サイリスタ

サイリスタ は、4つ（またはそれ以上）の交互のN-P-N-P層を有するバイポーラ導電性半導体デバイスの大まかな分類です。サイリスタには、シリコン制御整流子（SCR）、トライアック、ゲートターンオフスイッチ（GTO）、シリコン制御スイッチ（SCS）、ACダイオード（DIAC）、ユニジャンクショントランジスタ（UJT）、プログラマブルユニジャンクショントランジスタ（PUT）が含まれます。このセクションでは、SCRのみを調べます。 GTOについては言及されていますが。

ショックリーは1950年に4層ダイオードサイリスタを提案しました。それは数年後のゼネラルエレクトリックで実現されました。 SCRは、ワットからメガワットに及ぶ電力レベルを処理するために利用できるようになりました。小信号トランジスタのようにパッケージ化された最小のデバイスは、100VAC近くで数百ミリアンペアを切り替えます。パッケージ化された最大のデバイスは直径172mmで、10,000VACで5600アンペアを切り替えます。最高出力のSCRは、直径数インチ（数百mm）の半導体ウェーハ全体で構成されている場合があります。

シリコン制御整流子（SCR）

シリコン制御整流子（SCR）：（ a）ドーピングプロファイル、（b）BJT等価回路。

シリコン制御整流子は、上の図（a）のようにゲート接続された4層ダイオードです。オンにすると、1つの極性の電流に対してダイオードのように導通します。オンにトリガーされていない場合、それは非導電性です。動作は、上の図（b）で同等の複合接続トランジスタの観点から説明されています。正のトリガー信号がゲート端子とカソード端子の間に印加されます。これにより、NPN等価トランジスタが導通します。導通しているNPNトランジスタのコレクタが低くなり、PNPベースがコレクタ電圧に向かって移動します。これにより、PNPが導通します。導電性PNPのコレクターが高く引っ張られ、NPNベースがコレクターの方向に移動します。この正のフィードバック（再生）は、NPNのすでに実施されている状態を強化します。さらに、NPNは、ゲート信号がない場合でも導通します。 SCRが導通すると、正のアノード電圧が存在する限り継続します。示されているDCバッテリーの場合、これは永遠です。ただし、SCRは、ほとんどの場合、交流または脈動DC電源で使用されます。アノードでの正弦波の正の半分が期限切れになると、導通が停止します。さらに、ほとんどの実用的なSCR回路は、ACサイクルがゼロになってカットオフまたは転流することに依存しています。 SCR。

下の図（a）は、SCRのドーピングプロファイルを示しています。 NPNトランジスタの同等のエミッタに対応するカソードは、N +が示すように高濃度にドープされていることに注意してください。アノードも高濃度にドープされています（P +）。これは、PNPトランジスタの等価エミッタです。同等のトランジスタのベース領域とコレクタ領域に対応する2つの中間層、つまりN-とPは、それほど高濃度にドープされていません。高出力SCRのこのプロファイルは、かなりの直径の半導体ウェーハ全体に広がる可能性があります。

サイリスタ：（a）断面、（b）シリコン制御整流子（SCR）記号、（c）ゲートターンオフサイリスタ（GTO）記号。

SCRとGTOの回路図記号は、上の図（b＆c）に示されています。基本的なダイオードの記号は、カソードからアノードへの伝導がダイオードのように一方向であることを示しています。ゲートリードの追加は、ダイオード導通の制御を示します。ゲートターンオフスイッチ（GTO）には、ゲートリードの周りに双方向の矢印があり、正のパルスによって開始されるだけでなく、負のパルスによって伝導を無効にできることを示しています。

ユビキタスシリコンベースのSCRに加えて、実験的な炭化ケイ素デバイスが製造されています。炭化ケイ素（SiC）は高温で動作し、ダイヤモンドに次ぐどの金属よりも熱伝導性が高くなります。これにより、物理的に小型または高電力対応のデバイスが可能になります。

レビュー：

• SCRは、サイリスタ4層ダイオードファミリの中で最も普及しているメンバーです。
• SCRのゲートに正のパルスが印加されると、SCRが導通状態になります。ゲートパルスを取り除いても導通します。導通は、アノードからカソードへの電圧がゼロに低下したときにのみ停止します。
• SCRは、導通が続くため、AC電源（または脈動DC）で最もよく使用されます。
• ゲートターンオフスイッチ（GTO）は、ゲートに負のパルスを印加することでオフにできます。
• SCRのスイッチメガワットの電力、最大5600Aおよび10,000V。

関連するワークシート：

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