[發明專利]一種降低集成二極管反向恢復損耗的RC-IGBT結構

在審

• 申請號: 202111504527.4
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114203802A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 伍偉;李巖松;陳勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/08
• 分類號: H01L29/08;H01L29/739
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種降低集成二極管反向恢復損耗的RC?IGBT結構，該結構在常規RC?IGBT結構的基礎上，對二極管與IGBT部分的P+發射極區域進行分立設計。在IGBT部分，保留常規的P+發射區結構，以確保RC?IGBT工作在IGBT模式時性能不會受損；而在二極管部分，將P+發射區的長度縮短，置于假柵兩側并確保與發射極金屬電極接觸，被縮短的P+發射區會降低集成二極管陽極載流子的注入效率，減少N漂移區在二極管導通中所存儲的載流子數量，最終達到在不損壞IGBT性能的前提下，降低集成二極管反向恢復電流峰值以及反向恢復損耗的目的。

技術領域

本發明涉及半導體領域，具體涉及一種降低集成二極管反向恢復損耗的RC-IGBT結構。

背景技術

為了縮減功率器件的尺寸和生產成本，學者們提出將反向續流二極管寄生在IGBT內部，從而研究出了逆導型IGBT(Reverse Conducting-IGBT，RC-IGBT)。RC-IGBT目前受到廣泛研究，它具有復雜的權衡關系，要實現IGBT特性(包括IGBT的導通壓降V_CEsat和關斷損耗E_off)與體內寄生二極管特性(包括二極管的導通電壓V_F和二極管的反向恢復損耗E_rr)之間的權衡。在續流二極管由導通轉為阻斷狀態的過程中，反向加壓后二極管并不能立即進入阻斷狀態，而是會暫時保持導通狀態并產生一個反向恢復電流，當二極管體內的載流子被完全抽取之后，反向恢復電流才減小到0，二極管關斷。

RC-IGBT的損耗包括了IGBT工作模式下的損耗以及二極管工作模式下的損耗。而二極管工作模式下的損耗以關斷時的反向恢復損耗為主。因此，想要降低RC-IGBT中二極管的損耗，主要需針對二極管在反向恢復過程中的損耗。

發明內容

針對RC-IGBT使用過程中降低二極管反向恢復損耗的需求，本發明提供了一種降低集成二極管反向恢復損耗的RC-IGBT結構。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種降低集成二極管反向恢復損耗的RC-IGBT結構，其元胞結構包括P型集電區(1)和N型集電區(2)，位于集電區(1)、(2)上方的N型緩沖層(3)和N型漂移區(4)，載流子存儲層(5)及P型基區(6)，所述P型基區(6)上設有N+型發射區(7)和P+型發射區(8)，P+型發射區(8)上方為金屬Al發射極。

本發明的技術方案相對常規RC-IGBT結構，主要針對正面P+發射區的結構進行改進。在常規RC-IGBT結構的基礎上，對二極管與IGBT部分的P+發射極區域進行分立設計。

進一步地，在IGBT部分，保留常規的P+發射區(8)結構，以確保工作在IGBT模式時，性能不會受損。

進一步地，在二極管部分，將P+發射區(8)的長度縮短，并分開放置于柵極兩邊。

進一步地，在二極管部分，要保證被縮短的P+發射區(8)與金屬Al電極相接處，保持金半接觸。

本發明的有益效果為：本發明提供了一種降低集成二極管反向恢復損耗的RC-IGBT結構。該結構在常規RC-IGBT結構的基礎上，對二極管與IGBT部分的P+發射極區域進行分立設計。在IGBT部分，保留常規的P+發射區結構，以確保RC-IGBT工作在IGBT模式時性能不會受損；而在二極管部分，將P+發射區的長度縮短，置于假柵兩側并確保與發射極金屬電極接觸，被縮短的P+發射區會降低集成二極管陽極載流子的注入效率，減少N漂移區在二極管導通中所存儲的載流子數量，最終達到在不損壞IGBT性能的前提下，降低集成二極管反向恢復電流峰值以及反向恢復損耗的目的。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為常規RC-IGBT結構示意圖；

圖3為常規RC-IGBT與本發明的IGBT工作特性對比圖；