[發(fā)明專利]一種具有P浮空層電流栓的RC-IGBT

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310076402.5
• 申請(qǐng)日: 2013-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN103219370A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤宏;陳偉中;劉永;任敏;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: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術(shù)領(lǐng)域

一種具有P浮空層電流栓的RC-IGBT（reverse-conducting?insulated-gate?bipolar?transistor，反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管），屬于半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

IGBT（Insulate?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）既有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)速度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于電磁爐、UPS不間斷電源、汽車電子點(diǎn)火器、三相電動(dòng)機(jī)變頻器、電焊機(jī)開關(guān)電源等產(chǎn)品中作為功率開關(guān)管或功率輸出管，市場前景非常廣闊。IGBT產(chǎn)品是電力電子技術(shù)領(lǐng)域非常理想的開關(guān)器件，它集合了高頻、高壓、大電流三大技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，具有很好的環(huán)境保護(hù)效益。?

但是IGBT只是一個(gè)單向?qū)ㄆ骷趹?yīng)用的時(shí)候需要一個(gè)反向并聯(lián)的二極管來承受反向電壓，這就增加了IGBT的制造成本，以及帶來封裝，焊接等難題。2002年E.Napoli等人提出了一種能夠反向?qū)ǖ腎GBT稱為RC-IGBT，這種RC-IGBT通過在集電極上引入N型集電極（N-Collector）的方法實(shí)現(xiàn)了IGBT和二極管的集成。傳統(tǒng)的RC-IGBT如圖1所示，集電極是由P型集電極（P-Collector）和N型集電極（N-Collector）組成。但是這種傳統(tǒng)RC-IGBT在正向?qū)ǖ臅r(shí)候會(huì)出現(xiàn)一個(gè)負(fù)阻效應(yīng)（snapback），并且由于電流不均勻會(huì)造成溫度局域過高從而存在可靠性方面的問題。后來M.Rahimo等人為了解決snapback現(xiàn)象又發(fā)明了BIGT（Bi-mode?Insulated?Gate?Transistor，雙模式絕緣柵雙極型晶體管），如圖2所示，該器件在傳統(tǒng)RC-IGBT基礎(chǔ)上，通過增大原胞面積且將它分為IGBT部分和RC-IGBT部分來解決snapback現(xiàn)象，但是由于大的元胞尺寸（采用600μm進(jìn)行仿真顯示，若要徹底消除snapback需要2500μm以上），會(huì)增加關(guān)斷損耗，并且由于兩個(gè)部分的空穴發(fā)射效率不一樣，電流集中現(xiàn)象將更為突出，進(jìn)一步造成了溫度局域過高，會(huì)對(duì)器件可靠性造成嚴(yán)重影響。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種具有P浮空層電流栓的RC-IGBT，旨在不影響RC-IGBT其他性能參數(shù)的同時(shí)，能使器件電流以及溫度分布均勻，且抑制snapback現(xiàn)象從而極大提高RC-IGBT的可靠性。?

本發(fā)明是在傳統(tǒng)RC-IGBT的N-Collector和P-Collector之間引入介質(zhì)埋層實(shí)現(xiàn)N-Collector?和P-Collector之間的電隔離，并在介質(zhì)埋層上方的N型緩沖層（n-buffer）中引入一個(gè)p浮空層電流栓，器件在正向?qū)ǖ臅r(shí)候，引入的P浮空層電流栓能夠阻擋電子電流流向N型集電極（N-Collector），使得電子電流集中在P型集電極（P-Collector）上，這樣P-Collector區(qū)不受N-Collector區(qū)的影響，從而把這個(gè)器件分割成了IGBT部分和DIODE（二極管）部分。這樣在正向?qū)ǖ臅r(shí)候IGBT能夠獨(dú)立工作，很好的抑制了Snapback現(xiàn)象。并且仿真表明不論在正向?qū)ê头聪驅(qū)ǖ臅r(shí)候電流都很均勻，不存在溫度局域過高的現(xiàn)象。另外在二極管反向恢復(fù)模式下，其工作機(jī)理跟H.P.Felsl等人發(fā)明的CIBT二極管相似，能夠有很大的軟度因子（S），避免反向恢復(fù)時(shí)發(fā)生的電壓過沖，實(shí)現(xiàn)各種性能的良好折中。?

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?