非對稱晶閘管陰極短路點設(shè)計

該產(chǎn)品主要具有正向阻斷電壓高、高溫漏電流小、飽和壓降低、開通門限電壓高、陽極脈沖峰值電流大、斷態(tài)陽極電壓上升率（dv/dt）高、開通陽極電流上升率（di/dt）高、抗輻射能力強等特點。

** 芯片陰極區(qū)短路點結(jié)構(gòu)及單元器件內(nèi)部等效（并聯(lián)）NPN晶體管數(shù)量的選擇： **

器件陰極區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮了兩種情況：即陰極區(qū)帶短路點結(jié)構(gòu)和不帶短路點結(jié)構(gòu)。為了充分考慮器件的可靠性，陽極電壓峰值選擇為4000V（器件額定電壓），電壓上升率為4KV/μs。對于不采用陰極短路點結(jié)構(gòu)（單元陰極區(qū)寬度為30μm）的器件斷態(tài)陰陽極抗擾能力dv/dt，圖1（a）給出器件在陽極峰值電壓達到4000V時，器件內(nèi)部的溫度分布。

由圖1可見，當斷態(tài)陽極電壓上升率較高（4KV/μs）時，由于位移電流正比于反偏結(jié)電容（相當于寄生晶體管的集電結(jié)電容）和電壓變化率，電壓變化率越大，器件內(nèi)反偏結(jié)位移電流越大，容易導(dǎo)致器件內(nèi)寄生三極管的觸發(fā)導(dǎo)通。圖9表示在器件內(nèi)部寄生晶體管被觸發(fā)開通，而且峰值位移電流密度和峰值晶硅溫度的位置出現(xiàn)在靠近背面陽極附近（P+/N+處結(jié)電容較大）。

在陽極電壓上升到3195V時，器件內(nèi)部局部峰值溫度達到了1108V。因此，當陽極電壓上升率達到4KV/μs時，器件性能受到嚴重影響，無法正常使用。對于陰極短路點結(jié)構(gòu)（短路點直徑5μm，單元陰極區(qū)寬度為30μm）的器件斷態(tài)陰陽極抗擾能力dv/dt，圖1（b）給出器件在陽極峰值電壓達到4000V時，器件內(nèi)部的溫度分布。

由圖1（b）可見，在陰極短路點結(jié)構(gòu)和陽極N+緩沖層結(jié)構(gòu)兩者的共同作用下，使得器件內(nèi)部寄生晶體管的觸發(fā)耐量得以提高，器件的抗dv/dt干擾能力得到很大改善。器件內(nèi)部局部峰值溫度最高，因此本產(chǎn)品陰極發(fā)射區(qū)擬采用短路點結(jié)構(gòu)，以此進一步改善器件抗斷態(tài)陰陽極dv/dt干擾能力。由圖1（b）可見，當采用陰極短路點結(jié)構(gòu)后，在施加斷態(tài)陽極電壓變化率dvdt=4KV/s條件下，器件內(nèi)部晶格溫度分布均勻，且?guī)缀鯖]有局部溫度升高，全局溫度幾乎控制在300K。表明采用陰極短路點結(jié)構(gòu)后，器件的抗dv/dt誤觸發(fā)能力得到了較大的改善。

由圖1（c）可見，本產(chǎn)品所采用的陰極區(qū)寬度及短路點結(jié)構(gòu)參數(shù)較合理，陰極區(qū)面積可到了充分的利用，消除陰極區(qū)邊緣電流集中的現(xiàn)象，獲得較好的di/dt性能。另外，短路點結(jié)構(gòu)尺寸較合理，不僅滿足本單位芯片工藝加工能力，而且短路點在改善dv/dt能力方面發(fā)揮了較理想的作用。

圖1 在斷態(tài)dvdt=4KV/S情況下，未采用陰極短路點結(jié)構(gòu)（a）、采用陰極短路點結(jié)構(gòu)（b）兩種情況下的器件內(nèi)部溫度分布、空穴電流分布（c）