高頻晶閘管的製作方法
2023-12-09 00:14:56
專利名稱：高頻晶閘管的製作方法
技術領域：
本發明屬於功率開關器件技術領域。
背景技術：
傳統的快速晶閘管開通時間和關斷時間長，開關損耗大，工作頻率較低，一般只能工作在1000Hz以內，較好的能工作到2.5kHz，極少數能工作到4kHz，8kHz以上工作頻率受到限制。
原有的高頻晶閘管能在8～10kHz下穩定地工作，但其工作電流較低，最大的也只能工作到1000A。有報導稱，襄樊儀表元件廠設計有1200A高頻晶閘管，但其特性分析中明確表示，該晶閘管的實際工作電流在8kHz下只能達到800A，並且它的dv/dt、di/dt都較低，僅為300V/μs和250A/μs。
本申請人在1987年5月26日申請的實用新型專利「一種高頻晶閘管」也披露了一種具體的晶閘管結構，由於其中的放大門極採用工字型結構，支路間距過大，導致在導通周期內，陰極面不能全面積導通，工作電流無法達到1200A。
發明內容
為了解決現有高頻晶閘管工作電流無法達到1200A，不能滿足大功率逆變設備要求的問題，本發明提供了一種高頻晶閘管，包括矽片、蒸發在所述矽片上的門極、放大門極和陰極，其特徵在於所述放大門極採用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主幹和三條弧形支路組成，各部分之間的間距以及同一部分中支路之間的間距均由電流擴展速度決定，範圍在3.5～5mm。
在本發明中，所述陰極上的短路點呈正方形分布，短路點為圓形，直徑為0.1～0.2mm，間距為0.5～0.8mm。
在本發明中，所述放大門極上短路點按圓周均勻分布，直徑為0.1～0.3mm。
在本發明中，所述矽片直徑為50～60mm。
本發明所述的高頻晶閘管採用新的分布式放大門極結構，其開通時間短至2.0μs以下，結溫下關斷時間小於15μs，最高工作頻率可達10kHz，在TC＝55℃，正弦波180°，佔空比為50％，VD＝0.5VDRM時，8kHz下通態電流達1200A，工作電壓為1200V；它的dv/dt≥800V/μs，di/dt≥300A/μs，通態電壓VTM低；在3600A峰值電流下測試，VTM≤3.2V，減少了器件的通態熱損耗。
圖1為本發明所述晶閘管的一個實施例的縱向剖面圖。
圖2A為本發明所述晶閘管的陰極的圖形。
圖2B為本發明所述晶閘管的陰極上短路點分布的局部示意圖。
其中1表示P1區，即P型雜質擴散層；2表示N1基區；3表示P2區，即P型雜質擴散層；4表示N2區，即N型雜質擴散層，上面有短路點分布；5表示放大門極，上面有短路點分布；6表示門極；7表示陰極；8表示基片。
具體實施例方式
下面結合附圖來進一步說明本發明。
由圖1可見，本發明所述的高頻晶閘管，包括矽片、蒸發在所述矽片上的門極6、放大門極5和陰極7，所述門極、放大門極和陰極的材料可以採用鋁。其中矽片從下至上依次包括P1區1、N1基區2、P2區3、N2區4，在所述矽片下還設有基片8，材料可採用鉬。
由圖2A可見，所述放大門極採用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主幹和三條弧形支路組成，各部分之間的間距以及同一部分中支路之間的間距均由電流擴展速度決定，範圍在3.5～5mm。上述間距不能過寬，否則在導通周期內電流不能在全面積導通，陰極利用效率降低，通態電壓變大，熱損耗增大。原則是頻率越高間距越小，但間距不能過小，過小會造成放大門極支路增加，陰極面積變小，同樣會造成熱損耗增加。
由圖2B可見，所述陰極上的短路點呈正方形分布，短路點為圓形。短路點的梳密和大小直接影響電流的擴展速度和器件的dv/dt耐量，在本發明中，陰極上的短路點的直徑為0.1～0.2mm，間距為0.5～0.8mm。此外，所述放大門極上短路點按圓周均勻分布，直徑為0.1～0.3mm。
為了使晶閘管能在8～10kHz下工作，開關時間短，通態電壓低，動態特性好，工作電壓達到1200V，矽片的厚度就受到限制，不能太厚，也不能太薄，薄了在製造過程中矽片很容易損壞。本發明的矽片厚度取0.33±0.01mm。P1區、P2區擴散深度為70μm左右，N2區的擴散深度為18～25μm。
為了使本發明能達到設計要求，即在8kHz下通態電流達1200A，這就要求擴大流過電流的面積，一般晶閘管陰極允許流過的電流為80A/cm2，1200A電流則需要15cm2矽片面積，另加門極、放大門極和臺面所佔面積，所以本發明中所述矽片的直徑為50～60mm。
權利要求
1.高頻晶閘管，包括矽片、蒸發在所述矽片上的門極、放大門極和陰極，其特徵在於所述放大門極採用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主幹和三條弧形支路組成，各部分之間的間距以及同一部分中支路之間的間距均由電流擴展速度決定，範圍在3.5～5mm。
2.根據權利要求1所述的高頻晶閘管，其特徵在於所述陰極上的短路點呈正方形分布，短路點為圓形，直徑為0.1～0.2mm，間距為0.5～0.8mm。
3.根據權利要求1所述的高頻晶閘管，其特徵在於所述放大門極上短路點按圓周均勻分布，直徑為0.1～0.3mm。
4.根據權利要求1所述的高頻晶閘管，其特徵在於所述矽片直徑為50～60mm。
全文摘要
高頻晶閘管，屬於功率開關器件技術領域。為了解決現有高頻晶閘管工作電流無法達到1200A，不能滿足大功率逆變設備要求的問題，本發明提供了一種高頻晶閘管，包括矽片、蒸發在所述矽片上的門極、放大門極和陰極，其特徵在於所述放大門極採用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主幹和三條弧形支路組成，各部分之間的間距以及同一部分中支路之間的間距均由電流擴展速度決定，範圍在3.5～5mm。本發明工作電壓高，工作電流大，開通時間和關斷時間短，dv/dt和di/dt耐量高，能在8～10kHz下工作。
文檔編號H01L29/74GK1767206SQ20051008699
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者周偉松, 王培清, 志大器, 王均平, 張斌 申請人:清華大學