[发明专利]一种碳化硅门极可关断晶闸管

说明书

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种碳化硅门极可关断晶闸管。本发明对常规碳化硅GTO的阴极区进行改造，通过在P+场截止层3下增加一层N‑IEB层(N type‑Injection Enhanced Buffer layer，N型注入增强缓冲层)13，由于N‑IEB层13掺杂浓度较低，提高了该区域内少数载流子寿命及迁移率，从而增大了阴极结构中的少数载流子扩散长度，进而增大了阴极注入效率。且由于在N型衬底2与N‑IEB层13之间由于浓度差会产生内建电场，其方向由N型衬底2指向N‑IEB层13，阻止少子空穴由N‑IEB层13向N型衬底2扩散，从而降低少子空穴扩散电流，进而也增大了阴极注入效率。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种碳化硅门极可关断晶闸管

背景技术

在国防科研和高新技术等领域，脉冲功率技术有着极为重要的应用，而且现在应用范围向着工业和民用领域拓展。门极可关断晶闸管是应用在脉冲功率技术中的一种重要的脉冲功率器件。

门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristors，简称GTO)是一种电流控制型功率开关，可以通过在门极施加不同极性的电流脉冲信号来控制器件阴阳极之间的主电流的导通和关断。其具有高阻断电压、大电流、低正向导通压降等优点，但一般的GTO器件由于元胞结构不够紧凑，所以开启状态扩散过程较慢，这极大地限制了器件的电流上升率，通过引入高度集成的门极结构，可以提高器件的电流上升率。硅基GTO晶闸管在一些大电流高功率密度的系统中需要并联使用，增大了系统的体积和能耗。硅基GTO晶闸管的阻断电压能力、dv/dt及di/dt的能力已接近其理论极限。相比于Si材料，宽禁带SiC材料具有更高的禁带宽度、饱和载流子速度、临界击穿电场和热导率，使得SiC GTO晶闸管的性能大大优于Si GTO晶闸管。但是，由于目前工艺水平的限制，SiC材料的载流子迁移率和载流子寿命较低，从而使得常规的SiC GTO器件阴极注入效率较低，器件导通电阻增大，限制了器件的性能的提高。

发明内容

本发明的目的，就是针对目前常规碳化硅门级可关断晶闸管的P型阴极注入效率低、正向导通电阻较大以及门极触发电流较大的问题，提出一种碳化硅门极可关断晶闸管。

本发明的技术方案：一种碳化硅门极可关断晶闸管，如图3所示，其元胞结构包括阴极结构、漂移区结构、门极结构和阳极结构；

所述阴极结构包括自下而上依次层叠设置的阴极金属1、N型衬底2和N-IEB层13；

所述漂移区结构包括P-漂移区4和位于P-漂移区4下表面的P+场截止层3，所述P+场截止层3位于N-IEB层13上表面；

所述门极结构包括N-门极区5、N+门极重掺杂区6以及N+门极重掺杂区6上表面的门极金属8；其中，N-门极区5位于P-漂移区4上表面，N+门极重掺杂区6位于N-门极区5上层一侧，门极金属8位于N+门极重掺杂区6上表面并向两侧延伸至N-门极区5上表面；

所述阳极结构包括P+阳极区7以及位于P+阳极区7上表面的金属层9；P+阳极区7位于N-门极区5另一侧的上表面；

所述N+衬底2包括N+buffer层12与位于N+buffer层12下表面的N+衬底层11；

所述N-IEB层13是N型掺杂的碳化硅外延层，厚度为2～20μm，掺杂浓度为1e16～1e18cm^-3。

本发明方案中的N-IEB层13的具体实现方式有两种，第一种是在N+衬底2上面直接外延生长N-IEB层13；第二种是通过改变N+衬底2中N+buffer层12的外延条件，达到N-IEB层13所需的掺杂浓度及厚度。

本发明的有益效果为，进而降低了器件在导通时的导通电阻，降低了器件功耗，同时也减小了器件开启所需要的最低门极触发电流。

附图说明