接合構造に形成され
る。n型の基板1aの電極以外の表裏面には酸化絶縁膜
1bが設けられる。この三端子型サージ防護素子1は図
23に示すV−I特性を有する。図23(a)は横方向
特性であり、図23(b)は縦方向特性である。またサ
ージ防護素子2の構造を図32に基づいて説明すると、
三端子型サージ防護素子2の表面には電極7及び電極8
が、裏面には電極9がそれぞれ設けられる。電極7と電
極9の間の一部及び電極8と電極9の間の一部はそれぞ
れpn接合構造に形成され、電極7と電極9の間の他の
部分及び電極8と電極9の間の他の部分はそれぞれnp
np型サイリスタ構造に形成される。更に電極7及び電
極8の下の基板との接合部の一部には、他の部分に比較
して耐圧の低い領域2cが設けられている。n型の基板
2aの電極以外の表裏面には酸化絶縁膜2bが設けられ
る。この三端子型サージ防護素子2は図24に示すV−
I特性を有する。図24(a)は横方向特性であり、図
24(b)は縦方向特性である。図23及び図24を比
較すれば明らかなように、第2段目のサージ防護素子2
で保護される電圧Vbd2は第1段目のサージ防護素子1
で保護される電圧Vbd1よりも低く設定される。The structure of the surge protection element 1 will be described with reference to FIG. 31. The three-terminal surge protection element 1 has electrodes 4 and 5 on the front surface and an electrode 6 on the back surface. A part between the electrodes 4 and 6 and a part between the electrodes 5 and 6 are formed in a pnpn-type thyristor structure, respectively, and the other part between the electrodes 4 and 6 and between the electrodes 5 and 6 are formed.
The other portions between are each formed in an npnp junction structure. An oxide insulating film 1b is provided on the front and back surfaces of the n-type substrate 1a other than the electrodes. The three-terminal surge protection device 1 has a VI characteristic shown in FIG. FIG. 23A shows the horizontal characteristics, and FIG. 23B shows the vertical characteristics. The structure of the surge protection element 2 will be described with reference to FIG.
Electrodes 7 and 8 are provided on the surface of the three-terminal surge protection element 2.
However, electrodes 9 are provided on the back surface, respectively. A part between the electrodes 7 and 9 and a part between the electrodes 8 and 9 are formed in a pn junction structure, respectively, and the other part between the electrodes 7 and 9 and the part between the electrodes 8 and 9 are formed. The other parts are np
It is formed in an np type thyristor structure. Further, a part of the bonding portion between the electrode 7 and the electrode 8 and the substrate is provided with a region 2c having a lower withstand voltage as compared with the other parts. An oxide insulating film 2b is provided on the front and back surfaces of the n-type substrate 2a other than the electrodes. This three-terminal type surge protection device 2 has a V-
It has an I characteristic. FIG. 24A shows the horizontal characteristics, and FIG. 24B shows the vertical characteristics. 23 and 24, the second-stage surge protection element 2
Is the voltage V bd2 protected by the first-stage surge protection element 1
Is set to be lower than the voltage V bd1 protected by.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図27に示し
た2つの二端子型サージ防護素子1及び2を用いる回路
では、線路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地Gとの
間の双方に同時にサージが侵入した場合に、時として2
つの素子のばらつきから、同時に素子1と2が作動せ
ず、一方の素子の動作が他方の素子の動作に比べて遅れ
を生じることがあった。また2つの線路L1及びL2自体
がその品質にばらつきがあって不均一である場合には、
同時に発生したサージが2つの二端子型サージ防護素子
1及び2に時間的にずれて到来することがあった。これ
らの場合には、線路L1と線路L2との間にサージ電圧
(横サージ)が生じるため、サージ電流が線路L1と線
路L2との間に接続された電子回路3に侵入して、この
回路3を破損することがあった。[SUMMARY OF THE INVENTION However, in the circuit using two two-terminal surge protection device 1 and 2 shown in FIG. 27, and between the line L 2 and the ground G of the line L 1 and the ground G Between the two surges at the same time,
Due to the variation of one element, the elements 1 and 2 may not operate at the same time, and the operation of one element may be delayed compared to the operation of the other element. If the two lines L 1 and L 2 themselves are uneven in quality and uneven,
In some cases, simultaneously generated surges arrive at the two two-terminal surge protection elements 1 and 2 with a time lag. In these cases, since the surge voltage between the lines L 1 and the line L 2 (lateral surge) occurs, and entering the electronic circuit 3 connected between the surge current and the line L 1 and the line L 2 As a result, the circuit 3 may be damaged.
【0009】また、特開平3−136374号公報及び
特開平3−136375号公報に示された三端子双方向
型サージ防護素子7では、2つの線路L1及び線路L2の
各品質が同一である場合には、発生したサージが同一時
刻に素子に到達するため、この技術の特徴である素子特
性のばらつきが小さいことから、両方のサイリスタがほ
ぼ同時に動作するけれども、このサージ防護素子7で
は、線路L1及び線路L2の線路自体がその品質にばらつ
きがあって不均一である場合には、同時に発生したサー
ジが三端子型サージ防護素子7に時間的にずれて到来す
ることがあった。更には、片方のサイリスタが動作して
から、従属的にもう一方が動作するまでに、実際にはキ
ャリアの拡散時間の分だけ時間遅れを生じ、この間に発
生した電位差によって、線路L1と線路L2との間の素子
が破壊するか、或いは電子回路3を破損するなどの問題
があることが明らかになった。Further, in the shown in JP-A-3-136374 and JP-A No. 3-136375 three-terminal bidirectional surge protection element 7, the quality of the two lines L 1 and the line L 2 are the same In some cases, since the generated surge reaches the element at the same time, the thyristors operate at almost the same time because the variation in element characteristics, which is a feature of this technology, is small. If the line itself of the line L 1 and line L 2 is non-uniform there are variations in its quality, it was the surge that occurred at the same time arrives displaced in three-terminal surge protection device 7 in time . Furthermore, since the operation is one of the thyristor, dependently on to the other works, actually caused by the amount time delay spread time of carriers, by a potential difference occurring during this time, the line L 1 and the line or element between the L 2 may be broken, or that there are problems such as damage to electronic circuits 3 revealed.
【0010】更に、図26、図28及び図31に示した
サージ防護素子では、基板と半導体層の接合が素子のブ
レークオーバー電圧を決定するため、基板濃度はこの電
圧を最適化するために決められていた。しかしながら、
特に100V以下のブレークオーバー電圧の素子を作成
しようとすると、基板濃度は1016/cm3以上とな
る。基板濃度を上記値にした場合には、基板中のキャリ
アの移動度、拡散長が減少し、サイリスタの動作速度を
著しく損い、結果的にサージ耐量が大幅に低下する問題
があった。更に図26又は図31に示したSLIC用の
サージ防護素子では、サイリスタを構成する2つのトラ
ンジスタの中で、基板領域をベースとするトランジスタ
の性能が低いために生じると考えられている準安定状態
が生じる。このことによってサージが通り過ぎた後も、
電源電圧によってサージ防護素子がオンしている状態に
なり、いわゆる続流を生じる不具合があった。また、図
33に示した動作電圧の異なる2つの三端子型サージ防
護素子1及び2を用いる回路では、部品点数が多く保護
回路の組込みに手間取る不具合があった。またこうした
サージ防護素子を2種類製造する必要があり、サージ防
護素子を製造する上で、また部品として管理する上での
問題があった。Further, in the surge protection device shown in FIGS. 26, 28 and 31, the junction between the substrate and the semiconductor layer determines the breakover voltage of the device, and the substrate concentration is determined in order to optimize this voltage. Had been. However,
In particular, when an element having a breakover voltage of 100 V or less is to be manufactured, the substrate concentration becomes 10 16 / cm 3 or more. When the substrate concentration is set to the above value, there is a problem that the mobility and diffusion length of carriers in the substrate are reduced, the operation speed of the thyristor is significantly impaired, and as a result, the surge withstand capability is significantly reduced. Further, in the SLIC surge protection element shown in FIG. 26 or FIG. 31, of the two transistors constituting the thyristor, the metastable state which is considered to be caused by the low performance of the transistor based on the substrate region is considered. Occurs. Even after the surge has passed by this,
The surge protection element is turned on by the power supply voltage, and there is a problem that a so-called follow-on current occurs. Also, the circuit using two three-terminal surge protection elements 1 and 2 having different operating voltages shown in FIG. 33 has a problem that the number of components is large and it takes time to incorporate the protection circuit. In addition, it is necessary to manufacture two types of such surge protection elements, and there is a problem in manufacturing the surge protection elements and managing them as parts.
【0011】本発明の第1の目的は、線路L1と接地G
との間及び線路L2と接地Gとの間の双方にサージが侵
入した場合に確実にSLIC用IC等の電子回路を防護
するサージ防護素子を提供することにある。本発明の第
2の目的は、サイリスタの動作速度を損うことなくサー
ジ耐量を低下させず、サージ通過後に続流を生じさせな
いサージ防護素子を提供することにある。本発明の第3
の目的は、動作電圧の異なる2つの素子を単一化するこ
とにより、電子回路を過電圧サージに対して防護する回
路への組込みを容易にするサージ防護素子を提供するこ
とにある。A first object of the present invention is to provide a line L 1 and a ground G
Both the invention is to provide a surge protection device for protecting an electronic circuit ensures such SLIC for IC when a surge has entered between and between the line L 2 and the ground G with. A second object of the present invention is to provide a surge protection element which does not reduce the surge withstand capability without impairing the operation speed of the thyristor and does not cause a continuation current after passing the surge. Third of the present invention
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surge protection element which can be easily integrated into a circuit for protecting an electronic circuit against overvoltage surge by unifying two elements having different operating voltages.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1(a),図1(b),図2(a)及び図2(b)に
示すように、複数のpnpn型又はnpnp型サイリス
タからなり、表面に第1及び第2電極11,12が設け
られ、裏面に第3電極13が設けられたサージ防護素子
10において、第1電極11と第3電極13との間の一
部がnpnp型サイリスタ構造に形成され(図1
(a))、第1電極11と第3電極13との間の他の部
分がpn接合構造に形成され(図1(b))、同様に第
2電極12と第3電極13との間の一部がnpnp型サ
イリスタ構造に形成され(図1(b))、第1電極11
と第3電極13との間の他の部分がpn接合構造に形成
され(図1(a))、かつ第1電極11と第2電極12
の間が双方向サイリスタ構造に形成されたことを特徴と
する三端子型サージ防護素子である。The invention according to claim 1 is
As shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), 2 (a) and 2 (b), it is composed of a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, and the first and second electrodes 11, 12 are provided on the surface. Is provided, and a part between the first electrode 11 and the third electrode 13 is formed in an npnp thyristor structure in the surge protection element 10 in which the third electrode 13 is provided on the back surface (FIG. 1).
(A)), another portion between the first electrode 11 and the third electrode 13 is formed in a pn junction structure (FIG. 1B), and similarly between the second electrode 12 and the third electrode 13. Are formed in an npnp type thyristor structure (FIG. 1B), and the first electrode 11
Another part between the first electrode 11 and the second electrode 12 is formed in a pn junction structure (FIG. 1A).
A three-terminal surge protection element characterized by having a bidirectional thyristor structure between the two.
【0013】図3に示すように、SLIC用IC等の電
子回路30に一対の線路L1及びL2が接続されるとき、
第1電極11を線路L1に、また第2電極12を線路L2
に、更に第3電極13を接地Gに接続する。線路L1に
負の過電圧サージが印加され、図4の実線のV−I特性
に示すようにその電圧がブレークオーバー電圧VBOに達
すると、第1電極11と第3電極13との間のサイリス
タ構造(npnp)が導通し、サージ防護素子10には
保持電流IH以上の電流が流れ、導通状態を保持する。
線路L1に正の電圧が印加されると、図4の実線のV−
I特性に示すように第1電極11と第3電極13との間
のpn接合構造が直ちに導通する。上記導通により、サ
ージ電流は電子回路30に流れず接地Gに流れ、電子回
路30を防護する。線路L2に負の過電圧サージ又は正
の過電圧サージが印加された場合、第2電極12と第3
電極13が同様に動作して電子回路30を防護する。更
に線路L1と線路L2との間にサージ(即ち、横サージ)
が生じた場合には、第1電極11と第2電極12の間が
双方向サイリスタ構造に形成されるため、線路L1とL2
間でサイリスタ動作が行われ、サージが吸収される。As shown in FIG. 3, when a pair of lines L 1 and L 2 are connected to an electronic circuit 30 such as an SLIC IC,
The first electrode 11 to the line L 1, also line L 2 of the second electrode 12
Then, the third electrode 13 is connected to the ground G. Applied negative overvoltage surge line L 1 is, if the voltage, as shown by the solid line of the V-I characteristic of the FIG. 4 reaches the breakover voltage V BO, the first electrode 11 between the third electrode 13 The thyristor structure (npnp) conducts, and a current equal to or greater than the holding current I H flows through the surge protection element 10 to maintain the conduction state.
When the line L 1 and a positive voltage is applied, the solid line in FIG. 4 V-
As indicated by the I characteristic, the pn junction structure between the first electrode 11 and the third electrode 13 immediately conducts. Due to the conduction, the surge current flows to the ground G without flowing to the electronic circuit 30, and protects the electronic circuit 30. If negative overvoltage surges or positive overvoltage surge line L 2 is applied, the second electrode 12 and the third
Electrodes 13 operate in a similar manner to protect electronic circuit 30. Further surges between the line L 1 and the line L 2 (i.e., horizontal surge)
Because it if occurred, to between the first electrode 11 of the second electrode 12 is formed on the two-way thyristor structure, the line L 1 and L 2
A thyristor operation is performed between them, and the surge is absorbed.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図1(a),図1(b),図2
(a)及び図2(b)に示すように、第1の実施の形態
の三端子型サージ防護素子10は、複数のpnpn型又
はnpnp型サイリスタからなり、表面に第1電極11
及び第2電極12が設けられ、裏面に第3電極13が設
けられる。このサージ防護素子10は基板でもあるn型
の第1半導体層n10を有する。この半導体層n10の表面
にはこの表面に露呈しかつ互いに離間して一対のp型の
第2及び第3半導体層p20及びp30が形成される。これ
らの半導体層p20及びp30の外面にはこの外面に露呈し
かつ半導体層p20及びp30に内包されるようにn型の
第4半導体層n40,n40がそれぞれ形成される。n型
の第1半導体層n10の裏面にはこの裏面に露呈してかつ
上記第4半導体層n40,n40に対向して第5半導体層p
50,p50が、同様に第2及び第3半導体層p20,p30に
対向して第6半導体層n60,n60がそれぞれ形成され
る。第1電極11は第2半導体層p20とこれに内包され
た第4半導体層n40とをそれぞれの外面において短絡し
て形成される。また第2電極12は第3半導体層p30と
これに内包された第4半導体層n40とをそれぞれの外面
において短絡して形成される。更に第3電極13は第5
半導体層p50,p50と第6半導体層n60,n60と第1半
導体層n10とを互いにそれぞれの外面において短絡して
形成される。なお、図示しないが基板でもあるn型の第
1半導体層n10の電極以外の表裏面には、後述する図2
1に示すように酸化絶縁膜が設けられる。以下、図5、
図7〜図11、図15、図17〜図20においても同じ
である。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 (a), 1 (b), 2
As shown in FIG. 2A and FIG. 2B, the three-terminal surge protection element 10 according to the first embodiment includes a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors.
And the second electrode 12 are provided, and the third electrode 13 is provided on the back surface. The surge protection device 10 includes a first semiconductor layer n 10 of n-type, which is also the substrate. The second and third semiconductor layer p 20 and p 30 is the surface exposed to the surface and spaced apart from each other of a pair of p-type semiconductor layer n 10 is formed. The outer surface of these semiconductor layers p 20 and p 30 exposed to the outer surface and the fourth semiconductor layer n 40, n 40 of n-type, as contained in the semiconductor layer p 20 and p 30 are formed respectively. the back surface of the n-type first semiconductor layer n 10 of exposed on the back surface and the fourth semiconductor layer n 40, the fifth semiconductor layer opposite the n 40 p
50, p 50 is the sixth semiconductor layer n 60, n 60 are respectively formed to face the second and third semiconductor layer p 20, p 30 as well. The first electrode 11 is formed by a short circuit in each of the outer surface and a fourth semiconductor layer n 40 which is included in this second semiconductor layer p 20. The second electrode 12 is formed by a short circuit in each of the outer surface and a fourth semiconductor layer n 40 which is included in this and the third semiconductor layer p 30. Further, the third electrode 13 is the fifth
The semiconductor layers p 50 , p 50 , the sixth semiconductor layer n 60 , n 60 and the first semiconductor layer n 10 are formed by short-circuiting each other on their outer surfaces. Although not shown in the front and back surfaces of the non-electrode n-type first semiconductor layer n 10 of which is also the substrate will be described later 2
As shown in FIG. 1, an oxide insulating film is provided. Hereinafter, FIG.
The same applies to FIGS. 7 to 11, 15 and 17 to 20.
【0015】このような構成のサージ防護端子10を図
3に示すように、線路L1及びL2に接続されるSLIC
用IC等の電子回路30の前段に接続する。線路L1又
はL2に負の過電圧サージが印加された場合で、図4の
実線のV−I特性に示すようにその電圧が半導体層n10
と半導体層p20又はp30との接合の耐圧を越えるとブレ
ークダウンし、更にブレークオーバー電圧VBOに達する
と、電極11,13間又は電極12,13間が導通す
る。一方、線路L1又はL2に正の電圧が印加されると、
図4の実線のV−I特性に示すように半導体層p30又は
p20から半導体層n10は順方向にバイアスされ、電極1
2,13間又は電極11,13間が直ちに導通する。上
記導通により、サージ電流は電子回路30に流れず接地
Gに流れ、電子回路30を防護する。更に線路L1と線
路L2の双方にサージが侵入した場合には、第1電極1
1と第2電極12の間の半導体層n40、半導体層p20、
半導体層n10及び半導体層p30の配列が双方向サイリス
タ構造に形成されるため、線路L1とL2間でサイリスタ
動作が行われ、サージが吸収される。As shown in FIG. 3, the surge protection terminal 10 having such a configuration is connected to the SLICs connected to the lines L 1 and L 2.
It is connected to the front stage of the electronic circuit 30 such as an IC for use. In the case where negative overvoltage surge line L 1 or L 2 is applied, the voltage semiconductor layer n 10, as shown by the solid line of the V-I characteristic of the FIG. 4
A breakdown exceeds the breakdown voltage of the junction between the semiconductor layer p 20 or p 30, further reaches the breakover voltage V BO, while between the electrodes 11 and 13 or electrodes 12 and 13 become conductive. On the other hand, when a positive voltage is applied to the line L 1 or L 2 ,
Semiconductor layer n 10 from the semiconductor layer p 30 or p 20 as shown by the solid line of the V-I characteristic of the FIG. 4 is forward biased, the electrode 1
Conduction is immediately made between the electrodes 2 and 13 or between the electrodes 11 and 13. Due to the conduction, the surge current flows to the ground G without flowing to the electronic circuit 30, and protects the electronic circuit 30. If the surge has entered the more both of the line L 1 and the line L 2, the first electrode 1
A semiconductor layer n 40 between the first and second electrodes 12, a semiconductor layer p 20 ,
Since the arrangement of the semiconductor layer n 10 and the semiconductor layer p 30 are formed in both directions thyristor structure, the thyristor operation is performed between lines L 1 and L 2, the surge is absorbed.
【0016】図5(a),図5(b),図6(a)及び
図6(b)は本発明の第2の実施の形態を示す。この実
施の形態も三端子型サージ防護素子10は複数のpnp
n型又はnpnp型サイリスタからなり、表面に第1電
極11及び第2電極12が設けられ、裏面に第3電極1
3が設けられる。このサージ防護素子10は基板でもあ
るn型の第1半導体層n10を有する。この半導体層n10
の表面にはこの表面に露呈しかつ互いに離間して一対の
p型の第2及び第3半導体層p21 +及びp31 +が形成され
る。この半導体層p21 +の外面にはこの外面に露呈しか
つ半導体層p21 +に内包されるようにn型の第4半導体
層n41 +及びp型の半導体層p22 ++が形成される。また
半導体層p31 +の外面にはこの外面に露呈しかつ半導体
層p31 +に内包されるようにn型の第4半導体層n42 +及
びp型の半導体層p32 ++が形成される。FIGS. 5 (a), 5 (b), 6 (a) and 6 (b) show a second embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the three-terminal type surge protection device 10 includes a plurality of pnp
The first electrode 11 and the second electrode 12 are provided on the front surface, and the third electrode 1 is provided on the back surface.
3 are provided. The surge protection device 10 includes a first semiconductor layer n 10 of n-type, which is also the substrate. This semiconductor layer n 10
A pair of second and third p-type second and third semiconductor layers p 21 + and p 31 + are formed on the surface of the substrate and exposed to and separated from each other. This is the semiconductor layer p 21 + outer surface exposed to the outer surface and the semiconductor layer p 22 ++ fourth semiconductor layer n 41 + and p-type n-type, as contained in the semiconductor layer p 21 + is formed You. The semiconductor layer p 32 ++ fourth semiconductor layer n 42 + and p-type n-type, as contained in the exposed and the semiconductor layer p 31 + on this outer surface is formed in the semiconductor layer p 31 + outer surface You.
【0017】n型の第1半導体層n10の裏面にはこの裏
面に露呈しかつ互いに離間して一対のp型の第5半導体
層p51 +及びp51 +と一対のn型の第6半導体層n61 +及
びn61 +が形成される。第5半導体層p51 +及びp51 +の
各外面にはこの表面に露呈しかつ半導体層p51 +及びp
51 +に内包されるようにp型の半導体層p52 ++及びp52
++がそれぞれ形成される。第1電極11は第2半導体層
p21 +とこれに内包された半導体層n41 +及び半導体層p
22 ++とをそれぞれの外面において短絡して形成される。
また第2電極12は第3半導体層p31 +とこれに内包さ
れた半導体層n42 +及び半導体層p32 ++とをそれぞれの
外面において短絡して形成される。更に第3電極13は
一対のp型の第5半導体層p51 +及びp51 +と、これらに
内包される半導体層p52 ++及びp52 ++と、一対のn型の
第6半導体層n61 +及びn61 +とを互いにそれぞれの外面
において短絡して形成される。[0017] The n-type first on the back surface of the semiconductor layer n 10 exposed to the back surface and spaced apart from each other by a fifth semiconductor layer p 51 + and p 51 + and a pair of n-type a pair of p-type sixth The semiconductor layers n 61 + and n 61 + are formed. The outer surfaces of the fifth semiconductor layers p 51 + and p 51 + are exposed to this surface and the semiconductor layers p 51 + and p 51 +
The p-type semiconductor layers p 52 ++ and p 52 are included in 51 +
++ are formed respectively. The first electrode 11 includes a second semiconductor layer p 21 + , a semiconductor layer n 41 + and a semiconductor layer p contained therein.
22 ++ and short-circuited on each outer surface.
In addition, the second electrode 12 is formed by short-circuiting the third semiconductor layer p 31 + and the semiconductor layer n 42 + and the semiconductor layer p 32 ++ contained therein on the respective outer surfaces. Further, the third electrode 13 includes a pair of p-type fifth semiconductor layers p 51 + and p 51 + , semiconductor layers p 52 ++ and p 52 ++ included therein, and a pair of n-type sixth semiconductor layers. The layers n 61 + and n 61 + are formed by short-circuiting each other on their outer surfaces.
【0018】第1の実施の形態と比較して、素子の表面
において、第2半導体層p21 +にこれに内包される半導
体層p22 ++を形成するとともに、第3半導体層p31 +に
これに内包される半導体層p32 ++をそれぞれ形成し、素
子の裏面において、一対の第6半導体層n61 +及びn61 +
を形成するとともに、第5半導体層p51 +及びp51 +にこ
れらに内包される半導体層p52 ++及びp52 ++をそれぞれ
形成することにより、素子のサージ防護特性が向上する
ようになる。その他の動作は前記実施の形態と同様であ
るので繰返しの説明を省略する。As compared with the first embodiment, on the surface of the device, a semiconductor layer p 22 ++ included in the second semiconductor layer p 21 + is formed, and a third semiconductor layer p 31 + is included. This semiconductor layer p 32 ++ to be encapsulated to form respectively, in the rear surface of the device, the pair sixth semiconductor layer n 61 + and n 61 +
And the semiconductor layers p 52 ++ and p 52 ++ included in the fifth semiconductor layers p 51 + and p 51 + , respectively, so that the surge protection characteristics of the element are improved. Become. The other operations are the same as those of the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated.
【0019】なお、第1及び第2の実施の形態で、図1
(a),図1(b),図5(a)及び図5(b)に示す
ように第2半導体層p20又はp21 +と第3半導体層p30
又はp31 +との間の距離をw1とするとき、このw1が第
5半導体層p50又はp51 +とこの第5半導体層p50又は
p51 +に対向する第2半導体層p20又はp21 +との間の距
離w2、及び第5半導体層p50又はp51 +とこの第5半導
体層p50又はp51 +に対向する第3半導体層p30又はp
31 +との間の距離w3よりもそれぞれ小さいか、或いは等
しいことが好ましい。また、第1及び第2の実施の形態
で、第1電極11と第2電極12との間が過電圧に対し
てパンチスルー動作するように構成されることが好まし
い。ここでパンチスルー動作とは、サージ防護素子10
に過電圧が印加したときに生じる第2半導体層p20の空
乏層(以下、この空乏層の広がりをwpという)と第3
半導体層p30の空乏層とがつながる動作をいう。図1
(a)及び図5(a)に第2半導体層p20及びp21 +の
各空乏層wpが第3半導体層p30及びp31 +の空乏層につ
ながっている状態をそれぞれ示す。w1≦w2及びw1≦
w3にすることにより、或いは電極11と12の間が過
電圧に対してパンチスルー動作するようにすることによ
り、それぞれ2つの線路L1及びL2の品質が不均一であ
り、サージ防護素子10に到達する時刻が線路L1と線
路L2においてずれていても、線路L1と線路L2の間で
サイリスタ動作を行う場合に比べて、サージ防護素子内
で極めて高速かつ確実にサイリスタ動作及びパンチスル
ー動作が行われ、電子回路を防護することができる。こ
こでwpに対して、上述のw1、w2及びw3は次式(1)
の関係があることが wp < w1 ≦ w2 = w3 …… (1) 更に好ましい。In the first and second embodiments, FIG.
(A), FIG. 1 (b), the FIG. 5 (a) and the second semiconductor layer p 20 or p 21 + and the third semiconductor layer p 30 as shown in FIG. 5 (b)
Alternatively, when the distance between p 31 + and w 31 is w 1 , w 1 is the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + and the second semiconductor layer p facing the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 +. distance w 2, and the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + third semiconductor layer p 30 or p to fifth faces the semiconductor layer p 50 or p 51 + of Toko between 20 or p 21 +
31 + whether each smaller than the distance w 3 between, or preferably equal. Further, in the first and second embodiments, it is preferable that the structure between the first electrode 11 and the second electrode 12 be configured to perform a punch-through operation with respect to an overvoltage. Here, the punch-through operation refers to the surge protection element 10.
Depletion of the second semiconductor layer p 20 that occurs when the overvoltage is applied (hereinafter, the spread of the depletion layer that w p) and the third
It refers to the depletion layer and leads the operation of the semiconductor layer p 30. FIG.
(A) and FIGS. 5 (a) to the state where the depletion layer w p of the second semiconductor layer p 20 and p 21 + are connected to the third semiconductor layer p 30 and p 31 + depletion layer respectively. w 1 ≦ w 2 and w 1 ≦
w 3 or the punch-through operation between the electrodes 11 and 12 against overvoltage, the quality of the two lines L 1 and L 2 is not uniform, and the surge protection element 10 to be the time to reach deviated in line L 1 and the line L 2, as compared with a case where the thyristor operation between the lines L 1 and the line L 2, a very fast and reliable thyristor operation and surge within the protective element A punch-through operation is performed, and the electronic circuit can be protected. Here, with respect to w p , the above-mentioned w 1 , w 2 and w 3 are expressed by the following equation (1).
It is more preferable that the following relationship is satisfied: w p <w 1 ≦ w 2 = w 3 (1)
【0020】図7(a)及び図7(b)は本発明の第3
の実施の形態を示し、図8(a)及び図8(b)は本発
明の第4の実施の形態を示す。これらの実施の形態で
は、n型の第1半導体層n10 -の表面にこの第1半導体
層n10 -と同一伝導型であってこの第1半導体層n10 -よ
り不純物濃度の高いn型の第7半導体層n70が形成され
る。この第7半導体層n70は第2及び第3半導体層
p20,p30又はp21 +,p31 +より厚くかつ第2及び第3
半導体層p20,p30又はp21 +,p31 +を内包するように
形成される。このように構成することにより、サージ防
護素子がオンする電圧であるブレークオーバー電圧は第
7半導体層n70の濃度によって定まり、第1半導体層n
10 -はキャリアの拡散長を小さくしないように、また同
時に基板(半導体層n10 -)の直列抵抗を考慮してブレ
ークオーバー電圧とは独立して最適化することができ
る。FIGS. 7A and 7B show a third embodiment of the present invention.
FIG. 8A and FIG. 8B show a fourth embodiment of the present invention. In these embodiments, the first semiconductor layer n 10 of n-type - The first semiconductor layer n 10 on the surface of the - same conductivity type in a by the first semiconductor layer n 10 - higher impurity concentration than n-type seventh semiconductor layer n 70 is formed. The seventh semiconductor layer n 70 is thicker than the second and third semiconductor layers p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + and the second and third semiconductor layers n 70 .
It is formed to include the semiconductor layers p 20 and p 30 or p 21 + and p 31 + . With this configuration, the break-over voltage surge protection device is a voltage that turns on is determined by the concentration of the seventh semiconductor layer n 70, the first semiconductor layer n
10 − can be optimized independently of the breakover voltage so as not to reduce the diffusion length of carriers, and at the same time, considering the series resistance of the substrate (semiconductor layer n 10 − ).
【0021】また、図9(a)及び図9(b)は本発明
の第5の実施の形態を示し、図10(a)及び図10
(b)は本発明の第6の実施の形態を示す。これらの実
施の形態では、第3及び第4の実施の形態と同様の第7
半導体層n70が第1半導体層n10 -の表面に形成され
る。ここでは第7半導体層n70は第2及び第3半導体層
p20,p30又はp21 +,p31 +より薄く第2及び第3半導
体層p20,p30又はp21 +,p31 +を包囲し、かつ第2及
び第3半導体層p20,p30又はp21 +,p31 +を第1半導
体層n10 -に接するように形成される。このように構成
することにより、基板間の接合の空乏層が濃度が低い基
板領域に主に形成されるため、接合容量を大幅に低減す
ることができる。この構造はISDNのようなデジタル
回線に適している。FIGS. 9 (a) and 9 (b) show a fifth embodiment of the present invention, and FIGS.
(B) shows a sixth embodiment of the present invention. In these embodiments, the seventh embodiment similar to the third and fourth embodiments will be described.
Semiconductor layer n 70 is first semiconductor layer n 10 - are formed on the surface of the. Here seventh semiconductor layer n 70 the second and third semiconductor layer p 20, p 30 or p 21 +, p 31 + thinner second and third semiconductor layer p 20, p 30 or p 21 +, p 31 + , And the second and third semiconductor layers p 20 and p 30 or p 21 + and p 31 + are formed so as to be in contact with the first semiconductor layer n 10 − . With such a configuration, a depletion layer at the junction between the substrates is mainly formed in the substrate region having a low concentration, so that the junction capacitance can be significantly reduced. This structure is suitable for digital lines such as ISDN.
【0022】次に、図11(a),図11(b),図1
2(a)及び図12(b)に本発明の第7の実施の形態
を示す。この実施の形態の双方向三端子型サージ防護素
子10は、複数のpnpn型又はnpnp型サイリスタ
からなり、表面に第1電極11及び第2電極12が設け
られ、裏面に第3電極13が設けられる。このサージ防
護素子10は基板でもあるn型の第1半導体層n10を有
する。この半導体層n10の表面にはこの表面に露呈しか
つ互いに離間してそれぞれ一対のp型の第2及び第3半
導体層p20及びp30が形成される。これらの半導体層p
20及びp30の外面にはこの外面に露呈しかつ半導体層p
20及びp30に内包されるようにn型の第4半導体層
n40,n40がそれぞれ形成される。n型の第1半導体層
n10の裏面にはこの裏面に露呈してかつ上記第2及び第
3半導体層p20及びp30に対向して単一の第5半導体層
p50が形成される。この第5半導体層p50の外面にはこ
の外面に露呈しかつ第4半導体層n40,n40に対向しな
いように一対の第6半導体層n60,n60がそれぞれ形成
される。Next, FIG. 11 (a), FIG. 11 (b), FIG.
FIGS. 2A and 12B show a seventh embodiment of the present invention. The bidirectional three-terminal surge protection device 10 of this embodiment includes a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, the first electrode 11 and the second electrode 12 are provided on the front surface, and the third electrode 13 is provided on the back surface. Can be The surge protection device 10 includes a first semiconductor layer n 10 of n-type, which is also the substrate. The semiconductor layer n the second and third semiconductor layer p 20 and p 30 each of the surfaces spaced this exposed to the surface and to each other of the pair of p-type 10 is formed. These semiconductor layers p
The outer surfaces of 20 and p 30 are exposed on this outer surface and the semiconductor layer p
Fourth n-type semiconductor layers n 40 and n 40 are formed to be included in 20 and p 30 , respectively. The fifth semiconductor layer p 50 single are formed opposite to exposed to the back surface and to the second and third semiconductor layer p 20 and p 30 on the back surface of the n-type first semiconductor layer n 10 of . A pair of sixth semiconductor layers n 60 , n 60 are formed on the outer surface of the fifth semiconductor layer p 50 so as to be exposed on the outer surface and not to face the fourth semiconductor layers n 40 , n 40 .
【0023】第1電極11は第2半導体層p20とこれに
内包された第4半導体層n40とをそれぞれの外面におい
て短絡して形成される。また第2電極12は第3半導体
層p30とこれに内包された第4半導体層n40とをそれぞ
れの外面において短絡して形成される。更に第3電極1
3は第5半導体層p50と一対の第6半導体層n60,n60
とを互いにそれぞれの外面において短絡して形成され
る。[0023] The first electrode 11 is formed by short-circuiting the fourth semiconductor layer n 40 which is included in this second semiconductor layer p 20 in each of the outer surface. The second electrode 12 is formed by a short circuit in each of the outer surface and a fourth semiconductor layer n 40 which is included in this and the third semiconductor layer p 30. Further, the third electrode 1
3 the sixth semiconductor layer n 60 of the pair and the fifth semiconductor layer p 50, n 60
Are short-circuited to each other on their outer surfaces.
【0024】このような構成のサージ防護端子10を図
13に示すように、線路L1及びL2に接続される電子回
路30の前段に接続する。線路L1又はL2に正の過電圧
サージが印加された場合で、図14の実線のV−I特性
に示すようにその電圧が半導体層n10と半導体層p50と
の接合の耐圧を越えるとブレークダウンし、更にブレー
クオーバー電圧VBOに達すると、電極11,13間又は
電極12,13間が導通する。一方、線路L1又はL2に
負の電圧が印加され、その電圧が図14の実線のV−I
特性に示すように半導体層n10と半導体層p20又はp30
との接合の耐圧を越えるとブレークダウンし、電極1
1,13間又は電極12,13間が導通する。上記導通
により、サージ電流は電子回路30に流れず接地Gに流
れ、電子回路30を防護する。更に線路L1と接地Gと
の間及び線路L2と接地Gとの間に時間的にずれてサー
ジが侵入した場合には、第1電極11と第2電極12の
間の半導体層n40、半導体層p20、半導体層n10及び半
導体層p30の配列が双方向サイリスタ構造であるため、
線路L1とL2間でサイリスタ動作が行われ、サージが吸
収される。The surge protection terminal 10 having such a configuration is connected to a stage preceding the electronic circuit 30 connected to the lines L 1 and L 2 as shown in FIG. In the case where the positive overvoltage surge line L 1 or L 2 is applied, exceeds the breakdown voltage of the junction between the semiconductor layer n 10 and the semiconductor layer p 50 the voltage is as shown in the solid line of the V-I characteristic of the FIG. 14 When the voltage reaches the breakover voltage V BO , conduction between the electrodes 11 and 13 or between the electrodes 12 and 13 is established. On the other hand, is applied a negative voltage to the line L 1 or L 2, solid lines V-I of the voltage is 14
Semiconductor layer n 10, as shown in characteristics and the semiconductor layer p 20 or p 30
If the breakdown voltage of the junction with
The connection between the electrodes 1 and 13 or between the electrodes 12 and 13 is conducted. Due to the conduction, the surge current flows to the ground G without flowing to the electronic circuit 30, and protects the electronic circuit 30. Further, when a surge intrudes between the line L 1 and the ground G and between the line L 2 and the ground G with a time lag, the semiconductor layer n 40 between the first electrode 11 and the second electrode 12 , The arrangement of the semiconductor layer p 20 , the semiconductor layer n 10 and the semiconductor layer p 30 is a bidirectional thyristor structure,
Thyristor operation is performed between lines L 1 and L 2, the surge is absorbed.
【0025】図15(a),図15(b),図16
(a)及び図16(b)は本発明の第8の実施の形態を
示す。この実施の形態の双方向三端子型サージ防護素子
10は複数のpnpn型又はnpnp型サイリスタから
なり、表面に第1電極11及び第2電極12が設けら
れ、裏面に第3電極13が設けられる。このサージ防護
素子10は基板でもあるn型の第1半導体層n10を有す
る。この半導体層n10の表面にはこの表面に露呈しかつ
互いに離間してそれぞれ一対のp型の第2及び第3半導
体層p21 +及びp31 +が形成される。この半導体層p21 +
の外面にはこの外面に露呈しかつ半導体層p21 +に内包
されるようにn型の第4半導体層n41 +及びp型の半導
体層p22 ++が形成される。また半導体層p31 +の外面に
はこの外面に露呈しかつ半導体層p31 +に内包されるよ
うにn型の第4半導体層n42 +及びp型の半導体層p32
++が形成される。FIGS. 15 (a), 15 (b), 16
(A) and FIG. 16 (b) show an eighth embodiment of the present invention. The bidirectional three-terminal surge protection element 10 of this embodiment is composed of a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, the first electrode 11 and the second electrode 12 are provided on the front surface, and the third electrode 13 is provided on the back surface. . The surge protection device 10 includes a first semiconductor layer n 10 of n-type, which is also the substrate. This is the surface of the semiconductor layer n 10 exposed to the surface and respectively spaced apart from one another a pair of p-type of the second and third semiconductor layer p 21 + and p 31 + is formed. This semiconductor layer p 21 +
The n-type fourth semiconductor layer n 41 + and the p-type semiconductor layer p 22 ++ are formed on the outer surface of the substrate so as to be exposed on the outer surface and included in the semiconductor layer p 21 + . The addition to the semiconductor layer p 31 + outer surface exposed to the outer surface and n-type as contained in the semiconductor layer p 31 + the fourth semiconductor layer n 42 + and p-type semiconductor layer p 32
++ is formed.
【0026】n型の第1半導体層n10の裏面にはこの裏
面に露呈してかつ上記p型第2及び第3半導体層p21 +
及びp31 +に対向して単一のp型の第5半導体層p51 +が
形成される。この第5半導体層p51 +の外面には、この
外面に露呈しかつ第4半導体層n41 +,n42 +に対向して
一対のp型の半導体層p52 ++,p52 ++が、またこの外面
に露呈しかつ半導体層p22 ++,p32 ++に対向して一対の
n型の第6半導体層n61 +,n61 +がそれぞれ形成され
る。第1電極11は第2半導体層p21 +とこれに内包さ
れた半導体層n41 +及び半導体層p22 ++とをそれぞれの
外面において短絡して形成される。また第2電極12は
第3半導体層p31 +とこれに内包された半導体層n42 +及
び半導体層p32 ++とをそれぞれの外面において短絡して
形成される。更に第3電極13はp型の第5半導体層p
51 +と、これらに内包される半導体層p52 ++及びn61 +と
を互いにそれぞれの外面において短絡して形成される。
前記実施の形態と比較して、素子の表面において、第2
半導体層p21 +にこれに内包される半導体層p22 ++を形
成するとともに、第3半導体層p31 +にこれに内包され
る半導体層p32 ++をそれぞれ形成し、素子の裏面におい
て、第5半導体層p51 +に内包される一対の第6半導体
層n61 +及びn61 +及び一対の半導体層p5 2 ++及びp52 ++
をそれぞれ形成することにより、素子のサージ防護特性
が向上するようになる。その他の動作は前記実施の形態
と同様であるので繰返しの説明を省略する。[0026] The back surface of the n-type first semiconductor layer n 10 of exposed on the back surface and the p-type second and third semiconductor layer p 21 +
And a single p-type fifth semiconductor layer p 51 + is formed to face p 31 + . On the outer surface of the fifth semiconductor layer p 51 + , a pair of p-type semiconductor layers p 52 ++ and p 52 ++ exposed on the outer surface and opposed to the fourth semiconductor layers n 41 + and n 42 +. Are also exposed on the outer surface and a pair of n-type sixth semiconductor layers n 61 + and n 61 + are formed facing the semiconductor layers p 22 ++ and p 32 ++ , respectively. The first electrode 11 is formed by short-circuiting the second semiconductor layer p 21 + and the semiconductor layer n 41 + and the semiconductor layer p 22 ++ contained therein on the respective outer surfaces. In addition, the second electrode 12 is formed by short-circuiting the third semiconductor layer p 31 + and the semiconductor layer n 42 + and the semiconductor layer p 32 ++ contained therein on the respective outer surfaces. Further, the third electrode 13 is a p-type fifth semiconductor layer p.
51 + and the semiconductor layers p 52 ++ and n 61 + included therein are short-circuited on their respective outer surfaces.
As compared with the above-described embodiment, the second
Thereby forming a semiconductor layer p 22 ++ to be encapsulated to the semiconductor layer p 21 +, the semiconductor layer p 32 ++ to be encapsulated to the third semiconductor layer p 31 + forms respectively, the rear surface of the element fifth semiconductor layer p 51 + the sixth semiconductor layer n 61 + and n 61 + and the pair of the semiconductor layer p 5 2 ++ pair to be encapsulated and p 52 ++
Are formed, the surge protection characteristic of the element is improved. The other operations are the same as those of the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated.
【0027】なお、第7及び第8の実施の形態で、図1
1(a),図11(b),図15(a)及び図15
(b)に示すように第2半導体層p20又はp21 +と第3
半導体層p30又はp31 +との間の距離をw1とするとき、
このw1が第5半導体層p50又はp51 +とこの第5半導体
層p50又はp51 +に対向する第2半導体層p20又はp21 +
との間の距離w2、及び第5半導体層p50又はp51 +とこ
の第5半導体層p50又はp51 +に対向する第3半導体層
p30又はp31 +との間の距離w3よりもそれぞれ小さい
か、或いは等しいことが好ましい。また、第7及び第8
の実施の形態で、第1電極11と第2電極12との間が
第1及び第2の実施の形態と同様に過電圧に対してパン
チスルー動作するように構成されることが好ましい。図
11(a)及び図15(a)に第2半導体層p20及びp
21 +の各空乏層wpが第3半導体層p30及びp31 +の空乏
層につながっている状態をそれぞれ示す。w1≦w2及び
w1≦w3にすることにより、或いは電極11と12の間
が過電圧に対してパンチスルー動作するようにすること
により、それぞれ2つの線路L1及びL2の品質が不均一
であり、サージ防護素子10に到達する時刻が線路L1
と線路L2においてずれていても、線路L1と線路L2の
間でサイリスタ動作を行う場合に比べて、サージ防護素
子内で極めて高速かつ確実にサイリスタ動作及びパンチ
スルー動作が行われ、電子回路を防護することができ
る。ここでwpに対して、上述のw1、w2及びw3は前述
した式(1)の関係があることが更に好ましい。In the seventh and eighth embodiments, FIG.
1 (a), FIG. 11 (b), FIG. 15 (a) and FIG.
The second semiconductor layer as shown in (b) p 20 or p 21 + the third
When the distance between the semiconductor layer p 30 or p 31 + and w 1,
The second semiconductor layer p 20 or p 21 of the w 1 is opposed to the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + Toko fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + +
Distance w 2, and the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + distance between the fifth third semiconductor layer p 30 or p 31 facing the semiconductor layer p 50 or p 51 + + of Toko w between It is preferable that each is smaller than or equal to 3 . In addition, the seventh and eighth
In this embodiment, it is preferable that a punch-through operation is performed between the first electrode 11 and the second electrode 12 with respect to an overvoltage similarly to the first and second embodiments. FIGS. 11A and 15A show the second semiconductor layers p 20 and p
Shows 21 + of the state where the depletion layer w p are connected to the third semiconductor layer p 30 and p 31 + depletion layer respectively. By setting w 1 ≦ w 2 and w 1 ≦ w 3 , or by performing a punch-through operation between the electrodes 11 and 12 with respect to an overvoltage, the quality of the two lines L 1 and L 2 can be reduced. The time at which the surge protection element 10 arrives at the line L 1
And it is shifted in the line L 2, as compared with a case where the thyristor operation between the lines L 1 and the line L 2, a very fast and reliable thyristor operation and punch-through operation is performed in a surge protection element, electrons The circuit can be protected. Here, it is more preferable that w 1 , w 2, and w 3 described above have the relationship of the above-described expression (1) with respect to w p .
【0028】図17(a)及び図17(b)は本発明の
第9の実施の形態を示し、図18(a)及び図18
(b)は本発明の第10の実施の形態を示す。これらの
実施の形態では、n型の第1半導体層n10 -の表面及び
裏面にこの第1半導体層n10 -と同一伝導型であってこ
の第1半導体層n10 -より不純物濃度の高いn型の第7
半導体層n70及び第8半導体層n80がそれぞれ形成され
る。この第7半導体層n70は第2及び第3半導体層
p20,p30又はp21 +,p31 +より厚くかつ第2及び第3
半導体層p20,p30又はp21 +,p31 +を内包するように
形成される。また第8半導体層n80は第5半導体層p50
又はp51 +より厚くかつ第5半導体層p50又はp51 +を内
包するように形成される。このように構成することによ
り、サージ防護素子がオンする電圧であるブレークオー
バー電圧は第7半導体層n70の濃度によって定まり、第
1半導体層n10 -はキャリアの拡散長を小さくしないよ
うに、また同時に基板(半導体層n10 -)の直列抵抗を
考慮してブレークオーバー電圧とは独立して最適化する
ことができる。FIGS. 17 (a) and 17 (b) show a ninth embodiment of the present invention, and FIGS.
(B) shows a tenth embodiment of the present invention. In these embodiments, n-type first semiconductor layer n 10 of - higher impurity concentration than - front and rear surfaces on the first semiconductor layer n 10 of - and have the same conductivity type first semiconductor layer n 10 n-type seventh
A semiconductor layer n70 and an eighth semiconductor layer n80 are respectively formed. The seventh semiconductor layer n 70 is thicker than the second and third semiconductor layers p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + and the second and third semiconductor layers n 70 .
It is formed to include the semiconductor layers p 20 and p 30 or p 21 + and p 31 + . The eighth semiconductor layer n 80 is the fifth semiconductor layer p 50
Or and thicker than p 51 + is formed so as to include a fifth semiconductor layer p 50 or p 51 +. With this configuration, the breakover voltage, which is the voltage at which the surge protection element is turned on, is determined by the concentration of the seventh semiconductor layer n 70 , and the first semiconductor layer n 10 − does not reduce the carrier diffusion length. At the same time, optimization can be performed independently of the breakover voltage in consideration of the series resistance of the substrate (semiconductor layer n 10 − ).
【0029】また、図19(a)及び図19(b)は本
発明の第11の実施の形態を示し、図20(a)及び図
20(b)は本発明の第12の実施の形態を示す。これ
らの実施の形態では、第9及び第10の実施の形態と同
様の第7半導体層n70及び第8半導体層n80が第1半導
体層n10 -の表面及び裏面にそれぞれ形成される。ここ
では第7半導体層n70は第2及び第3半導体層p20,p
30又はp21 +,p31 +より薄く第2及び第3半導体層
p20,p30又はp21 +,p31 +を包囲し、かつ第2及び第
3半導体層p20,p30又はp21 +,p31 +を第1半導体層
n10に接するように形成される。また第8半導体層n80
は第5半導体層p50又はp51 +より薄くかつ第5半導体
層p50又はp51 +を包囲し、かつ第5半導体層p50又は
p51 +を第1半導体層n10 -に接するように形成される。
このように構成することにより、基板間の接合の空乏層
が濃度が低い基板領域に主に形成されるため、接合容量
を大幅に低減することができる。この構造はISDNの
ようなデジタル回線に適している。FIGS. 19 (a) and 19 (b) show an eleventh embodiment of the present invention, and FIGS. 20 (a) and 20 (b) show a twelfth embodiment of the present invention. Is shown. In these embodiments, the ninth and tenth seventh semiconductor layer n 70 and the eighth semiconductor layer n 80 similar to the embodiment of the first semiconductor layer n 10 - are formed respectively on the front and back surfaces of the. Here, the seventh semiconductor layer n 70 is composed of the second and third semiconductor layers p 20 , p 20
30 or p 21 + , p 31 + , surrounding the second and third semiconductor layers p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + , and covering the second and third semiconductor layers p 20 , p 30 or p 31 + 21 + and p 31 + are formed to be in contact with the first semiconductor layer n 10 . The eighth semiconductor layer n 80
To contact - fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + was thinner and surrounding the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 +, and the fifth semiconductor layer p 50 or p 51 + the first semiconductor layer n 10 is Formed.
With such a configuration, a depletion layer at the junction between the substrates is mainly formed in the substrate region having a low concentration, so that the junction capacitance can be significantly reduced. This structure is suitable for digital lines such as ISDN.
【0030】更に、図21(a),図21(b),図2
2(a)及び図22(b)に本発明の第13の実施の形
態を示す。この実施の形態のサイリスタ型サージ防護素
子10は、複数のpnpn型又はnpnp型サイリスタ
からなり、第1、第2、第3及び第4電極11,12,
13,14が設けられ、裏面に第1及び第2電極に対向
して第5電極15が、また第3及び第4電極に対向して
第6電極16が設けられる。このサージ防護素子10は
基板10aでもあるシリコンn型基板を出発材料とす
る。このn型基板の左半分の表面にはこの表面に露呈し
かつ互いに離間して一対の半導体層p+が形成される。
これらの半導体層p+の外面にはこの外面に露呈しかつ
半導体層p+に内包されるように半導体層n+がそれぞれ
形成される。これらの半導体層n+は上方から視た場
合、互いに対向しない位置に形成される(図22
(a))。基板10aでもある半導体層nの右半分の表
面には左半分の表面と同様に一対の半導体層p+とこれ
らの半導体層p+に内包されるように半導体層n+がそれ
ぞれ形成される。そして一対の半導体層p+と基板10
aでもある半導体層nの接合部分には他の部分に比して
耐圧の低い半導体層n’からなるトリガー領域17がそ
れぞれ形成される。Further, FIGS. 21 (a), 21 (b), 2
2A and FIG. 22B show a thirteenth embodiment of the present invention. The thyristor-type surge protection element 10 of this embodiment includes a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, and includes first, second, third, and fourth electrodes 11, 12,.
13 and 14, a fifth electrode 15 is provided on the back surface facing the first and second electrodes, and a sixth electrode 16 is provided facing the third and fourth electrodes. This surge protection element 10 starts from a silicon n-type substrate which is also a substrate 10a. On the left half surface of the n-type substrate, a pair of semiconductor layers p + is formed which are exposed on the surface and are separated from each other.
Semiconductor layers n + are respectively formed on the outer surfaces of these semiconductor layers p + so as to be exposed on the outer surfaces and included in the semiconductor layers p + . These semiconductor layers n + are formed at positions not opposed to each other when viewed from above (FIG. 22).
(A)). The right half of the surface of the semiconductor layer n, which is also a substrate 10a semiconductor layer n + are respectively formed so as to be included in these semiconductor layers p + pair of semiconductor layer p + like the left half of the surface. Then, the pair of semiconductor layers p + and the substrate 10
At the junction of the semiconductor layer n which is also a, a trigger region 17 made of a semiconductor layer n ′ having a lower withstand voltage than other portions is formed.
【0031】上記サージ防護素子の表面構造を作るに
は、まずn型のシリコン基板10a中にp型不純物であ
るホウ素(B)を拡散し、pn接合を形成する。動作電
圧はこの接合のアバランシェブレークダウンにより起こ
り、出発材料であるシリコン基板中の不純物濃度(抵抗
率)で動作電圧が決まる。一方、このシリコン基板と第
1拡散層p+との接合部分にシリコン基板よりも不純物
濃度の高いトリガー領域17(n’)を形成する。この
トリガー領域17はシリコン基板の表面を一部露出させ
た上でそこに基板と同じ型の不純物を拡散することによ
り形成される。このトリガー領域17により動作電圧を
基板濃度で決まる動作電圧よりも低い電圧に積極的に制
御できる。基板10aでもある半導体層nの左半分の裏
面にはこの裏面に露呈してかつ上記半導体層p+の双方
に対向して単一の半導体層p+が形成される。この単一
の半導体層p+の外面にはこの外面に露呈しかつ上記半
導体層n+に対向しないように一対の半導体層n+がそれ
ぞれ形成される。基板10aでもある半導体層nの右半
分の裏面にはこの裏面に露呈して一対の半導体層n+及
び一対の半導体層p+が設けられる。これらの半導体層
n+及び半導体層p+は下方から視た場合、半導体層n+
とp+が互いに隣接する位置に形成される(図22
(b))。In order to form the surface structure of the surge protection element, first, boron (B), which is a p-type impurity, is diffused into an n-type silicon substrate 10a to form a pn junction. The operating voltage is caused by the avalanche breakdown of the junction, and the operating voltage is determined by the impurity concentration (resistivity) in the silicon substrate as the starting material. On the other hand, a trigger region 17 (n ') having a higher impurity concentration than the silicon substrate is formed at the junction between the silicon substrate and the first diffusion layer p + . The trigger region 17 is formed by exposing a part of the surface of the silicon substrate and diffusing impurities of the same type as the substrate there. The trigger region 17 allows the operating voltage to be positively controlled to a voltage lower than the operating voltage determined by the substrate concentration. And the back surface of the left half of the semiconductor layer n, which is also the substrate 10a and exposed to the rear surface opposite to both of the semiconductor layer p + + single semiconductor layer p is formed. The single semiconductor in layer p + external surface exposed to the outer surface and the semiconductor layer n + a pair of semiconductor layer so as not to face the n + are formed. A pair of semiconductor layers n + and a pair of semiconductor layers p + are provided on the back surface of the right half of the semiconductor layer n which is also the substrate 10a so as to be exposed on the back surface. These semiconductor layers n + and the semiconductor layer p + is when viewed from below, the semiconductor layer n +
And p + are formed at positions adjacent to each other (FIG. 22).
(B)).
【0032】第1〜第4電極11〜14は半導体層p+
とこれに内包された半導体層n+とをそれぞれの外面に
おいて短絡して形成される。また第5電極15は半導体
層p+とこれに内包された一対の半導体層n+とをそれぞ
れの外面において短絡して形成される。更に第6電極1
6は一対の半導体層n+及び一対の半導体層p+とを互い
にそれぞれの外面において短絡して形成される。n型の
基板10aの電極以外の表裏面には酸化絶縁膜10bが
設けられる。上記構成により、第1電極11と第5電極
15との間及び第2電極12と第5電極15との間がそ
れぞれサイリスタ接合構造に形成され、第3電極13と
第6電極16との間の一部及び第4電極14と第6電極
16との間の一部がそれぞれpn接合構造に形成され、
第3電極13と第6電極16との間の他の部分及び第4
電極14と第6電極16との間の他の部分がそれぞれサ
イリスタ接合構造に形成される。The first to fourth electrodes 11 to 14 are connected to a semiconductor layer p +
And the semiconductor layer n + contained therein are short-circuited on the respective outer surfaces. The fifth electrode 15 is formed by short-circuiting the semiconductor layer p + and a pair of semiconductor layers n + included therein on the respective outer surfaces. Further, the sixth electrode 1
6 is formed by short-circuiting a pair of semiconductor layers n + and a pair of semiconductor layers p + on their respective outer surfaces. An oxide insulating film 10b is provided on the front and back surfaces of the n-type substrate 10a other than the electrodes. With the above configuration, the thyristor junction structure is formed between the first electrode 11 and the fifth electrode 15 and between the second electrode 12 and the fifth electrode 15, respectively, and the gap between the third electrode 13 and the sixth electrode 16 is formed. And a part between the fourth electrode 14 and the sixth electrode 16 are each formed in a pn junction structure,
Another portion between the third electrode 13 and the sixth electrode 16 and the fourth portion
Other portions between the electrode 14 and the sixth electrode 16 are each formed in a thyristor junction structure.
【0033】このように構成された構成のサージ防護端
子10を図25に示すように、線路L1及びL2に接続さ
れる電子回路30の前段に接続する。即ち、図25に示
すように第2電極12及び第3電極13を線路L1に、
また第1電極11及び第4電極14を線路L2に、更に
第5電極15及び第6電極16を接地Gにそれぞれ接続
する。更に第2電極12と第3電極13との間の線路L
1には正の温度係数を有するPTCサーミスタ18が、
また第1電極11と第4電極14との間の線路L2には
同じくPTCサーミスタ19がそれぞれ介装される。こ
のサイリスタ型サージ防護素子10の電極11と電極1
2の間の横方向のV−I特性は図23(a)に示され、
電極11又は12と電極15の間の縦方向のV−I特性
は図23(b)に示される。また電極13と電極14の
間の横方向のV−I特性は図24(a)に示され、電極
13又は14と電極16の間の縦方向のV−I特性は図
24(b)に示される。トリガー領域17(図25)に
より図14に示されるブレークダウン電圧Vbd2は図2
3に示されるブレークダウン電圧Vbd1より低く設定さ
れる。As shown in FIG. 25, the surge protection terminal 10 configured as described above is connected to a stage preceding the electronic circuit 30 connected to the lines L 1 and L 2 . That is, as shown in FIG. 25, the second electrode 12 and the third electrode 13 are connected to the line L 1 .
The first electrode 11 and the fourth electrode 14 are connected to the line L 2 , and the fifth electrode 15 and the sixth electrode 16 are connected to the ground G. Further, a line L between the second electrode 12 and the third electrode 13
1 has a PTC thermistor 18 having a positive temperature coefficient,
The same PTC thermistor 19 is in line L 2 between the first electrode 11 and the fourth electrode 14 are respectively interposed. The electrode 11 and the electrode 1 of the thyristor type surge protection element 10
The horizontal VI characteristics between the two are shown in FIG.
The vertical VI characteristics between the electrode 11 or 12 and the electrode 15 are shown in FIG. FIG. 24A shows the VI characteristics in the horizontal direction between the electrodes 13 and 14, and FIG. 24B shows the VI characteristics in the vertical direction between the electrodes 13 or 14 and the electrode 16. Is shown. The breakdown voltage V bd2 shown in FIG. 14 by the trigger region 17 (FIG. 25) is shown in FIG.
3 is set lower than the breakdown voltage V bd1 .
【0034】線路L2に正の過電圧サージが印加され、
この過電圧がブレークダウン電圧Vbd2より高いと、先
ず電極14と電極16間が導通し、電子回路30を防護
する。ここでブレークダウン電圧Vbd2を越える異常電
圧が長時間印加し続けると、サーミスタ19が発熱し抵
抗値が上昇することにより、線路L2と接地Gとの間に
電位差が生じる。これにより異常電圧が電極11と電極
15の間のブレークダウン電圧Vbd1を越えると、電極
11と電極15が導通し、サーミスタ19の破損を防止
する。また線路L1に負の電圧が印加されると、図24
(b)のV−I特性に示すように電極13と電極16と
の間のpn接合構造が直ちに導通する。上記導通によ
り、電子回路30を防護する。ここで負の電圧が長時間
印加し続けると、サーミスタ18が発熱し抵抗値が上昇
することにより、線路L1と接地Gとの間に電位差が生
じる。これにより異常電圧が電極12と電極15の間の
ブレークダウン電圧Vbd1を越えると、電極12と電極
15が導通し、サーミスタ18の破損を防止する。更に
線路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地Gとの間の双
方に同時に又は時間的にずれてサージが侵入した場合に
は、先ず電極13と電極14の間の線路L1とL2間でサ
イリスタ動作が行われ、サージが吸収され、このサージ
が継続する場合にはサーミスタ18又は19を保護する
ために電極12と電極11の間の線路L1とL2間でサイ
リスタ動作が行われ、サージが吸収される。A positive overvoltage surge is applied to the line L 2 ,
When this overvoltage is higher than the breakdown voltage Vbd2 , first, conduction between the electrode 14 and the electrode 16 is conducted, and the electronic circuit 30 is protected. Now continuing to apply abnormal voltage exceeding the breakdown voltage V bd2 a long time, by the thermistor 19 is generating heat resistance is increased, a potential difference is generated between the line L 2 and the ground G. Thus, when the abnormal voltage exceeds the breakdown voltage Vbd1 between the electrodes 11 and 15, the electrodes 11 and 15 conduct, and the thermistor 19 is prevented from being damaged. Also when a negative voltage is applied to the line L 1, FIG. 24
As shown in the VI characteristic of (b), the pn junction structure between the electrode 13 and the electrode 16 immediately conducts. The conduction protects the electronic circuit 30. Now a negative voltage is continuously applied for a long time, by the thermistor 18 is generating heat resistance is increased, a potential difference is generated between the line L 1 and the ground G. Thus, when the abnormal voltage exceeds the breakdown voltage Vbd1 between the electrodes 12 and 15, the electrodes 12 and 15 conduct, and the thermistor 18 is prevented from being damaged. Further, when a surge enters both the line L 1 and the ground G and the line L 2 and the ground G simultaneously or with a time lag, first, the line L 1 between the electrode 13 and the electrode 14. a thyristor operation between L 2 is performed, the surge is absorbed, the thyristor between the lines L 1 and L 2 between the electrodes 12 and 11 in order to protect the thermistor 18 or 19 if the surge continues The operation is performed and the surge is absorbed.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上述べたように、SLIC用IC等の
電子回路に線路L1及びL2が接続されるとき、線路L1
と接地Gとの間及び線路L2と接地Gとの間に、従来2
つの二端子型サージ防護素子を各別に接続していたもの
を、請求項1に係る発明によれば、単一の三端子型サー
ジ防護素子を接続するため、従来のような素子間のばら
つきはなくなる。この結果、線路L1と接地Gとの間及
び線路L2と接地Gとの間の双方にサージが侵入した場
合に、本発明のサージ防護素子では両方のサイリスタが
ほぼ同時に動作してサージを吸収する。また2つの線路
L1及びL2自体がその品質にばらつきがあって不均一で
ある場合で、同時に発生したサージが第1電極及び第2
電極に時間的にずれて到来しても、第1電極と第2電極
との間が双方向サイリスタ構造に形成されるため、線路
L1と線路L2との間でサイリスタ動作が行われ、サージ
が吸収され、電子回路を防護する。 この第1電極と第
2電極との間が双方向サイリスタ構造であることは、本
発明のサージ防護素子において、第1電極と第2電極の
2電極間も適当な動作電圧、保持電流、サージ耐量等を
有し、動作遅れがなく、素子が破壊することのない利点
も有している。As described above, according to the present invention, when the line L 1 and L 2 are connected to the electronic circuit of the IC or the like for SLIC, the line L 1
During and between the line L 2 and the ground G and the ground G, the conventional 2
Although two two-terminal surge protection elements are separately connected, according to the invention of claim 1, a single three-terminal surge protection element is connected. Disappears. As a result, if the surge both between and between the line L 2 and the ground G of the line L 1 and the ground G has entered, the surge almost simultaneously operate both thyristor in surge protection device of the present invention Absorb. Further, in the case where the two lines L 1 and L 2 themselves have irregularities in their quality and are non-uniform, the simultaneously generated surges are caused by the first electrode and the second electrode.
Even arrived shifted temporally electrode, because between the first electrode and the second electrode is formed on the two-way thyristor structure, thyristor operation between the lines L 1 and the line L 2 is performed, Surge is absorbed and protects electronic circuits. The bidirectional thyristor structure between the first electrode and the second electrode means that, in the surge protection element of the present invention, an appropriate operating voltage, holding current, surge current and the like can be applied between the two electrodes of the first electrode and the second electrode. It also has advantages such as withstand capability, no operation delay, and no element breakdown.
【0036】また電子回路に線路L1及びL2が接続され
るとき、線路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地Gと
の間に、従来2つ又は3つの二端子型サージ防護素子を
各別に接続していたものを、請求項9に係る発明によれ
ば、単一の三端子型サージ防護素子を接続するため、従
来のような素子間のばらつきはなくなる。この結果、線
路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地Gとの間の双方
に同時にサージが侵入した場合に、本発明のサージ防護
素子では両方のサイリスタがほぼ同時に動作してサージ
を吸収する。更に電子回路に線路L1及びL2が接続され
るとき、線路L1と接地Gとの間及び線路L2と接地Gと
の間に、従来動作電圧の異なる2つの三端子型サージ防
護素子を電子回路の前段に接続していたものを、請求項
17に係る発明によれば、動作電圧のことなる素子を単
一にして接続するため、従来と比べて防護回路への素子
の組込みが容易となる。また素子の生産管理及び在庫管
理が容易になる。When the lines L 1 and L 2 are connected to the electronic circuit, two or three conventional two-terminal surges are provided between the line L 1 and the ground G and between the line L 2 and the ground G. According to the ninth aspect of the present invention, the protection elements are individually connected, but a single three-terminal surge protection element is connected. As a result, when both simultaneously surge intrudes, almost simultaneously operate both thyristor in surge protection device of the present invention surge and between the line L 2 and the ground G of the line L 1 and the ground G Absorb. Further, when the lines L 1 and L 2 are connected to the electronic circuit, two three-terminal type surge protection devices having different operating voltages are conventionally provided between the line L 1 and the ground G and between the line L 2 and the ground G. According to the seventeenth aspect of the present invention, the elements connected to the front stage of the electronic circuit are connected by connecting the elements having different operating voltages to each other. It will be easier. In addition, the production control and inventory control of the element are facilitated.
【図1】(a) 第1の実施の形態のサージ防護素子の
図2(a)のA−A線断面図。 (b) 第1の実施の形態のサージ防護素子の図2
(a)のB−B線断面図。FIG. 1A is a cross-sectional view of the surge protection element according to the first embodiment, taken along the line AA in FIG. 2A. (B) FIG. 2 of the surge protection element of the first embodiment
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line BB.
【図2】(a) 第1の実施の形態のサージ防護素子の
平面図。 (b) 第1の実施の形態のサージ防護素子の底面図。FIG. 2A is a plan view of a surge protection element according to the first embodiment. (B) The bottom view of the surge protective element of a 1st embodiment.
【図3】第1の実施の形態のサージ防護素子を用いたサ
ージ防護回路図。FIG. 3 is a surge protection circuit diagram using the surge protection element according to the first embodiment.
【図4】第1の実施の形態のサージ防護素子のV−I特
性図。FIG. 4 is a VI characteristic diagram of the surge protection element according to the first embodiment.
【図5】(a) 第2の実施の形態のサージ防護素子の
図6(a)のC−C線断面図。 (b) 第2の実施の形態のサージ防護素子の図6
(a)のD−D線断面図。FIG. 5A is a sectional view of the surge protection element according to the second embodiment, taken along the line CC in FIG. 6A. (B) FIG. 6 of the surge protection device of the second embodiment
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line DD.
【図6】(a) 第2の実施の形態のサージ防護素子の
平面図。 (b) 第2の実施の形態のサージ防護素子の底面図。FIG. 6A is a plan view of a surge protection element according to a second embodiment. (B) The bottom view of the surge protective element of a 2nd embodiment.
【図7】(a) 第3の実施の形態のサージ防護素子の
図2(a)のA−A線に相応する断面図。 (b) 第3の実施の形態のサージ防護素子の図2
(a)のB−B線に相応する断面図。FIG. 7A is a sectional view of the surge protection element according to the third embodiment, corresponding to the line AA in FIG. 2A; (B) FIG. 2 of the surge protection element of the third embodiment
Sectional drawing corresponding to the BB line of (a).
【図8】(a) 第4の実施の形態のサージ防護素子の
図6(a)のC−C線に相応する断面図。 (b) 第4の実施の形態のサージ防護素子の図6
(a)のD−D線に相応する断面図。FIG. 8A is a sectional view of a surge protection element according to a fourth embodiment, taken along line CC of FIG. 6A. (B) FIG. 6 of the surge protection element according to the fourth embodiment
Sectional drawing corresponding to DD line of (a).
【図9】(a) 第5の実施の形態のサージ防護素子の
図2(a)のA−A線に相応する断面図。 (b) 第5の実施の形態のサージ防護素子の図2
(a)のB−B線に相応する断面図。FIG. 9A is a sectional view of a surge protection element according to a fifth embodiment, taken along line AA of FIG. 2A. (B) FIG. 2 of the surge protection element according to the fifth embodiment
Sectional drawing corresponding to the BB line of (a).
【図10】(a) 第6の実施の形態のサージ防護素子
の図6(a)のC−C線に相応する断面図。 (b) 第6の実施の形態のサージ防護素子の図6
(a)のD−D線に相応する断面図。FIG. 10A is a sectional view of a surge protection element according to a sixth embodiment, taken along line CC of FIG. 6A. (B) FIG. 6 of the surge protection element according to the sixth embodiment
Sectional drawing corresponding to DD line of (a).
【図11】(a) 第7の実施の形態のサージ防護素子
の図12(a)のH−H線断面図。 (b) 第7の実施の形態のサージ防護素子の図12
(a)のJ−J線断面図。11A is a sectional view of the surge protection element according to the seventh embodiment taken along line HH of FIG. 12A. (B) FIG. 12 of the surge protection element of the seventh embodiment
(A) Sectional view on the JJ line.
【図12】(a) 第7の実施の形態のサージ防護素子
の平面図。 (b) 第7の実施の実施の形態のサージ防護素子の底
面図。FIG. 12A is a plan view of a surge protection element according to a seventh embodiment. (B) The bottom view of the surge protective element of a 7th embodiment.
【図13】第7の実施のサージ防護素子を用いたサージ
防護回路図。FIG. 13 is a surge protection circuit diagram using the surge protection element according to the seventh embodiment.
【図14】第7の実施のサージ防護素子のV−I特性
図。FIG. 14 is a VI characteristic diagram of the surge protection element according to the seventh embodiment.
【図15】(a) 第8の実施の形態のサージ防護素子
の図16(a)のK−K線断面図。 (b) 第8の実施の形態のサージ防護素子の図16
(a)のM−M線断面図。FIG. 15A is a sectional view of the surge protection element according to the eighth embodiment taken along line KK of FIG. 16A. (B) FIG. 16 of the surge protection element according to the eighth embodiment
FIG. 3A is a sectional view taken along line MM of FIG.
【図16】(a) 第8の実施の形態のサージ防護素子
の平面図。 (b) 第8の実施の形態のサージ防護素子の底面図。FIG. 16A is a plan view of a surge protection element according to an eighth embodiment. (B) The bottom view of the surge protective element of 8th Embodiment.
【図17】(a) 第9の実施の形態のサージ防護素子
の図12(a)のH−H線に相応する断面図。 (b) 第9の実施の形態のサージ防護素子の図12
(a)のJ−J線に相応する断面図。FIG. 17A is a sectional view of the surge protection element according to the ninth embodiment, taken along line HH of FIG. 12A. (B) FIG. 12 of the surge protection element according to the ninth embodiment
Sectional drawing corresponding to the JJ line of (a).
【図18】(a) 第10の実施の形態のサージ防護素
子の図16(a)のK−K線に相応する断面図。 (b) 第10の実施の形態のサージ防護素子の図16
(a)のM−M線に相応する断面図。FIG. 18 (a) is a sectional view of a surge protection element according to a tenth embodiment, corresponding to line KK in FIG. 16 (a). (B) FIG. 16 of the surge protection element according to the tenth embodiment
Sectional drawing corresponding to the MM line of (a).
【図19】(a) 第11の実施の形態のサージ防護素
子の図12(a)のH−H線に相応する断面図。 (b) 第11の実施の形態のサージ防護素子の図12
(a)のJ−J線に相応する断面図。FIG. 19A is a cross-sectional view of the surge protection element according to the eleventh embodiment, corresponding to the line HH in FIG. (B) FIG. 12 of the surge protection element of the eleventh embodiment
Sectional drawing corresponding to the JJ line of (a).
【図20】(a) 第12の実施の形態のサージ防護素
子の図16(a)のK−K線に相応する断面図。 (b) 第12の実施の形態のサージ防護素子の図16
(a)のM−M線に相応する断面図。FIG. 20 (a) is a sectional view of a surge protection element according to a twelfth embodiment, corresponding to the line KK in FIG. 16 (a). (B) FIG. 16 of the surge protection element of the twelfth embodiment
Sectional drawing corresponding to the MM line of (a).
【図21】(a) 第13の実施の形態のサージ防護素
子の図22(a)のE−E線断面図。 (b) 第13の実施の形態のサージ防護素子の図22
(a)のF−F線断面図。FIG. 21 (a) is a sectional view of the surge protection element according to the thirteenth embodiment taken along line EE of FIG. 22 (a). (B) FIG. 22 of the surge protection element of the thirteenth embodiment
(A) Sectional view on the FF line.
【図22】(a) 第13の実施の形態のサージ防護素
子の平面図。 (b) 第13の実施の形態のサージ防護素子の底面
図。FIG. 22 (a) is a plan view of a surge protection element according to a thirteenth embodiment. (B) The bottom view of the surge protective element of a 13th embodiment.
【図23】(a) 電子回路より離れた側の第13の実
施の形態のサージ防護素子のV−I横方向特性図。 (b) 電子回路より離れた側の第13の実施の形態の
サージ防護素子のV−I縦方向特性図。FIG. 23 (a) is a VI lateral direction characteristic diagram of the surge protection element of the thirteenth embodiment on the side remote from the electronic circuit. (B) VI vertical direction characteristic diagram of the surge protection element of the thirteenth embodiment on the side remote from the electronic circuit.
【図24】(a) 電子回路に近い側の第13の実施の
形態のサージ防護素子のV−I横方向特性図。 (b) 電子回路に近い側の第13の実施の形態のサー
ジ防護素子のV−I縦方向特性図。FIG. 24 (a) is a VI lateral direction characteristic diagram of the surge protection element of the thirteenth embodiment on the side closer to the electronic circuit. (B) VI vertical direction characteristic diagram of the surge protection element of the thirteenth embodiment near the electronic circuit.
【図25】第13の実施の形態のサージ防護素子を用い
たサージ防護回路図。FIG. 25 is a surge protection circuit diagram using the surge protection element according to the thirteenth embodiment.
【図26】第1の実施の形態のサージ防護素子に対する
従来のサージ防護素子の断面図。FIG. 26 is a cross-sectional view of a conventional surge protection element with respect to the surge protection element of the first embodiment.
【図27】図26に示した従来のサージ防護素子を用い
たサージ防護回路図。FIG. 27 is a surge protection circuit diagram using the conventional surge protection element shown in FIG. 26;
【図28】第7の実施の形態のサージ防護素子に対する
従来のサージ防護素子の断面図。FIG. 28 is a sectional view of a conventional surge protection element with respect to the surge protection element of the seventh embodiment.
【図29】図28に示した従来のサージ防護素子を用い
たサージ防護回路図。FIG. 29 is a surge protection circuit diagram using the conventional surge protection element shown in FIG.
【図30】第7の実施の形態のサージ防護素子に対する
従来の別のサージ防護素子を用いたサージ防護回路図。FIG. 30 is a circuit diagram of a surge protection circuit using another conventional surge protection element for the surge protection element of the seventh embodiment.
【図31】第13の実施の形態のサージ防護素子に対す
る従来のサージ防護素子の断面図。FIG. 31 is a sectional view of a conventional surge protection element with respect to the surge protection element of the thirteenth embodiment.
【図32】第13の実施の形態のサージ防護素子に対す
る従来の別のサージ防護素子の断面図。FIG. 32 is a sectional view of another conventional surge protection element with respect to the surge protection element of the thirteenth embodiment.
【図33】図31及び図32に示した従来のサージ防護
素子を用いたサージ防護回路図。FIG. 33 is a surge protection circuit diagram using the conventional surge protection element shown in FIGS. 31 and 32.
10 サージ防護素子 11 第1電極 12 第2電極 13 第3電極 14 第4電極 15 第5電極 16 第6電極 17 トリガー領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surge protection element 11 1st electrode 12 2nd electrode 13 3rd electrode 14 4th electrode 15 5th electrode 16 6th electrode 17 Trigger area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 義男 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshio Murakami 1-297 Kitabukurocho, Omiya City, Saitama Prefecture Mitsubishi Materials Research Institute
Claims (17)
スタからなり、表面に第1及び第2電極(11,12)が設け
られ、裏面に第3電極(13)が設けられたサージ防護素子
において、 前記第1電極(11)と前記第3電極(13)との間の一部がサ
イリスタ構造に形成され、 前記第1電極(11)と前記第3電極(13)との間の他の部分
がpn接合構造に形成され、 前記第2電極(12)と前記第3電極(13)との間の一部がサ
イリスタ接合構造に形成され、 前記第2電極(12)と前記第3電極(13)との間の他の部分
がpn接合構造に形成され、 かつ前記第1電極(11)と前記第2電極(12)の間が双方向
サイリスタ構造に形成されたことを特徴とするサージ防
護素子。1. A surge protection element comprising a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, provided with first and second electrodes (11, 12) on the front surface and a third electrode (13) on the back surface. A part between the first electrode (11) and the third electrode (13) is formed in a thyristor structure, and another part between the first electrode (11) and the third electrode (13) Is formed in a pn junction structure, a part between the second electrode (12) and the third electrode (13) is formed in a thyristor junction structure, and the second electrode (12) and the third electrode ( 13), the other portion between the first electrode (11) and the second electrode (12) is formed in a bidirectional thyristor structure. Protective element.
(n10)と、 前記第1半導体層(n10)の表面にこの表面に露呈しかつ
互いに離間してそれぞれ形成された一対のp型又はn型
の第2及び第3半導体層(p20,p30)と、 前記第2及び第3半導体層(p20,p30)の外面にこの外面
に露呈しかつ前記第2及び第3半導体層(p20,p30)に内
包されるようにそれぞれ形成されたn型又はp型の第4
半導体層(n40,n40)と、 前記第1半導体層(n10)の裏面にこの裏面に露呈してか
つ前記第4半導体層(n40,n40)に対向してそれぞれ形成
された第5半導体層(p50,p50)と、 前記第1半導体層(n10)の裏面にこの裏面に露呈してか
つ前記第2及び第3半導体層(p20,p30)に対向してそれ
ぞれ形成された第6半導体層(n60,n60)と、 前記第2半導体層(p20)とこれに内包された前記第4半
導体層(n40)とをそれぞれの外面において短絡して形成
された第1電極(11)と、 前記第3半導体層(p30)とこれに内包された前記第4半
導体層(n40)とをそれぞれの外面において短絡して形成
された第2電極(12)と、 前記第5半導体層(p50,p50)と前記第1半導体層(n10)と
を互いにそれぞれの外面において短絡して形成された第
3電極(13)とを備えた請求項1記載のサージ防護素子。2. An n-type or p-type first semiconductor layer as a substrate
(n 10 ) and a pair of p-type or n-type second and third semiconductor layers (p 20 ) exposed on the surface of the first semiconductor layer (n 10 ) and formed separately from each other. , so that a p 30), are contained in the second and third semiconductor layers (p 20, p 30) outer surface exposed to the outer surface and the second and third semiconductor layers (p 20, p 30) N-type or p-type fourth
A semiconductor layer (n 40 , n 40 ) and a back surface of the first semiconductor layer (n 10 ) are formed on the back surface of the first semiconductor layer (n 10 ) so as to be exposed on the back surface and face the fourth semiconductor layer (n 40 , n 40 ) A fifth semiconductor layer (p 50 , p 50 ), and a back surface of the first semiconductor layer (n 10 ), which is exposed on the back surface and faces the second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 ). The sixth semiconductor layer (n 60 , n 60 ) formed in this way, the second semiconductor layer (p 20 ) and the fourth semiconductor layer (n 40 ) included therein are short-circuited on the respective outer surfaces. A second electrode formed by short-circuiting the first electrode (11) formed by the above, the third semiconductor layer (p 30 ), and the fourth semiconductor layer (n 40 ) included in the first semiconductor layer (p 30 ) on the respective outer surfaces. An electrode (12); and a third electrode (13) formed by short-circuiting the fifth semiconductor layer (p 50 , p 50 ) and the first semiconductor layer (n 10 ) on their respective outer surfaces. Surge protection according to claim 1 Child.
(n10)と、 前記第1半導体層(n10)の表面にこの表面に露呈しかつ
互いに離間してそれぞれ形成された一対のp型又はn型
の第2及び第3半導体層(p21 +,p31 +)と、 前記第2半導体層(p21 +)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記第2半導体層(p21 +)に内包されるようにそれぞれ形
成されたn型又はp型の第4半導体層(n41 +)及びp型又
はn型の半導体層(p22 ++)と、 前記第3半導体層(p31 +)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記第3半導体層(p31 +)に内包されるようにそれぞれ形
成されたn型又はp型の第4半導体層(n42 +)及びp型又
はn型の半導体層(p32 ++)と、 前記第1半導体層(n10)の裏面にこの裏面に露呈しかつ
互いに離間してそれぞれ形成された一対のp型又はn型
の第5半導体層(p51 +,p51 +)と一対のn型又はp型の第
6半導体層(n61 +,n61 +)と、 前記一対の第5半導体層(p51 +,p51 +)の各外面にこの表
面に露呈しかつ第5半導体層(p51 +,p51 +)に内包される
ようにそれぞれ形成されたp型又はn型の半導体層(p52
++,p52 ++)と、 前記第2半導体層(p21 +)とこれに内包された前記第4半
導体層(n41 +)及び半導体層(p22 ++)とをそれぞれの外面
において短絡して形成された第1電極(11)と、 前記第3半導体層(p31 +)とこれに内包された前記第4半
導体層(n42 +)及び半導体層(p32 ++)とをそれぞれの外面
において短絡して形成された第2電極(12)と、 前記一対の第5半導体層(p51 +,p51 +)とこれらに内包さ
れた前記半導体層(p52 ++,p52 ++)と一対の第6半導体層
(n61 +,n61 +)とを互いにそれぞれの外面において短絡し
て形成された第3電極(13)とを備えた請求項1記載のサ
ージ防護素子。3. An n-type or p-type first semiconductor layer as a substrate
(n 10 ) and a pair of p-type or n-type second and third semiconductor layers (p 21 ) exposed on the surface of the first semiconductor layer (n 10 ) and formed separately from each other. +, p 31 +), said second semiconductor layer (p 21 +) outer surface n-type so formed respectively as contained in the exposed on an outer surface and said second semiconductor layer (p 21 +) or a p-type fourth semiconductor layer (n 41 + ) and a p-type or n-type semiconductor layer (p 22 ++ ); and an outer surface of the third semiconductor layer (p 31 + ). third semiconductor layer (p 31 +) the n-type in each formed as encapsulated or p-type fourth semiconductor layer (n 42 +) and p-type or n-type semiconductor layer and the (p 32 ++), said first semiconductor layer backside to a pair of p-type or n-type fifth semiconductor layer of the backside exposed to and formed respectively spaced apart from each other (p 51 +, p 51 + ) and a pair of (n 10) An n-type or p-type sixth semiconductor layer (n 61 + , n 6 1 + ), on each of the outer surfaces of the pair of fifth semiconductor layers (p 51 + , p 51 + ) so as to be exposed on this surface and included in the fifth semiconductor layers (p 51 + , p 51 + ). The p-type or n-type semiconductor layer (p 52
++, and p 52 ++), said second semiconductor layer (p 21 +) and the fourth semiconductor layer which is included in this (n 41 +) and a semiconductor layer (p 22 + +) and the respective outer surfaces , A first electrode (11) formed by short-circuiting, the third semiconductor layer (p 31 + ), the fourth semiconductor layer (n 42 + ) and the semiconductor layer (p 32 ++ ) included therein. A second electrode (12) formed by short-circuiting the respective outer surfaces, the pair of fifth semiconductor layers (p 51 + , p 51 + ), and the semiconductor layer (p 52 ++ included therein). , p 52 ++ ) and a pair of sixth semiconductor layers
The surge protection device according to claim 1, further comprising a third electrode (13) formed by short-circuiting (n 61 + , n 61 + ) with each other on respective outer surfaces.
体層(p30又はp31 +)との間の距離(w1)が第5半導体層(p
50又はp51 +)とこの第5半導体層(p50又はp51 +)に対向す
る前記第2半導体層(p20又はp21 +)との間の距離(w2)、
及び第5半導体層(p50又はp51 +)とこの第5半導体層(p
50又はp51 +)に対向する前記第3半導体層(p30又はp31 +)
との間の距離(w3)よりもそれぞれ小さいか、或いは等し
い請求項2又は3記載のサージ防護素子。4. The distance (w 1 ) between the second semiconductor layer (p 20 or p 21 + ) and the third semiconductor layer (p 30 or p 31 + ) is equal to the fifth semiconductor layer (p
50 or p 51 + ) and a distance (w 2 ) between the fifth semiconductor layer (p 50 or p 51 + ) and the second semiconductor layer (p 20 or p 21 + ) facing the fifth semiconductor layer (p 50 or p 51 + ).
And the fifth semiconductor layer (p 50 or p 51 + ) and the fifth semiconductor layer (p
The opposed to 50 or p 51 +) the third semiconductor layer (p 30 or p 31 +)
The surge protection element according to claim 2 or 3, wherein the distance (w 3 ) is smaller than or equal to, respectively.
電圧に対してパンチスルー動作するように構成された請
求項1ないし4いずれか記載のサージ防護素子。5. The surge protection device according to claim 1, wherein a punch-through operation is performed between the first electrode and the second electrode against an overvoltage.
導体層(n10 -)と同一伝導型であってかつ前記第1半導体
層(n10 -)より不純物濃度の高い第7半導体層(n70)が形
成された請求項2ないし4いずれか記載のサージ防護素
子。6. The first semiconductor layer (n 10 − ) has the same conductivity type as the first semiconductor layer (n 10 − ) and a higher impurity concentration than the first semiconductor layer (n 10 − ) on the surface of the first semiconductor layer (n 10 − ). The surge protection device according to any one of claims 2 to 4, wherein a seventh semiconductor layer ( n70 ) is formed.
体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)より厚くかつ前記第2及び
第3半導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)を内包するように
形成された請求項6記載のサージ防護素子。7. The seventh semiconductor layer (n 70 ) is thicker than the second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + ) and the second and third semiconductor layers (p 20). , p 30 or p 21 +, p 31 +) surge protection device according to claim 6, wherein formed so as to include a.
体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)より薄く前記第2及び第3
半導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)を包囲しかつ前記第2
及び第3半導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)を第1半導体
層(n10 -)に接するように形成された請求項6記載のサー
ジ防護素子。8. The second and third semiconductor layers (n 70 ) are thinner than the second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + ).
Surrounding the semiconductor layer (p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + ) and
And the third semiconductor layer (p 20, p 30 or p 21 +, p 31 +) of the first semiconductor layer (n 10 -) surge protection device according to claim 6, wherein formed in contact with.
スタからなり、表面に第1及び第2電極(11,12)が設け
られ、裏面に第3電極(13)が設けられたサージ防護素子
において、 前記第1電極(11)と前記第3電極(13)との間、前記第2
電極(12)と前記第3電極(13)との間、及び前記第1電極
(11)と前記第2電極(12)の間がそれぞれ双方向サイリス
タ構造であることを特徴とする双方向型サージ防護素
子。9. A surge protection element comprising a plurality of pnpn-type or npnp-type thyristors, in which first and second electrodes (11, 12) are provided on the front surface and a third electrode (13) is provided on the back surface. Between the first electrode (11) and the third electrode (13),
Between the electrode (12) and the third electrode (13) and the first electrode
A bidirectional thyristor structure between (11) and the second electrode (12).
層(n10)と、 前記第1半導体層(n10)の表面にこの表面に露呈しかつ
互いに離間してそれぞれ形成された一対のp型又はn型
の第2及び第3半導体層(p20,p30)と、 前記一対の第2及び第3半導体層(p20,p30)の各外面に
この外面に露呈しかつ第2及び第3半導体層(p20,p30)
に内包されるようにそれぞれ形成されたn型又はp型の
第4半導体層(n40,n40)と、 前記第1半導体層(n10)の裏面にこの裏面に露呈してか
つ前記第2及び第3半導体層(p20,p30)に対向して形成
された単一のp型又はn型の第5半導体層(p50)と、 前記第5半導体層(p50)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記第4半導体層(n40,n40)に対向しないようにそれぞ
れ形成された一対のn型又はp型の第6半導体層(n60,n
60)と、 前記第2半導体層(p20)とこれに内包された前記第4半
導体層(n40)とをそれぞれの外面において短絡して形成
された第1電極(11)と、 前記第3半導体層(p30)とこれに内包された前記第4半
導体層(n40)とをそれぞれの外面において短絡して形成
された第2電極(12)と、 前記第5半導体層(p50)と前記一対の第6半導体層(n60,
n60)とを互いにそれぞれの外面において短絡して形成さ
れた第3電極(13)とを備えた請求項9記載の双方向型サ
ージ防護素子。10. An n-type or p-type first semiconductor layer (n 10 ) serving as a substrate, and formed on the surface of said first semiconductor layer (n 10 ) so as to be exposed on said surface and spaced apart from each other. The pair of p-type or n-type second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 ) and the outer surfaces of the pair of second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 ) are exposed to the outer surfaces. And the second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 )
An n-type or p-type fourth semiconductor layer (n 40 , n 40 ) respectively formed so as to be included in the first semiconductor layer (n 10 ); A single p-type or n-type fifth semiconductor layer (p 50 ) formed opposite to the second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 ), and an outer surface of the fifth semiconductor layer (p 50 ) A pair of n-type or p-type sixth semiconductor layers (n 60 , n 40 ) formed so as to be exposed on the outer surface and not to face the fourth semiconductor layers (n 40 , n 40 ).
60 ), a first electrode (11) formed by short-circuiting the second semiconductor layer (p 20 ) and the fourth semiconductor layer (n 40 ) contained therein on the respective outer surfaces, A second electrode (12) formed by short-circuiting the third semiconductor layer (p 30 ) and the fourth semiconductor layer (n 40 ) included in the third semiconductor layer (p 30 ) on the respective outer surfaces, and the fifth semiconductor layer (p 50 ) And the pair of sixth semiconductor layers (n 60 ,
10. A bidirectional surge protection device according to claim 9, further comprising a third electrode (13) formed by short-circuiting n 60 ) with each other on respective outer surfaces.
層(n10)と、 前記第1半導体層(n10)の表面にこの表面に露呈しかつ
互いに離間してそれぞれ形成された一対のp型又はn型
の第2及び第3半導体層(p21 +,p31 +)と、 前記第2半導体層(p21 +)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記第2半導体層(p21 +)に内包されるようにそれぞれ形
成されたn型又はp型の第4半導体層(n41 +)及びp型又
はn型の半導体層(p22 ++)と、 前記第3半導体層(p31 +)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記第3半導体層(p31 +)に内包されるようにそれぞれ形
成されたn型又はp型の第4半導体層(n42 +)及びp型又
はn型の半導体層(p32 ++)と、 前記第1半導体層(n10)の裏面にこの裏面に露呈してか
つ前記第2及び第3半導体層(p21 +,p31 +)に対向して形
成された単一のp型又はn型の第5半導体層(p51 +)と、 前記第5半導体層(p51 +)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記第4半導体層(n41 +,n42 +)に対向してそれぞれ形成
された一対のp型又はn型の半導体層(p52 ++,p5 2 ++)
と、 前記第5半導体層(p51 +)の外面にこの外面に露呈しかつ
前記半導体層(p22 ++,p32 ++)に対向してそれぞれ形成さ
れた一対のn型又はp型の第6半導体層(n61 +,n61 +)
と、 前記第2半導体層(p21 +)とこれに内包された前記第4半
導体層(n41 +)及び半導体層(p22 ++)とをそれぞれの外面
において短絡して形成された第1電極(11)と、 前記第3半導体層(p31 +)とこれに内包された前記第4半
導体層(n42 +)及び半導体層(p32 ++)とをそれぞれの外面
において短絡して形成された第2電極(12)と、 前記第5半導体層(p51 +)とこれに内包された前記半導体
層(p52 ++,n61 +)とを互いにそれぞれの外面において短絡
して形成された第3電極(13)とを備えた請求項9記載の
双方向型サージ防護素子。11. An n-type or p-type first semiconductor layer (n 10 ) as a substrate, and formed on the surface of the first semiconductor layer (n 10 ) so as to be exposed on the surface and separated from each other. A pair of p-type or n-type second and third semiconductor layers (p 21 + , p 31 + ), and an outer surface of the second semiconductor layer (p 21 + ) exposed to the outer surface and the second semiconductor layer an n-type or p-type fourth semiconductor layer (n 41 + ) and a p-type or n-type semiconductor layer (p 22 ++ ) respectively formed to be included in (p 21 + ); the semiconductor layer (p 31 +) outer surface exposed to the outer surface of and the third semiconductor layer n-type are respectively formed so as to be enclosed by the (p 31 +) or p-type fourth semiconductor layer (n 42 + ) And a p-type or n-type semiconductor layer (p 32 ++ ), and exposed on the back surface of the first semiconductor layer (n 10 ) and the second and third semiconductor layers (p 21 + , single p which is formed opposite to p 31 +) Counter or n-type fifth semiconductor layer between the (p 51 +), the fifth semiconductor layer on the outer surface of the (p 51 +) exposed to the outer surface and the fourth semiconductor layer (n 41 +, n 42 + ) to a pair of p-type or n-type semiconductor layer formed respectively by (p 52 ++, p 5 2 ++)
A pair of n-type or p-type exposed on the outer surface of the fifth semiconductor layer (p 51 + ) and formed opposite to the semiconductor layer (p 22 ++ , p 32 ++ ). Sixth semiconductor layer (n 61 + , n 61 + )
A second semiconductor layer (p 21 + ) and a fourth semiconductor layer (n 41 + ) and a semiconductor layer (p 22 ++ ) included therein are short-circuited on their respective outer surfaces. One electrode (11), the third semiconductor layer (p 31 + ) and the fourth semiconductor layer (n 42 + ) and the semiconductor layer (p 32 ++ ) included therein are short-circuited on their outer surfaces. The second electrode (12) formed in this way, the fifth semiconductor layer (p 51 + ) and the semiconductor layer (p 52 ++ , n 61 + ) included therein are short-circuited on their respective outer surfaces. 10. The bidirectional surge protection device according to claim 9, further comprising a third electrode formed.
導体層(p30又はp31 +)との間の距離(w1)が第5半導体層
(p50又はp51 +)とこの第5半導体層(p50又はp51 +)に対向
する前記第2半導体層(p20,又はp21 +)との間の距離(w2)
及び第5半導体層(p50又はp51 +)とこの第5半導体層(p
50又はp51 +)に対向する前記第3半導体層(p30又はp31 +)
との間の距離(w3)よりもそれぞれ小さいか、或いは等し
い請求項10又は11記載の双方向型サージ防護素子。12. The distance (w 1 ) between the second semiconductor layer (p 20 or p 21 + ) and the third semiconductor layer (p 30 or p 31 + ) is the fifth semiconductor layer.
(p 50 or p 51 +) fifth semiconductor layer of Toko (p 50 or p 51 +) in opposite the second semiconductor layer (p 20, or p 21 +) the distance between the (w 2)
And the fifth semiconductor layer (p 50 or p 51 + ) and the fifth semiconductor layer (p
The opposed to 50 or p 51 +) the third semiconductor layer (p 30 or p 31 +)
12. The bidirectional surge protection device according to claim 10, wherein the distance (w 3 ) between them is smaller than or equal to each other.
過電圧に対してパンチスルー動作するように構成された
請求項9ないし12いずれか記載のサージ防護素子。13. The surge protection device according to claim 9, wherein a punch-through operation is performed between the first electrode (11) and the second electrode (12) against an overvoltage.
前記第1半導体層(n10 -)と同一伝導型であってかつ前記
第1半導体層(n10 -)より不純物濃度の高い第7半導体層
(n70)及び第8半導体層(n80)がそれぞれ形成された請求
項10ないし12いずれか記載の双方向型サージ防護素
子。14. The first semiconductor layer (n 10 − ) has the same conductivity type as the first semiconductor layer (n 10 − ) on the front and back surfaces thereof, and has an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer (n 10 − ). High seventh semiconductor layer
13. The bidirectional surge protection device according to claim 10, wherein (n 70 ) and the eighth semiconductor layer (n 80 ) are formed respectively.
導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)より厚くかつ前記第2及
び第3半導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)を内包するよう
に形成され、 第8半導体層(n80)が第5半導体層(p50)又は(p51 +)より
厚くかつ前記第5半導体層(p50)又は(p51 +)を内包する
ように形成された請求項14記載の双方向型サージ防護
素子。15. The seventh semiconductor layer (n 70 ) is thicker than the second and third semiconductor layers (p 20 , p 30 or p 21 + , p 31 + ) and the second and third semiconductor layers (p 20). , p 30 or p 21 +, are formed so as to include the p 31 +), the eighth semiconductor layer (n 80) is the fifth semiconductor layer (p 50) or (p 51 +) than thick and said fifth semiconductor layer (p 50) or (p 51 +) bidirectional surge protection device formed according to claim 14, wherein so as to include a.
導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)より薄く前記第2及び第
3半導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)を包囲しかつ前記第
2及び第3半導体層(p20,p30又はp21 +,p31 +)を第1半導
体層(n10 -)に接するように形成され、 第8半導体層(n80)が第5半導体層(p50)又は(p51 +)より
薄く前記第5半導体層(p50)又は(p51 +)を包囲しかつ前
記第5半導体層(p50)又は(p51 +)を第1半導体層(n10 -)
に接するように形成された請求項14記載の双方向型サ
ージ防護素子。16. The seventh semiconductor layer (n 70) are second and third semiconductor layers (p 20, p 30 or p 21 +, p 31 +) thinner the second and third semiconductor layers (p 20, contact with) - p 30 or p 21 +, p 31 +) surrounds and the second and third semiconductor layers (p 20, p 30 or p 21 +, p 31 +) of the first semiconductor layer (n 10 is formed as eighth semiconductor layer (n 80) is the fifth semiconductor layer (p 50) or (p 51 +) thinner the fifth semiconductor layer (p 50) or (p 51 +) surrounds and the The fifth semiconductor layer (p 50 ) or (p 51 + ) is replaced with the first semiconductor layer (n 10 − )
15. The bidirectional surge protection device according to claim 14, wherein the device is formed so as to be in contact with.
リスタからなり、表面に第1、第2、第3及び第4電極
(11,12,13,14)が設けられ、裏面に前記第1及び第2電
極に対向して第5電極(15)が、また前記第3及び第4電
極に対向して第6電極(16)が設けられたサージ防護素子
であって、 前記第1電極(11)と前記第5電極(15)との間及び前記第
2電極(12)と前記第5電極(15)との間がそれぞれサイリ
スタ接合構造に形成され、 前記第3電極(13)と前記第6電極(16)との間の一部及び
前記第4電極(14)と前記第6電極(16)との間の一部がそ
れぞれpn接合構造に形成され、 前記第3電極(13)と前記第6電極(16)との間の他の部分
及び前記第4電極(14)と前記第6電極(16)との間の他の
部分がそれぞれサイリスタ接合構造に形成され、 前記第3電極(13)と前記第4電極(14)との間の順方向耐
圧を決める接合部の一部に他の部分に比して耐圧の低い
トリガー領域(17)が設けられたことを特徴とするサージ
防護素子。17. A pnpn-type or npnp-type thyristor having first, second, third and fourth electrodes on a surface thereof.
(11,12,13,14), a fifth electrode (15) on the back surface facing the first and second electrodes, and a sixth electrode (15) facing the third and fourth electrodes. 16) provided with a surge protection element, wherein between the first electrode (11) and the fifth electrode (15) and between the second electrode (12) and the fifth electrode (15). Are respectively formed in a thyristor junction structure, and a portion between the third electrode (13) and the sixth electrode (16) and a portion between the fourth electrode (14) and the sixth electrode (16). Part of each is formed in a pn junction structure, and another part between the third electrode (13) and the sixth electrode (16) and the fourth electrode (14) and the sixth electrode (16) The other portion between the third electrode (13) and the fourth electrode (14) is formed into a thyristor junction structure, and a portion of the junction that determines a forward breakdown voltage between the third electrode (13) and the fourth electrode (14) is compared with the other portion. That the trigger region (17) with low withstand voltage was provided. Features a surge protection element.
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