[發明專利]一種雙陽極短接的IGBT器件

有效

• 申請號: 201210068388.X
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102544084A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李澤宏;陳偉中;安俊杰;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/417
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。

背景技術

近年來，隨著微電子技術的迅猛發展，社會對于電子電力中最具有優勢的功率器件要求不斷提高，而作為功率器件代表之一的絕緣柵雙極性晶體管擁有的優勢被廣泛關注。絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)由雙極性晶體管和功率金屬氧化物半導體場效應晶體管組成，由于具有電壓控制、導通壓降低、輸入阻抗高、驅動電路簡單、安全工作區寬等特點，被廣泛應用于空調、逆變器、電磁爐等，以及要求快速低損耗的領域。

傳統的非穿通型(NPT)IGBT(結構如圖1所示)具有高耐壓特點，但其正向導通壓降相對穿通型(PT)IGBT較高。為了降低正向導通壓降，需要提高空穴發射效率，增強電導調制效應，故需把陽極P+區2的濃度和厚度提高。但此舉會引入新的弊端，在關斷過程中，N-漂移區內的電子要克服一定的勢壘才能被集電極所抽取。而N-漂移區3內大部分電子空穴對只能通過復合才能消失，使得非穿通型IGBT功耗和電流拖尾都會增大。并且，非穿通型IGBT晶體管的實際關斷損耗要比由通常所定義的關斷損耗所得的計算值要大得多。但是這種NPT型IGBT也具有其獨特的優點：呈現出電壓正溫度系數；在IGBT應用特別是并聯使用的時候，具有很大的優勢。為了改善NPT-IGBT關斷性質，研究者們提出了很多新結構。

文獻(PA.Gough，M.R.Simpson，and?V.Rumenik，″Fast?switching?lateral?insulated?gate?transistor，”in?IEEE?IEDM?Tech.Dig，1986，pp.218-221)中提到利用陽極短路結構(Short-Anoded?IGBT，如圖2所示)實現正向導通壓降和關斷損耗的折衷，該器件結構的陽極區由并排的P+空穴發射區21和N+電子抽取區22構成，通過調整N+電子抽取區22和P+空穴發射區21的長度比例來得到器件導通壓降和關斷損耗的優化值。與傳統的NPT型IGBT相比，這種陽極短路結構把P+陽極區的一部分替換成N+電子抽取區22。在器件關斷時，利用N+電子抽取區22作為電子抽取通道，電子能通過N+電子抽取區22被金屬集電極1抽取，減小了關斷時間。但是，該器件結構在解決了關斷損耗問題的同時由于P+空穴發射區的注入效率的降低，還帶來了正向導通壓降過大的問題。并且IGBT會經歷VDOMS導通到IGBT導通的過渡，這樣會帶來負阻現象，影響器件的正常工作。為了克服器件導通過程中的負阻現象，則陽極短路結構需要幾倍NPT型IGBT元胞的大小，這樣就會大大的降低硅片的有效使用面積。

為了提高陽極短路P+空穴發射區的發射效率，有效的去除負阻現象，文獻(Green，D.W.；Sweet，M.；Vershinin，K.V.；Hardikar，S.；Narayanan，E.M.S?Performance?analysis?of?the?segment?npn?anode?LIGBT.IEEE?Transactions?on?Electron?Devices，2005，vol.52，issue?11，pp.2482-2488)提出了一種SA-NPN結構(如圖3所示)，該結構在陽極短路結構基礎上，在N+電子抽取區22上方引入一層P+基區23。由于P+基區23的增加，能夠提高器件的空穴注入效率，降低正向導通壓降。但是SA-NPN結構在關斷的時候通過NPN晶體管進行電子抽取，抽取速度比陽極短路結構慢且有一定的拖尾電流，增加了關斷時間，隨之就會導致IGBT的關斷損耗增加。

發明內容

隨著技術的發展，如何得到IGBT器件的關斷損耗和正向導通壓降的折衷一直是業界研究的方向之一。為了得到一個有效的折衷，本發明針對上述技術現狀提供一種雙陽極短接的IGBT器件。該IGBT器件與同類IGBT器件相比，在相同的電流密度下具有更低的正向導通壓降，在相同的導通壓降下具有更短的關斷時間，從而實現了器件導通壓降和關斷損耗的優化折衷。

本發明技術方案如下：