[發明專利]一種電力半導體器件陰極圖形設計

在審

• 申請號: 202111469244.0
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114284350A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王峰瀛;張磊;張婷婷;楊俊艷;楊娟寧
• 申請（專利權）人: 西安派瑞功率半導體變流技術股份有限公司
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 彭冬英

本發明公開了一種電力半導體器件陰極圖形設計，包括門極引出電極、陰極梳條、終端臺面，陰極梳條長度距離門極引出電極近的梳條長度較長，距離門極引出電極遠的梳條長度較短，陰極梳條寬度距離門極引出電極近的梳條寬度較寬，距離門極引出電極遠的梳條寬度較窄，陰極梳條面積距離門極引出電極近的梳條面積較大，距離門極引出電極遠的梳條面積較小，陰極梳條同心排布密度距離門極引出電極近的梳條排布密度較大，距離門極引出電極遠的梳條排布密度較小。本發明提高了芯片陰極面積的有效利用率，提高了遠門極端梳條開通、關斷速度，提高了芯片各梳條開通、關斷的均勻性，提高器件綜合電氣性能，擴大器件安全工作區，便于生產制造。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件領域，特別是涉及全控型電力半導體器件的陰極圖形設計，主要用于GTO(門極關斷晶閘管)或IGCT(集成門極換流晶閘管)器件家族陰極圖形設計。

背景技術

功率半導體器件的所有電氣特性全部統一地表現在一個具體的元件上，都在不同程度上與元件的材料參數、結構參數發生關系。當采取某項措施，改變了器件的某一個參數，以改善某項電氣性能時，往往會使其他一些特性也得到改善，同時又使另外一些特性變壞。因此，功率半導體器件設計就是各參數互相平衡、優化的過程。其中陰極圖形及排布設計是功率半導體器件研制的重要部分，對電力半導體器件尤其重要。電力半導體器件通過陰極圖形及排布設計，再輔以器件結構參數優化，調整器件靜、動態電氣特性，以適應不同應用場景需求。

以GTO和IGCT器件為代表的全控型電力半導體器件，陰極通常設計為叉指狀梳條結構，梳條為圓角矩形或圓角梯形結構。陰極梳條以芯片幾何圓心為中心，從芯片中心到芯片邊緣按不同間距同心排布，梳條排布圈數根據芯片尺寸和梳條尺寸設計，通常在1～20圈之間。梳條周圍為整體連通的門極區，門極表面覆有一層絕緣材料，在芯片表面特定部位設有門極引出電極。門極引出電極一般有三個位置：

1、中心門極：門極引出電極位于芯片中心，呈圓形，面積較小。門陰極結構件簡單，常用于小直徑器件。

2、中間門極：門極引出電極位于芯片1/2半徑左右，呈圓環形，面積中等。門陰極結構件較復雜，常用于中、大直徑器件。

3、邊緣門極：門極引出電極位于芯片邊緣，呈圓環形，面積較大，門陰極結構件較簡單，常用于中、大直徑器件。

近年也有多門極組合設計結構出現：多門極設計結合中心門極、中間門極和邊緣門極特點，采用兩種門極設計組合或三種門極設計組合，門極接觸面積大，常用于大直徑、復雜結構器件設計制造。

現有全控型電力半導體器件陰極圖形一般為叉指狀梳條結構，陰極梳條按均勻圓周同心排布、矩形排布或分區復合排布布滿整個芯片，陰極梳條長度、寬度、面積在芯片表面保持不變。應用工況復雜多變，常規梳條結構設計已不能滿足多樣化需求。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種電力半導體器件陰極圖形設計。

本發明所采用的技術方案是：一種電力半導體器件陰極圖形設計,包括門極引出電極、陰極梳條、終端臺面，所述陰極梳條周圍為整體連通的門極區，門極表面覆有一層絕緣材料，在器件表面設有門極引出電極，門極引出電極結構包括中心門極、中間門極、邊緣門極和多門極組合設計，器件最外圈為終端臺面，所述陰極梳條長度根據距離門極引出電極距離增加而減短；所述陰極梳條寬度根據距離門極引出電極距離增加而減小；所述陰極梳條面積根據距離門極引出電極距離增加而減少；所述陰極梳條同心排布密度根據距離門極引出電極距離增加而降低。

所述陰極梳條為圓角矩形或圓角梯形結構。

所述陰極梳條以器件幾何圓心為中心，從中心到器件邊緣按不同間距同心排布。

所述陰極梳條同心排布圈數為2～20圈。

相鄰同心排布陰極梳條長度差異在1％～10％之間，芯片內部陰極梳條最大差異在5％～80％之間。