[发明专利]一种电力半导体器件阴极图形设计

说明书

本发明公开了一种电力半导体器件阴极图形设计，包括门极引出电极、阴极梳条、终端台面，阴极梳条长度距离门极引出电极近的梳条长度较长，距离门极引出电极远的梳条长度较短，阴极梳条宽度距离门极引出电极近的梳条宽度较宽，距离门极引出电极远的梳条宽度较窄，阴极梳条面积距离门极引出电极近的梳条面积较大，距离门极引出电极远的梳条面积较小，阴极梳条同心排布密度距离门极引出电极近的梳条排布密度较大，距离门极引出电极远的梳条排布密度较小。本发明提高了芯片阴极面积的有效利用率，提高了远门极端梳条开通、关断速度，提高了芯片各梳条开通、关断的均匀性，提高器件综合电气性能，扩大器件安全工作区，便于生产制造。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，特别是涉及全控型电力半导体器件的阴极图形设计，主要用于GTO(门极关断晶闸管)或IGCT(集成门极换流晶闸管)器件家族阴极图形设计。

背景技术

功率半导体器件的所有电气特性全部统一地表现在一个具体的元件上，都在不同程度上与元件的材料参数、结构参数发生关系。当采取某项措施，改变了器件的某一个参数，以改善某项电气性能时，往往会使其他一些特性也得到改善，同时又使另外一些特性变坏。因此，功率半导体器件设计就是各参数互相平衡、优化的过程。其中阴极图形及排布设计是功率半导体器件研制的重要部分，对电力半导体器件尤其重要。电力半导体器件通过阴极图形及排布设计，再辅以器件结构参数优化，调整器件静、动态电气特性，以适应不同应用场景需求。

以GTO和IGCT器件为代表的全控型电力半导体器件，阴极通常设计为叉指状梳条结构，梳条为圆角矩形或圆角梯形结构。阴极梳条以芯片几何圆心为中心，从芯片中心到芯片边缘按不同间距同心排布，梳条排布圈数根据芯片尺寸和梳条尺寸设计，通常在1～20圈之间。梳条周围为整体连通的门极区，门极表面覆有一层绝缘材料，在芯片表面特定部位设有门极引出电极。门极引出电极一般有三个位置：

1、中心门极：门极引出电极位于芯片中心，呈圆形，面积较小。门阴极结构件简单，常用于小直径器件。

2、中间门极：门极引出电极位于芯片1/2半径左右，呈圆环形，面积中等。门阴极结构件较复杂，常用于中、大直径器件。

3、边缘门极：门极引出电极位于芯片边缘，呈圆环形，面积较大，门阴极结构件较简单，常用于中、大直径器件。

近年也有多门极组合设计结构出现：多门极设计结合中心门极、中间门极和边缘门极特点，采用两种门极设计组合或三种门极设计组合，门极接触面积大，常用于大直径、复杂结构器件设计制造。

现有全控型电力半导体器件阴极图形一般为叉指状梳条结构，阴极梳条按均匀圆周同心排布、矩形排布或分区复合排布布满整个芯片，阴极梳条长度、宽度、面积在芯片表面保持不变。应用工况复杂多变，常规梳条结构设计已不能满足多样化需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电力半导体器件阴极图形设计。

本发明所采用的技术方案是：一种电力半导体器件阴极图形设计,包括门极引出电极、阴极梳条、终端台面，所述阴极梳条周围为整体连通的门极区，门极表面覆有一层绝缘材料，在器件表面设有门极引出电极，门极引出电极结构包括中心门极、中间门极、边缘门极和多门极组合设计，器件最外圈为终端台面，所述阴极梳条长度根据距离门极引出电极距离增加而减短；所述阴极梳条宽度根据距离门极引出电极距离增加而减小；所述阴极梳条面积根据距离门极引出电极距离增加而减少；所述阴极梳条同心排布密度根据距离门极引出电极距离增加而降低。

所述阴极梳条为圆角矩形或圆角梯形结构。

所述阴极梳条以器件几何圆心为中心，从中心到器件边缘按不同间距同心排布。

所述阴极梳条同心排布圈数为2～20圈。

相邻同心排布阴极梳条长度差异在1％～10％之间，芯片内部阴极梳条最大差异在5％～80％之间。