[发明专利]一种具有强动态雪崩抗性的可关断晶闸管

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种具有强动态雪崩抗性的可关断晶闸管(GTO)，Gate turn‑off Thyristor,简称GTO。相对于传统的可关断晶闸管，本发明的耐压层结构采用了和N型电场截止层相反的掺杂电荷构成P型漂移区，P型漂移区采用的掺杂浓度远低于N型电场截止层，同时也远低于P型基区的掺杂浓度，为主要耐压层。在关断时，本发明的可关断晶闸管耗尽区内部的电荷极性和通态电流带来的额外载流子极性相反，通态电流的增加不会增加器件内部的电场峰值，因此不会发生动态雪崩效应，大大提升了可以关断的电流。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种具有强动态雪崩抗性的可关断晶闸管(GTO)，Gate turn-off Thyristor,简称GTO。

背景技术

可关断晶闸管(GTO)被广泛应用于大功率的应用场景中，当导通大电流时，晶闸管结构的高电导调制效应使得器件的导通压降很低，其具备显著的优势。然而，当关断大电流时，通态电流会产生额外的载流子，使得器件内部的净电荷浓度提高，提高峰值电场，严重时会使得峰值电场超过材料的临界击穿电场，这一现象被称为动态雪崩效应。动态雪崩效应限制了可关断晶闸管器件在大电流场景下的使用，严重时甚至会影响整个系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种具有强动态雪崩抗性的可关断晶闸管，可以显著降低晶闸管关断过程中的动态雪崩效应，提高可关断晶闸管的最大可关断电流。

本发明的技术方案：一种具有强动态雪崩抗性的可关断晶闸管，其半元胞包括阳极结构、耐压层结构、基区结构和栅极结构，以及最上方的阴极结构，其中耐压层结构位于阳极结构和汲取结构之间，包含两种异性的掺杂电荷，阴极结构位于基区结构的上方；

所述阳极结构包括阳极金属1以及P+阳极区2；所述P+阳极区2位于阳极金属1上表面；所述阳极金属1引出端为阳极；

所述耐压层结构包括N型电场截止层3以及P型漂移区4；所述P型漂移区4采用和所述N型电场截止层3相反的掺杂电荷，所述P型漂移区4采用的掺杂浓度远低于所述N型电场截止层3的掺杂浓度，所述P型漂移区4位于所述N型电场截止层3的上表面，N型电场截止层3位于P+阳极区2的上表面；

所述基区结构和栅极结构包括P型基区5，高浓度的P型栅极区9以及栅极金属8；所述的高浓度的P型栅极区9位于所述P型基区5一端的上层，所述栅极金属8位于所述P型基区5的上表面；所述的栅极金属8引出端为栅极；

所述阴极结构包括阴极金属7和N+阴极区6；所述N+阴极区6位于P型基区5另一端的上表面，N+阴极区6和栅极金属8均位于P型基区5的上表面并且两者之间具有间距，所述阳极金属7位于N+阴极区6的上表面；所述阴极金属7引出端为阴极；

与传统结构相比，耐压层结构采用了和N型电场截止层3相反的掺杂电荷构成P型漂移区4，P型漂移区4采用的掺杂浓度远低于N型电场截止层3，同时也远低于P型基区5的掺杂浓度，为主要耐压层。

本发明的有益效果为，本发明的具有强动态雪崩抗性的可关断晶闸管，显著的增加了对动态雪崩效应的抗性，大大提升了最大可关断电流。

附图说明

图1是本发明的可关断晶闸管示意图；

图2是常规可关断晶闸管示意图；

图3是常规可关断晶闸管关断时的电场分布示意图；

图4是本发明的可关断晶闸管关断时的电场分布示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述