[发明专利]具有局部发射极短路点的改进模式的相位控制晶闸管

说明书

技术领域

本发明涉及具有主栅极（gate）结构及布置在晶闸管的阴极侧上的多个局部发射极短路点的相位控制晶闸管。

背景技术

晶闸管有时也称为可控硅整流器(SCR)，是一种开关装置，其能够在由接通电压正向偏置时及在正栅极电流供应到栅极端子时接通。晶闸管因而可以说是在正向导通状态，在该状态中，电流可从阳极流到阴极。另一方面，晶闸管也能够在正向阻塞状态，其意味着能够阻塞高正电压。在反方向上，不能接通晶闸管。晶闸管设计可以是反向阻塞，这意味着它能够在反方向上与在正向关断状态中阻塞大约相同的电压，或者设计可以是非对称的，这因而意味着它在反方向上几乎无阻塞能力。由于相位控制应用通常要求反向阻塞能力，因此，相位控制晶闸管(PCT)典型地是反向阻塞。

对于高功率应用，晶闸管已基于具有例如4或5英寸的直径的圆形半导体晶片形成。然而，高级晶闸管应用要求基于例如6英寸晶片的甚至更大晶闸管设计。人们已观察到，对于此类大晶闸管设计，简单地按比例增大以前更小的晶闸管设计可能是不够的。随着晶闸管直径的增大，其它效应可增加对晶闸管操作的影响。例如，通过按比例增大晶闸管尺寸，不可实现用于更高标称电流的在晶闸管操作期间带有等同正向阻塞能力或接通特性及冷却特性的更大晶闸管。

DE 1 954 665示出了具有星形主栅极结构的整流器。在主栅极结构的两个条带之间，发射极短路以杉树（fir tree）的形式布置。在靠近主栅极结构的区域中未布置发射极短路。此类杉树结构提供了一种粗糙结构，它不能用于更大装置，这是因为分支的分布太粗糙，不能以更大装置所需的方式有效影响阻塞能力和接通特性。

US 4903105描述了一种包括两个晶闸管的三端双向可控硅开关。在这些晶闸管之间的边界上，布置了最多两个发射极短路条带。条带可形成为断续（chopped）条带，其具有至少30%的p掺杂条带，即在p掺杂区之间的区域可具有不到条带的p/n区域的重复长度的70%的长度。在晶闸管之间这些发射极短路的布置需要将晶闸管相互分开。这是三端双向可控硅开关的操作的必需条件。

发明内容

本发明的目的可以是提供一种相位控制晶闸管，其设计能够甚至通过增大的晶闸管直径实现有利的晶闸管操作特性。

此类目的可通过如权利要求1所定义的晶闸管解决。在从属权利要求中提供了有利的实施例。

根据本发明的一方面，提议了一种具有新设计的相位控制晶闸管。所述晶闸管包括在晶闸管的阴极侧上的主栅极结构和在晶闸管阴极侧上以短路模式（pattern）布置的多个局部发射极短路点。其中，主栅极结构包括从阴极侧表面的中央区向周边区延伸的纵向主栅极梁。相邻主栅极梁相对于关联的中间中线以一定的距离来布置。其中，短路模式在更靠近主栅极梁的区中比在更靠近关联的中线的区中更均匀。

本发明的要旨可视为基于以下构想：如下面进一步详细所解释，晶闸管的操作特性可取决于参数的多重性。影响例如晶闸管的阻塞能力和/或接通特性的此类参数之一可以是主栅极结构及在晶闸管的阴极侧点状局部发射极短路的空间分布的设计或布置。

主栅极结构可显著影响在晶闸管的接通期间电子-空穴等离子体的形成。等离子体形成可在主栅极结构开始，并且可在整个阴极侧表面横向扩散。

另一方面，多个局部发射极短路可采取在整个剩余阴极侧表面布置的点的形式提供。短路点模式的设计可静态和动态地影响正向阻塞能力及接通特性。

由于主栅极结构的设计和短路点模式的设计可采取不同方式影响晶闸管操作特性，因此，晶闸管的阴极侧的改进设计或布局可能不得不将在此类各种影响之间的折衷考虑在内。人们发现，通过使用在更靠近主栅极梁的区中比在更靠近相邻主栅极梁之间关联的中线的区中更均匀的短路模式，可实现有利的晶闸管特性。换而言之，点模式的均匀性可在靠近主栅极梁的区中比更远离主栅极梁的区中更高。

短路模式的“均匀性”可指形成晶闸管阴极侧的一个表面区内发射极短路的点具有差不多恒定的大小和/或间距。换而言之，“均匀的”可指短路点的大小和在相邻短路点之间的距离在整个表面区大致相同。这也可指短路点的密度大致恒定。“更不均匀的”因而可指在相邻短路点之间点的大小或间距的至少之一可在整个表面区显著变化。发射极短路点的密度可表示为每表面区域的点的数量或每表面区域点的表面大小。“表面”将指朝向阴极金属化的点的该侧，即，它在阴极侧平面上布置。

换而言之，人们发现，在相邻短路点之间短路点的大小和间距在靠近主栅极梁的区内大致恒定是有利的，而此类间距可在更远离主栅极梁，即更靠近在相邻主栅极梁之间关联的中间轴的区中变化更大。