[发明专利]一种具有浮空埋层的绝缘栅双极型晶体管

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，更具体的说，涉及浮空埋层IGBT器件。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOS场效应和双极型晶体管复合的新型电力电子器件。它既有MOSFET易于驱动，控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，已成为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一，广泛应用在诸如机车牵引、电动汽车、风力发电、UPS电源、空调等领域的变频调速逆变装置中。

从IGBT发明以来，人们一直致力于改善IGBT三个重要并且相互矛盾的参数：正向导通压降、关断时间和安全工作区。经过几十年的发展，相继提出了6代IGBT器件结构，使器件性能得到了稳步的提升。然而，对于IGBT器件，在通过电导调制效应使器件具有较低正向导通压降的同时，基区的非平衡电子空穴对的存储也使其关断速度明显减慢，限制了应用频率和增加了开关损耗，这成为IGBT器件进一步应用的主要障碍。近年来，随着逆变装置的快速发展，现有的IGBT结构已难以满足系统对高速IGBT器件的需求，迫切需要开发新的器件结构。同时，IGBT在工业领域的大规模应用，对器件的可靠性和耐用度提出了更高的要求，迫切需要开发具有宽安全工作区的IGBT器件。因此，研究宽安全工作区的高速IGBT新结构已成为当前功率电子学的热点领域之一。

发明内容

为了获得低正向导通压降和宽安全工作区的高速IGBT器件新结构，本发明提供一种具有浮空埋层的绝缘栅双极型晶体管。所提供的浮空埋层绝缘栅双极型晶体管在传统IGBT结构的基础上(如图1所示)，在器件具有第一导电类型的漂移区内引入一到多层连续或不连续的第二导电类型浮空埋层，通过第二导电类型浮空埋层引入的空间电荷及附加电场的调制作用，在第一导电类型的漂移区内引入新的电场尖峰，在相同的器件漂移区厚度下，可大大提高IGBT器件的击穿电压；在一定的击穿电压下，可大大减小IGBT器件漂移区的厚度，从而大大减小器件的正向导通压降和关断时间。同时浮空埋层引入的空间电荷的作用，可抑制器件关断时的雪崩击穿，提高IGBT器件的动态击穿电压和反向安全工作区。

本发明技术方案如下：

浮空埋层绝缘栅双极型晶体管，如图2至图7所示，所述绝缘栅双极型晶体管的第一导电类型的漂移区14内具有第二导电类型的埋层22。

上述方案中：

所述第二导电类型的埋层22形状可以是方形、条形、三角形、梯形、圆形或椭圆形。

所述第二导电类型的埋层22可以是单层连续结构(如图2所示)，或单层非连续结构(如图3所示)。

所述第二导电类型的埋层22可以是多层连续结构(如图4所示)，或多层非连续结构(如图5-7所示)。

所述绝缘栅双极型晶体管的集电极可以是电场终止结构、透明阳极结构或阳极短路结构。

所述绝缘栅双极型晶体管的栅极可以是平面型栅或沟槽型栅。

所述绝缘栅双极型晶体管，可以是第一导电类型N型，第二导电类型为P型，也可以是第一导电类型是P型，第二导电类型为N型。

所述埋层的浓度、厚度、形状、层数等可根据设计要求而相应变化。所述绝缘栅双极型晶体管的半导体材料可采用硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)等。

本发明的有益效果表现在：

本发明提供的具有浮空埋层的绝缘栅双极型晶体管，是在传统IGBT结构的基础上，在器件具有第一导电类型的漂移区内引入一到多层连续或不连续的第二导电类型浮空埋层，通过第二导电类型浮空埋层引入的空间电荷及附加电场的调制作用，在第一导电类型的漂移区内引入新的电场尖峰，在相同的器件漂移区厚度下，可大大提高IGBT器件的击穿电压；在一定的击穿电压下，可大大减小IGBT器件漂移区的厚度，从而大大减小器件的正向导通压降和关断时间。同时浮空埋层引入的空间电荷的作用，可抑制器件关断时的雪崩击穿，提高IGBT器件的动态击穿电压和反向安全工作区。所述绝缘栅双极型晶体管可适用于从小功率到大功率的半导体功率器件和功率集成电路领域。

附图说明

图1是常规的IGBT器件结构示意图。

图2至图7是本发明提出的具有浮空埋层的绝缘栅双极型晶体管结构示意图。