CN101931002B - 反向阻断二极晶闸管 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为反向阻断二极晶闸管。属于功率半导体器件技术领域。它主要是解决现有二极晶闸管存在正常工作峰值电流不够大、di/dt不够高和可靠性不高的问题。它的主要特征是包括管壳和封装在该管壳内的晶闸管芯片，该芯片为P1阳极发射区、N1长基区、P2短基区、N2阴极发射区四层结构，P1阳极发射区外为烧结欧姆接触层和阳极钼片，N2阴极发射区设有阴极表面金属镀层，晶闸管芯片台面设有保护胶层，晶闸管芯片中心部位设有浓度高于N2阴极发射区浓度、结深大于或等于N2阴极发射区结深的高浓度N区，形成阴极沟道。本发明具有正常工作峰值电流大、di/dt高、重复率高、快速开关能力强和可靠性高的特点，主要应用于雷达调制器和激光脉冲等领域。

Description

反向阻断二极晶闸管

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域。特别是涉及一种适用于雷达调制器和激光脉冲等领域的反向阻断二极晶闸管。

背景技术

二极晶闸管是一种两端半导体开关，能够在很短的时间内实现开关状态转换。二极晶闸管具有与晶闸管类似的四层PNPN结构即P1阳极发射区、N1长基区、P2短基区、N2阴极发射区四层结构，P1阳极发射区外为烧结欧姆接触层和阳极钼片，N2阴极发射区设有阴极表面金属镀层，晶闸管芯片台面设有保护胶层。由于二极晶闸管的晶闸管芯片中心部位未设有浓度高于N2阴极发射区浓度、结深大于或等于N2阴极发射区结深的高浓度N区，即没有形成高浓度阴极沟道，因而当将二极晶闸管用于雷达调制器和激光脉冲等领域时，存在正常工作峰值电流不够大、di/dt不够高、重复率不够高、快速开关能力不够强和可靠性不高的不足。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种正常工作峰值电流大、di/dt高、重复率高、快速开关能力强和可靠性高，适用于雷达调制器和激光脉冲等领域的反向阻断二极晶闸管。

本发明的技术解决方案是：一种反向阻断二极晶闸管，包括管壳和封装在该管壳内的晶闸管芯片，晶闸管芯片为P1阳极发射区、N1长基区、P2短基区、N2阴极发射区四层结构，P1阳极发射区外为烧结欧姆接触层和阳极钼片，N2阴极发射区设有阴极表面金属镀层，晶闸管芯片台面设有保护胶层，其特征是：所述的晶闸管芯片N2阴极发射区设有特别阴极区，该区域及其下方的杂质浓度高于N2阴极发射区，并在N2阴极发射区和P2短基区的界面形成阴极沟道。

本发明技术解决方案中所述的特别阴极区位于晶闸管芯片中心。

本发明技术解决方案中所述的特别阴极区为刻蚀槽，在该刻蚀槽下方及周围形成浓度高于N2阴极发射区浓度的高浓度N型区，且高浓度N型区伸入P2短基区，形成阴极沟道。

本发明技术解决方案中所述的N2阴极发射区是单窗口扩散形成的整块式阴极发射区。

本发明技术解决方案中所述的N2阴极发射区是多窗口扩散形成的分块式阴极发射区。

本发明技术解决方案中所述的高浓度特别阴极区是直接在晶闸管芯片中心部位进行选择扩散形成的，该扩散也使N2阴极发射区的结深向P2短基区推进，形成阴极沟道。

本发明由于在晶闸管芯片中心部位设有浓度高于N2阴极发射区浓度、结深大于或等于N2阴极发射区结深的高浓度N型区，并在PN结界面形成阴极沟道，因而反向阻断二极晶闸管在正向电压大于导通抑制电压时开通，产生高电流和低的正向压降。这样就产生了两种不同层次的载流子扩展，确保晶闸管从中心区优先导通，具有高的di/dt特性和可靠性。在承受额定电压上升率时，反向阻断二极晶闸管不响应。触发时，反向阻断二极晶闸管峰值电压一般超过额定阻断电压，且触发电压的dv/dt很高。此后，在高电压下，触发电流开始上升，电压跌落导致器件开通。从开通过程考虑，在电压跌落之后的电流是非有效的触发电流。在电压跌落之前的所有电流都被看作dv/dt的激发电流，从而使得反向阻断二极晶闸管全面开通。在触发期间，触发电流由严格的dv/dt确定，且在达到峰值之前，触发电压上升率是线性的。本发明具有正常工作峰值电流大、di/dt高、重复率高、快速开关能力强和可靠性高的特点。本发明主要应用于雷达调制器和激光脉冲等领域。

附图说明

图1是本发明实施例1芯片剖面图；

图2是本发明实施例2芯片剖面图；

图3是本发明实施例3芯片剖面图；

图4是本发明一种典型应用电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1如图1所示。管壳、P1阳极发射区3、N1长基区4、P2短基区5、N2阴极发射区6、烧结欧姆接触层2、阳极钼片1、阴极表面金属镀层7和晶闸管芯片台面胶层9与现有晶闸管相同。N2阴极发射区6是单窗口扩散形成的整块式阴极发射区。不同的是在N2阴极发射区6的中心部位设有阴极刻蚀槽8，在该阴极刻蚀槽8下方及周围形成浓度高于N2阴极发射区6浓度的高浓度N型区，且高浓度N型区伸入P2短基区5，形成阴极沟道10。本发明设计了阴极发射区中心区与周边区域不同的杂质分布，在N型端区域形成深的中心N型区域和浅的周边N型区域。

具体制作方法：

制作反向阻断二极晶闸管使用硅单晶材料，N1长基区4的掺杂浓度在8×10¹³cm^-3至3.2×10¹⁴cm^-3，厚度100～260μm。硅片总厚度的选取既要求保证N1长基区4实现器件耐压的要求，又不至于通态压降较大。

P1阳极发射区3和P2短基区5可双面同时进行P型杂质扩散，也可分别进行，杂质源可以是B、Ga或Al。P1阳极发射区3的厚度为35～80μm，表面浓度5×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3。P2短基区5的深度为35～86μm，表面浓度3×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3。

阴极刻蚀槽8位于芯片的正中心区。

N2阴极发射区6通过高温扩散形成，杂质源通常为POCl₃。N2阴极发射区6的深度为12～25μm，表面浓度1～8×10²⁰cm^-3。由于阴极刻蚀槽8的作用，N2阴极发射区6的中心区形成沟道10。

硅片经由以上加工后，用约40μm厚的铝箔将硅片和阳极钼片1烧结在一起。然后在阴极面进行金属蒸镀形成阴极表面金属镀层7。芯片用金刚砂磨角后进行台面腐蚀，涂保护台面胶层9，放入干燥箱进行老化。最后将芯片安装到定制的标准管壳中，完成本发明反向阻断二极晶闸管的最终封装和测试。

正常工作峰值电流超过800A，di/dt大于2000A/μs，重复率超过1000pps，快速开关能力强。

实施例2如图2所示。反向阻断二极晶闸管芯片是具有阴极短路结构的。与实施例1不同的是N2阴极发射区6是多窗口扩散形成的分块式阴极发射区，阴极刻蚀槽8位于中心部位窗口的阴极发射区内。

实施例3如图3所示。与实施例1不同的是反向阻断二极晶闸管芯片为后期掩蔽扩散获得的阴极高浓度N区，所以沟道与N2阴极发射区6的结面几乎平齐。

本发明一种典型应用电路图如图4所示。二极晶闸管应用电路有一个触发回路CT和主回路PFM，中间由背靠背的两只隔离二极管D1和D2连接。触发回路CT通过隔离管给反向阻断二极晶闸管RBDT一个正向的特定脉冲波，触发RBDT使其由断态转为通态，由主回路产生的脉冲电压即通过隔离管加到RBDT的阳极端，实现反向阻断二极晶闸管的全面导通。

Claims (6)

1.一种反向阻断二极晶闸管，包括管壳和封装在该管壳内的晶闸管芯片，晶闸管芯片为P1阳极发射区(3)、N1长基区(4)、P2短基区(5)、N2阴极发射区(6)四层结构，P1阳极发射区(3)外为烧结欧姆接触层(2)和阳极钼片(1)，N2阴极发射区(6)设有阴极表面金属镀层(7)，晶闸管芯片台面设有保护胶层(9)，其特征是：所述的晶闸管芯片N2阴极发射区(6)设有特别阴极区(8)，该特别阴极区及其下方的杂质浓度高于N2阴极发射区(6)，并在N2阴极发射区(6)和P2短基区(5)的界面形成阴极沟道(10)。

2.根据权利要求1所述的一种反向阻断二极晶闸管，其特征是：所述的特别阴极区(8)位于晶闸管芯片中心。

3.根据权利要求1或2所述的一种反向阻断二极晶闸管，其特征是：所述的特别阴极区(8)为刻蚀槽，在该刻蚀槽(8)下方及周围形成浓度高于N2阴极发射区(6)浓度的高浓度N型区，且高浓度N型区伸入P2短基区(5)，形成阴极沟道(10)。

4.根据权利要求3所述的一种反向阻断二极晶闸管，其特征是：所述的N2阴极发射区(6)是单窗口扩散形成的整块式阴极发射区。

5.根据权利要求3所述的一种反向阻断二极晶闸管，其特征是：所述的N2阴极发射区(6)是多窗口扩散形成的分块式阴极发射区。

6.根据权利要求2所述的一种反向阻断二极晶闸管，其特征是：所述的特别阴极区(8)是直接在晶闸管芯片中心部位进行选择扩散形成的，该扩散也使N2阴极发射区(6)的结深向P2短基区(5)推进，形成阴极沟道(10)。

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