[實用新型]一種快速開通擴展放大門極結(jié)構(gòu)的晶閘管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202221505913.5
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN218351471U
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張橋;顏家圣;劉曉;劉鵬;黃智
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北臺基半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L29/06
• 代理公司: 襄陽嘉琛知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42217
• 代理人: 嚴崇姚

本實用新型的名稱是一種快速開通擴展放大門極結(jié)構(gòu)的晶閘管。屬于半導體器件技術(shù)領(lǐng)域。它主要是解決半導體器件放大門極指條太長存在開通延遲、開通均勻性差等缺點。它的主要特征是：晶閘管包括由P型中心門極、輔助晶閘管N+區(qū)、P型放大門極環(huán)和P型放大門極延長線指條構(gòu)成的放大門極；P型中心門極和P型放大門極環(huán)內(nèi)設(shè)置有中心門極P+區(qū)和P型放大門極環(huán)P+區(qū)；P型放大門極延長線指條內(nèi)設(shè)置有放大門極N+枝條及將其包圍的放大門極P+枝條；放大門極N+枝條與輔助晶閘管N+區(qū)直接相連，放大門極P+枝條與P型放大門極環(huán)P+區(qū)相連。本實用新型具有提高初始導通面積和使陰極區(qū)開通均勻的特點，廣泛應(yīng)用于電力半導體快速晶閘管、脈沖晶閘管等器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速開通擴展放大門極結(jié)構(gòu)的晶閘管，尤其是一種應(yīng)用于電力半導體領(lǐng)域大直徑普通晶閘管、大直徑脈沖晶閘管、快速晶閘管、高頻晶閘管等器件的快速開通擴展的放大門極結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前晶閘管已發(fā)展為更大電流(IT_(AV)≥7000A)、高電壓(≥8500V)，單管元件直徑達到6英寸。如此功率水平的大直徑晶閘管在開通瞬態(tài)及開通面積必然承受高電流上升率、較長的開通邊界。眾所周知，分立單管半導體器件的導電面積越大、導通的均勻性越難、更易于形成電流集中局部損壞器件，嚴重降低了器件開通電流上升率和降低了器件的導通電流密度，為了提高器件開通的均勻性必須設(shè)計較長的開通邊界。如現(xiàn)5英寸的晶閘管，按照單放大門極臂鋁層寬0.8mm，鋁層厚10μm計，放大門極鋁條長34.8mm，則放大門極臂起點至末端的鋁層電阻達到0.115Ω，嚴重影響放大門極邊線電流分布的均勻性。

大直徑的脈沖晶閘管，往往在較短的開通時間內(nèi)，達到較高的脈沖峰值電流，器件開通瞬態(tài)電流達到300KA以上，遠超過器件的平均電流密度，因此需要器件能夠瞬時達到全面積導通狀態(tài)，導通的均勻性、開通時間的一致性需要達到極致，需通過增加較長的放大門極開通邊界線，加寬放大門極條寬，以獲得充分的門極觸發(fā)電流和較短的時間流至放大門極邊界線。

快速晶閘管或高頻晶閘管，陰極常采用條狀門極、工字形門極、漸開線門極或仿漸開線門極，此類門極的設(shè)置對陰極面相對均勻分布。應(yīng)用于中頻時，可基本滿足要求，但對于脈沖電流100KA以上，原陰極圖形設(shè)計的di/dt能力、強脈沖通流能力等動態(tài)特性已無法滿足器件要求。而提高晶閘管的開通脈沖能力，首先要提高脈沖晶閘管的開關(guān)速度、初始導通面積大小和導通均勻性，這樣可縮短晶閘管開通時間，但單純提高的放大門極延長線或枝條數(shù)量，如其分布的均勻性不夠好，將造成陰極面積的損失，同時引起通態(tài)壓降、開關(guān)損耗等對于頻率特性至關(guān)重要的一系列動態(tài)特性參數(shù)的變化。

現(xiàn)有放大門極結(jié)構(gòu)在充分考慮了器件的導通電流及時間，通過加長放大門極線和加寬放大門極條，如圖1、圖2、圖5至圖7所示，使晶閘管的放大門極呈現(xiàn)輻射狀，該輻射結(jié)構(gòu)可由多條指條線構(gòu)成，雖在一定范圍內(nèi)提高了放大門極的通流能力，但由于其放大門極指條太長、太寬，門極觸發(fā)導通過程中，放大門極條本身電阻限制了指條末端的開啟時間一致性、di/dt耐量低、門極控制開通均勻性差，指條太寬占用較多陰極面積等缺點，當放大門極指條越長、越寬即器件直徑越大時，問題越突出。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是針對上述不足，在放大門極延長線指條內(nèi)采用本實用新型的技術(shù)方案，降低了門極驅(qū)動的橫向電阻和縱向電阻，提高了門極電流的開通擴展速度和均勻性，可使放大門極電流由輔助晶閘管快速均勻擴展至放大門極枝條周界和放大門極末端，以快速均勻的觸發(fā)主晶閘管開通，從而實現(xiàn)可應(yīng)用于2000-8500V、單管芯片直徑為Φ76.2-Φ200的一種快速開通擴展放大門極結(jié)構(gòu)的晶閘管。