[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有波浪緩沖區(qū)的GCT芯片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811615523.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109686784A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉佳鵬;曾嶸;周文鵬;趙彪;余占清;陳政宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/06;H01L29/08;H01L29/747
• 代理公司: 北京知聯(lián)天下知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍;張迎新

本發(fā)明涉及一種具有波浪緩沖區(qū)的GCT芯片，包括引出陽(yáng)極的p+發(fā)射極、與p+發(fā)射極貼合的n+緩沖層、與n+緩沖層相貼合的n基區(qū)、與n基區(qū)相貼合的p基區(qū)和與p基區(qū)相連接的n+發(fā)射極，所述p+發(fā)射極與所述n+緩沖層的連接處形成J1結(jié)，所述n基區(qū)與n+緩沖層的交界處設(shè)置有波浪形結(jié)構(gòu)，通過(guò)在GCT芯片的陽(yáng)極側(cè)引入波浪形緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)，使動(dòng)態(tài)雪崩發(fā)生時(shí)，有效降低了陽(yáng)極端的發(fā)射效率同時(shí)避免陰極電子重新發(fā)射，提高器件同等陰陽(yáng)極電壓條件下的關(guān)斷電流能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種具有波浪緩沖區(qū)的GCT芯片。

背景技術(shù)

IGCT器件即集成門(mén)極換流晶閘管，是在原有GTO器件門(mén)極可斷晶閘管的基礎(chǔ)上，通過(guò)引進(jìn)透明陽(yáng)極、陽(yáng)極緩沖區(qū)等結(jié)構(gòu)，配合具有低感換流回路的門(mén)極驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)斷增益為1的類(lèi)晶閘管器件。IGCT器件的GCT芯片典型結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括陽(yáng)極、p+發(fā)射極、n+緩沖層、n基區(qū)、p基區(qū)、p+區(qū)域、n+發(fā)射極和陽(yáng)極。以感性負(fù)載為例，其關(guān)斷過(guò)程可以簡(jiǎn)單分為三個(gè)階段：在第一階段，通過(guò)控制門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路中的MOSFET，利用電容在J3結(jié)處施加20V反向電壓，使J3結(jié)耗盡，進(jìn)而保證陰極電流完全轉(zhuǎn)移至門(mén)極處；在第二階段，由于陰極不流過(guò)電流，n+發(fā)射極不再進(jìn)行電子發(fā)射，在陽(yáng)極電流的作用下，在J2結(jié)處形成耗盡層，GCT芯片的陰陽(yáng)極電壓不斷升高；在第三階段，陰陽(yáng)極電壓達(dá)到母線電壓，此時(shí)電流在電感的作用下緩慢下降，在電流下降到一定程度后進(jìn)入拖尾過(guò)程，此時(shí)J2結(jié)處的空間電荷區(qū)不再拓展，電流依靠芯片體內(nèi)載流子的復(fù)合過(guò)程自然衰減。

IGCT器件在關(guān)斷過(guò)程中，GCT芯片由于受到換流回路電感不均勻等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)局部電流分配不均勻的情況，在基區(qū)展寬效應(yīng)即kirk效應(yīng)的作用下會(huì)在J2結(jié)耗盡層即圖1中的n基區(qū)—n+緩沖區(qū)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)雪崩，當(dāng)動(dòng)態(tài)雪崩產(chǎn)生的電流細(xì)絲穩(wěn)定在芯片工藝的薄弱點(diǎn)時(shí)會(huì)造成局部陰極單元的重觸發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致該局部區(qū)域的熱擊穿。由于J2結(jié)耗盡層中出現(xiàn)動(dòng)態(tài)雪崩時(shí)會(huì)受到負(fù)反饋效應(yīng)的影響，而具有自穩(wěn)定特性，但是n基區(qū)—n+緩沖區(qū)內(nèi)發(fā)生的動(dòng)態(tài)雪崩則會(huì)由于正反饋的作用不斷加強(qiáng)，進(jìn)而造成IGCT器件損壞。因此急需解決如何避免GCT芯片在動(dòng)態(tài)雪崩出現(xiàn)后造成GCT芯片熱擊穿和IGCT器件損壞的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有波浪緩沖區(qū)的GCT芯片，避免了GCT芯片在動(dòng)態(tài)雪崩出現(xiàn)后造成GCT芯片熱擊穿的問(wèn)題。

一種具有波浪緩沖區(qū)的GCT芯片，包括引出陽(yáng)極的p+發(fā)射極、與p+發(fā)射極貼合的n+緩沖層、與n+緩沖層相貼合的n基區(qū)、與n基區(qū)相貼合的p基區(qū)和與p基區(qū)相連接的n+發(fā)射極，其中，

所述n+發(fā)射極遠(yuǎn)離所述p基區(qū)的一側(cè)引出有陰極，所述p基區(qū)引出有兩個(gè)陰極門(mén)極結(jié)構(gòu)，所述n+發(fā)射極與所述p基區(qū)的連接處形成J3結(jié)，所述n基區(qū)與所述p基區(qū)的連接處形成J2結(jié)，所述p+發(fā)射極與所述n+緩沖層的連接處形成J1結(jié)，所述n基區(qū)與所述n+緩沖層的交界處中部設(shè)置有波浪形結(jié)構(gòu)，所述n+緩沖層為波浪形緩沖區(qū)；

所述波浪形結(jié)構(gòu)的中部設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)，所述平面的兩端相互遠(yuǎn)離延伸形成兩個(gè)的平滑曲面，所述平滑曲面遠(yuǎn)離所述平面的一端與所述n基區(qū)與所述n+緩沖層的交界處重合。

進(jìn)一步地，所述J1結(jié)與所述J2結(jié)平行設(shè)置。

進(jìn)一步地，兩個(gè)所述平滑曲面關(guān)于所述波浪形結(jié)構(gòu)中部平面的中線對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述波浪形結(jié)構(gòu)中部的平面與所述J1結(jié)、J2結(jié)均平行設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述波浪形結(jié)構(gòu)中部的平面向所述n+緩沖層凸起，所述波浪形結(jié)構(gòu)兩側(cè)的平滑曲面向所述n基區(qū)凹陷。

進(jìn)一步地，所述波浪形結(jié)構(gòu)中部的平面凸起距離小于20um。

進(jìn)一步地，所述波浪形結(jié)構(gòu)中部平面的中線與所述n+發(fā)射極在垂直方向的中線重合。