[发明专利]一种阳极短路的隧道泵IGBT

说明书

技术领域

一种阳极短路的隧道泵IGBT，属于半导体功率器件技术领域。

背景技术

对于低压应用，功率MOS可以同时得到较理想的比导通电阻特性和较理想的开关特性。但是对于中高压应用环境，功率MOS的比导通电阻会随着耐压的升高更快的升高。而IGBT是一种由BJT和MOSFET复合而成的全控型电压驱动式功率半导体开关器件，兼有功率MOS的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，旨在解决功率MOS由于导通电阻与耐压的矛盾关系而难以高压应用的问题。IGBT适合用于制作中等到大功率应用器件，是功率电子的重要基础，IGBT器件以其高耐压、低导通压降等特性常用于功率集成电路和功率集成系统中。图1是传统的IGBT的结构示意图。其中，1、是栅极、3是发射极、11是集电极、2是隔离介质、4是N⁺源区、5是P区、6是N^-漂移区、9是P⁺衬底。

随着IGBT的应用越来越广泛，新的问题随之出现，由于IGBT是双载流子导电，故在关断过程中需要将漂移区的过剩载流子抽取或者复合掉，这就形成了拖尾电流，使得关断时间被大大延长和关断损耗大大增加，使得传统结构IGBT在高频应用上没有优势。

为了解决关断时间和正向压降之间的矛盾问题，研究者们提出了许多新结构和方法，比如阳极短路、透明阳极、寿命控制等等，这些新的方法和结构有各自的优点也有各自的缺点。文献1(David W.Green，Student Member，IEEE，Konstantin V.Vershinin，Mark Sweet，andEkkanath Madathil Sankara Narayanan，Senior Member，IEEE，“Anode Engineering for theInsulated Gate Bipolar Transistor—A Comparative Review”绝缘栅双极晶体管的阳极工程—对照评论，IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，VOL.22，NO.5，SEPTEMBER2007)对几种阳极结构进行了比较分析。文献2(“阳极短路垂直型IGBT的优化模型”刘海涛、陈启秀，浙江大学信电系功率器件研究所)提出了阳极短路垂直IGBT的优化模型，阐述了导通压降、关断时间及闭锁电流之间的关系。具有阳极短路结构的IGBT如图2所示，其集电区由P⁺区9和N⁺区10相间组成，N⁺区10可以在关断过程中为电子的释放提供通道。但是由于短路结构的存在，使得P⁺区9向漂移区的注入效率大为降低，从而正向压降也随之大大升高，这一点在以上的两篇文献中均有不同程度的表述。

隧道泵结构如图3所示，在其P⁺衬底9和N^-漂移区6之间增加了一层P区7与N⁺区8相间的薄层，利用N⁺区8和P⁺衬底9之间形成的隧道结，在关断时加速抽取过剩载流子，以达到提高开关速度的目的。但是隧道泵结构只能在一定程度上提高开关速度，而且是以牺牲导通时的正向压降为代价，即它的导通压降较普通IGBT有一定幅度的上升。而这正是我们所不希望看到的。

发明内容

本发明提供一种阳极短路的隧道泵IGBT，能够在降低传统IGBT的关断时间的同时，具有较低的导通压降。在关断时间方面，本发明提供的阳极短路的隧道泵IGBT与单纯的阳极短路的IGBT相当，但比单纯的隧道泵IGBT的关断时间更小；在导通压降方面，本发明提供的阳极短路的隧道泵IGBT比单纯的阳极短路的IGBT更低，而与单纯的隧道泵IGBT相当。如果说隧道泵IGBT较阳极短路IGBT有更优秀的导通特性，而阳极短路IGBT比隧道泵IGBT有更优秀的关断特性，那么，本发明则集二者优点于一身，在关断特性和阳极短路一样优秀的同时，导通压降则向着隧道泵结构趋近。

本发明的实质是在传统IGBT中同时引入阳极短路结构和隧道泵结构，或是在单纯的阳极短路的IGBT中引入隧道泵结构，或是在单纯的隧道泵的IGBT中引入阳极短路结构，使得本发明所述的阳极短路的隧道泵IGBT兼具阳极短路IGBT和隧道泵IGBT的优点，即在提高器件的关断特性的同时具有较低的导通压降。

本发明技术方案如下：