[实用新型]一种超高速脉冲晶闸管

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。具体涉及一种超高速脉冲晶闸管，主要应用于大功率脉冲电源、大功率激光器等装置。

背景技术

传统的快开通晶闸管器件，多采用二级放大门级结构，通过放大门级对主晶闸管器件强触发，但是随着对浪涌电流要求越来越高，二级放大门级结构的普通晶闸管器件已经无法满足要求。

脉冲功率晶闸管是通过改进现有开通触发结构，将原有的二级放大门级结构改成阴极隔离方式直接触发导通，不但有大的开通线长度，而且减少了二级放大门级结构中大的导通时间延迟，通过高的表面浓度进一步增加了开通速度。

超高速脉冲功率晶闸管（PPT）是一种高di/dt，并且具有一定关断能力的电力半导体器件，特点是器件浪涌能力有较高的di/dt耐量，di/di可达10kA/μS以上，主要用于对di/dt耐量有较高要求的普通快开通晶闸管的替代方案。电力半导体的扩散及封装技术是器件制作中的重要方法。

发明内容

本实用新型旨在针对目前普通晶闸管应用时，某些应用中对di/dt耐量要求较高，普通晶闸管放大门级结构已经渐渐无法满足市场需求，提供一种高di/dt耐量，高频可重复性、高电压、大电流、低压降、并且具有一定关断能力的超高速脉冲晶闸管。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案是：一种超高速脉冲晶闸管，由下封接件、下钼片、硅片、上钼片、上封接件、门极组件封装而成；该硅片包括阳极区、长基区、短基区及阴极区四层结构和阳极、阴极及门极三个端子；其特征在于：在所述的阳极区与长基区之间增加N缓冲层区，使硅片为P⁺NN-PN⁺五层三端结构；所述的阳极区为透明阳极区；所述的阴极为多元胞并联阴极结构，元胞间的短基区表面设有钝化层；所述的门极为深槽结构。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案中所述的多元胞并联阴极结构采用多层环形均匀排布，元胞长宽比为10~30:1。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案中所述的N缓冲层区的掺杂浓度在1×10¹⁶/cm³~1×10¹⁸/cm³之间，结深为18~40μm。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案中所述的透明阳极区浓度在1×10¹⁸/cm³~1×10²⁰/cm³之间，结深为8~30μm。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案中所述的阴极区表面浓度在1×10¹⁹/cm³~1×10²¹/cm³之间，结深18~30μm。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案中所述的门极的槽深为18∽35μm，阴极区和短基区之间的PN结表面有200~300nm厚的氧化层或/和聚酰亚胺钝化层。

本实用新型超高速脉冲晶闸管的技术解决方案中所述的短基区的表面杂质浓度为1×10¹⁷/cm³~8×10¹⁹/cm³，结深80~140μm。

本实用新型由于在现有阳极区与长基区之间增加N缓冲层区，使硅片为P⁺NN-PN⁺五层三端结构，阳极区采用透明阳极区，门极采用深槽结构，阴极采用多元胞并联阴极结构，元胞之间的表面采用聚酰亚胺钝化层保护，阴极面中心为中心门级，因而阴极面通过门级可关断晶闸管相同的元胞结构，通过阴极挖深槽，PN结氧化层保护，PN结的V_KG控制在18~23V，片内V_KG均匀性1V。

本实用新型具有的特点技术如下：

1、阻断电压4500∽5000V，高di/dt耐量，可达5000A/μs以上；

2、深槽刻蚀，隔离单个并联器件元胞；

3、挖槽PN结热氧化SiO₂保护和光刻聚酰亚胺钝化层保护；

4、阳极面采用缓冲层和透明阳极设计；

5、缓冲层离子注入和高温氧化推进；

6、低应力全压接封装。

本实用新型具有高di/dt耐量、高频可重复性、高电压、大电流、低压降、并且具有一定关断能力的特点。本实用新型主要用于超高速脉冲晶闸管。

附图说明