サイリスタ：種類、動作、シリコン制御整流器（SCR）の威力

サイリスタは、N-P-N-Pの交互層で構成されるバイポーラ伝導型半導体デバイスのファミリーです。ファミリーには、シリコン制御整流器（SCR）、TRIAC、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。本稿ではSCRに焦点を当て、GTOにも簡潔に触れます。

1950年、ショックリーが4層ダイオードサイリスタを提案。ゼネラル・エレクトリックが設計を実現し、SCRは数ワットから数メガワットまでの電力レベルを扱うよう進化しました。最小ユニット（小信号トランジスタ類似パッケージ）は数百ミリアンペア、約100 VACをスイッチング。最大の商用デバイスは直径172 mmで、5,600 A、10,000 Vを処理可能。ハイパワーSCRは数インチ径のウェハー上に製作されます。

シリコン制御整流器（SCR）

SCRはゲート端子を備えた4層ダイオードです。正のゲートパルス印加時、内部のNPN-PNPトランジスタ対が発火して伝導状態になります。2つのトランジスタ間の正帰還により、ゲートパルス除去後もオン状態が維持されます。アノードが正バイアスされている限り伝導し続けます。DCでは伝導は永続的；ACや脈流DCではアノード電圧がゼロになると停止——これが換流点です。

ドーピング構造は下図に示す通り：カソード（N⁺）とアノード（P⁺）は高濃度ドープ、中間のN⁻層とP層は低濃度ドープでトランジスタベースを形成。ハイパワーSCRではこの構造がウェハー全体に広がることもあります。

SCRとGTOの記号を図示：基本ダイオード記号は単方向伝導を示し、ゲートリードが制御機能を表す。GTO記号は双方向矢印を持ち、負のゲートパルスでターンオフ可能であることを示す。

Si以外では、炭化ケイ素（SiC）SCRが開発中です。SiCはダイヤモンドに次ぐ優れた熱伝導率を持ち、より小型化または高温でのより高い電力処理を可能にします。

重要なポイント

SCRは最も一般的な4層サイリスタです。
正のゲートパルスが発火させ、アノード電圧がゼロになるまで伝導が持続します。
SCRは連続伝導が必要なACや脈流DC用途に優れます。
GTOは負のゲートパルスでターンオフ可能です。
SCRは最大5.6 kA、10 kV、メガワット級電力を処理可能。

サイリスタ：種類、動作、シリコン制御整流器（SCR）の威力

シリコン制御整流器（SCR）

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