[实用新型]一种基于隧穿效应的光控IGBT结构

权利要求书

1.一种基于隧穿效应的光控IGBT结构，其特征在于包括：

部分区域可透射激光的IGBT栅极结构，用于使栅极区电极下方N^-、P、N⁺半导体材料在激光辐照时形成隧穿区，进而形成导电通道；在IGBT的栅极区底面SiO₂层上设置一层用于导电透光的光控层；栅极区边缘部分为外圈层，栅极外圈层光控层上制备致密金属层，致密金属层焊接引线连接到IGBT封装壳体的栅极外电极；

在IGBT栅极与IGBT漏极、源极之间设置限流电阻和稳压模块；IGBT栅极与输出电压为-5V至-15V的负极性输出稳压模块连接，通过稳压模块输出的负极性电压限定IGBT栅极电位，使稳态条件下IGBT栅极电位保持在阻断电位；限流电阻一端与IGBT漏极连接，另一端与稳压模块输入端连接；稳压模块输出端与IGBT栅极连接，稳压模块地线端与IGBT源极连接；

其中栅极外圈层区域指的是仅覆盖IGBT栅极下方的部分N^-区区域；内圈层指的是覆盖IGBT栅极区下方的P区及其两侧的部分N^-、N⁺型半导体区的区域；外圈层与内圈层面积之和应小于等于栅极区底层SiO₂面积，即栅极区外圈层和内圈层应确保其与Si层之间有可靠的SiO₂绝缘。

2.一种基于隧穿效应的光控IGBT结构，其特征在于包括：

部分区域可透射激光的IGBT栅极结构，用于使栅极区电极下方N^-、P、N⁺半导体材料在激光辐照时形成隧穿区，进而形成导电通道；在IGBT的栅极区底面SiO₂层上设置一层用于导电透光的光控层；栅极区边缘部分为外圈层；栅极外圈层光控层上制备致密金属层；致密金属层焊接引线连接到IGBT封装壳体的栅极外电极；

IGBT栅极与源极直接短接且IGBT栅极与漏级之间无限流电阻时，IGBT栅极与源极同电位。

3.根据权利要求1所述的一种基于隧穿效应的光控IGBT结构，其特征在于当激光脉冲辐照IGBT栅极，即激光脉冲辐照光控层的内圈层时，在栅极下方的N⁺、P、N^-区产生大量光生载流子，使P区宽度受到极大地压缩，在隧穿效应作用下，使N⁺、N^-区载流子能够渡越通过P区，从而使IGBT导通；在未使用激光脉冲辐照IGBT栅极时，当IGBT加电时，源极、漏极之间存在电压差，通过限流电阻和稳压模块构成的组件输出的负极性电压信号钳制栅极电位使栅极区与源极低于源极电位，栅极区下方P型层将邻近的N型层隔离，IGBT处于关断状态；当栅极直接与源极短接，则当IGBT加电时，IGBT栅极与源极同电位，IGBT也能够处于关断状态。

4.根据权利要求2所述的一种基于隧穿效应的光控IGBT结构，其特征在于当激光脉冲辐照IGBT栅极，即激光脉冲辐照光控层的内圈层时，在栅极下方的N⁺、P、N^-区产生大量光生载流子，使P区宽度受到极大地压缩，在隧穿效应作用下，使N⁺、N^-区载流子能够渡越通过P区，从而使IGBT导通；在未使用激光脉冲辐照IGBT栅极时，当IGBT加电时，源极、漏极之间存在电压差，通过限流电阻和稳压模块构成的组件输出的负极性电压信号钳制栅极电位使栅极区与源极低于源极电位，栅极区下方P型层将邻近的N型层隔离，IGBT处于关断状态；当栅极直接与源极短接，则当IGBT加电时，IGBT栅极与源极同电位，IGBT也能够处于关断状态。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于隧穿效应的光控IGBT结构，其特征在于所述IGBT为圆形胞元结构时，源极侧栅极设计为圆形结构，栅极电极区中心部分为内圈层，栅极的SiO₂层、光控层为圆形，外圈层在栅极外边缘，是沿栅极边界的一个狭窄环形结构；源极为与栅极区同心的环形结构；源极区与栅极区之间为宽度大于等于1μm的隔离间隙，该间隙采用SiO₂覆盖；IGBT封装壳体对应栅极区的部分应采用透光性良好对800nm-1300nm波长的光透过率大于等于90％的材料制备成窗口。