[发明专利]保护以防过热的功率部件

说明书

本公开的实施例涉及保护以防过热的功率部件。三端双向可控硅开关具有从硅衬底形成的竖直结构，硅衬底具有上侧表面。上侧表面上的主涂敷金属的第一部分置于被形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上。主涂敷金属的第二部分置于上述层的部分上。上侧表面上的栅极涂敷金属置于在第一区域的附近形成在上述层中的第一传导类型的第二区域上。在上侧表面上形成在上述层中的多孔硅棒具有与栅极涂敷金属接触的第一端以及与主涂敷金属接触的第二端。

本申请是申请日为2016年9月28日、申请号为201610862478.4、发明名称为“保护以防过热的功率部件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及保护以防过热的功率部件，并且更具体地涉及保护以防温度增加的具有竖直结构的三端双向可控硅开关和晶闸管。

背景技术

具有竖直结构的三端双向可控硅开关和晶闸管是包括至少四个层和/或交替传导类型的半导体区域的堆叠的电子功率开关。在这样的部件中，第一金属化层或主电极A1置于堆叠的主表面上。第二金属化层或主电极A2置于堆叠的其它主表面上。金属化层或栅电极G与主电极A1置于堆叠的同一表面上。

通常，当这些部件中的一个部件的主电极A1与A2之间存在电势差时，主电极A1与A2之间的电流的流动以栅极电流在栅电极上的应用为条件。一旦在主电极之间的电流流动已经被建立，则这些部件保持传导电流直到其在被称为保持电流的门限值下面通过。

图1对应于美国专利申请公开第2015/0108537号(通过引用被合并)的图7。本附图是具有竖直结构的三端双向可控硅开关1的示例的横截面视图。

三端双向可控硅开关1从轻掺杂N型硅衬底3(N^-)形成。衬底3的上表面和下表面包括P型掺杂层5和7。上部层5包含重掺杂N型区域9(N⁺)和重掺杂N型区域11(N⁺)。下部层7在基本上与在俯视图中由区域9占据的区域互补的区域中包含重掺杂N型区域13(N⁺)。主电极A1被布置在衬底3的上表面上，跨着P型掺杂层5的部分和N⁺区域9。主电极A2被布置在衬底3的下表面上，跨着P型掺杂层7的部分和N⁺区域13。栅电极G布置在衬底3的上表面上，跨着P型掺杂层5的部分和N⁺区域11。

当三端双向可控硅开关1处于断开状态并且栅极信号被施加给端子G时，栅极电流IGK在端子G与A1之间流经P层5，P层5在端子之间形成电阻器RGK。如果栅极电流IGK的绝对值大于三端双向可控硅开关1的接通门限，则端子G与A1之间的电压降VGK足以接通三端双向可控硅开关1，三端双向可控硅开关1从断开状态切换至接通状态。

三端双向可控硅开关1的缺点在于，当其温度增加时，P层5的电阻增加，并且因此等效电阻RGK的值增加。因此，即使端子G与A1之间的电流IGK小于标称接通电流，这一电流的流动仍然可以在P层5中引起高的电压降，从而引起三端双向可控硅开关1的寄生接通。该寄生开始有助于将三端双向可控硅开关温度增加至高达能够引起三端双向可控硅开关的劣化或者甚至毁坏的很高的值。晶闸管也存在相同的问题。

图2对应于美国专利申请公开第2012/0250200号(通过引用被合并)的图3(a)。本附图是防止过热的三端双向可控硅开关20的保护的示例的电路图。

三端双向可控硅开关20包括主端子A1和A2以及栅极端子G。三端双向可控硅开关20的端子G与端子A1之间连接有肖克利(Shockley)二极管30。肖克利二极管30热链接至三端双向可控硅开关20。