[发明专利]具有隔离阴极结构的集成门极换流晶闸管及其制造方法

说明书

本发明提供了一种集成门极换流晶闸管，依次包括p基区、n基区、n+缓冲层、p+发射极，还包括设于p+发射极的阳极、设于p基区上的门极、设于p基区上的n+发射极梳条和设于n+发射极梳条上的阴极，该集成门极换流晶闸管在芯片层面具有区域隔离的阴极结构，进一步具有与之配套的封装和门极驱动电路，抑制安全工作区域边界附近不同阴极区域间的电流汇聚效应，拓展器件的安全工作区域。本发明还提供一种集成门极换流晶闸管的制备方法。

技术领域

本发明属于电力半导体器件技术领域，具体涉及一种IGCT(Intergrated GateCommutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)器件。

背景技术

IGCT器件是一种中压变频器开发的用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体开关器件。IGCT器件是在原有GTO器件的基础上，通过引进透明阳极、阳极缓冲区等结构，配合具有低感换流回路的门极驱动，实现关断增益为1的类晶闸管器件。IGCT将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点，在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT芯片典型结构如附图1所示，其关断过程可以简单分为三个阶段：在第一阶段，通过控制门极驱动电路中的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管)，利用电容在J3结处施加20V反向电压，使J3结耗尽，进而保证阴极电流完全转移至门极处；在第二阶段，由于阴极不流过电流，该侧发射极不再进行电子发射，在阳极电流的作用下，器件J2结形成耗尽层，器件的阳阴极电压不断升高；在第三阶段，阳阴极电压达到母线电压，此时电流在电感的作用下缓慢下降，在电流下降到一定程度后进入拖尾过程，此时J2结处的空间电荷区不再拓展，电流依靠芯片体内载流子的复合过程自然衰减。

在器件超出安全工作区域工作时，受到硬关断条件限制及动态雪崩效应的影响，器件的电流会在局部区域出现汇聚，进而导致该区域阴极测J3发射结的正偏，使得阴极发射极重新发射电子，该正反馈过程将进一步促进电流的汇聚，最终该局部区域的热效应会使器件出现击穿失效。因此，有必要发明一种具有改进结构的IGCT器件克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种能够抑制安全工作区域边界附近不同阴极区域间的电流汇聚效应，拓展器件的安全工作区域的IGCT器件。

为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种集成门极换流晶闸管，所述集成门极换流晶闸管依次包括p基区、n基区、n+缓冲层、p+发射极，还包括设于p+发射极的阳极、设于p基区上的门极、设于p基区上的n+发射极梳条和设于n+发射极梳条上的阴极，其特征在于，该集成门极换流晶闸管p基区由在其水平方向上分隔为两个或两个以上的p基区子区域组成，各p基区子区域均具有独立的阴极和门极，各区域间门极与阴极相互隔离。

进一步地，根据所述的集成门极换流晶闸管，所述相邻的p基区子区域之间在其垂直截面方向上不完全分隔。

进一步地，根据所述的集成门极换流晶闸管，所述相邻的p基区子区域之间在其垂直截面方向上完全分隔。

进一步地，根据所述的集成门极换流晶闸管，所述p基区在其水平方向上分隔，通过在p基区平面上挖槽实现。

进一步地，根据所述的集成门极换流晶闸管，所述p基区在其水平方向上分隔，通过在p基区的掩蔽扩散方式制备而实现。

进一步地，根据所述的集成门极换流晶闸管，通过调整封装结构以增加所述各p基区子区域中阴极串联电感，且该电感不在对应门阴极换流回路中，各p基区子区域阴极在通过该换流电感即阴极串联电感后汇聚。其中，所述调整封装结构的具体方式可以为，通过控制弹片、簧片等机械结构尺寸或通过结构设置改变不同阴极电流通流路径，影响部分电流通路的自感或互感。