[發明專利]超大電流高di/dt晶閘管管芯結構

在審

• 申請號: 202110183989.4
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112909070A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 夏吉夫;夏禹清;潘峰
• 申請（專利權）人: 錦州市圣合科技電子有限責任公司
• 主分類號: H01L29/04
• 分類號: H01L29/04;H01L29/06;H01L29/417;H01L29/423;H01L29/74
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所(普通合伙) 21225
• 代理人: 李輝

一種大電流高電壓、高電流上升率的超大電流高di/dt晶閘管管芯結構，包括硅片、門極、陰極和臺面保護，其特殊之處是：所述硅片為N型(100)晶向的中照單晶硅片，在硅片上進行雙面P層擴散形成P1層和P2層，P1層表面研磨后擴P⁺層做陽極面，P2層表面經氧化光刻、單面進行三氯氧磷N⁺擴散形成N₂區，構成非對稱的晶閘管P⁺P₁N₁P₂N₂基本結構，所述N2區為所述陰極，所述陰極為條狀且條寬為0.5～1.5mm，所述陰極周圍為所述門極，所述門極包圍所述陰極，且門極與陰極的面積比＝1：8～1：10。

技術領域

本發明涉及一種新型功率半導體器件，特別涉及一種超大電流高di/dt晶閘管管芯結構。

背景技術

大功率晶閘管晶閘管是應用廣泛的功率器件，在實際使用中造成大功率晶閘管晶閘管損壞的最主要原因是di/dt耐量偏低。

國內晶閘管的標準規定：di/dt的標準范圍di/dt＝(50～1000)A/μs，這個標準已不能滿足要求，實際需要更大的di/dt耐量的晶閘管。

提高晶閘管di/dt耐量的最常用的方法就是設短路點以提高器件的高溫特性，設放大門極以提高di/dt耐量。設短路點的弊病就是阻礙電流的橫向擴展，而放大電流受應用條件的限制，不利于強觸發。放大門極要充分起作用，才能確保高di/dt耐量。目前普遍采用提高門極電壓而達到提高門極觸發電流的方法，這就要求放大門極對應的P基區橫向電阻比主陰極對應的橫向電阻大很多很多，如10倍、20倍…50倍、100倍等。如此，將造成主陰極上頭排短路點太靠近放大門極，反而使初始導通面積太小，而造成di/dt耐量下降。

發明內容

本發明的目的是要解決現有技術存在的上述問題，提供一種大電流高電壓、高電流上升率的超大電流高di/dt晶閘管管芯結構。

本發明的技術解決方案是：

一種超大電流高di/dt晶閘管管芯結構，包括硅片、門極、陰極和臺面保護，其特殊之處是：所述硅片為N型(100)晶向的中照單晶硅片，在硅片上進行雙面P層擴散形成P1層和P2層，P1層表面研磨后擴P⁺層做陽極面，P2層表面經氧化光刻、單面進行三氯氧磷N⁺擴散形成N₂區，構成非對稱的晶閘管P⁺P₁N₁P₂N₂基本結構，所述N2區為所述陰極，所述陰極為條狀且條寬為0.5～1.5mm，所述陰極周圍為所述門極，所述門極包圍所述陰極，且門極與陰極的面積比＝1：8～1：10。

進一步優選，所述硅片臺面為噴砂造型，且正斜角為大角度噴砂，噴角θ₁為70°～80°的正角，寬度b₁≤0.5mm；負斜角為噴砂造型，實現類臺面造型，且負角θ₂≤5°，寬度b₂≤2.0mm。臺面造型由磨角造型改為噴砂造型，即正斜角為大角度噴砂，一改磨角角度只能35度以下的狀況，可噴70～80度的正角；負斜角也改為噴砂造型，實現類臺面造型。陰極面積大，表面漏電流小。

進一步優選，陰極歐姆接觸采用超高真空下電子束蒸發大顆粒金屬鋁，鋁層厚度為15～20μm。

進一步優選，陽極歐姆接觸采用超高真空下電子束蒸發鈦-鎳-金，蒸鍍層Ti、Ni及Au層厚度分別為0.2μm、0.5μm及0.1μm，確保器件長時間的可靠性。

進一步優選，所述N型(100)晶向單晶硅片的電阻率為40～200Ω-cm。

本發明的提高di/dt基本出發點就是取消放大門極，取消短路點，其有益效果是：