專利名稱：一種光控雙向晶閘管的設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對(duì)200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管的設(shè)計(jì)。
現(xiàn)有的中心門(mén)極光觸發(fā)的雙向晶閘管的光敏區(qū)結(jié)構(gòu)是一橫穿整個(gè)隔離區(qū)的v型槽，因此，影響了器件的電壓等級(jí)和成品率，不利于器件向大功率方向發(fā)展。目前，國(guó)外光控雙向晶閘管的電流容量在200A以下，耐壓在1000V以下，國(guó)內(nèi)在這方面的研究，尚屬空白。
本發(fā)明的目的是為了提高器件的電流容量和耐壓，提高器件換向dv/dt耐量和換向di/dt耐量，改善器件的動(dòng)態(tài)dv/dt耐量和di/dt耐量，保證器件在兩個(gè)方向上光觸發(fā)靈敏度一致。
本發(fā)明在設(shè)計(jì)上作了以下改進(jìn)(1)新型的中心錐型槽光敏門(mén)極結(jié)構(gòu)(

圖1.a)。這種結(jié)構(gòu)在很大程度上“屏蔽”了器件兩個(gè)晶閘管(Pe1Nb1Pb1Ne1和Pe2Nb2Pb2Nb2)之間的相互干擾，即當(dāng)一個(gè)晶閘管處于開(kāi)通狀態(tài)，另一個(gè)晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由于錐形槽處在兩個(gè)晶閘管之間的中心門(mén)級(jí)部位，阻擋了在換向過(guò)程中，門(mén)極附近開(kāi)通一側(cè)的殘余載流子向阻斷一側(cè)擴(kuò)散，而這一擴(kuò)散電流是造成器件換向失敗的主要原因。另一方面，由于兩個(gè)晶閘管的正向阻斷結(jié)均延伸到這個(gè)錐形的光敏區(qū)，其空間電荷區(qū)在這一小內(nèi)臺(tái)面上展寬，來(lái)自發(fā)光二極管的光通過(guò)照射到正向阻斷結(jié)的空間電荷區(qū)及其附近的N基和P基區(qū)來(lái)發(fā)揮其效果，達(dá)到觸發(fā)器件的作用，因此可以保證兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)靈敏度大致相同。(2)在器件的兩個(gè)晶閘管內(nèi)采用了放大門(mén)極結(jié)構(gòu)(圖2.b)。因?yàn)楣饪仉p向晶閘管是高靈敏度器件，為提高其觸發(fā)靈敏度和器件的di/dt耐量，放大門(mén)極寬度往往設(shè)計(jì)的較寬，這樣將使器件的dv/dt耐量降低，為解決這一矛盾，我們?cè)诜糯箝T(mén)極上設(shè)置了一排短路點(diǎn)。(圖1.c圖2.c)。它可以有效地旁路掉由于dv/dt效應(yīng)而產(chǎn)生的位移電流，避免了dv/dt誤觸發(fā)作為。(3)在器件的放大門(mén)極部位采用了槽狀結(jié)構(gòu)(圖2.d)，以提高器件的光觸發(fā)靈敏度，保證兩個(gè)放大門(mén)極在導(dǎo)通過(guò)程中，能充分有效地起作用。(4)兩個(gè)晶閘管的陰極圖形呈扇形結(jié)構(gòu)(圖1)，加寬了兩個(gè)晶閘管之間隔區(qū)的寬度，以進(jìn)一步提高器件的換向能力，減小兩個(gè)晶閘管之間的相互干擾。在工藝上，用硼一鋁乳膠源完成P型擴(kuò)散，代替常規(guī)的閉管鎵或鎵鋁擴(kuò)散，用三氯氧磷液態(tài)源完成N型擴(kuò)散;用HF，HNO3，CH3COOH，H2O四種成份的腐蝕液挖槽，用金剛砂研磨的方法完成光敏區(qū)的錐形槽造型，用透光性好的鈍化膜來(lái)鈍化錐形槽。為了保證T2端放大門(mén)極在燒結(jié)后也能充分有效地起作用，我們采用了以下措施先在放大門(mén)極上蒸發(fā)上一層耐高溫(700℃以上)的金屬膜(圖2.e)，然膈再用LPCVD方法在槽內(nèi)沉積上一層絕緣膜(圖2.f)，最后再進(jìn)行燒結(jié)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)器件的大電流，高電壓，可獲得高換向能力，即高換向dv/dt、di/dt耐量，改善器件的動(dòng)態(tài)dv/dt、di/dt耐量，并能通過(guò)調(diào)節(jié)挖槽深度來(lái)靈活調(diào)整器件的光觸發(fā)靈敏度，使器件在兩個(gè)方向上觸發(fā)靈敏度一致。因此，較好地協(xié)調(diào)了光觸發(fā)靈敏度和器件dv/dt、di/dt耐量之間的矛盾。
圖1是本發(fā)明的光控雙向晶閘管管芯的俯視圖。
圖2是本發(fā)明的光控雙向晶閘管管芯的剖面圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在設(shè)計(jì)上，可取硅片直徑φ＝30～40mm，厚度H＝0.35mm，電阻率ρ＝50～60Ωcm，錐形槽的半徑ro＝2mm，其它版圖尺寸隨電流容量不同而不同。在工藝上，用B-Al乳膠源完成P型擴(kuò)散，擴(kuò)散表面雜質(zhì)濃度為2×1018～8×1018cm-3，結(jié)深為78-85μm，N型擴(kuò)散用POCl3液態(tài)源擴(kuò)散，表面濃度為6×1020～1×1021cm-3，結(jié)深為22～24μm，用HF∶HNO3∶CH3COOH∶H2O＝1∶8∶1∶0.5的腐蝕液來(lái)挖槽，可獲得槽底平整，槽形好的腐蝕槽，為保證器件的光觸發(fā)靈敏度一致性好，T2端槽的深度要比T1端的深4～5μm，用M14的金剛砂來(lái)研磨形成錐形槽，用SP膠來(lái)鈍化這一小內(nèi)臺(tái)面，先在放大門(mén)極上蒸發(fā)上一層Cr和Ni金屬，然后再在750℃和830℃下用LPCVD方法分別沉積上一層Si3N4和SiO2，最后在675℃下真空燒結(jié)。用這種設(shè)計(jì)和工藝研制出的器件的主要參數(shù)如下額定通態(tài)電流(有效值) 200～500A正、反向重復(fù)峰值電壓 1000～1200v觸發(fā)電流 50～200mA通態(tài)峰值壓降 1.3～1.8v換向dv/dt耐量 ≥100v/μs換向di/dt耐量 ≥50A/μs＊dv/dt耐量 ≥200v/μs
權(quán)利要求
1.一種200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有錐形槽狀光敏區(qū)。
2.一種200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有帶短路點(diǎn)的放大門(mén)極。
3.一種200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有放大門(mén)極處的槽狀結(jié)構(gòu)。
4.一種200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管其特征在于其具有扇形結(jié)構(gòu)的陰極圖形。
5.一種200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管其特征在于用Cr、Ni作為T(mén)2端放大門(mén)極的金屬接觸，用LPCVD方法沉積Si3N4和SiO2作為絕緣膜。
6.一種200～500A，1000～1200V光控雙向晶閘管其特征在于用HF∶HNO3∶CH3COOH∶H2O＝1∶8∶1∶0.5腐蝕液的挖槽工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形槽狀光敏區(qū)其特征在于用M14的金剛砂研磨出錐形槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形槽狀光敏區(qū)其特征在于用SP膠作為光敏槽的鈍化膜。
全文摘要
本發(fā)明是對(duì)光控雙向晶閘管的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一種新的錐形槽狀光敏門(mén)極結(jié)構(gòu)，在器件的兩個(gè)晶閘管內(nèi)均采用了帶短路點(diǎn)的放大門(mén)極結(jié)構(gòu)，在放大門(mén)極部位采用了槽狀結(jié)構(gòu)，兩個(gè)晶閘管的陰極圖形采用了扇形結(jié)構(gòu)。在工藝上，用B-Al乳膠源完成P型擴(kuò)散，用POCl
文檔編號(hào)H01L21/332GK1062240SQ91104568
公開(kāi)日1992年6月24日 申請(qǐng)日期1991年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月10日
發(fā)明者趙善麒, 高鼎三 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)