[实用新型]高压快开通晶闸管

说明书

技术领域

本实用新型属于功率半导体器件技术领域。具体涉及一种高压4000V以上半导体开关器件，主要应用于大功率脉冲电源、串联逆变电源装置。 

背景技术

常规快开通晶闸管是一种PNPN四层三端结构器件，通常制造方法是在N型硅两端直接进行P型扩散，形成对称的PNP结构，然后在阴极端P区进行N型选择性扩散，最终形成PNPN结构，P1阳极区与P2阴极端区的掺杂结深和杂质浓度分布相同，此种结构快开通晶闸管器件常规阻断电压在1200V∽2500V。采用P1、P2区分步扩散，在P1阳极区表面增设有P+层结构的器件，其常规阻断电压可以达到2600∽4500V，其快开通器件测试参数如下。 

按此常规工艺及特性要求，快速器件通态压降已达到3.2V左右，已无法保持原技术水平并提高耐压至4500V以上；原工艺的脉冲器件，其di/dt已达1500 A/ μs极限值。传统工艺，已不具备4500V以上及更高di/dt快开通器件实用性。 

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述不足，提供一种可应用于4000V以上的快开通大功率半导体开关器件，即高压快开通晶闸管。能明显提高器件的耐压，即保持原设计晶闸管的开通特性，又简单、易用、低廉工艺特点，并降低通态压降，从而改善器件的阻断电压水平和通态能力，提高工作可靠性。 

本实用新型的技术解决方案是：一种高压快开通晶闸管，由管壳下封接件、下垫片、半导体芯片、上垫片、门极组件和上封接件封装而成，所述半导体芯片为三端PNPN四层结构，三个端子分别为阳极、阴极和门极，所述的PNPN四层结构分别为P1阳极区、N1长基区、P2短基区和N+阴极区；其特征在于：所述半导体芯片P1阳极区表面增设有阳极P+层，阴极区面中心门极、放大门极、短路点、短路环区设有阴极P+层；阳极P+层、阴极P+层表面杂质浓度为0.2～9.0×10²⁰/cm³，P1阳极区、P2短基区表面杂质浓度为0.2～9.0×10¹⁷/cm³，N+阴极区表面杂质浓度为0.2～9×10²⁰/cm³；阳极P+层结深为10～30μm，阴极P+层的结深为5～30μm，P1阳极区结深为30～140μm，P2短基区结深为80～140μm，N+阴极区的结深为15～30μm。 

本实用新型的技术解决方案中所述的半导体芯片台面为双负角台面造型或双正角台面造型或正、负角结构；双正角台面或正、负角结构中的正角角度大小为：20o≤θ1≤80o，双负角台面或正、负角结构中的负角角度大小为：0.5o≤θ2≤45o。 

本实用新型的技术解决方案中所述的芯片阴极包括阴极区域、阴极区短路点、以圆心为同心圆环的中心门极、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条构成的放大门极；所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型内指条；该直线型内指条的一端插入并与放大门极圆环连接；直线型内指条的另一端连接有V字型外指条，该V字型外指条的两个边外指条对称，且均为呈钝角夹角的两段；各V字型外指条的外端点在所在的圆周上均匀分布；直线型内指条、V字型外指条的夹角边缘为圆形。 

本实用新型的技术解决方案中所述的直线型内指条数为4～12条；所述的V字型外指条的两个边外指条夹角为30～160°；所述的直线型内指条宽度大于V字型外指条宽度；每个边外指条上的呈钝角夹角为100～165°。 

本实用新型的技术解决方案中所述的芯片阴极还可以包括阴极区域、阴极区短路点、以圆心为同心圆环的中心门极、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条构成的放大门极；所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型指条；该直线型指条的一端插入并与放大门极圆环连接；该直线型指条上叠加有与直线型指条连接的、均匀分布的环形指条；直线型指条及其与环形指条的夹角边缘为圆形；所述的环形指条为以圆心为中心的圆环形指条；所述的环形指条数为2～6条。 

本实用新型的技术解决方案中所述的阴极区短路点为正四边形或正六边形或正八边形排列、或其任2种组合排列。 

本实用新型的技术解决方案中所述的半导体芯片中P1阳极区比P2短基区浅30～50μm。 

本实用新型的技术解决方案中所述的下垫片与半导体芯片高温焊接。 

本实用新型的技术解决方案中所述的管壳下封接件中心设有定位盲孔，下垫片中心设有与该定位盲孔对应的定位孔，定位孔内装有定位柱。