一种可降低通态功耗的自关断晶闸管制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子技术和电力电子
，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)
技术介绍
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)
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术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。本专利技术还可以包括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型半导体主品闸管的门极金属层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。本专利技术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。本专利技术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0 V)。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。 附图说明图1本专利技术的晶闸管单元剖面结构示意图； 图2 —种已有的晶闸管剖面结构示意图3 (a)本专利技术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本专利技术与已有的晶闸管的通态电流比较。具体实施方式 下面结合图1举例对本专利技术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型半导体品体管部分由N—区隔离。图3是本专利技术与己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是本专利技术与已有的晶闸 管的通态电流比较。结果表明，本专利技术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。上述为本专利技术特举之实施例，并非用以限定本专利技术，在不脱离本专利技术的实质 和范围内，可做些许的调整和优化，本专利技术的保护范围以权利要求为准。权利要求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l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。全文摘要本专利技术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，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，杨晓冬，曹菲，高松松，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]