[发明专利]超大电流高di/dt晶闸管管芯结构

说明书

一种大电流高电压、高电流上升率的超大电流高di/dt晶闸管管芯结构，包括硅片、门极、阴极和台面保护，其特殊之处是：所述硅片为N型(100)晶向的中照单晶硅片，在硅片上进行双面P层扩散形成P1层和P2层，P1层表面研磨后扩P⁺层做阳极面，P2层表面经氧化光刻、单面进行三氯氧磷N⁺扩散形成N₂区，构成非对称的晶闸管P⁺P₁N₁P₂N₂基本结构，所述N2区为所述阴极，所述阴极为条状且条宽为0.5～1.5mm，所述阴极周围为所述门极，所述门极包围所述阴极，且门极与阴极的面积比＝1：8～1：10。

技术领域

本发明涉及一种新型功率半导体器件，特别涉及一种超大电流高di/dt晶闸管管芯结构。

背景技术

大功率晶闸管晶闸管是应用广泛的功率器件，在实际使用中造成大功率晶闸管晶闸管损坏的最主要原因是di/dt耐量偏低。

国内晶闸管的标准规定：di/dt的标准范围di/dt＝(50～1000)A/μs，这个标准已不能满足要求，实际需要更大的di/dt耐量的晶闸管。

提高晶闸管di/dt耐量的最常用的方法就是设短路点以提高器件的高温特性，设放大门极以提高di/dt耐量。设短路点的弊病就是阻碍电流的横向扩展，而放大电流受应用条件的限制，不利于强触发。放大门极要充分起作用，才能确保高di/dt耐量。目前普遍采用提高门极电压而达到提高门极触发电流的方法，这就要求放大门极对应的P基区横向电阻比主阴极对应的横向电阻大很多很多，如10倍、20倍…50倍、100倍等。如此，将造成主阴极上头排短路点太靠近放大门极，反而使初始导通面积太小，而造成di/dt耐量下降。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种大电流高电压、高电流上升率的超大电流高di/dt晶闸管管芯结构。

本发明的技术解决方案是：

一种超大电流高di/dt晶闸管管芯结构，包括硅片、门极、阴极和台面保护，其特殊之处是：所述硅片为N型(100)晶向的中照单晶硅片，在硅片上进行双面P层扩散形成P1层和P2层，P1层表面研磨后扩P⁺层做阳极面，P2层表面经氧化光刻、单面进行三氯氧磷N⁺扩散形成N₂区，构成非对称的晶闸管P⁺P₁N₁P₂N₂基本结构，所述N2区为所述阴极，所述阴极为条状且条宽为0.5～1.5mm，所述阴极周围为所述门极，所述门极包围所述阴极，且门极与阴极的面积比＝1：8～1：10。

进一步优选，所述硅片台面为喷砂造型，且正斜角为大角度喷砂，喷角θ₁为70°～80°的正角，宽度b₁≤0.5mm；负斜角为喷砂造型，实现类台面造型，且负角θ₂≤5°，宽度b₂≤2.0mm。台面造型由磨角造型改为喷砂造型，即正斜角为大角度喷砂，一改磨角角度只能35度以下的状况，可喷70～80度的正角；负斜角也改为喷砂造型，实现类台面造型。阴极面积大，表面漏电流小。

进一步优选，阴极欧姆接触采用超高真空下电子束蒸发大颗粒金属铝，铝层厚度为15～20μm。

进一步优选，阳极欧姆接触采用超高真空下电子束蒸发钛-镍-金，蒸镀层Ti、Ni及Au层厚度分别为0.2μm、0.5μm及0.1μm，确保器件长时间的可靠性。

进一步优选，所述N型(100)晶向单晶硅片的电阻率为40～200Ω-cm。

本发明的提高di/dt基本出发点就是取消放大门极，取消短路点，其有益效果是：