專利名稱：高頻晶閘管的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于功率開關器件技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)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(shù)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(wěn)定地工作，但其工作電流較低，最大的也只能工作到1000A。有報道稱，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，并且它的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，由于其中的放大門極采用工字型結構，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。
實用新型內容為了解決現(xiàn)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，本實用新型提供了一種高頻晶閘管，包括硅片、蒸發(fā)在所述硅片上的門極、放大門極和陰極，其特征在于所述放大門極采用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主干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，范圍在3.5～5mm。
在本實用新型中，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。
在本實用新型中，所述放大門極上短路點按圓周均勻分布，直徑為0.1～0.3mm。
在本實用新型中，所述硅片直徑為50～60mm。
本實用新型所述的高頻晶閘管采用新的分布式放大門極結構，其開通時間短至2.0μs以下，結溫下關斷時間小于15μs，最高工作頻率可達10kHz，在Tc＝55℃，正弦波180°，占空比為50％，VD＝0.5VDRM時，8kHz下通態(tài)電流達1200A，工作電壓為1200V；它的dv/dt≥800V/μs，di/dt≥300A/μs，通態(tài)電壓VTM低；在3600A峰值電流下測試，VTM≤3.2V，減少了器件的通態(tài)熱損耗。


圖1為本實用新型所述晶閘管的一個實施例的縱向剖面圖。
圖2A為本實用新型所述晶閘管的陰極的圖形。
圖2B為本實用新型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(qū)，即P型雜質擴散層；2表示N1基區(qū)；3表示P2區(qū)，即P型雜質擴散層；4表示N2區(qū)，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。
具體實施方式
以下結合附圖來進一步說明本實用新型。
由圖1可見，本實用新型所述的高頻晶閘管，包括硅片、蒸發(fā)在所述硅片上的門極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采用鋁。其中硅片從下至上依次包括P1區(qū)1、N1基區(qū)2、P2區(qū)3、N2區(qū)4，在所述硅片下還設有基片8，材料可采用鉬。
由圖2A可見，所述放大門極采用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主干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，范圍在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(tài)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，在本實用新型中，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(tài)電壓低，動態(tài)特性好，工作電壓達到1200V，硅片的厚度就受到限制，不能太厚，也不能太薄，薄了在制造過程中硅片很容易損壞。本實用新型的硅片厚度取0.33±0.01mm。P1區(qū)、P2區(qū)擴散深度為70μm左右，N2區(qū)的擴散深度為18～25μm。
為了使本實用新型能達到設計要求，即在8kHz下通態(tài)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硅片面積，另加門極、放大門極和臺面所占面積，所以本實用新型中所述硅片的直徑為50～60mm。
權利要求1.高頻晶閘管，包括硅片、蒸發(fā)在所述硅片上的門極、放大門極和陰極，其特征在于所述放大門極采用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主干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，范圍在3.5～5mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的高頻晶閘管，其特征在于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(jù)權利要求1所述的高頻晶閘管，其特征在于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(jù)權利要求1所述的高頻晶閘管，其特征在于所述硅片直徑為50～60mm。
專利摘要高頻晶閘管，屬于功率開關器件技術領域。為了解決現(xiàn)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，本實用新型提供了一種高頻晶閘管，包括硅片、蒸發(fā)在所述硅片上的門極、放大門極和陰極，其特征在于所述放大門極采用分布式結構，分為四部分，每部分由一條放大門極主干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，范圍在3.5～5mm。本實用新型工作電壓高，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H01L29/74GK2879424SQ200520114678
公開日2007年3月14日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權日2005年11月25日
發(fā)明者周偉松, 王培清, 志大器, 王均平, 張斌 申請人:清華大學