[發(fā)明專利]一種具有浮空埋層的絕緣柵雙極型晶體管

無效

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• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102306657A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金平;李澤宏;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，更具體的說，涉及浮空埋層IGBT器件。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOS場效應(yīng)和雙極型晶體管復(fù)合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅(qū)動(dòng)，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管導(dǎo)通壓降低，通態(tài)電流大，損耗小的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代電力電子電路中的核心電子元器件之一，廣泛應(yīng)用在諸如機(jī)車牽引、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、UPS電源、空調(diào)等領(lǐng)域的變頻調(diào)速逆變裝置中。

從IGBT發(fā)明以來，人們一直致力于改善IGBT三個(gè)重要并且相互矛盾的參數(shù)：正向?qū)▔航怠㈥P(guān)斷時(shí)間和安全工作區(qū)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，相繼提出了6代IGBT器件結(jié)構(gòu)，使器件性能得到了穩(wěn)步的提升。然而，對于IGBT器件，在通過電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使器件具有較低正向?qū)▔航档耐瑫r(shí)，基區(qū)的非平衡電子空穴對的存儲(chǔ)也使其關(guān)斷速度明顯減慢，限制了應(yīng)用頻率和增加了開關(guān)損耗，這成為IGBT器件進(jìn)一步應(yīng)用的主要障礙。近年來，隨著逆變裝置的快速發(fā)展，現(xiàn)有的IGBT結(jié)構(gòu)已難以滿足系統(tǒng)對高速IGBT器件的需求，迫切需要開發(fā)新的器件結(jié)構(gòu)。同時(shí)，IGBT在工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，對器件的可靠性和耐用度提出了更高的要求，迫切需要開發(fā)具有寬安全工作區(qū)的IGBT器件。因此，研究寬安全工作區(qū)的高速IGBT新結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)前功率電子學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了獲得低正向?qū)▔航岛蛯挵踩ぷ鲄^(qū)的高速IGBT器件新結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供一種具有浮空埋層的絕緣柵雙極型晶體管。所提供的浮空埋層絕緣柵雙極型晶體管在傳統(tǒng)IGBT結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上(如圖1所示)，在器件具有第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)內(nèi)引入一到多層連續(xù)或不連續(xù)的第二導(dǎo)電類型浮空埋層，通過第二導(dǎo)電類型浮空埋層引入的空間電荷及附加電場的調(diào)制作用，在第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)內(nèi)引入新的電場尖峰，在相同的器件漂移區(qū)厚度下，可大大提高IGBT器件的擊穿電壓；在一定的擊穿電壓下，可大大減小IGBT器件漂移區(qū)的厚度，從而大大減小器件的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷時(shí)間。同時(shí)浮空埋層引入的空間電荷的作用，可抑制器件關(guān)斷時(shí)的雪崩擊穿，提高IGBT器件的動(dòng)態(tài)擊穿電壓和反向安全工作區(qū)。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

浮空埋層絕緣柵雙極型晶體管，如圖2至圖7所示，所述絕緣柵雙極型晶體管的第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)14內(nèi)具有第二導(dǎo)電類型的埋層22。

上述方案中：

所述第二導(dǎo)電類型的埋層22形狀可以是方形、條形、三角形、梯形、圓形或橢圓形。

所述第二導(dǎo)電類型的埋層22可以是單層連續(xù)結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，或單層非連續(xù)結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。

所述第二導(dǎo)電類型的埋層22可以是多層連續(xù)結(jié)構(gòu)(如圖4所示)，或多層非連續(xù)結(jié)構(gòu)(如圖5-7所示)。

所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極可以是電場終止結(jié)構(gòu)、透明陽極結(jié)構(gòu)或陽極短路結(jié)構(gòu)。

所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極可以是平面型柵或溝槽型柵。

所述絕緣柵雙極型晶體管，可以是第一導(dǎo)電類型N型，第二導(dǎo)電類型為P型，也可以是第一導(dǎo)電類型是P型，第二導(dǎo)電類型為N型。

所述埋層的濃度、厚度、形狀、層數(shù)等可根據(jù)設(shè)計(jì)要求而相應(yīng)變化。所述絕緣柵雙極型晶體管的半導(dǎo)體材料可采用硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)或者氮化鎵(GaN)等。

本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在：

本發(fā)明提供的具有浮空埋層的絕緣柵雙極型晶體管，是在傳統(tǒng)IGBT結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在器件具有第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)內(nèi)引入一到多層連續(xù)或不連續(xù)的第二導(dǎo)電類型浮空埋層，通過第二導(dǎo)電類型浮空埋層引入的空間電荷及附加電場的調(diào)制作用，在第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)內(nèi)引入新的電場尖峰，在相同的器件漂移區(qū)厚度下，可大大提高IGBT器件的擊穿電壓；在一定的擊穿電壓下，可大大減小IGBT器件漂移區(qū)的厚度，從而大大減小器件的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷時(shí)間。同時(shí)浮空埋層引入的空間電荷的作用，可抑制器件關(guān)斷時(shí)的雪崩擊穿，提高IGBT器件的動(dòng)態(tài)擊穿電壓和反向安全工作區(qū)。所述絕緣柵雙極型晶體管可適用于從小功率到大功率的半導(dǎo)體功率器件和功率集成電路領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是常規(guī)的IGBT器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2至圖7是本發(fā)明提出的具有浮空埋層的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。