[发明专利]一种具有波浪缓冲区的GCT芯片

说明书

本发明涉及一种具有波浪缓冲区的GCT芯片，包括引出阳极的p+发射极、与p+发射极贴合的n+缓冲层、与n+缓冲层相贴合的n基区、与n基区相贴合的p基区和与p基区相连接的n+发射极，所述p+发射极与所述n+缓冲层的连接处形成J1结，所述n基区与n+缓冲层的交界处设置有波浪形结构，通过在GCT芯片的阳极侧引入波浪形缓冲区的结构，使动态雪崩发生时，有效降低了阳极端的发射效率同时避免阴极电子重新发射，提高器件同等阴阳极电压条件下的关断电流能力。

技术领域

本发明属于电力半导体器件领域，特别涉及一种具有波浪缓冲区的GCT芯片。

背景技术

IGCT器件即集成门极换流晶闸管，是在原有GTO器件门极可断晶闸管的基础上，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器件的GCT芯片典型结构如图1所示,包括阳极、p+发射极、n+缓冲层、n基区、p基区、p+区域、n+发射极和阳极。以感性负载为例，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，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，n+发射极不再进行电子发射，在阳极电流的作用下，在J2结处形成耗尽层，GCT芯片的阴阳极电压不断升高；在第三阶段，阴阳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。

IGCT器件在关断过程中，GCT芯片由于受到换流回路电感不均匀等因素的影响，会出现局部电流分配不均匀的情况，在基区展宽效应即kirk效应的作用下会在J2结耗尽层即图1中的n基区—n+缓冲区区域内出现动态雪崩，当动态雪崩产生的电流细丝稳定在芯片工艺的薄弱点时会造成局部阴极单元的重触发，进而导致该局部区域的热击穿。由于J2结耗尽层中出现动态雪崩时会受到负反馈效应的影响，而具有自稳定特性，但是n基区—n+缓冲区内发生的动态雪崩则会由于正反馈的作用不断加强，进而造成IGCT器件损坏。因此急需解决如何避免GCT芯片在动态雪崩出现后造成GCT芯片热击穿和IGCT器件损坏的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种具有波浪缓冲区的GCT芯片，避免了GCT芯片在动态雪崩出现后造成GCT芯片热击穿的问题。

一种具有波浪缓冲区的GCT芯片，包括引出阳极的p+发射极、与p+发射极贴合的n+缓冲层、与n+缓冲层相贴合的n基区、与n基区相贴合的p基区和与p基区相连接的n+发射极，其中，

所述n+发射极远离所述p基区的一侧引出有阴极，所述p基区引出有两个阴极门极结构，所述n+发射极与所述p基区的连接处形成J3结，所述n基区与所述p基区的连接处形成J2结，所述p+发射极与所述n+缓冲层的连接处形成J1结，所述n基区与所述n+缓冲层的交界处中部设置有波浪形结构，所述n+缓冲层为波浪形缓冲区；

所述波浪形结构的中部设置为平面结构，所述平面的两端相互远离延伸形成两个的平滑曲面，所述平滑曲面远离所述平面的一端与所述n基区与所述n+缓冲层的交界处重合。

进一步地，所述J1结与所述J2结平行设置。

进一步地，两个所述平滑曲面关于所述波浪形结构中部平面的中线对称设置。

进一步地，所述波浪形结构中部的平面与所述J1结、J2结均平行设置。

进一步地，所述波浪形结构中部的平面向所述n+缓冲层凸起，所述波浪形结构两侧的平滑曲面向所述n基区凹陷。

进一步地，所述波浪形结构中部的平面凸起距离小于20um。

进一步地，所述波浪形结构中部平面的中线与所述n+发射极在垂直方向的中线重合。