专利名称：高频晶闸管的制作方法
技术领域：
本发明属于功率开关器件技术领域。
背景技术：
传统的快速晶闸管开通时间和关断时间长，开关损耗大，工作频率较低，一般只能工作在1000Hz以内，较好的能工作到2.5kHz，极少数能工作到4kHz，8kHz以上工作频率受到限制。
原有的高频晶闸管能在8～10kHz下稳定地工作，但其工作电流较低，最大的也只能工作到1000A。有报道称，襄樊仪表元件厂设计有1200A高频晶闸管，但其特性分析中明确表示，该晶闸管的实际工作电流在8kHz下只能达到800A，并且它的dv/dt、di/dt都较低，仅为300V/μs和250A/μs。
本申请人在1987年5月26日申请的实用新型专利“一种高频晶闸管”也披露了一种具体的晶闸管结构，由于其中的放大门极采用工字型结构，支路间距过大，导致在导通周期内，阴极面不能全面积导通，工作电流无法达到1200A。
发明内容
为了解决现有高频晶闸管工作电流无法达到1200A，不能满足大功率逆变设备要求的问题，本发明提供了一种高频晶闸管，包括硅片、蒸发在所述硅片上的门极、放大门极和阴极，其特征在于所述放大门极采用分布式结构，分为四部分，每部分由一条放大门极主干和三条弧形支路组成，各部分之间的间距以及同一部分中支路之间的间距均由电流扩展速度决定，范围在3.5～5mm。
在本发明中，所述阴极上的短路点呈正方形分布，短路点为圆形，直径为0.1～0.2mm，间距为0.5～0.8mm。
在本发明中，所述放大门极上短路点按圆周均匀分布，直径为0.1～0.3mm。
在本发明中，所述硅片直径为50～60mm。
本发明所述的高频晶闸管采用新的分布式放大门极结构，其开通时间短至2.0μs以下，结温下关断时间小于15μs，最高工作频率可达10kHz，在TC＝55℃，正弦波180°，占空比为50％，VD＝0.5VDRM时，8kHz下通态电流达1200A，工作电压为1200V；它的dv/dt≥800V/μs，di/dt≥300A/μs，通态电压VTM低；在3600A峰值电流下测试，VTM≤3.2V，减少了器件的通态热损耗。
图1为本发明所述晶闸管的一个实施例的纵向剖面图。
图2A为本发明所述晶闸管的阴极的图形。
图2B为本发明所述晶闸管的阴极上短路点分布的局部示意图。
其中1表示P1区，即P型杂质扩散层；2表示N1基区；3表示P2区，即P型杂质扩散层；4表示N2区，即N型杂质扩散层，上面有短路点分布；5表示放大门极，上面有短路点分布；6表示门极；7表示阴极；8表示基片。
具体实施例方式
下面结合附图来进一步说明本发明。
由图1可见，本发明所述的高频晶闸管，包括硅片、蒸发在所述硅片上的门极6、放大门极5和阴极7，所述门极、放大门极和阴极的材料可以采用铝。其中硅片从下至上依次包括P1区1、N1基区2、P2区3、N2区4，在所述硅片下还设有基片8，材料可采用钼。
由图2A可见，所述放大门极采用分布式结构，分为四部分，每部分由一条放大门极主干和三条弧形支路组成，各部分之间的间距以及同一部分中支路之间的间距均由电流扩展速度决定，范围在3.5～5mm。上述间距不能过宽，否则在导通周期内电流不能在全面积导通，阴极利用效率降低，通态电压变大，热损耗增大。原则是频率越高间距越小，但间距不能过小，过小会造成放大门极支路增加，阴极面积变小，同样会造成热损耗增加。
由图2B可见，所述阴极上的短路点呈正方形分布，短路点为圆形。短路点的梳密和大小直接影响电流的扩展速度和器件的dv/dt耐量，在本发明中，阴极上的短路点的直径为0.1～0.2mm，间距为0.5～0.8mm。此外，所述放大门极上短路点按圆周均匀分布，直径为0.1～0.3mm。
为了使晶闸管能在8～10kHz下工作，开关时间短，通态电压低，动态特性好，工作电压达到1200V，硅片的厚度就受到限制，不能太厚，也不能太薄，薄了在制造过程中硅片很容易损坏。本发明的硅片厚度取0.33±0.01mm。P1区、P2区扩散深度为70μm左右，N2区的扩散深度为18～25μm。
为了使本发明能达到设计要求，即在8kHz下通态电流达1200A，这就要求扩大流过电流的面积，一般晶闸管阴极允许流过的电流为80A/cm2，1200A电流则需要15cm2硅片面积，另加门极、放大门极和台面所占面积，所以本发明中所述硅片的直径为50～60mm。
权利要求
1.高频晶闸管，包括硅片、蒸发在所述硅片上的门极、放大门极和阴极，其特征在于所述放大门极采用分布式结构，分为四部分，每部分由一条放大门极主干和三条弧形支路组成，各部分之间的间距以及同一部分中支路之间的间距均由电流扩展速度决定，范围在3.5～5mm。
2.根据权利要求1所述的高频晶闸管，其特征在于所述阴极上的短路点呈正方形分布，短路点为圆形，直径为0.1～0.2mm，间距为0.5～0.8mm。
3.根据权利要求1所述的高频晶闸管，其特征在于所述放大门极上短路点按圆周均匀分布，直径为0.1～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的高频晶闸管，其特征在于所述硅片直径为50～60mm。
全文摘要
高频晶闸管，属于功率开关器件技术领域。为了解决现有高频晶闸管工作电流无法达到1200A，不能满足大功率逆变设备要求的问题，本发明提供了一种高频晶闸管，包括硅片、蒸发在所述硅片上的门极、放大门极和阴极，其特征在于所述放大门极采用分布式结构，分为四部分，每部分由一条放大门极主干和三条弧形支路组成，各部分之间的间距以及同一部分中支路之间的间距均由电流扩展速度决定，范围在3.5～5mm。本发明工作电压高，工作电流大，开通时间和关断时间短，dv/dt和di/dt耐量高，能在8～10kHz下工作。
文档编号H01L29/74GK1767206SQ20051008699
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者周伟松, 王培清, 志大器, 王均平, 张斌 申请人:清华大学