專利名稱:一種光控雙向晶閘管的設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是對200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管的設(shè)計。
現(xiàn)有的中心門極光觸發(fā)的雙向晶閘管的光敏區(qū)結(jié)構(gòu)是一橫穿整個隔離區(qū)的v型槽,因此,影響了器件的電壓等級和成品率,不利于器件向大功率方向發(fā)展。目前,國外光控雙向晶閘管的電流容量在200A以下,耐壓在1000V以下,國內(nèi)在這方面的研究,尚屬空白。
本發(fā)明的目的是為了提高器件的電流容量和耐壓,提高器件換向dv/dt耐量和換向di/dt耐量,改善器件的動態(tài)dv/dt耐量和di/dt耐量,保證器件在兩個方向上光觸發(fā)靈敏度一致。
本發(fā)明在設(shè)計上作了以下改進(1)新型的中心錐型槽光敏門極結(jié)構(gòu)(
圖1.a)。這種結(jié)構(gòu)在很大程度上“屏蔽”了器件兩個晶閘管(Pe1Nb1Pb1Ne1和Pe2Nb2Pb2Nb2)之間的相互干擾,即當(dāng)一個晶閘管處于開通狀態(tài),另一個晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)時,由于錐形槽處在兩個晶閘管之間的中心門級部位,阻擋了在換向過程中,門極附近開通一側(cè)的殘余載流子向阻斷一側(cè)擴散,而這一擴散電流是造成器件換向失敗的主要原因。另一方面,由于兩個晶閘管的正向阻斷結(jié)均延伸到這個錐形的光敏區(qū),其空間電荷區(qū)在這一小內(nèi)臺面上展寬,來自發(fā)光二極管的光通過照射到正向阻斷結(jié)的空間電荷區(qū)及其附近的N基和P基區(qū)來發(fā)揮其效果,達(dá)到觸發(fā)器件的作用,因此可以保證兩個晶閘管的觸發(fā)靈敏度大致相同。(2)在器件的兩個晶閘管內(nèi)采用了放大門極結(jié)構(gòu)(圖2.b)。因為光控雙向晶閘管是高靈敏度器件,為提高其觸發(fā)靈敏度和器件的di/dt耐量,放大門極寬度往往設(shè)計的較寬,這樣將使器件的dv/dt耐量降低,為解決這一矛盾,我們在放大門極上設(shè)置了一排短路點。(圖1.c圖2.c)。它可以有效地旁路掉由于dv/dt效應(yīng)而產(chǎn)生的位移電流,避免了dv/dt誤觸發(fā)作為。(3)在器件的放大門極部位采用了槽狀結(jié)構(gòu)(圖2.d),以提高器件的光觸發(fā)靈敏度,保證兩個放大門極在導(dǎo)通過程中,能充分有效地起作用。(4)兩個晶閘管的陰極圖形呈扇形結(jié)構(gòu)(圖1),加寬了兩個晶閘管之間隔區(qū)的寬度,以進一步提高器件的換向能力,減小兩個晶閘管之間的相互干擾。在工藝上,用硼一鋁乳膠源完成P型擴散,代替常規(guī)的閉管鎵或鎵鋁擴散,用三氯氧磷液態(tài)源完成N型擴散;用HF,HNO3,CH3COOH,H2O四種成份的腐蝕液挖槽,用金剛砂研磨的方法完成光敏區(qū)的錐形槽造型,用透光性好的鈍化膜來鈍化錐形槽。為了保證T2端放大門極在燒結(jié)后也能充分有效地起作用,我們采用了以下措施先在放大門極上蒸發(fā)上一層耐高溫(700℃以上)的金屬膜(圖2.e),然膈再用LPCVD方法在槽內(nèi)沉積上一層絕緣膜(圖2.f),最后再進行燒結(jié)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,可以實現(xiàn)器件的大電流,高電壓,可獲得高換向能力,即高換向dv/dt、di/dt耐量,改善器件的動態(tài)dv/dt、di/dt耐量,并能通過調(diào)節(jié)挖槽深度來靈活調(diào)整器件的光觸發(fā)靈敏度,使器件在兩個方向上觸發(fā)靈敏度一致。因此,較好地協(xié)調(diào)了光觸發(fā)靈敏度和器件dv/dt、di/dt耐量之間的矛盾。
圖1是本發(fā)明的光控雙向晶閘管管芯的俯視圖。
圖2是本發(fā)明的光控雙向晶閘管管芯的剖面圖。
實現(xiàn)本發(fā)明,在設(shè)計上,可取硅片直徑φ=30~40mm,厚度H=0.35mm,電阻率ρ=50~60Ωcm,錐形槽的半徑ro=2mm,其它版圖尺寸隨電流容量不同而不同。在工藝上,用B-Al乳膠源完成P型擴散,擴散表面雜質(zhì)濃度為2×1018~8×1018cm-3,結(jié)深為78-85μm,N型擴散用POCl3液態(tài)源擴散,表面濃度為6×1020~1×1021cm-3,結(jié)深為22~24μm,用HF∶HNO3∶CH3COOH∶H2O=1∶8∶1∶0.5的腐蝕液來挖槽,可獲得槽底平整,槽形好的腐蝕槽,為保證器件的光觸發(fā)靈敏度一致性好,T2端槽的深度要比T1端的深4~5μm,用M14的金剛砂來研磨形成錐形槽,用SP膠來鈍化這一小內(nèi)臺面,先在放大門極上蒸發(fā)上一層Cr和Ni金屬,然后再在750℃和830℃下用LPCVD方法分別沉積上一層Si3N4和SiO2,最后在675℃下真空燒結(jié)。用這種設(shè)計和工藝研制出的器件的主要參數(shù)如下額定通態(tài)電流(有效值) 200~500A正、反向重復(fù)峰值電壓 1000~1200v觸發(fā)電流 50~200mA通態(tài)峰值壓降 1.3~1.8v換向dv/dt耐量 ≥100v/μs換向di/dt耐量 ≥50A/μs*dv/dt耐量 ≥200v/μs
權(quán)利要求
1.一種200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有錐形槽狀光敏區(qū)。
2.一種200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有帶短路點的放大門極。
3.一種200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有放大門極處的槽狀結(jié)構(gòu)。
4.一種200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有扇形結(jié)構(gòu)的陰極圖形。
5.一種200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管其特征在于用Cr、Ni作為T2端放大門極的金屬接觸,用LPCVD方法沉積Si3N4和SiO2作為絕緣膜。
6.一種200~500A,1000~1200V光控雙向晶閘管其特征在于用HF∶HNO3∶CH3COOH∶H2O=1∶8∶1∶0.5腐蝕液的挖槽工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形槽狀光敏區(qū)其特征在于用M14的金剛砂研磨出錐形槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形槽狀光敏區(qū)其特征在于用SP膠作為光敏槽的鈍化膜。
全文摘要
本發(fā)明是對光控雙向晶閘管的設(shè)計。設(shè)計了一種新的錐形槽狀光敏門極結(jié)構(gòu),在器件的兩個晶閘管內(nèi)均采用了帶短路點的放大門極結(jié)構(gòu),在放大門極部位采用了槽狀結(jié)構(gòu),兩個晶閘管的陰極圖形采用了扇形結(jié)構(gòu)。在工藝上,用B-Al乳膠源完成P型擴散,用POCl
文檔編號H01L21/332GK1062240SQ91104568
公開日1992年6月24日 申請日期1991年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月10日
發(fā)明者趙善麒, 高鼎三 申請人:吉林大學(xué)