[发明专利]具有改进的等离子体散布的晶闸管

说明书

提供一种具有发射极短路部的晶闸管，其中，在平行于第一主侧(202)的平面上的正交投影中，由第一电极层(214)与第一发射极层(206)和发射极短路部(228)的电接触部覆盖的接触区域包括呈巷道(250A‑250D)的形状的区域，发射极短路部(228)在巷道中的区域覆盖度小于发射极短路部(228)在接触区域的其余区域中的区域覆盖度，其中，发射极短路部(228)在特定区域中的区域覆盖度是发射极短路部(228)在该特定区域中覆盖的面积与特定区域的面积的比。本发明的晶闸管展现快速接通过程，甚至是在没有复杂的放大门极结构的情况下。

技术领域

本发明涉及晶闸管。

背景技术

晶闸管，有时也被称为可控硅整流器(SCR)，是可通过对门极接线端供应正门极触发电流脉冲而沿正向方向(即，当正向偏压时)接通的开关装置。然后晶闸管被称为处于正向传导状态或接通状态，其中电流可沿正向方向从阳极流到阴极。另一方面，晶闸管也可处于正向阻断状态，也被称为断开状态，这表示可阻断正向方向上的高的正电压。在与正向方向相反的反向方向上，晶闸管不可接通。晶闸管可为反向阻断，这表示它可在反向方向上阻断与正向阻断状态中至少大致相同的电压，或者可为不对称的，这表示它实际上在反向方向上没有阻断能力。由于相控应用通常需要反向阻断能力，所以相控晶闸管(PCT)典型地为反向阻断。

在图1中示意性地显示已知晶闸管100的横截面。晶闸管包括半导体晶片，其中形成包括四个具有交替导电率类型的半导体层的晶闸管结构，即，n-p-n-p层堆叠结构。在从晶闸管100的阴极侧102到阳极侧104的顺序中，晶闸管结构包括n⁺掺杂阴极发射极层106、p掺杂基极层108、n^-掺杂基极层110和p掺杂阳极层112。n⁺掺杂阴极发射极层106由形成于半导体晶片的阴极侧表面上的阴极金属化物114电接触，以邻接所述n⁺掺杂阴极发射极层106。p掺杂阳极层112由形成于半导体晶片的阳极侧表面上的阳极金属化物116电接触，以邻接所述p掺杂阳极层112。p掺杂基极层108由形成于半导体晶片的阴极侧表面上的门极金属化物118电接触，以邻接所述p掺杂基极层108。

n⁺掺杂阴极发射极层106和阴极金属化物114之间的接触区将被称为阴极区，并且p掺杂基极层108和门极金属化物118之间的接触区将被称为门极区。

当在阳极金属化物116和阴极金属化物114之间应用低于晶闸管的击穿电压VBO的正电压或正向电压，晶闸管100可通过对门极金属化物118供应门极触发电流脉冲来在正向阻断状态和正向传导状态之间切换。只要不对门极金属化物118供应门极触发电流脉冲，晶闸管就将保持处于阻断状态。但是，当通过对门极118供应门极触发电流脉冲来触发晶闸管100时，电子将从阴极金属化物114中注入，流到阳极，在那里它们将引起空子注入，并且电子-空子等离子体将在p掺杂基极层108和n^-掺杂基极层110中形成，这可使晶闸管100切换成正向传导状态。只要应用正向电压，正向传导状态便可保持，并且当在阳极金属化物116和阴极金属化物114之间应用的正向电压断开或变成反向电压时，正向传导状态将停止。在阳极金属化物116和阴极金属化物114之间应用反向负电压之后，晶闸管100进入反向阻断状态，并且可通过再次应用正向电压和另一门极触发电流脉冲来切换成正向传导状态。为了实现晶闸管100的完全阻断状态，必须应用反向电压达被称为关断时间tq的一定持续时间，使得之前注入的电子-空子等离子体可由于重新组合过程而消失，从而再次使得装置能够有正向阻断能力。