[發(fā)明專利]具有增強(qiáng)的雙極放大的功率半導(dǎo)體晶體管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611042435.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN107039513B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅曼·巴布爾斯科;約翰內(nèi)斯·喬治·拉文;漢斯-約阿希姆·舒爾策;安東尼奧·韋萊伊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/78;H01L29/08
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

具有增強(qiáng)的雙極放大的功率半導(dǎo)體晶體管，包括第一負(fù)載端子、第二負(fù)載端子和耦接至第一和第二負(fù)載端子的半導(dǎo)體本體，半導(dǎo)體本體包括:具有第一導(dǎo)電類型摻雜劑的漂移區(qū)；配置成傳導(dǎo)正向負(fù)載電流的晶體管區(qū)段，其具有將第一負(fù)載端子耦接至漂移區(qū)第一側(cè)的控制頭；配置成傳導(dǎo)反向負(fù)載電流的二極管區(qū)段，其具有將第二負(fù)載端子耦接至漂移區(qū)第二側(cè)的二極管端口，二極管端口包括：第一發(fā)射極，其具有第一導(dǎo)電類型摻雜劑并被配置成將多數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)，并電連接至第二負(fù)載端子；第二發(fā)射極，其具有第二導(dǎo)電類型摻雜劑并配置成將少數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)，第一發(fā)射極與第二發(fā)射極接觸，第一與第二發(fā)射極間的過(guò)渡形成的pn結(jié)呈現(xiàn)小于10V的擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本說(shuō)明書涉及功率半導(dǎo)體晶體管的實(shí)施方式。具體地，本說(shuō)明書涉及具有使得在過(guò)載狀態(tài)期間能夠增加電荷載流子注入的裝置的功率半導(dǎo)體晶體管的實(shí)施方式。

背景技術(shù)

汽車、消費(fèi)者和工業(yè)應(yīng)用中的現(xiàn)代設(shè)備的許多功能(例如轉(zhuǎn)換電能和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或電機(jī))都依賴于半導(dǎo)體器件。例如，舉幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和二極管已經(jīng)用于各種應(yīng)用，包括但不限于電源和電力轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)。

這種功率半導(dǎo)體器件中的一些(例如功率半導(dǎo)體晶體管)能夠在正向和反向兩者上傳導(dǎo)負(fù)載電流，例如反向?qū)↖GBT(RC-IGBT)。

功率半導(dǎo)體晶體管通常被設(shè)計(jì)為在標(biāo)稱條件下連續(xù)工作，例如，根據(jù)該標(biāo)稱條件，負(fù)載電流通常不超出標(biāo)稱值超過(guò)預(yù)定時(shí)間段。

有時(shí)，功率半導(dǎo)體晶體管可能還是會(huì)經(jīng)受顯著高于標(biāo)稱負(fù)載電流的過(guò)載電流。在這種過(guò)載狀態(tài)期間，通常不切換功率半導(dǎo)體晶體管；相反，最終的切換操作被推遲，直到過(guò)載電流已下降到某一值為止。

即使功率半導(dǎo)體晶體管可以不被設(shè)計(jì)為在過(guò)載狀態(tài)下連續(xù)操作，也會(huì)需要功率半導(dǎo)體晶體管可以在一段時(shí)間內(nèi)承受過(guò)載電流，而不會(huì)遭受任何損壞。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)實(shí)施方式，一種功率半導(dǎo)體晶體管包括第一負(fù)載端子、第二負(fù)載端子以及耦接至第一負(fù)載端子和第二負(fù)載端子的半導(dǎo)體本體，其中，半導(dǎo)體本體包括：具有第一導(dǎo)電類型的摻雜劑的漂移區(qū)；配置成傳導(dǎo)正向負(fù)載電流的晶體管區(qū)段，晶體管區(qū)段具有將第一負(fù)載端子耦接至漂移區(qū)的第一側(cè)的控制頭；以及配置成傳導(dǎo)反向負(fù)載電流的二極管區(qū)段，其中，二極管區(qū)段具有將第二負(fù)載端子耦接至漂移區(qū)的第二側(cè)的二極管端口，其中，二極管端口包括：第一發(fā)射極，其具有第一導(dǎo)電類型的摻雜劑并且被配置成將多數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)中，第一發(fā)射極被電連接至第二負(fù)載端子；以及第二發(fā)射極，其具有第二導(dǎo)電類型的摻雜劑并且被配置成將少數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)中，其中，第一發(fā)射極被布置為與第二發(fā)射極接觸，并且其中，通過(guò)第一發(fā)射極與第二發(fā)射極之間的過(guò)渡形成的pn結(jié)而呈現(xiàn)小于10V的擊穿電壓。第一發(fā)射極和第二發(fā)射極中的每一個(gè)呈現(xiàn)至少5e18cm^-3的摻雜劑濃度。

根據(jù)另一實(shí)施方式，一種功率半導(dǎo)體晶體管包括第一負(fù)載端子、第二負(fù)載端子以及耦接至第一負(fù)載端子和第二負(fù)載端子的半導(dǎo)體本體，半導(dǎo)體本體包括：具有第一導(dǎo)電類型的摻雜劑的漂移區(qū)；多個(gè)有源單元，其被配置成實(shí)現(xiàn)用于傳導(dǎo)正向負(fù)載電流的晶體管操作和用于傳導(dǎo)反向負(fù)載電流的二極管操作二者，每個(gè)有源單元包括控制頭和界面區(qū)，控制頭將第一負(fù)載端子耦接至漂移區(qū)的第一側(cè)，而界面區(qū)將第二負(fù)載端子耦接至漂移區(qū)的第二側(cè)；其中，界面區(qū)包括：第一發(fā)射極，其具有第一導(dǎo)電類型的摻雜劑并且被配置成將多數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)中用于二極管操作；第二發(fā)射極，其具有第二導(dǎo)電類型的摻雜劑并且被配置成將少數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)中；以及第三發(fā)射極，其被布置為與第二發(fā)射極隔開并且電連接至第二負(fù)載端子，第三發(fā)射極具有第二導(dǎo)電類型的摻雜劑并且被配置成將少數(shù)電荷載流子注入漂移區(qū)中用于晶體管操作，其中，第二發(fā)射極的摻雜劑濃度大于第三發(fā)射極的摻雜劑濃度。第一發(fā)射極、第二發(fā)射極和第三發(fā)射極中的每一個(gè)電連接至第二負(fù)載端子。半導(dǎo)體本體還包括具有第一導(dǎo)電類型的摻雜劑的、與漂移區(qū)相比具有較大的摻雜劑濃度的場(chǎng)截止區(qū)，其中，場(chǎng)截止區(qū)將第一發(fā)射極、第二發(fā)射極和第三發(fā)射極中的每一個(gè)耦接至漂移區(qū)。