[发明专利]双向晶闸管装置

说明书

提供了一种双向晶闸管装置(1)，包括半导体本体(2)，该半导体本体在第一主表面(21)与第二主表面(22)之间延伸，其中第一主电极(31)和第一栅电极(41)布置在第一主表面上，并且第二主电极(32)和第二栅电极(42)布置在第二主表面上。第一主电极包括彼此间隔开的多个第一段(310)，其中在到第一主表面上的视图中，第一段中的至少一些完全被第一栅电极包围。第二主电极包括彼此间隔开的多个第二段(320)，其中在到第二主表面上的视图中，第二段中的至少一些完全被第二栅电极包围。双向晶闸管装置(1)还包括第一、第二和第三基极区域(51、52、53)以及在这些基极区域的任一侧部上的发射极区域(61、62)。发射极区域(61、62)包括与这些发射极区域的导电类型相反的导电类型的发射极短路区域(71、72)。因此，取决于使用装置的方向，主电极的第一段和第二段可起到阴极或阳极电极的作用。栅极可具有蜂窝(六边形)图案。

技术领域

指定了一种双向晶闸管装置。

背景技术

各种应用需要具成本效益的反并联连接的晶闸管，比如经典的柔性交流输电系统(FACTS)。它们也有益于基于用于高压直流(HVDC)输电的电压源换流器(VSC)的下一代阀构思，通常称为混合多模块化换流器(MMC)。

双向控制晶闸管(BCT)可通过两个单片集成的反并联晶闸管功能获得，这些功能由一个晶片上的两个分离的、单独触发的区域形成。然而，工艺流程相当复杂，并且依赖于装置区域的电气参数减半。例如，浪涌电流是全晶片装置的浪涌电流的一半，并且晶闸管的热阻是同尺寸晶片下单晶闸管的热阻的两倍。

文件WO 2019/158594 A1描述了所谓的BiPCT构思，其中装置具有用于两个反并联p-n-p-n区段的公共p-n-p区域。该构思允许获得短的换向关断时间。然而，装置就同时短的导通时间和高的di/dt能力而言并未被优化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有短的导通和关断时间的装置。

该目的尤其通过根据权利要求1所述的双向晶闸管装置来获得。发展和权宜之计是进一步的权利要求的主题。

根据至少一个实施例，双向晶闸管装置包括半导体本体，该半导体本体在第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面之间延伸。第一主电极和第一栅电极布置在第一主表面上。第二主电极和第二栅电极布置在第二主表面上。第一主电极包括彼此间隔开的多个第一段，其中，在到第一主表面上的视图中，这些第一段中的至少一些第一段完全被第一栅电极包围。第二主电极包括彼此间隔开的多个第二段，其中，在到第二主表面上的视图中，这些第二段中的至少一些第二段完全被第二栅电极包围。例如，一个第一段经由至少一个第一发射极区域充当第一晶闸管功能元件的阴极，并且经由至少一个第一发射极短路区域充当第二晶闸管功能元件的阳极。

在双向晶闸管装置的操作期间，晶闸管装置可经由第一栅电极和第二栅电极沿两个相反的电流方向导通。之后，它可以通过负载换向被关断。包围关联主电极的段的栅电极允许获得非常快速导通的装置。例如，栅电极可分布在整个第一主表面和第二主表面上。这样，栅电极与阴极之间的边界被最大化，以促进具有高di/dt导通能力的快速导通。

根据双向晶闸管装置的至少一个实施例，半导体本体包括第一导电类型的第一基极层、第一导电类型的第二基极层、以及布置在第一基极层与第二基极层之间的不同于第一导电类型的第二导电类型的第三基极层。例如，第一导电类型是p型，并且第二导电类型是n型，或反之亦然。

例如，第一主电极的第一段中的每一者毗连第二导电类型的至少一个第一发射极区域和第一导电类型的至少一个第一发射极短路区域。

因此，第二主电极的第二段中的每一者毗连第二导电类型的至少一个第二发射极区域和第一导电类型的至少一个第二发射极短路区域。

第三基极层可沿横向方向(即，沿平行于第一主表面延伸的方向)被完全非结构化。可省去两个反并联晶闸管之间的分离区域，其益处是每个晶闸管均利用完整晶片区域。