[发明专利]一种栅压控制晶闸管器件

说明书

本发明提供了一种栅压控制晶闸管器件，属于功率器件技术领域。本发明自下而上包括依次层叠设置的金属阳极、第一导电类型半导体掺杂衬底，第二导电类型半导体掺杂外延层和金属阴极；所述第二导电类型半导体掺杂外延层顶层中部设置有栅极结构，栅极结构两侧设置有第一导电类型半导体掺杂阱区，所述第一导电类型半导体掺杂阱区表面下方具有第二导电类型半导体掺杂阱区，所述第二导电类型半导体掺杂阱区表面下方具有第一导电类型半导体重掺杂区；所述第一导电类型半导体掺杂阱区的掺杂浓度从靠近多晶硅栅电极到远离多晶硅栅电极的方向逐渐减小。本发明提升了栅压控制晶闸管的抗浪涌能力。

技术领域

本发明属于功率器件技术领域，具体涉及一种栅压控制晶闸管器件。

背景技术

电子电路在使用过程中经常会遭遇由于电压瞬变所形成浪涌电流的冲击，这将对整个电路的正常工作产生不利影响甚至导致电子电路系统的损坏。浪涌电流的来源主要有：感性负载电压瞬变、静电放电、雷电放电、云层内或云层间的放电。为了防止瞬变的浪涌电压对整个电路系统的冲击，提高电子系统可靠性的浪涌保护成为了现代电子器件必须考虑的问题。晶闸管型浪涌保护电路具有精确导通、无限重复、电压范围宽(几伏到几千伏)以及快速响应(ns级)的优越性能，因而广泛应用在电力电子技术领域、通信领域以及各类电子电路的防护。

浪涌保护电路工作方式下的电流水平最终由晶闸管芯片的发热、耐热和散热特性决定，通常采用通态不重复浪涌电流(ITSM)和通态电流临界上升率(di/dt)参数直接反映，上述参数值越大也就意味着晶闸管越适用于浪涌保护电路。小型化模块的周期通常在1ms以上，因此允许从电流平方时间积分值方面对器件的电流水平进行考量，意即依据参数ITSM选取的晶闸管或许具有一定过载能力；但仅考察ITSM还远远不够，di/dt更为重要，它直接反映晶闸管所容许的脉冲上升速度，因此，确保di/dt参数大于模块参数所决定的脉冲电流上升速度非常必要，否则会发生器件开通时或因开通区的局部过热而造成永久失效。

栅压控制晶闸管是一种结合了MOSFET特性和晶闸管特性的复合型功率器件，同时具有MOSFET高的输入阻抗、快的开关速度、门极控制方便以及晶闸管高的阻断电压、低的导通功耗、大的驱动电流等优点，广泛应用于功率开关领域。如图1所示为传统N型栅压控制晶闸管结构，将栅压控制晶闸管应用于浪涌保护电路电路中，需要器件具有高的通态电流临界上升率(di/dt)。现有技术中通常采用减小P阱区的掺杂浓度来有效提高栅压控制晶闸管高电流上升率能力。P阱区掺杂浓度的减小能够增大NPN三极管的发射极注入效率，从而增大三极管的电流放大系数。然而栅压控制晶闸管的工作电压通常较高，因此当其导通时的阈值电压较大，为了避免误开启会限制P阱区掺杂浓度的进一步减小，这一方法无法有效针对栅压控制晶闸管器件的高通态电流临界上升率(di/dt)进行浓度分布的调整。综上，亟需一种能够提升高电流上升特性，进而解决器件开通时或因开通区的局部过热而造成永久失效的问题

发明内容

为了解决现有栅压控制晶闸管器件中无法有效针对高通态电流临界上升率(di/dt)进行浓度分布的调整，本发明提供了一种通过阱区掺杂优化而获得高通态电流临界上升率的栅压控制晶闸管器件。

本发明的技术方案具体如下：