[發明專利]一種大功率晶閘管

有效

• 申請號: 201110345537.8
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN103094333A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 王勇;張海鵬
• 申請（專利權）人: 杭州漢安半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L29/423
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及功率開關器件，尤其涉及一種大功率晶閘管。

背景技術

晶閘管中設有硅片，硅片為圓形。在硅片上設有單元胞結構的門極即在硅片上只設有一個中心門極和圍繞該中心門極的放大門極。放大門極多采用蘑菇狀多指結構或者漸開線多指結構，以此來覆蓋在硅片上。但是，隨著硅片直徑不斷隨著功率增大而增大，放大門極長度不可避免地增大，其寄生分布電阻和電容隨之迅速增加。由于上述原因，單元胞結構門極的尺寸增大，受到中心門極和放大門極的寄生電阻、電容增大的影響，使得晶閘管開啟過程充電時間常數增加，引起開啟時間延長，開啟速度變慢，開啟過程的di/dt耐量降低，開啟均勻性變差；同時，導致通態電流密度分布均勻性變差，有效通態平均電流密度降低，通態壓降和通態功耗增大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種滿足大功率工作需要的門極結構設計合理且寄生電阻、電容小的大功率晶閘管。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：該大功率晶閘管包括硅片，所述硅片上設有單元胞門極，所述單元胞門極包括中心門極和放大門極，所述中心門極位于放大門極正中心位置，所述硅片上至少設有七個單元胞門極，任意三個相鄰的單元胞門極都呈正三角形分布在硅片上。

作為本發明的優選，所述單元胞門極的放大門極包括三個呈箭頭狀分指，所述分指間隔一百二十度圍繞中心門極分布且三個分指之間相連。

本發明采用上述技術方案：在大功率晶閘管的硅片上設置多個小尺寸的單元胞門極，使得該大功率的硅片表面形成多單元胞結構門極，通過在硅片表面建立多個寄生電阻、電容小的工作區域，實現大尺寸晶閘管保持與小尺寸晶閘管同樣的工作性能，達到開啟速度快、電流密度分布均勻，通態平均電流密度高、通態壓降低、通態功耗小的優點。因此，利用該技術可以在尺寸更大的大功率晶閘管上實現性能優良的開關作業操作。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。

圖1為本發明大功率晶閘管第一種實施例的硅片結構示意圖；

圖2為本發明大功率晶閘管第二種實施例的硅片結構示意圖；

圖3為為本發明大功率晶閘管第三種實施例的硅片結構示意圖。

具體實施方式

本發明第一種實施例的大功率晶閘管上設有硅片，該硅片上設有七個結構相同的單元胞門極。如圖1所示，每個單元胞門極都由一個中心門極1和一個放大門極2組成。放大門極2包括三個呈箭頭狀分指，每個分指都設有一個一百二十度彎折的折邊部3，在該折邊部3的中間即兩邊交界處向中心門極1所在方向設有連接部4。分指圍繞中心門極1呈間隔一百二度環形分布，三個分指的連接部4在中心門極1周圍交織相連，進而分指的連接部4處于以中心門極1為圓心的半徑方向上，臨近的分指的折邊部3之間分離。

由于放大門極2的分指環形分布后形成一個正六邊形結構，因此使得每個單元胞門極都呈正六邊形。七個單元胞門極中任意相鄰的三個單元胞門極都呈正三角形分布在硅片上，所以這個七個單元胞門極有六個呈正六邊形分布，還有一個位于這個六個單元胞門極的正中間位置。七個單元胞門呈蜂窩狀極有效地分布在硅片上，同時，靠近硅片邊緣且相鄰的單元胞門極的放大門極2的分指之間形成的一百二十度夾角，由此硅片面積得到充分利用。

該大功率晶閘管的硅片上的多單元胞門極結構，通過縮小工作區域，保留了小尺寸的單元胞門極結構的寄生電阻、電容小的優點，同時通過多個單元胞門極技術滿足大功率工作的要求，從而解決了現有技術中單元胞門極尺寸與寄生電阻、電容之間的矛盾。多單元胞門極結使放大門極2的分指的有效長度減少，相應的寄生電阻、電容減少。這樣，大功率晶閘管開啟過程充電時間常數減小，縮短了開啟時間，從而提高了開啟速度；還提高了開啟過程的di/dt耐量，改善開啟均勻性；另一方面改善通態電流密度分布均勻性，提高有效通態平均電流密度，降低通態壓降和通態功耗。

本發明第二種實施例，該實施例與第一種實施例的不同之處在于，硅片上的多元胞門極由十九個單元胞門極組成，如圖2所示，與第一種實施例中的單元胞門極一樣，任意三個相鄰的單元胞門極呈正三角形分布，整體呈蜂窩狀。

本發明第三種實施例，該實施例與第一種實施例的不同之處在于，硅片上的多元胞門極由四十三個單元胞門極組成，如3所示，與第一種實施例中的單元胞門極一樣，任意三個相鄰的單元胞門極呈正三角形分布，整體呈蜂窩狀。