[发明专利]一种控制两种载流子的晶闸管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及大功率器件。

背景技术

通常的垂直型高压半导体器件，需要高电阻率的半导体材料做耐压区。

如所周知，在晶闸管、GTO(Gate Turn-Off Thyristor，门控晶闸管)、MCT(MOS控制晶闸管)等器件中由于采用了非平衡载流子，使高电阻率的耐压区的导通压降大大下降。

在利用外接信号控制器件关断的GTO和MCT中，通常会遇到电流集中效应，从而导致器件损坏。这是因为，这类器件本身利用了再生效应，每个局部或每个元胞的电压稍有增加，该局部或该元胞的电流就大大增加，从而导致电流集中。这个效应使器件可靠性大大降低。

参考文献

[1]陈星弼，“一种高速IGBT”，ZL200910119961.3，及U.S.Appl.No.12/712,583；2010；

[2]陈星弼，“一种用于半导体器件的表面耐压区”，ZL95108317.1，及U.S.5,726,469A；

[3]陈星弼，“低压电源”，中国专利申请号201010000034.2，公布号CN101171972.A，公开日2010.06.02。

发明内容

本发明的目的之一是：在稳态的导通情形下，电流随器件耐高压的两端的外加电压增加而剧烈增加；外加电压的进一步增加，电流趋向饱和。此饱和电流随控制导通的信号的改变而改变。

本发明的目的之二是：当器件原处于关断而有控制导通的信号时，从关断到导通的时间段落中及达到完全导通之后的时间中器件不产生电流集中效应。

本发明的目的之三是：当器件原处于导通而有控制关断的信号时，从导通到关断的时间段落中器件不产生电流集中效应。

本发明的目的之四是：当器件关断时，两种载流子在耐压区的数量逐渐减少是靠了消除两种载流子向耐压区(这时为漂移区)的注入。这种方法可达到快速关断的目的。

下面结合后面所述的实施例对本发明的内容进行描述。1.本发明的实施例提供一种半导体器件，它的工作区在一块半导体的第一主表面(各图中在半导体最上的表面)与第二主表面(各图中在半导体最下的表面)之间，含有第一类元胞或第二类元胞或第三类元胞或同时含有任何两类或全部三类元胞，所述三类元胞均含有：

第一个N区(各图中的110，或110与103一起)作为主耐压区，该区的全部或绝大部分范围是轻掺杂的；

第一个N区的一面与一个较重掺杂的第一个P区(各图中的101)相连接；该第一个N区的另一面与第二个P区(各图中的120)相连接；

该第二个P区(各图中的120)的另一面至少有一部分与一个第二个N区(各图中的130)相连接；

该半导体器件的的特征在于，第二个N区(各图中的130)与第一个受控制的电流源(各图中的200)的第一端口相联接，第二个P区(各图中的120)还有另一部分与第二个受控制的电流源(各图中的300)的第一端口相联接，该第一个和第二个受控的两个电流源的两个第二端口联接在一起且均联接到第一个导体，该第一个导体作为两个被控制的电极的第一个电极(各图中的K)；

该第二主表面上具有两种电极接法中之任一种：第一种接法是只有第二个导体(各图中与101相连接的粗黑线)与第一个P区(各图中的101)相联接，该第二个导体作为两个被控制的电极的第二个电极(各图中的A)；第二种接法是除第二个导体外，还有第三个导体与轻掺杂的第一个N区(各图中的110)通过一个N区(图4(e)或图4(f)相联接，第三个导体是基极(图4中的B)；

第一个受控制的电流源控制了流过第一个N区(各图中的110)的电子电流，第二个受控制的电流源控制了流过第一个N区(各图中的110)的空穴电流；控制两种载流子电流的电流源就控制了两个被控制的电极(电极A与电极K)之间的电流；

该第一类元胞含有上述的特征(图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9，图10，图11和图12)；