[發(fā)明專利]一種自驅(qū)動(dòng)陽極輔助柵絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710088554.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN106783991B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳文鎖;蒲賢潔;廖瑞金;曾正;邵偉華;李輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 王翔

本發(fā)明公開了一種自驅(qū)動(dòng)陽極輔助柵絕緣柵雙極型晶體管；所述自驅(qū)動(dòng)陽極輔助柵絕緣柵雙極型晶體管采用陽極自驅(qū)動(dòng)輔助柵的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在保證器件較小的關(guān)斷時(shí)間的前提下，可以消除器件導(dǎo)通時(shí)的負(fù)阻效應(yīng)，提高器件的工作穩(wěn)定性，獲得更好的導(dǎo)通態(tài)損耗與關(guān)斷態(tài)損耗之間的折衷關(guān)系；并且，所述陽極輔助柵結(jié)構(gòu)采用自驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，能夠消除常規(guī)輔助柵極陽極結(jié)構(gòu)對(duì)額外驅(qū)動(dòng)電路的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電力電子器件技術(shù)領(lǐng)域中的電導(dǎo)調(diào)制型高壓功率器件，具體是一種自驅(qū)動(dòng)陽極輔助柵絕緣柵雙極型晶體管。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT：LateralInsulatedGateBipolarTransistor)具有驅(qū)動(dòng)簡單，電流能力大，耐壓能力高的優(yōu)點(diǎn)，但是其關(guān)斷速度遠(yuǎn)比雙擴(kuò)散金屬-氧化物-半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管(DMOS，Double-diffusedMOSFET)的關(guān)斷速度慢，導(dǎo)致其開關(guān)損耗較大，這影響了緣柵雙極性晶體管在電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用。

提高IGBT器件關(guān)斷速度從而減小開關(guān)損耗的方法主要有三類：

一是降低漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子的壽命，增加復(fù)合速率，以提高關(guān)斷速度。事實(shí)上降低漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子壽命的同時(shí)，其非平衡載流子總數(shù)也會(huì)減小，這將導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大，所以這種方法存在關(guān)斷速度與導(dǎo)通電阻之間的折衷問題；

二是控制從陽極到漂移區(qū)的少數(shù)載流子注入水平，以達(dá)到導(dǎo)通電阻和關(guān)斷時(shí)間的折衷；

三是在陽極區(qū)提供非平衡載流子抽出通道，在關(guān)斷時(shí)迅速減少漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子的總數(shù)，以提高器件的關(guān)斷速度。非平衡載流子抽出通道的結(jié)構(gòu)通常會(huì)影響少數(shù)載流子注入效率，即影響導(dǎo)通時(shí)漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子總數(shù)，從而影響導(dǎo)通電阻。并且，在器件正向開啟過程中，由于載流子從DMOS導(dǎo)通模式向IGBT導(dǎo)通模式的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)通過程中容易出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)。

針對(duì)通過在陽極區(qū)提供非平衡載流子抽出通道來提高IGBT器件關(guān)斷速度的方法，現(xiàn)有技術(shù)中比較典型的器件結(jié)構(gòu)包括如圖1所示的常規(guī)陽極短路結(jié)構(gòu)、如圖2所示的陽極輔助柵、如圖3所示的集成超勢(shì)壘整流器陽極結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中要么器件正向?qū)芰θ酰葱枰獜?fù)雜的外部驅(qū)動(dòng)電路，此外，導(dǎo)通態(tài)損耗和關(guān)斷態(tài)損耗之間的折中關(guān)系也需要進(jìn)一步優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，器件正向?qū)芰θ酰枰獜?fù)雜的外部驅(qū)動(dòng)電路等問題，獲得優(yōu)化的導(dǎo)通態(tài)損耗和關(guān)斷態(tài)損耗之間的折中關(guān)系。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種自驅(qū)動(dòng)陽極輔助柵絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：包括陽極接觸區(qū)、重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)、第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)、第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)、第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)、重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)、重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)、陰極接觸區(qū)、柵極介質(zhì)層、柵極接觸區(qū)、第二導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)、重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)、陽極輔助柵介質(zhì)層和陽極輔助柵接觸區(qū)。

所述第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)覆蓋于第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)之上。

所述第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)覆蓋于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)之上的部分表面。

所述重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)和重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)覆蓋于第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)之上的部分表面。

所述陰極接觸區(qū)覆蓋于重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上，所述陰極接觸區(qū)還覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上的部分表面。

所述柵極介質(zhì)層覆蓋于第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)之上的部分表面，所述柵極介質(zhì)層還覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上的部分表面和第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)之上的部分表面。

所述柵極接觸區(qū)覆蓋于柵極介質(zhì)層之上。

所述重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)覆蓋于第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)之下的部分表面。