[發(fā)明專利]一種逆導型MOS柵控晶閘管及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610155996.2
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105679819B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳萬軍;李震洋;蔣華平;劉超;古云飛;程武;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/745
• 分類號: H01L29/745;H01L21/332;H01L29/06;H01L29/417
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發(fā)明屬于功率半導體器件領(lǐng)域，具體的說涉及一種逆導型MOS柵控晶閘管及其制作方法。本發(fā)明所提出的新型逆導MOS柵控晶閘管，在電流密度較低時，其可以起到電子勢壘的作用，從而減小了N陽極區(qū)的元胞長度，減小其有效面積，通過大幅提高陽極短路電阻來抑制snapback效應(yīng)，而隨著電壓增加，P浮空區(qū)也會向N漂移區(qū)進行空穴發(fā)射，以進行電導調(diào)制，抑制snapback效應(yīng)；同時，在反向?qū)〞r，由于額外引入的P浮空區(qū)，導通時將經(jīng)過寄生PNPN結(jié)構(gòu)，電流到一定量級將出現(xiàn)晶閘管導通，從而使其反向也具有大的電流導通能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導體器件領(lǐng)域，具體的說涉及一種逆導型MOS柵控晶閘管及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會的不斷發(fā)展，能源的消耗量也不斷增加，增加產(chǎn)出的同時，對于電能的利用率有著越來越高的要求。這些要求的實現(xiàn)，有賴于電力電子器件的發(fā)展。MOS柵控晶閘管作為一種新型功率器件，也得到了大家的關(guān)注。

MOS柵控晶閘管(MOS Gated Thyristor)，簡稱MGT，是一種集合了MOSFET特性與晶閘管特性的復(fù)合型器件。其同時具備MOSFET的輸入阻抗高，門級控制方便以及晶閘管的高阻斷電壓，低導通壓降的優(yōu)點，在功率脈沖領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。典型的MGT器件不具備逆向?qū)芰Γ鴮嶋H電路中如想正常工作，往往需要并連一個反向二極管，以便實現(xiàn)反向續(xù)流能力。以脈沖放電電路為例，若不具備反向?qū)芰Γ瑒t不能實現(xiàn)連續(xù)脈沖過程，其反向?qū)a(chǎn)生電壓停滯，能量難以得到順暢釋放，則易發(fā)生器件損壞。

為解決此問題，人們提出了逆導型MGT(Reverse Conducting MGT)，簡稱RC-MGT，如圖1示，通過同時在陽極與陰極引入短路區(qū)域，為其反向?qū)ㄔO(shè)計出了電流通道，特性類似一個二極管，但結(jié)構(gòu)會導致MGT在正向工作時出現(xiàn)兩次snapback現(xiàn)象，第一次是陽極短路導致的由單極工作轉(zhuǎn)向雙極工作的切換，第二次則是由于陰極短路結(jié)構(gòu)導致的器件由三極管工作轉(zhuǎn)向晶閘管工作的切換。這兩次snapback對其正向?qū)ㄔ斐闪瞬涣加绊憽?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種逆導型MOS柵控晶閘管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)消除了正向?qū)ǖ牡谝淮蝧napback效應(yīng)，削弱了第二次snapback效應(yīng)。

逆導型MOS柵控晶閘管的結(jié)構(gòu)特點主要是陽極區(qū)既有N陽極區(qū)8又有P陽極區(qū)9，同時陰極增加了N阱的開口，使P阱6與陰極1直接短接，這相當于集成了一個反向工作的PiN二極管(由P阱6、N漂移區(qū)7和N陽極區(qū)8所構(gòu)成)，其反向即具備了導通能力，使MGT可用于雙向工作。但是傳統(tǒng)的逆導型MGT正向?qū)⒊霈F(xiàn)兩次snapback現(xiàn)象，從而影響器件的開啟。

第一次snapback現(xiàn)象是由于陽極短路結(jié)構(gòu)的存在，當器件正向還處于較低的電流密度時，低電流密度下電子全部經(jīng)過N陽極區(qū)8流向金屬化陽極10，當電壓增加到一定程度時，P陽極區(qū)9才開始導通并向N漂移區(qū)7注入空穴，通過電導調(diào)制效應(yīng)降低N漂移區(qū)7的電阻，此時會出現(xiàn)電流增大而電壓減小的現(xiàn)象。

第二次snapback現(xiàn)象則是由于P阱6和N阱5同時短接到陰極所造成的，則若想進入晶閘管模式電流需從由溝道經(jīng)過N阱5流入陰極切換至經(jīng)過P阱6與N阱5導通流入陰極，也會出現(xiàn)電流增大電壓減小的現(xiàn)象。