[实用新型]具备高电流冲击耐受能力的集成门极换流晶闸管器件

说明书

本实用新型提供一种具备高电流冲击(dI/dt)耐受能力的集成门极换流晶闸管器件，包括门极换流晶闸管芯片单元及门极驱动单元，所述集成门极换流晶闸管器件还具有以下一种或多种：触发电流提升至10A的门极驱动单元、内部载流子寿命>100us的门极换流晶闸管芯片、阴极电流密度在芯片各区域近似相等的门极接触环阴极面结构、横向尺寸缩短至200um以内的单个门极换流晶闸管单元。本实用新型的集成门极换流晶闸管器件在高电流冲击的状况下能够充分导通而不损坏，有效降低系统应用中用于限制电流上升速率的阳极电抗，减小外部模块体积，提升了在应用中的便捷性。

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种具备高电流冲击耐受能力的集成门极换流晶闸管(IGCT)器件。

背景技术

对于以晶闸管、门极可关断晶闸管(GTO)、IGCT为代表的双极型器件，在开通过程中，由于载流子需要通过横向扩散在半导体体内产生导电的等离子体，故在给出门极触发信号之后需要一定的时间延迟才能实现充分导通。然而在电路中，电力电子器件的阴阳极间的电压下降后，其电流水平主要受到外回路拓扑与参数影响，当回路中电阻与电感较小时，电流常以高达kA/us的速度上升。在这个过程中，若器件内载流子若未充分扩散导通，则容易造成局部区域的电流密度过大，进而导致出现因局部过热等引起的器件失效。

故在系统应用中，通常通过在IGCT器件阳极串联电抗器以限制电流上升速率，避免由电流上升过快引起的器件失效。虽然阳极电抗的引入除了避免开通过程失效外，还可以有效限制器件失效后的短路电流与短路能量，但是过低的电流冲击(电流冲击即器件内电流强度I对时间t的微分运算dI/dt，其中，I表示器件内电流强度，t表示时间)耐受能力导致IGCT串联阳极电抗的体积过大，对于应用中的设备体积、力学结构与散热设计等都带来了不小的困难。

图1所示为门极换流晶闸管(GCT)芯片单元的典型结构，在所述门极换流晶闸管的触发导通的过程中，门极驱动由门极向阴极注入电流，电子由阴极发射极发射，并向阳极侧与门极下部区域扩散，渡越J2耗尽区后引起的局部电场会引起阳极侧的空穴发射，触发器件进入电导调制状态，使得门极换流晶闸管内部的有效电阻率降低，从而导致门极换流晶闸管内电流强度增大，门极换流晶闸管受到电流冲击，易出现上述的器件失效状况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种具备高dI/dt(在时间上对电流进行微分计算，其反应了电流冲击量)耐受能力的IGCT器件，该器件在高dI/dt状况下能够充分导通而不损坏，能够有效降低系统应用中用于限制电流上升速率的阳极电抗，减小外部模块体积，提升IGCT器件应用的便捷性。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种具备高电流冲击耐受能力的集成门极换流晶闸管器件，包括门极换流晶闸管芯片单元及门极驱动单元，

所述门极换流晶闸管芯片单元具有三电极：阳极、阴极和门极；

所述门极驱动单元包括：逻辑控制模块、内部电源模块、开通驱动模块、关断驱动模块、整流滤波模块、信号指示灯、光-电转换模块和电-光转换模块；

外部电源、所述整流滤波模块、所述内部电源模块顺次连接；所述内部电源模块分别与逻辑控制模块、开通驱动模块、关断驱动模块、光-电转换模块和电-光转换模块连接；逻辑控制模块分别与开通驱动模块、关断驱动模块、信号指示灯和电-光转换模块连接；开通驱动模块和关断驱动模块均分别连接至所述阴极和门极；外部的输入光纤、所述光-电转换模块、所述逻辑控制模块顺次连接；所述电-光转换模块向外与反馈光纤连接；所述阴极，所述门极，所述开通驱动模块和所述关断驱动模块均反馈连接至逻辑控制模块；

所述器件的门极区域中设有并行排列的阴极梳条，每个阴极梳条下对应设有一个门极换流晶闸管芯片单元，每个阴极梳条均通过其边缘外的隔离区域与门极区域相隔离，