[實用新型]一種具有波浪緩沖區的GCT芯片

有效

• 申請號: 201822229488.1
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN209561411U
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 劉佳鵬;曾嶸;周文鵬;趙彪;余占清;陳政宇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/08;H01L29/747
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍;張迎新

本實用新型涉及一種具有波浪緩沖區的GCT芯片，包括引出陽極的p+發射極、與p+發射極貼合的n+緩沖層、與n+緩沖層相貼合的n基區、與n基區相貼合的p基區和與p基區相連接的n+發射極，所述p+發射極與所述n+緩沖層的連接處形成J1結，所述n基區與n+緩沖層的交界處設置有波浪形結構，通過在GCT芯片的陽極側引入波浪形緩沖區的結構，使動態雪崩發生時，有效降低了陽極端的發射效率同時避免陰極電子重新發射，提高器件同等陰陽極電壓條件下的關斷電流能力。

技術領域

本實用新型屬于電力半導體器件領域，特別涉及一種具有波浪緩沖區的 GCT芯片。

背景技術

IGCT器件即集成門極換流晶閘管，是在原有GTO器件門極可斷晶閘管的基礎上，通過引進透明陽極、陽極緩沖區等結構，配合具有低感換流回路的門極驅動，實現關斷增益為1的類晶閘管器件。IGCT器件的GCT芯片典型結構如圖1所示,包括陽極、p+發射極、n+緩沖層、n基區、p基區、p+區域、n+發射極和陽極。以感性負載為例，其關斷過程可以簡單分為三個階段：在第一階段，通過控制門極驅動電路中的MOSFET，利用電容在J3結處施加20V反向電壓，使J3結耗盡，進而保證陰極電流完全轉移至門極處；在第二階段，由于陰極不流過電流，n+發射極不再進行電子發射，在陽極電流的作用下，在J2結處形成耗盡層，GCT芯片的陰陽極電壓不斷升高；在第三階段，陰陽極電壓達到母線電壓，此時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入拖尾過程，此時J2結處的空間電荷區不再拓展，電流依靠芯片體內載流子的復合過程自然衰減。

IGCT器件在關斷過程中，GCT芯片由于受到換流回路電感不均勻等因素的影響，會出現局部電流分配不均勻的情況，在基區展寬效應即kirk效應的作用下會在J2結耗盡層即圖1中的n基區—n+緩沖區區域內出現動態雪崩，當動態雪崩產生的電流細絲穩定在芯片工藝的薄弱點時會造成局部陰極單元的重觸發，進而導致該局部區域的熱擊穿。由于J2結耗盡層中出現動態雪崩時會受到負反饋效應的影響，而具有自穩定特性，但是n基區—n+緩沖區內發生的動態雪崩則會由于正反饋的作用不斷加強，進而造成IGCT器件損壞。因此急需解決如何避免GCT芯片在動態雪崩出現后造成GCT芯片熱擊穿和IGCT器件損壞的問題。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型公開了一種具有波浪緩沖區的GCT芯片，避免了GCT芯片在動態雪崩出現后造成GCT芯片熱擊穿的問題。

一種具有波浪緩沖區的GCT芯片，包括引出陽極的p+發射極、與p+發射極貼合的n+緩沖層、與n+緩沖層相貼合的n基區、與n基區相貼合的p基區和與 p基區相連接的n+發射極，其中，

所述n+發射極遠離所述p基區的一側引出有陰極，所述p基區引出有兩個陰極門極結構，所述n+發射極與所述p基區的連接處形成J3結，所述n基區與所述p基區的連接處形成J2結，所述p+發射極與所述n+緩沖層的連接處形成J1 結，所述n基區與所述n+緩沖層的交界處中部設置有波浪形結構，所述n+緩沖層為波浪形緩沖區；

所述波浪形結構的中部設置為平面結構，所述平面的兩端相互遠離延伸形成兩個的平滑曲面，所述平滑曲面遠離所述平面的一端與所述n基區與所述n+ 緩沖層的交界處重合。

進一步地，所述J1結與所述J2結平行設置。

進一步地，兩個所述平滑曲面關于所述波浪形結構中部平面的中線對稱設置。

進一步地，所述波浪形結構中部的平面與所述J1結、J2結均平行設置。

進一步地，所述波浪形結構中部的平面向所述n+緩沖層凸起，所述波浪形結構兩側的平滑曲面向所述n基區凹陷。

進一步地，所述波浪形結構中部的平面凸起距離小于20um。

進一步地，所述波浪形結構中部平面的中線與所述n+發射極在垂直方向的中線重合。