[發(fā)明專利]絕緣柵雙極晶體管、IPM模塊以及空調(diào)器

在審

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• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107591443A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮宇翔;甘弟
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東美的制冷設(shè)備有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/08
• 代理公司: 深圳市世紀(jì)恒程知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所44287
• 代理人: 胡海國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種絕緣柵雙極晶體管、IPM模塊以及空調(diào)器。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET器件的高輸入阻抗和電力晶體管(即巨型晶體管，簡稱GTR)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點，因此IGBT目前被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

絕緣柵雙極晶體管的集電極區(qū)的載流子注入效率和抽取效率很大程度上決定著器件的導(dǎo)通壓降和開關(guān)特性?，F(xiàn)有技術(shù)中通常通過增加絕緣柵雙極晶體管的集區(qū)的摻雜濃度來提高載流子注入效率，從而降低所述絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通壓降，但是較高的集區(qū)的摻雜濃度不利于器件關(guān)斷時載流子的抽取速度，導(dǎo)致器件的關(guān)斷時間較長。同樣的，如果降低所述絕緣柵雙極晶體管的集區(qū)的摻雜濃度，器件的關(guān)斷時間會降低，但導(dǎo)通壓降會增加。

因此，研究人員一直在尋找如何設(shè)計IGBT器件，以獲得更好的導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時間的折中關(guān)系，設(shè)計出低導(dǎo)通壓降、短關(guān)斷時間的IGBT。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提出一種有良好的導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時間的折中關(guān)系的絕緣柵雙極晶體管。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種絕緣柵雙極晶體管，包括:

半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底沿其厚度方向依次形成有集電極區(qū)、漂移區(qū)及有源區(qū)；所述有源區(qū)包括溝槽柵極區(qū)、阱區(qū)以及發(fā)射極區(qū)，所述發(fā)射極區(qū)嵌入設(shè)置在所述阱區(qū)中，所述溝槽柵極區(qū)自所述發(fā)射極區(qū)延伸至所述漂移區(qū)，所述阱區(qū)連接所述發(fā)射極區(qū)和所述漂移區(qū)；

所述集電極區(qū)的摻雜濃度小于或等于8*10¹⁷/cm^-3，所述發(fā)射極區(qū)的摻雜濃度大于或等于5*10¹⁹/cm^-3。

優(yōu)選地，所述阱區(qū)的摻雜濃度小于或等于4*10¹⁶/cm^-3。

優(yōu)選地，所述漂移區(qū)的摻雜濃度為1*10¹⁴/cm^-3～6*10¹⁴/cm^-3。

優(yōu)選地，所述集電極區(qū)的厚度為0.4um～1.0um。

優(yōu)選地，所述阱區(qū)的厚度為1.0um～2.5um。

優(yōu)選地，所述阱區(qū)的厚度與所述發(fā)射極區(qū)的厚度之差為1um～2um。

優(yōu)選地，所述發(fā)射極區(qū)的摻雜類型為N型摻雜，所述集電極區(qū)的摻雜類型為P型摻雜，所述阱區(qū)的摻雜類型為P型摻雜。

優(yōu)選地，所述集電極包括第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域；所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度高于第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度。

優(yōu)選地，所述第一摻雜區(qū)域有多個，且所述第二摻雜區(qū)域也有多個；

所述第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域彼此交替設(shè)置。

本發(fā)明還提出一種IPM模塊，所述IPM模塊包括上述的絕緣柵雙極晶體管。

本發(fā)明還提出一種空調(diào)器，所述空調(diào)器包括所述的絕緣柵雙極晶體管，和/或包括所述的IPM模塊。

本發(fā)明技術(shù)方案基于研發(fā)人員在制作所述絕緣柵雙極晶體管時的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)發(fā)射極區(qū)的摻雜濃度和集電極區(qū)的摻雜濃度在不同的值時，會使得絕緣柵雙極晶體管具有較優(yōu)的導(dǎo)通壓降或者具有較優(yōu)的短關(guān)斷時間。并進(jìn)一步做了相關(guān)實驗；在實驗過程中，一方面增大了發(fā)射極區(qū)電子的注入效率，另一方面減小了集電極區(qū)的空穴注入效率，最終在實驗中測得當(dāng)絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極區(qū)的摻雜濃度大于或等于5*10¹⁹/cm^-3，且所述集電極區(qū)的摻雜濃度小于或等于8*10¹⁷/cm^-3時，所述絕緣柵雙極晶體管具有導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時間之間較好的折中關(guān)系，這種絕緣柵雙極晶體管的綜合性能更好，應(yīng)用能力更強(qiáng)，以及應(yīng)用的場合更廣。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明絕緣柵雙極晶體管的一個示例性晶體管單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號說明：