[發(fā)明專利]一種陽(yáng)極短路的隧道泵IGBT

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810046417.6
• 申請(qǐng)日: 2008-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101393928A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤宏;謝剛;廖忠平;馬俊;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

一種陽(yáng)極短路的隧道泵IGBT，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)于低壓應(yīng)用，功率MOS可以同時(shí)得到較理想的比導(dǎo)通電阻特性和較理想的開(kāi)關(guān)特性。但是對(duì)于中高壓應(yīng)用環(huán)境，功率MOS的比導(dǎo)通電阻會(huì)隨著耐壓的升高更快的升高。而IGBT是一種由BJT和MOSFET復(fù)合而成的全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，兼有功率MOS的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，旨在解決功率MOS由于導(dǎo)通電阻與耐壓的矛盾關(guān)系而難以高壓應(yīng)用的問(wèn)題。IGBT適合用于制作中等到大功率應(yīng)用器件，是功率電子的重要基礎(chǔ)，IGBT器件以其高耐壓、低導(dǎo)通壓降等特性常用于功率集成電路和功率集成系統(tǒng)中。圖1是傳統(tǒng)的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、是柵極、3是發(fā)射極、11是集電極、2是隔離介質(zhì)、4是N⁺源區(qū)、5是P區(qū)、6是N^-漂移區(qū)、9是P⁺襯底。

隨著IGBT的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，新的問(wèn)題隨之出現(xiàn)，由于IGBT是雙載流子導(dǎo)電，故在關(guān)斷過(guò)程中需要將漂移區(qū)的過(guò)剩載流子抽取或者復(fù)合掉，這就形成了拖尾電流，使得關(guān)斷時(shí)間被大大延長(zhǎng)和關(guān)斷損耗大大增加，使得傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)IGBT在高頻應(yīng)用上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

為了解決關(guān)斷時(shí)間和正向壓降之間的矛盾問(wèn)題，研究者們提出了許多新結(jié)構(gòu)和方法，比如陽(yáng)極短路、透明陽(yáng)極、壽命控制等等，這些新的方法和結(jié)構(gòu)有各自的優(yōu)點(diǎn)也有各自的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)1(David?W.Green，Student?Member，IEEE，Konstantin?V.Vershinin，Mark?Sweet，andEkkanath?Madathil?Sankara?Narayanan，Senior?Member，IEEE，“Anode?Engineering?for?theInsulated?Gate?Bipolar?Transistor—A?Comparative?Review”絕緣柵雙極晶體管的陽(yáng)極工程—對(duì)照評(píng)論，IEEE?TRANSACTIONS?ON?POWER?ELECTRONICS，VOL.22，NO.5，SEPTEMBER2007)對(duì)幾種陽(yáng)極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較分析。文獻(xiàn)2(“陽(yáng)極短路垂直型IGBT的優(yōu)化模型”劉海濤、陳啟秀，浙江大學(xué)信電系功率器件研究所)提出了陽(yáng)極短路垂直IGBT的優(yōu)化模型，闡述了導(dǎo)通壓降、關(guān)斷時(shí)間及閉鎖電流之間的關(guān)系。具有陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)的IGBT如圖2所示，其集電區(qū)由P⁺區(qū)9和N⁺區(qū)10相間組成，N⁺區(qū)10可以在關(guān)斷過(guò)程中為電子的釋放提供通道。但是由于短路結(jié)構(gòu)的存在，使得P⁺區(qū)9向漂移區(qū)的注入效率大為降低，從而正向壓降也隨之大大升高，這一點(diǎn)在以上的兩篇文獻(xiàn)中均有不同程度的表述。

隧道泵結(jié)構(gòu)如圖3所示，在其P⁺襯底9和N^-漂移區(qū)6之間增加了一層P區(qū)7與N⁺區(qū)8相間的薄層，利用N⁺區(qū)8和P⁺襯底9之間形成的隧道結(jié)，在關(guān)斷時(shí)加速抽取過(guò)剩載流子，以達(dá)到提高開(kāi)關(guān)速度的目的。但是隧道泵結(jié)構(gòu)只能在一定程度上提高開(kāi)關(guān)速度，而且是以犧牲導(dǎo)通時(shí)的正向壓降為代價(jià)，即它的導(dǎo)通壓降較普通IGBT有一定幅度的上升。而這正是我們所不希望看到的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種陽(yáng)極短路的隧道泵IGBT，能夠在降低傳統(tǒng)IGBT的關(guān)斷時(shí)間的同時(shí)，具有較低的導(dǎo)通壓降。在關(guān)斷時(shí)間方面，本發(fā)明提供的陽(yáng)極短路的隧道泵IGBT與單純的陽(yáng)極短路的IGBT相當(dāng)，但比單純的隧道泵IGBT的關(guān)斷時(shí)間更小；在導(dǎo)通壓降方面，本發(fā)明提供的陽(yáng)極短路的隧道泵IGBT比單純的陽(yáng)極短路的IGBT更低，而與單純的隧道泵IGBT相當(dāng)。如果說(shuō)隧道泵IGBT較陽(yáng)極短路IGBT有更優(yōu)秀的導(dǎo)通特性，而陽(yáng)極短路IGBT比隧道泵IGBT有更優(yōu)秀的關(guān)斷特性，那么，本發(fā)明則集二者優(yōu)點(diǎn)于一身，在關(guān)斷特性和陽(yáng)極短路一樣優(yōu)秀的同時(shí)，導(dǎo)通壓降則向著隧道泵結(jié)構(gòu)趨近。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)IGBT中同時(shí)引入陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)和隧道泵結(jié)構(gòu)，或是在單純的陽(yáng)極短路的IGBT中引入隧道泵結(jié)構(gòu)，或是在單純的隧道泵的IGBT中引入陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明所述的陽(yáng)極短路的隧道泵IGBT兼具陽(yáng)極短路IGBT和隧道泵IGBT的優(yōu)點(diǎn)，即在提高器件的關(guān)斷特性的同時(shí)具有較低的導(dǎo)通壓降。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：