[发明专利]一种具有P浮空层电流栓的RC-IGBT

说明书

技术领域

一种具有P浮空层电流栓的RC-IGBT（reverse-conducting insulated-gate bipolar transistor，反向导通绝缘栅双极型晶体管），属于半导体功率器件领域。 

背景技术

IGBT（Insulate Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极型功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点，所以被广泛应用于电磁炉、UPS不间断电源、汽车电子点火器、三相电动机变频器、电焊机开关电源等产品中作为功率开关管或功率输出管，市场前景非常广阔。IGBT产品是电力电子技术领域非常理想的开关器件，它集合了高频、高压、大电流三大技术优势，同时又能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益。 

但是IGBT只是一个单向导通器件，在应用的时候需要一个反向并联的二极管来承受反向电压，这就增加了IGBT的制造成本，以及带来封装，焊接等难题。2002年E.Napoli等人提出了一种能够反向导通的IGBT称为RC-IGBT，这种RC-IGBT通过在集电极上引入N型集电极（N-Collector）的方法实现了IGBT和二极管的集成。传统的RC-IGBT如图1所示，集电极是由P型集电极（P-Collector）和N型集电极（N-Collector）组成。但是这种传统RC-IGBT在正向导通的时候会出现一个负阻效应（snapback），并且由于电流不均匀会造成温度局域过高从而存在可靠性方面的问题。后来M.Rahimo等人为了解决snapback现象又发明了BIGT（Bi-mode Insulated Gate Transistor，双模式绝缘栅双极型晶体管），如图2所示，该器件在传统RC-IGBT基础上，通过增大原胞面积且将它分为IGBT部分和RC-IGBT部分来解决snapback现象，但是由于大的元胞尺寸（采用600μm进行仿真显示，若要彻底消除snapback需要2500μm以上），会增加关断损耗，并且由于两个部分的空穴发射效率不一样，电流集中现象将更为突出，进一步造成了温度局域过高，会对器件可靠性造成严重影响。 

发明内容

本发明提出一种具有P浮空层电流栓的RC-IGBT，旨在不影响RC-IGBT其他性能参数的同时，能使器件电流以及温度分布均匀，且抑制snapback现象从而极大提高RC-IGBT的可靠性。 

本发明是在传统RC-IGBT的N-Collector和P-Collector之间引入介质埋层实现N-Collector 和P-Collector之间的电隔离，并在介质埋层上方的N型缓冲层（n-buffer）中引入一个p浮空层电流栓，器件在正向导通的时候，引入的P浮空层电流栓能够阻挡电子电流流向N型集电极（N-Collector），使得电子电流集中在P型集电极（P-Collector）上，这样P-Collector区不受N-Collector区的影响，从而把这个器件分割成了IGBT部分和DIODE（二极管）部分。这样在正向导通的时候IGBT能够独立工作，很好的抑制了Snapback现象。并且仿真表明不论在正向导通和反向导通的时候电流都很均匀，不存在温度局域过高的现象。另外在二极管反向恢复模式下，其工作机理跟H.P.Felsl等人发明的CIBT二极管相似，能够有很大的软度因子（S），避免反向恢复时发生的电压过冲，实现各种性能的良好折中。 

本发明的技术方案如下：