[其他]門電路斷開可控硅

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85105982
• 申請日: 1985-08-08
• 公開（公告）號: CN85105982B
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 櫻田修六;池田裕彥
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利代理部
• 代理人: 杜日新

本發(fā)明涉及門電路斷開可控硅，特別是關(guān)于在可控硅結(jié)構(gòu)中將晶體管元件之一的電流放大系數(shù)降至最小，使其電流截止特性得到改善的門電路斷開可控硅。

門電路斷開可控硅（以下簡稱為GTO）是一種半導體開關(guān)元件，能夠通過控制極的控制截止電流，即由控制極將電流吸走，因此具有廣泛的用途，例如，用在變換器中控制電動機的轉(zhuǎn)速。

可控硅的關(guān)斷增益Goff（即：可控硅導通時的開態(tài)電流與截止電流所需的門斷開電流之比），眾所周知，由下列公式給出：

Goff=α₃₂/α₁₂+α₃₂-1

上式中，α₃₂表示可控硅結(jié)構(gòu)中一個晶體管元件的電流放大系數(shù)，該晶體管的基區(qū)連接于控制極控制端，α₁₂表示可控硅結(jié)構(gòu)中另一晶體管元件的電流放大系數(shù)。

本說明書中，以下將敘述較為通用的P基極型可控硅，電流放大系統(tǒng)α₃₂和α₁₂分別表示為“α（n-p-n）”和“α（p-n-p）”。

有必要改善可控硅的電流截止特性，尤其是，為了增大GTO可控硅的關(guān)斷增益Goff，由上式可知，必須增大電流放大系數(shù)α₃₂、即增大電流放大系數(shù)α（n-p-n），使電流放大系數(shù)α₁₂，即電流放大系數(shù)α（p-n-p）降至最小值。

如《日立周報》（HitachiReview）1980第29卷第三號第127-130頁，題為“門斷開可控硅和驅(qū)動電路”一文中所述，有兩種使電流放大系統(tǒng)α（p-n-p）減至最小的常規(guī)方法。

第一種方法的特點是摻入重金屬，例如金。摻入重金屬是以縮短N_D層中載流子壽命并由此降低載流子向基區(qū)的遷移率為目的，結(jié)果使電流放大系數(shù)α（p-n-p）減至最小。

第二種減少電流放大系數(shù)α（p-n-p）方法的特點是分流P發(fā)射極。這種結(jié)構(gòu)等同于p-n-p晶體管的發(fā)射極和基極相互通過一個電阻分流的結(jié)構(gòu)，其打算依靠等效分流電阻減少p-n-p晶體管發(fā)射極注入的效能，從而使得電流放大系數(shù)α（p-n-p）減至最小。

摻重金屬的方法能夠較好地改善可控硅元件的電流截止特性，而不損害可控硅的基本功能特性。但另一方面，摻重金屬的方法有這樣的缺點，在N_B層中較短的載流子壽命促成了開態(tài)電壓的增加和漏電流的增加，而且在高溫時摻入重金屬會帶來許多問題，包括降低可控硅元件的性能。

使P發(fā)射極短路的第二種方法，因為可以保持較高的載流子壽命，所以能夠較好地克服第一種方法的缺點。然而，第二種方法產(chǎn)生一個缺點，由于P_E層被N⁺型層分流，可控硅失去了阻塞反向電壓的功能。

在早期的應用中，GTO可控硅主要用于電壓型變換器。在這種器件中，僅對其中可控硅施加正向電壓，即根本沒有反向電壓作用于可控硅元件，因此早期的GTO可控硅不需要阻塞反向電壓能力。

但是，隨著GTO可控硅應用范圍的擴展，可控硅也應用于與電壓型變換器不同的器件，諸如電流型變換器、反相器和斬波器等。在這些器件中，相等于正向電壓大小的反向電壓也作用于可控硅元件。

因此，在高性能GTO可控硅采用P發(fā)射極短路的情況下，就需串接一個二極管，這樣作帶來了不利的后果，增大了器件的體積，降低了其工作效率。

為了克服上述缺點，要求GTO可控硅具有最小的電流放大系數(shù)α（p-n-p），并且仍具有阻塞反向電壓的功能，而沒有用重金屬摻雜。

本發(fā)明的主要目的是通過克服上述常規(guī)方法的各缺點，即防止其它許多特性的任何降低，同時又保持阻塞反向電壓的功能，獲得高截止電流特性的GTO可控硅。

為了這個目的，根據(jù)本發(fā)明，所提供的門電路斷開可控硅包括一塊襯底，該襯底具有暴露在一個上表面上是屬于第一導電型的第一層;鄰接于第一層且屬于第二導電型的第二層;鄰接于第二層且暴露在襯底另一主表面上的第三層，該層屬于第一導電型;鄰接于第三層且暴露在襯底主表面上的第四層，該層屬于第二導電型;以及設(shè)置在第一層和第二層之間且屬于第一導電型的第五層。第五層具有經(jīng)選擇小于第二層的雜質(zhì)濃度。當然，襯底中包含有PN結(jié)，分別形成在上述導電類型互不相同且相鄰的層次間。另外，第一主電極至少與第一層良好導電連接，第二主電極與第四層良好導電連接，控制極連接于第三層。