技术摘要：
本发明公开了一种具有过压保护功能的晶闸管及制造方法，晶闸管包括：依次设置的由第一导电类型半导体材料制成的第一导电层、由第二导电类型半导体材料制成的衬底层和由第一导电类型半导体材料制成的第二导电层；在第一导电层的远离衬底层的一面上设置的阳极金属电极；  全部
背景技术：
IGBT(Insulated  Gate  Bipolar  Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种MOS管 (场效应管)和双极型晶体管复合的功率半导体器件，具有驱动功率小、导通压降低、开关损 耗小及电流密度大等优点，在轨道交通及工业传动领域有广泛应用。但是在实际应用中，电 路中的核心变流器件IGBT模块，对过电压较为敏感，如果缺乏保护措施或使用不当，易于损 坏。例如在IGBT模块关断过程中，由于其集电极电流快速下降，在电路的杂散电感及负载电 感的作用下，常会在IGBT的集电极及发射极之间产生很高的尖峰过电压；或者在柔性直流 输电等高压电路应用中，由于系统错误或雷击因素产生尖峰过电压，IGBT极易击穿，从而造 成器件损坏，影响系统正常工作。 为避免尖峰过电压损坏IGBT，目前主要的做法包括： 1)在设计层面上减少回路中的杂散电感，该方法需要优化IGBT模块内部结构，减 少寄生电感，优化主电路结构，减少杂散电感。虽然其可以缓解过电压对IGBT模块造成的压 力，但其作用却有限。 2)减小回路杂散电感的同时，在电路层面上为IGBT模块设计外部保护电路，例如， 外部保护电路包括TVS(瞬态电压抑制二极管)、电阻、电容和电感等，监测IGBT的集电极电 压，当IGBT的集电极电压超过预定值时，TVS将过压信号传输给驱动控制电路，抬升IGBT栅 极电位触发IGBT以抑制IGBT集电极电压的上升。该方法采用的保护电路需要多个电子元件 来实现，其结构复杂；在高压电路应用如柔性直流输电中，该保护方法存在严重不足，即需 通过IGBT模块释放过电压产生的能量，很可能会造成IGBT模块过热而损坏。 因此，如何实现结构简单，并且具有过压保护功能的电子器件以使IGBT集电极电 压达到预定值时保护IGBT成为了一个亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题之一是如何实现结构简单，并且具有过压保护功能的 电子器件以使IGBT集电极电压达到预定值时保护IGBT。 为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种具有过压保护功能的晶 闸管，包括：依次设置的由第一导电类型半导体材料制成的第一导电层、由第二导电类型半 导体材料制成的衬底层和由第一导电类型半导体材料制成的第二导电层；在所述第一导电 层的远离所述衬底层的一面上设置的阳极金属电极；在所述第二导电层内间隔设置的由第 二导电类型半导体材料制成的发射极区；以及，在所述第二导电层上对应所述发射极区分 别设置的浮空金属电极和阴极金属电极，其中所述衬底层向所述第二导电层的方向延伸将 所述第二导电层分隔成两个第二导电区，两个所述第二导电区内均设置所述发射极区；两 4 CN 111599859 A 说　明　书 2/6 页 个所述第二导电区均包括基部和沿所述基部朝向另一所述第二导电区延伸的延伸部。 优选地，两个所述第二导电区的形状相同。 优选地，所述延伸部沿第二导电层至阳极金属电极方向的距离(即延伸部的厚度) 为800μm～1000μm，该延伸部从所述基部延伸的距离(即延伸部的长度)为70μm～120μm。 优选地，两个所述延伸部之间相距为50μm～220μm。 优选地，所述晶闸管还包括覆盖两个延伸部的远离所述衬底层的一面上的氧化 层。 优选地，所述氧化层的材质为二氧化硅。 优选地，构成所述延伸部的第一导电类型的半导体材料的浓度高于构成所述基部 的第一导电类型的半导体材料的浓度。 优选地，构成所述延伸部的第一导电类型的半导体材料的浓度为1018至1020cm-3。 本发明实施例还公开了一种制造具有过压保护功能的晶闸管的方法，其包括： 在由第二导电类型半导体材料制成的衬底层的相对两面分别进行第一导电类型 半导体材料的掺杂，以形成第一导电层和第二导电层； 对所述第二导电层的中心区域进行刻蚀使所述中心区域露出所述衬底层，从而形 成两个分隔开的第二导电区，使两个所述第二导电区向所述衬底层推进； 在两个所述第二导电区内远离所述衬底层的表面进行第二导电类型半导体材料 的掺杂，以形成间隔的发射极区； 在两个所述第二导电区内远离所述衬底层的表面进行第一导电类型半导体材料 的掺杂，以在所述第二导电区的基部朝向另一所述第二导电区形成延伸部，其中，在两个所 述第二导电区内远离所述衬底层的表面上的所述发射极区周围也进行第一导电类型半导 体材料的掺杂； 在所述第一导电层远离所述衬底层的一面上设置阳极金属电极； 在两个所述第二导电区的远离所述衬底层的一面上对应所述发射极区分别设置 浮空金属电极和阴极金属电极。 优选地，还包括： 在所述第二导电层远离所述衬底层的一面上对应所述中心区域设置氧化层。 与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效 果： 应用本发明的具有过压保护功能的晶闸管，当处于正向阻断状态时，所述晶闸管 内部会产生正向漏电流，且该正向漏电流随着所述晶闸管正向阻断电压的增大而增大。当 所述晶闸管正向阻断电压达到预定值时，正向漏电流增大至触发电流从而触发所述晶闸 管。因此，所述晶闸管不需要外部门极驱动电路即可被触发开通。此外，所述晶闸管无需额 外在第二导电层引出门极金属电极，实际上易于制备。 所述晶闸管用于在与IGBT模块并联使用时保护IGBT模块，当IGBT模块集电极电压 (即所述晶闸管阳极金属电极的电压)达到预定值时，所述晶闸管无需外部触发信号即可被 触发开通，使IGBT模块集电极电压迅速下降，从而保护IGBT模块不被系统过电压损坏。并且 所述晶闸管开通后作为主电路电流通道，可进一步释放系统过电压产生的能量。 采用所述晶闸管保护IGBT模块，无需采用额外电子元器件及外部触发电路，降低 5 CN 111599859 A 说　明　书 3/6 页 了保护系统的复杂度。 本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 附图说明 附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的 一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方 案，但并不构成对本申请技术方案的限制。 图1是根据本发明实施例的具有过压保护功能的晶闸管与IGBT模块并联的系统结 构示意图； 图2是根据本发明实施例的具有过压保护功能的晶闸管的结构示意图； 图3是根据本发明实施例的具有过压保护功能的晶闸管的两个延伸部之间的距离 和正向转折电压之间的关系图； 图4是根据本发明实施例的制造具有过压保护功能的晶闸管的方法的流程图； 图5是图4的步骤S1后的结构示意图； 图6是图4的步骤S2后的结构示意图 图7是图4的步骤S3后的结构示意图； 图8是图4的步骤S4后的结构示意图； 图9是图4的步骤S7后的结构示意图； 图10是图4的步骤S6后的结构示意图。