[实用新型]一种半导体器件阴极结构

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体器件技术领域，具体涉及一种功率半导体器件阴极结构，尤其是一种应用于电力半导体领域脉冲晶闸管器件、快速晶闸管器件、高频晶闸管等的阴极结构。

背景技术

阴极图形是各类晶闸管器件设计的基础环节，对快开通类晶闸管尤其重要。阴极图形的分布直接影响器件的动态参数，所以其图形设计和排布必须科学合理。一般设计在对器件各项参数后设计出草样，然后结合传统设计经验确定最终图形。设计图形以掩膜版为载体，通过多次光刻工艺转移到芯片表面，且划分出相应的门极和阴极区。

快速晶闸管或高频晶闸管，阴极常采用条状门极、工字形门极、渐开线门极或仿渐开线门极，此类门极的设置对阴极面相对均匀分布。应用于中频时，可基本满足要求，但对于脉冲电流100KA以上，原阴极图形设计的di/dt能力、强脉冲通流能力等动态特性已无法满足器件要求。而提高晶闸管的开通脉冲能力，首先要提高脉冲晶闸管的开关速度、初始导通面积大小和导通均匀性，这样可缩短晶闸管开通时间，但单纯提高的放大门极延长线或枝条数量，如其分布的均匀性不够好，将造成阴极面积的损失，同时将引起通态压降、开关损耗等对于频率特性至关重要的一系列动态特性参数的变化。

现有快开通器件产品充分考虑了器件的导通电流及时间，通过加长放大门极线，如图1至图4所示，使快开通晶闸管的放大门极呈现辐射状，该辐射结构可由多条渐开线构成，虽在一定范围内提高了工作性能，但由于其放大门极渐开线指条太长，门极触发导通过程中，放大门极条本身电阻限制了指条末端的开启时间不均匀、di/dt耐量低、门极控制开通均匀性差等缺点。

脉冲类器件，往往在较短的开通时间内，达到较高的脉冲峰值电流，因此开发一种高di/dt、适用各种尺寸和阴极开通更均匀的半导体器件阴极图形成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是采用提高放大门极延长线，提高初始导通面积，并使延长线所处阴极区周围均匀分布结构的阴极结构。该阴极结构及其排布方法提高了芯片的有效利用面积，提高各放大门极枝条开通的均匀性，有利于改善阴极距离中心门极远近带来的开通差异，并便于加工。

本实用新型的技术解决方案是：一种半导体器件阴极结构，包括阴极区域及分布在阴极区域上的阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条，其特征在于：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。

本实用新型的技术解决方案中所述的直线型内指条宽度大于V字型外指条宽度。

本实用新型的技术解决方案中所述的V字型外指条的两个边外指条夹角为30∽160°；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直线型内指条数为8∽12条。

本实用新型的技术解决方案还可以是：一种半导体器件阴极结构，包括阴极区域及分布在阴极区域上的阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条，其特征在于：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。

本实用新型的技术解决方案中所述的环形指条为以圆心为中心的圆环形指条。

本实用新型的技术解决方案中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环形指条数为3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阴极区短路点直径为0.06∽0.6mm，间距为0.4∽3.5mm。

本实用新型排布半导体器件阴极结构方法的技术解决方案，包括以下步骤：

⑴以圆心为轴将半导体器件的阴极区域划分为4∽12个等分扇区或2∽5条等分圆环；各等分阴极区面积与放大门极延长线比例基本一致。