CN102184950A

CN102184950A - 一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管

Info

Publication number: CN102184950A
Application number: CN2011101187238A
Authority: CN
Inventors: 张金平; 李泽宏; 李巍; 安俊杰; 张波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China; Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，属于功率半导体器件技术领域。本发明在传统IGBT结构的基础上，在器件的N-漂移区内引入一到多层连续或不连续的N+空穴阻挡层，N+空穴阻挡层的引入有效的减缓了正向导通时N-漂移区内少子空穴向发射极的运动，增加了N-漂移区内空穴的浓度，使整个N-漂移区的电子和空穴浓度大大增加，优化了漂移区载流子浓度分布，增强了器件体内的电导调制，降低了器件的正向导通压降，从而获得更好的正向导通压降和关断损耗之间的折衷。本发明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。

Description

一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管

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，涉及体内电导调制增强的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电力电子器件。它既有MOSFET易于驱动、控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通压降低、通态电流大、损耗小的优点。鉴于IGBT的这些优点，使其已成为当今先进电力电子装置的主选开关器件，广泛地应用在诸如通信、能源、交通、工业、医学、家用电器及航天航空等国民经济的各个领域。IGBT的应用对系统性能的提升起到了至关重要的作用。

到目前为止，IGBT器件结构的发展经历了从穿通型绝缘栅双极型晶体管(PT-IGBT)到非穿通型绝缘栅双极型晶体管(NPT-IGBT)，再到电场终止型绝缘栅双极性晶体管(FS-IGBT)的变化，变化过程中IGBT器件的性能获得了很大的提高。然而，如何进一步降低IGBT的正向导通压降以更好的实现导通压降和关断损耗之间的折衷一直是困扰业界的问题之一。

发明内容

为了进一步降低IGBT器件的正向导通压降，获得更好的正向导通压降和关断损耗之间的折衷，本发明提供一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管。所提供的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管在传统IGBT结构的基础上(如图1所示)，在器件的N^-漂移区内引入一到多层连续或不连续的N⁺空穴阻挡层，N⁺空穴阻挡层的引入有效的减缓了正向导通时N^-漂移区内少子空穴向发射极的运动，增加了N^-漂移区内空穴的浓度，使整个N^-漂移区的电子和空穴浓度大大增加，优化了漂移区载流子浓度分布，增强了器件体内的电导调制，降低了器件的正向导通压降，从而获得更好的正向导通压降和关断损耗之间的折衷。

本发明技术方案如下：

一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，如图2至图9所示，所述绝缘栅双极型晶体管的N^-漂移区14内具有N⁺空穴阻挡层21。

上述方案中：

所述N⁺空穴阻挡层21形状可以是方形、圆形或条形。

所述N⁺空穴阻挡层21可以是单层连续结构(如图2所示)，或单层非连续结构(如图3～5所示)。

所述N⁺空穴阻挡层21可以是间隔的多层连续结构(如图6所示)，或间隔的多层非连续结构(如图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N⁺空穴阻挡层21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：

本发明提供的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管在传统IGBT结构的基础上，在器件的N^-漂移区内引入一到多层连续或不连续的N⁺空穴阻挡层，N⁺空穴阻挡层的引入有效的减缓了正向导通时N^-漂移区内少子空穴向发射极的运动，增加了N^-漂移区内空穴的浓度，使整个N^-漂移区的电子和空穴浓度大大增加，优化了漂移区载流子浓度分布，增强了器件体内的电导调制，降低了器件的正向导通压降，从而获得更好的正向导通压降和关断损耗之间的折衷。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9是本发明提出的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管结构示意图。

图1至图9中，11为集电极，12为P⁺衬底，13为N⁺电场阻止层，14为N^-漂移区，15为P⁺接触区，16为P型基区，17为N⁺接触区，18为发射极，19为栅氧，20为栅极，21为N⁺空穴阻止层。

具体实施方式

上述方案中：

所述N⁺空穴阻挡层21形状可以是方形、圆形或条形。

与常规的IGBT器件结构相比，本发明在器件的N^-漂移区内引入一到多层连续或不连续的N⁺空穴阻挡层。器件在正向导通时，漂移区内N⁺空穴阻挡层较高的浓度有效的减缓了N^-漂移区内少子空穴向发射极的运动，增加了N^-漂移区内空穴的浓度，使整个N^-漂移区的电子和空穴浓度大大增加，从而优化了漂移区载流子浓度分布，增强了器件体内的电导调制，降低了器件的正向导通压降，从而获得更好的正向导通压降和关断损耗之间的折衷。

本发明的其它实施例子，其N⁺空穴阻挡层的浓度、厚度、形状、层数等可根据设计要求而相应变化。形状可以是规则的或不规则的方形、圆形或条形等，可连续或不连续。

本发明的其它实施例子，其栅极可以是平面型，也可以是沟槽型结构。

本发明的其它实施例子，其集电极可以采用电场终止结构，透明阳极结构以及阳极短路结构等。

本发明的其它实施例子，可以选用其它半导体材料，比如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)等，其电极和金属连线可以是铝、铜或者其它合适的金属或合金。

Claims

1.一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的N^-漂移区(14)内具有N⁺空穴阻挡层(21)。

2.根据权利要求1所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述N⁺空穴阻挡层(21)形状为方形、圆形或条形。

3.根据权利要求1或2所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述N⁺空穴阻挡层(21)为单层连续结构。

4.根据权利要求1或2所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述N⁺空穴阻挡层(21)为单层非连续结构。

5.根据权利要求1或2所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述N⁺空穴阻挡层(21)为间隔的多层连续结构。

6.根据权利要求1或2所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述N⁺空穴阻挡层(21)为间隔的多层非连续结构。

7.根据权利要求1或2所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的集电极为电场终止结构、透明阳极结构或阳极短路结构。

8.根据权利要求1或2所述的具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极为平面型栅或沟槽型栅。