[发明专利]高di/dt耐量光控晶闸管

说明书

本发明涉及半导体技术，具体的说是涉及一种高di/dt耐量光控晶闸管。本发明的一光控晶闸管，主要为通过缩小元胞宽度和调整器件结构，来优化器件内部电流均匀分布和温度稳定性，进而提升器件的耐电流上升率。另外，本发明由于自身的优点，可以在光源能覆盖的范围内对版图进行调整。本发明的有益效果为，提供了电流分布均匀、温度稳定性高的窄元胞结构的光控晶闸管设计，解决了传统的光控晶闸管(LTT)由于耐电流上升率低而不能很好适应于脉冲功率应用领域。本发明尤其适用于大脉冲功率应用具有高峰值电流能力和高电流增长能力的光控晶闸管。

技术领域

本发明涉及半导体技术，具体的说是涉及一种适用于脉冲功率应用的高di/dt耐量光控晶闸管。

背景技术

功率半导体器件作为开关器件，可以应用于电力电子领域和脉冲功率领域两个方面。在电力电子领域，传统光控晶闸管(Light Triggered Thyristor，简称：LTT)因其优越的性能被作为脉冲放电开关器件得到广泛的应用。在电力电子应用领域中，光控晶闸管器件技术的发展趋势是采用阴极短路结构来提升耐压，同时控制阴极短路结构的尺寸和数量等。与此同时，研究者们也提供一些新器件结构和工艺技术以实现高的电流耐量能力，满足脉冲功率应用能力需求。

在脉冲功率应用领域中，要求开关器件具备极高的峰值电流能力和电流上升率(di/dt)。由于传统LTT的电流上升率与电压上升率(dv/dt)的矛盾关系，其阴极短路结构需考虑两者的折中(需满足一定的dv/dt条件，尽量提高器件的di/dt耐量)，这就使得在提升器件电流上升率的同时其正向阻断特性会变差。更为重要的是，传统圆形布局光控晶闸管由中部光栅触发周围有限区域主阴极区开启，极大程度限制了其峰值电流能力和di/dt耐量能力。这些特性使得传统LTT在高功率脉冲领域应用有限。对于脉冲功率应用的光控晶闸管器件di/dt耐量问题的研究，主要是增大初始开启区域、提升电流均匀性和增大横向扩展速度，这都对器件的元胞结构设计和栅、阴极布局提出了要求。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述传统LTT器件由于元胞结构和栅、阴极布局的局限，不能很好适应于脉冲功率应用领域，提供一种适于脉冲功率应用的高di/dt耐量的多光栅触发元胞结构和栅、阴极交叉分布的光控晶闸管布局设计示例。

一种高di/dt耐量光控晶闸管，如图2所示，其元胞结构包括从下至上依次层叠设置的阳极1、阳极P+区2、N漂移区3、光栅浮空电极8和阴极7；所述N漂移区3上层具有整块P基区4，所述P基区上层具有N+阴极区5和N+光栅区6，且N+阴极区始终位于光栅两侧；所述光栅浮空电极8中部区域是透光区9；所述两N+阴极区5中部间断部分是阴极短路结构10；所述透光区9为多区域触发设计，与所述阴极7周期性交叉排布；以所述透光区9的设计方案为前提，所述P基区3的单元元胞宽度为50～100μm，所述左右元胞共有的N+光栅区6宽度为30～50μm。

本发明总的技术方案，提供的LTT多光栅触发、窄元胞设计方案，等效成单个光栅驱动单个元胞主阴极区开启，其透光区9与阴极交叉的周期性分布，且器件工作时初始开启区域增大、电流分布均匀，使本发明所提供的窄元胞器件相比传统的宽元胞、单晶圆中心光栅触发的光控晶闸管可迅速充分开启。

具体的，所述透光区9的多区域触发设计方式，其透光区宽度为10～20um，临近光栅为阴极区5，间隔为10～20μm，且无放大栅结构。

本发明的有益效果为，提供了具有高峰值电流能力和高电流上升率LTT器件的窄元胞设计，解决了传统的LTT器件不能很好适用于脉冲功率应用领域的问题，同时具有传统器件相同的制作工艺。它基本可以完全利用现有成熟的商用功率半导体器件制作工艺，为商用生产提供了有利条件。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例和现有技术描述中所需要的附图作简要介绍，显而易见，可以对本领域相关工程研究人员提供技术支持和参考。