[发明专利]一种双向精准击穿防爆晶闸管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种双向精准击穿防爆晶闸管及其制备方法，所述的双向晶闸管分为A管和B管，其反向并联对称，A管阳极对应B管阴极，A管阴极对应B管阳极，A管和B管通过高阻P‑区实现隔离。A管从上往下，对应的B管为从下往上，依次设置阴极侧铝层，包括中心门极铝层、放大门极铝层以及阴极铝层，中心门极P+区和阴极N+区，阴极P‑区，N‑基区，阳极P‑区，阳极高浓度P+区和阳极铝层。本发明晶闸管，在阳极P‑区与P+区之间，靠近中心线内置了较高浓度的内置N+区，寄生了PNP晶体管，其N‑基区设计为电场穿通型，可以实现双向晶闸管的防爆和精准击穿功能。主要应用于柔性直流输电系统中，保护并联的IGBT器件。

技术领域

本发明属于电力半导体器件制造技术领域，具体涉及一种双向精准击穿防爆晶闸管及其制备方法。

背景技术

在柔性直流输电技术中，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)已被应用到工程上。MMC换流器由数以千计的功率模块组成，常见的半桥模块如图1所示。如果系统中的某一功率模块失去控制，即IGBT无法触发时，会导致电容电压升高，将引起功率模块内的IGBT发生过压击穿，最终可能引起整个换流器烧毁。

为了解决以上问题，在功率模块中增加了保护晶闸管。如果功率模块失去控制，模块电容电压升高超过晶闸管的击穿电压，则晶闸管被击穿并形成通路，保护整个换流器的正常工作，这要求该晶闸管的击穿电压偏差范围很小，通常仅为±100V。此外，晶闸管在击穿时会产生很大的爆破力，如果爆破点不加以控制，会导致爆破后的管壳碎片飞出破坏整个系统模块，这引起的连锁反应更加危险。因此还必须精确控制爆破点的位置。

发明内容

本发明目的是针对以上问题，提供一种双向精准击穿旁路晶闸管及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种双向精准击穿旁路晶闸管，分为A管和B管，其反向并联对称，A管阳极对应B管阴极，A管阴极对应B管阳极，A管和B管通过高阻P-区实现隔离。A管从上往下，对应的B管从下往上，依次设置阴极侧铝层，包括中心门极铝层、放大门极铝层以及阴极铝层，中心门极P+区和阴极N+区，阴极P-区，N-基区，阳极P-区，阳极高浓度P+区和阳极铝层。在阳极P-区与P+区之间，靠近中心线内置了较高浓度的N+区，等效为在A管和B管的阳极侧分别寄生了PNP晶体管。

所述阴极N+区深度为10～20μm，掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3。

所述门极P+区深度为5～10μm，掺杂浓度为5×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3。

所述阴极P-区深度为45～140μm，掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3。

所述阳极P+区深度为5～10μm，掺杂浓度为5×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3。

所述N-基区厚度为200～500μm，掺杂浓度为5×10¹²～1×10¹⁴cm^-3。

所述中心线附近的内置N+区深度为5～10μm，掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3。

上侧A管阴极铝层，中心门极铝层以及B管阳极铝层通过Mo片压接短路，下侧B管阴极铝层，中心门极铝层以及A管阳极铝层通过Mo片压接短路。

所述的一种双向精准击穿防爆晶闸管的制备方法，按照以下步骤实施：