[发明专利]能够快速骤回的逆导型绝缘栅双极型晶体管及其实现方法

说明书

本发明公开了一种能够快速骤回的逆导型绝缘栅双极型晶体管RC‑IGBT及其实现方法，其包括：主区域，其包括非有源区、IGBT部分以及FWD部分，非有源区包括栅极流道与边缘终端；主区域的每一块中多个IGBT部分以及FWD部分间隔分布，各块之间设置有第一栅极流道，各块外围设置有第二栅极流道，第一栅极流道与第二栅极流道贯通，第二栅极流道外围包设有边缘终端；非有源区产生电流密度大于预设阈值的电子流；主区域的下方设置有n‑型漂移区，n‑型漂移区的下方设置n+型缓冲区，n+型缓冲区的下方设置p+型集电极区及n+阴极区，n+阴极和p+型集电极区域通过背面接触短接，p+型集电极区的下方连接集电极。本发明能改善骤回性能，实现RC‑IGBT的Vce快速恢复。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，并且具体地涉及一种能够快速骤回的逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)及其实现方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)是电力电子应用中最广泛使用的功率器件，如家用电器，工业，可再生能源，UPS，铁路，电机驱动器和EVHEV应用。由于存在双极结，因此具有非常高的电流处理能力。晶体管在其结构中，大约数百安培，阻断电压为6500V。这些IGBT可以控制数百千瓦的负载，可用于许多应用。IGBT特别适用于失效工作周期，低频，高电压和负载变化，这使得它们可用于机车，电动汽车和混合动力汽车。太阳能和风能等可再生能源领域的增长导致对高功率IGBT的需求。用于风力涡轮机的电动机是变速型的，并且需要使用高功率IGBT来提高效率。随着发展中国家基础设施活动的增长，对高压机械的需求预计将增长，推动市场对高功率IGBT的需求。电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)中的IGBT应用包括它们在动力传动系和用于输送和控制电动机的充电器中的应用。预计EV/HEV销售将以强劲的35％左右的速度增长，并且由于二氧化碳监管的加强，电池制造能力预计将在预测期结束时增加两倍。

预计EV/HEV的IGBT市场将在预测期内增加三倍，占据整个市场50％以上的份额。根据市场需求，近30年来IGBT技术取得了长足发展，现在技术发展趋势仍在继续。在过去的十年中，全球领先的制造商之间竞争激烈，并且有更先进的IGBT技术发展，最新的IGBT技术已经在电动汽车和混合动力汽车的进步中完成。简而言之，EV和HEV应用的快速增长是IGBT技术发展的主要驱动力。现在可以说，未来IGBT技术仍有很大的发展空间。

近年来，一种新型高压半导体器件，众所周知的反向导通IGBT(RC-IGBT)，已经出现了减少外部反并联续流二极管芯片(FWD)用于IGBT开关应用的研究工作。RC-IGBT器件概念基于续流二极管单片集成到IGBT芯片中。通过在IGBT的p-集电极区域中嵌入n+区域形成反并联二极管。n+阴极和p-集电极区域通过背面接触短接在一起。

尽管RC-IGBT具有许多优于传统IGBT的优点，特别是在低制造成本，小芯片尺寸和更高功率模块可靠性方面，固有的骤回效应对IGBT的正向导通模式是不利的。为了防止在RC-IGBT中出现固有的骤回现象，实现无骤回RC-IGBT而不牺牲IGBT和FWD性能。为了减少总损耗，模块尺寸和成本，RC-IGBT具有广泛的应用前景，尤其是EV和HEV以及家用电器应用。RC-IGBT在EV和家庭应用中非常具有吸引力的原因是：由于在同一芯片上具有内置FWD的单片IGBT，因此能够降低系统尺寸和成本。但是，目前的RC-IGBT存在一个非常严重的问题，即所谓的Snapback特性，因此在骤回特性方面存在很大的改进空间。后退特性的机制在图1及图2中描述。