CN101546767A - 一种可降低通态功耗的自关断晶闸管 - Google Patents

一种可降低通态功耗的自关断晶闸管 Download PDF

Info

Publication number
CN101546767A
CN101546767A CN200910071964A CN200910071964A CN101546767A CN 101546767 A CN101546767 A CN 101546767A CN 200910071964 A CN200910071964 A CN 200910071964A CN 200910071964 A CN200910071964 A CN 200910071964A CN 101546767 A CN101546767 A CN 101546767A
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
layer
thyristor
doped
highly doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910071964A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101546767B (zh
Inventor
王颖
杨晓冬
曹菲
高松松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rugao Productivity Promotion Center
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN2009100719644A priority Critical patent/CN101546767B/zh
Publication of CN101546767A publication Critical patent/CN101546767A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101546767B publication Critical patent/CN101546767B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Thyristors (AREA)

Abstract

本发明提供的是一种可降低通态功耗的自关断晶闸管，其内部结构为：一个PNPN型半导体主晶闸管，高掺杂P型层(1)经金属层(1M)引出阳极，在高掺杂P型层(1)上依次为低掺杂N型基区层(2)和P型基区层(3)，在P型基区层(3)上为高掺杂N型层(4)经金属层(4M)引出阴极，同时在P型基区层(3)经金属层(3M)引出门极；一个PNP型半导体晶体管，高掺杂P型层(1)经金属层(1M)引出发射极，在高掺杂P型层(1)上依次为低掺杂N型基区层(2)和P型基区层(3)，在P型基区层(3)上为高掺杂P型层(5)经金属层(5M)引出集电极。PNPN型主晶闸管和PNP型晶体管部分由N－区隔离。该晶闸管结构具有较低的导通电阻，从而达到提高晶闸管的通态电流的目的。

Description

一种可降低通态功耗的自关断晶闸管
(一)技术领域
本发明涉及微电子技术和电力电子技术领域，具体地说是一种晶闸管结构，特别是一种可提高通态电流的自关断晶闸管结构。
(二)背景技术
在功率电子学领域，功率半导体器件作为关键的部件，其性能特征对系统性能的改善起着主要作用。自关断晶闸管一种施加适当极性的门极信号，可从通态转换到断态或从断态转换到通态的三端器件。在感应加热调节器、静止变频器、电力机车的电工设备等方面得到广泛应用，其发展方向是高频、高压、大电流。自关断晶闸管正向偏置时，阳极和阴极间加正压，若门极加正压，则在阳极电压小于转折电压时被门极触发导通。在晶闸管正向导通时，三个PN结均为正向偏置，由自关断晶闸管基区的双向电导调制效应，可认为晶闸管导通时的正向通态压降中结压降占有较大比例(近似为单个PN结压降)。此外，自关断晶闸管的通态压降随着阳极通态电流的增加而增加，只是趋势不尽相同。一般希望通态压降越小越好；管压降小，在功耗一定的情况下，自关断晶闸管的通态电流可获得提高。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种通态压降小，可提高通态电流能力的自关断晶闸管。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的可提高通态电流的晶闸管结构的内部结构为：一个PNPN型半导体主晶闸管，高掺杂P型层1经第一金属层1M引出阳极，在高掺杂P型层1上依次为低掺杂N型基区层2和P型基区层3，在P型基区层3上为高掺杂N型层4经第四金属层4M引出阴极，同时在P型基区层3经第三金属层3M引出门极；一个PNP型半导体晶体管，高掺杂P型层1经第一金属层1M引出发射极，在高掺杂P型层1上依次为低掺杂N型基区层2和P型基区层3，在P型基区层3上为高掺杂P型层5经第五金属层5M引出集电极。
本发明还可以包括：
1、所述的高掺杂N型层4和高掺杂P型层5具有相同的厚度，且第四金属层4M和第五金属层5M也处于同一平面上。该特点也使得器件电极(特别是阴极面)的压接与传统工艺相兼容。
2、所述的PNPN型半导体主晶闸管的门极金属层3M介于高掺杂N型层4和高掺杂P型层5之间，PNPN型半导体主晶闸管和PNP型半导体晶体管部分由N-区隔离。该特点有助于提高门极的控制能力且有效防止门极与阴极短路。
3、若在PNPN型半导体主晶闸管和PNP型半导体晶体管之间的N型基区层2引入基极控制PNP型半导体晶体管的开关，可进一步提高器件的通流能力和器件的频率特性。
本发明的内部结构为：半导体主晶闸管部分和半导体晶体管部分。晶闸管的阳极和阴极分别与晶体管的发射极和集电极共面连接。主晶闸管的门极介于晶闸管的阴极和晶体管的集电极之间，且PNPN型半导体主晶闸管和PNP型半导体晶体管部分由N-区隔离。
本发明所述的晶闸管结构可在门极触发下开通，高掺杂N型层4经P型基区层3向N型基区层2输运电子，而其中一部分电子电流可作为的基极触发电流而使PNP型半导体晶体管开通。因此，器件的通态电流由器件的主晶闸管部分和半导体晶体管部分共同承担。当晶闸管正向偏置时，阳极和阴极间加正压，若门极加正压，则在阳极电压小于转折电压时被门极触发导通。在正向导通时，该器件主晶闸管部分的三个PN结均为正向偏置，由自关断晶闸管基区的双向电导调制效应，可认为晶闸管导通时的正向通态压降中结压降占有较大比例(近似为单个PN结压降)。由于晶体管两端电压等于二个结压降代数和，即通态压降较小(结压降近似为0V)。则该晶闸管结构的导通电阻因主晶闸管部分和半导体晶体管部分导通电阻的并联而降低，从而达到降低晶闸管的通态功耗的目的，特别有助于该类器件在大功率电力电子领域中的应用。
(四)附图说明
图1本发明的晶闸管单元剖面结构示意图；
图2一种已有的晶闸管剖面结构示意图；
图3(a)本发明的晶闸管的电流分布，图3(b)已有的晶闸管的电流分布；
图4本发明与已有的晶闸管的通态电流比较。
(五)具体实施方式
下面结合图1举例对本发明做更详细地描述：
该晶闸管结构的内部构造分成两部分。一是PNPN型半导体主晶闸管部分：高掺杂P型层1经金属层1M引出阳极，在其上依次形成低掺杂N型基区层2和P型基区层3，在P型基区层3上高掺杂N型层4经金属层4M引出阴极，同时在P型基区层3经金属层3M引出门极。二是PNP型半导体晶体管部分：高掺杂P型层1经金属层1M引出发射极，在其上依次形成低掺杂N型基区层2和P型基区层3，在P型基区层3上高掺杂P型层5经金属层5M引出集电极。该晶闸管结构的高掺杂N型层4和高掺杂P型层5具有相同的厚度，且金属层4M和金属层5M也处于同一平面上。而且，主晶闸管的门极引出金属层3M介于高掺杂N型层4和高掺杂P型层5之间，且PNPN型半导体主晶闸管和PNP型半导体晶体管部分由N-区隔离。
图3是本发明与已有的晶闸管的导通时电流分布，可以看出其导通电流由器件的主晶闸管部分和半导体晶体管部分共同承担。图4是本发明与已有的晶闸管的通态电流比较。结果表明，本发明提出的自关断晶闸管结构具有较高的通流能力，也即在相同电流下具有较低的导通电阻，可显著提高器件工作时的可靠性。
上述为本发明特举之实施例，并非用以限定本发明，在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (3)

1、一种可降低通态功耗的自关断晶闸管，其特征是：内部结构包括一个PNPN型半导体主晶闸管，高掺杂P型层(1)经第一金属层(1M)引出阳极，在高掺杂P型层(1)上依次为低掺杂N型基区层(2)和P型基区层(3)，在P型基区层(3)上为高掺杂N型层(4)经第四金属层(4M)引出阴极，同时在P型基区层(3)经第三金属层(3M)引出门极；一个PNP型半导体晶体管，高掺杂P型层(1)经第一金属层(1M)引出发射极，在高掺杂P型层(1)上依次为低掺杂N型基区层(2)和P型基区层(3)，在P型基区层(3)上为高掺杂P型层(5)经第五金属层(5M)引出集电极。
2、根据权利要求1所述的一种可降低通态功耗的自关断晶闸管，其特征是：所述的高掺杂N型层(4)和高掺杂P型层(5)具有相同的厚度，且第四金属层(4M)和第五金属层(5M)也处于同一平面上。
3、根据权利要求1或2所述的一种可降低通态功耗的自关断晶闸管，其特征是：所述的PNPN型半导体主晶闸管的门极引出第三金属层(3M)介于高掺杂N型层(4)和高掺杂P型层(5)之间，PNPN型半导体主晶闸管和PNP型半导体晶体管部分由N区隔离。
CN2009100719644A 2009-05-07 2009-05-07 一种可降低通态功耗的自关断晶闸管 Expired - Fee Related CN101546767B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100719644A CN101546767B (zh) 2009-05-07 2009-05-07 一种可降低通态功耗的自关断晶闸管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100719644A CN101546767B (zh) 2009-05-07 2009-05-07 一种可降低通态功耗的自关断晶闸管

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101546767A true CN101546767A (zh) 2009-09-30
CN101546767B CN101546767B (zh) 2010-10-20

Family

ID=41193780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100719644A Expired - Fee Related CN101546767B (zh) 2009-05-07 2009-05-07 一种可降低通态功耗的自关断晶闸管

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101546767B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102820333A (zh) * 2012-07-30 2012-12-12 绍兴旭昌科技企业有限公司 台面型反向阻断二极晶闸管芯片
CN110047913A (zh) * 2018-07-11 2019-07-23 北京优捷敏半导体技术有限公司 一种门极可关断晶闸管及其制造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102820333A (zh) * 2012-07-30 2012-12-12 绍兴旭昌科技企业有限公司 台面型反向阻断二极晶闸管芯片
CN110047913A (zh) * 2018-07-11 2019-07-23 北京优捷敏半导体技术有限公司 一种门极可关断晶闸管及其制造方法
WO2020011053A1 (zh) * 2018-07-11 2020-01-16 杭州优捷敏半导体技术有限公司 一种门极可关断晶闸管及其制造方法
US11705510B2 (en) 2018-07-11 2023-07-18 Hangzhou Ug Min Semiconductor Technology Co. Ltd Gate-turn-off thyristor and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN101546767B (zh) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8853827B2 (en) Silicon carbide bipolar junction transistor (BJT) having a surface electrode disposed on a surface passivation layer formed at a region between emitter contact and base contact
CN103413824B (zh) 一种rc-ligbt器件及其制作方法
CN103383958B (zh) 一种rc-igbt器件及其制作方法
CN102779840B (zh) 一种具有终端深能级杂质层的igbt
CN102683402B (zh) 一种平面栅电荷存储型igbt
CN103094332B (zh) 一种绝缘栅双极晶体管
CN102832240A (zh) 一种集电极终端具有介质层的绝缘栅双极型晶体管
US9263560B2 (en) Power semiconductor device having reduced gate-collector capacitance
CN110444589B (zh) 一种具有过流保护功能的igbt
CN115832039A (zh) 一种逆导型igbt器件
US8907374B2 (en) Insulated gate bipolar transistor
CN103258848B (zh) 一种具有正温度系数发射极镇流电阻的igbt器件
CN101546767B (zh) 一种可降低通态功耗的自关断晶闸管
CN102354706A (zh) 一种具有p型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管
CN104795438A (zh) 一种能抑制负阻效应的sa-ligbt
CN110783398A (zh) 一种大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管
CN103594490A (zh) 晶闸管及晶闸管封装件
CN103887332A (zh) 一种新型功率半导体器件
CN107134489A (zh) 新型的场截止阳极短路型绝缘栅双极型晶体管
CN114792724A (zh) 一种消除电压折回现象的逆导型igbt
CN103606557A (zh) 一种集成二极管的集电极短路igbt结构
CN110504312B (zh) 一种具有短路自保护能力的横向igbt
CN103311315A (zh) 具有肖特基接触终端的快恢复二极管
CN106601800A (zh) 一种沟槽绝缘栅双极型晶体管
CN112687681A (zh) 一种具有集成nmos管的ligbt器件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: RUGAO PRODUCTIVITY PROMOTION CENTER

Free format text: FORMER OWNER: HARBIN ENGINEERING UNIV.

Effective date: 20131023

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 150001 HARBIN, HEILONGJIANG PROVINCE TO: 226503 NANTONG, JIANGSU PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20131023

Address after: 226503 Deng yuan community, Rugao Economic Development Zone, Jiangsu 15

Patentee after: Rugao Productivity Promotion Center

Address before: 150001, building 145, No. 1, Nantong Avenue, Nangang District, Heilongjiang, Harbin

Patentee before: Harbin Engineering Univ.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101020

Termination date: 20180507

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee