CN109904221B

CN109904221B - 一种超结双向开关

Info

Publication number: CN109904221B
Application number: CN201910119901.5A
Authority: CN
Inventors: 汪志刚; 杨翀
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Qianghua Times Chengdu Technology Co ltd
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2039-02-18
Also published as: CN109904221A

Abstract

本发明公开了一种超结双向开关，其包括至少一个双向开关结构，每个双向开关结构均包括自上而下设置的栅控区、耐压区和集电区，本发明可实现正向导通反向阻断与正向阻断反向导通，有效地避免了传统双向绝缘栅双极性晶体管开关需要双栅控制的复杂性，简化了外部控制电路，实用性更强。

Description

一种超结双向开关

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种超结双向开关。

背景技术

双向开关在电能变换中起着关键作用，传统交流到交流的变换采用 AC-DC-AC间接变换系统，但是为了滤波与整流，在AC-DC-AC系统中不可避免地需要使用电容或电感来实现这项功能，这使得整个电能变换系统的体积和成本增加，并且电能转换效率低，而且系统寄生效应多，系统工作稳定性无法得到高保障，元器件的使用寿命也相对较低，为了解决上述问题需要新一代的功率器件来实现直接的AC-AC功能。通过采用双向开关可以实现直接的 AC-AC。

最初的双向开关采用双向可控硅实现，双向可控硅是在单向可控硅技术上发展而来的，它可以替代通过两个单向可控硅反向并联实现的双向开关，而且双向可控硅只需要一个控制栅就能实现驱动能力，因此原始的交流变换中一般使用双向可控硅作为功率开关，但是由于它的驱动方式是电流驱动，因此器件的开关损耗非常大。由于对电能转换效率要求的提高，目前除了一些特殊的应用场景外，已经很少采用可控硅作为功率开关。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)结合了MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)和BJT(Bipolar Junction Transistor)两者的优点，其输入阻抗高且导通压降低，许多应用中已经使用IGBT 替代了可控硅，在AC-AC系统中绝大部分都是采用IGBT作为电能变换的基本功率器件。反向阻断IGBT还未开发出来时，双向IGBT开关也和最初的双向可控硅类似地通过采用两个IGBT模块反向并联实现，并且需要在每个IGBT上串联二极管实现反向阻断功能，这使得体积和成本以及稳定性都无法得到提升。为了获得进一步的性能提升，人们设计出各种各样的双向IGBT开关，比较典型的结构是采用将两个带有载流子存储层的IGBT的MOS控制部分和部分漂移区背对背拼接在一起来实现。常规双向IGBT开关的载流子存储层在正向或反向耐压时截断电场，在器件正向或反向导通时提高漂移区的调制效果，减小导通压降，但该器件的一个明显问题是耐压能力严重受到载流子存储层掺杂浓度和厚度的影响。

目前已有一些工作在提高双向IGBT开关性能上做出了较大改进，在发明专利(一种双向IGBT及其制造方法，申请号：201710985717.X)中描述了一种新型的双向IGBT及其制造方法，该双向IGBT在常规双向IGBT的基础上，通过在器件正、背面对称地引入沟槽发射极和P型体区，其主要特点是减小了栅电容，降低了开关功耗，并且提高了耐压。但是由于该双向IGBT上下对称，存在两个栅极，正面和反面的栅极需要精确地控制才能保证器件的正常工作，而且需要额外增加控制电路，这不利于缩小芯片面积提高集成度。

另外有一些逆导型IGBT可以实现反向导通能力(一种含有背面槽栅的逆导型IGBT，申请号：201810397355.7；一种具有集电极槽的超结逆导型IGBT，申请号：201710655417.5)，但是正向开启过程中由单极导通模式向双极导通模式转换时容易产生回返现象，因此需要特殊的元胞布局来消除这种不利因素。这些器件通过反向PN结来导通逆向电流，但是该逆向电流却不受栅控制，因此无法关断，没有双向控制能力。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种超结双向开关解决了现有双向IGBT开关体积大、实用性差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种超结双向开关，其包括至少一个双向开关结构，每个双向开关结构均包括自上而下设置的栅控区、耐压区和集电区；

栅控区包括第一绝缘材料、第一导电单元、第二电极、第一重掺杂发射区、第一重掺杂欧姆接触区、第一电极、第一基区和第一半导体载流子存储区；第一导电单元设置在第一绝缘材料内；第二电极设置在第一导电单元的顶端；两个第一重掺杂发射区分别设置在第一绝缘材料的左右两侧；两个第一重掺杂欧姆接触区分别设置在第一重掺杂发射区远离第一绝缘材料的一端；第一电极设置在第一重掺杂发射区和第一重掺杂欧姆接触区的上端；第一基区设置在第一重掺杂发射区和第一重掺杂欧姆接触区的下端；第一半导体载流子存储区设置在第一基区的下端；

耐压区包括并列设置的第一导电类型半导体和第二导电类型半导体；第一绝缘材料的底部嵌入与其相邻的第一导电类型半导体和第二导电类型半导体中；

集电区包括第二绝缘材料、第二导电单元、第三导电类型半导体、第四导电类型半导体、第五导电类型半导体、第六导电类型半导体和第三电极；第二导电单元设置在第二绝缘材料内；第三导电类型半导体和第四导电类型半导体从上而下地设置在第二绝缘材料的一侧；第五导电类型半导体和第六导电类型半导体从上而下地设置在第二绝缘材料的另一侧；第三电极同时设置在第四导电类型半导体的下表面、第二导电单元的底部和第六导电类型半导体的下表面；第二绝缘材料的顶部嵌入与其相邻的第一导电类型半导体和第二导电类型半导体中。

进一步地，第一绝缘材料和第二绝缘材料正对设置，第一绝缘材料和第二绝缘材料的横截面均为矩形。

进一步地，第一绝缘材料嵌入第一导电类型半导体和第二导电类型半导体的体积相同；第二绝缘材料嵌入第一导电类型半导体和第二导电类型半导体的体积相同。

进一步地，第一绝缘材料为二氧化硅；第一导电单元内的填充材料为多晶硅；第一重掺杂欧姆接触区内的填充材料为P型掺杂的硅；第一基区内的填充材料为N型掺杂的硅；第一半导体载流子存储区内的填充材料为N型掺杂的硅；第一导电类型半导体为N型掺杂的硅；第二导电类型半导体为P型掺杂的硅；第三导电类型半导体为P型掺杂的硅；第四导电类型半导体为N型掺杂的硅；第五导电类型半导体为N型掺杂的硅；第六导电类型半导体为P型掺杂的硅。

进一步地，每个并列设置的第一重掺杂发射区和第一重掺杂欧姆接触区的长度之和等于第一基区的长度、第一半导体载流子存储区的长度、第三导电类型半导体的长度、第四导电类型半导体的长度、第五导电类型半导体的长度和第六导电类型半导体的长度；第一重掺杂发射区、第一重掺杂欧姆接触区、第一基区、第一半导体载流子存储区、第三导电类型半导体和第五导电类型半导体的厚度均相同；第四导电类型半导体和第六导电类型半导体的厚度相同；第一导电类型半导体和第二导电类型半导体的厚度相同。

进一步地，第一重掺杂发射区的厚度为2微米；第一导电类型半导体和第二导电类型半导体的厚度均为96微米，长度均为2.4微米；第四导电类型半导体的厚度为4微米；第一绝缘材料的长度为1.2微米。

进一步地，耐压区的具体设置方式为一个第一导电类型半导体并列一个第二导电类型半导体，或按照第一导电类型半导体-第二导电类型半导体-第一导电类型半导体-第二导电类型半导体的形式并列设置，第一绝缘材料和第二绝缘材料嵌入位于耐压区中间两个导电类型半导体中。

进一步地，双向开关结构为两个及两个以上，任意两个相邻双向开关结构左右对称式并列设置。

进一步地，双向开关结构为两个，两个双向开关结构左右对称设置，且两个双向开关结构之间设置有至少一个双向阻断IGBT单元；两个双向开关结构的第二导电类型半导体分别设置在两端；

每个双向阻断IGBT单元均包括两个左右对称设置的双向阻断IGBT子单元，每个双向阻断IGBT子单元均包括第三绝缘材料、第三导电单元、一个第四电极、两个第五电极、两个第二重掺杂发射区、两个第二重掺杂欧姆接触区、两个第二基区、两个第二半导体载流子存储区、一个第七导电类型半导体、一个第八导电类型半导体、两个第九导电类型半导体、两个第十导电类型半导体、第四绝缘材料、第四导电单元和第六电极；第三导电单元设置在第三绝缘材料内，且第四电极设置在第三导电单元的顶端；两个第二重掺杂发射区分别设置在第三绝缘材料的左右两侧；两个第二重掺杂欧姆接触区分别设置在第二重掺杂发射区远离第三绝缘材料的一端；两个第五电极分别设置在并列设置的第二重掺杂发射区和第二重掺杂欧姆接触区的上端；第二基区设置在第二重掺杂发射区和第二重掺杂欧姆接触区的下端；第二半导体载流子存储区设置在第二基区的下端；

第七导电类型半导体和第八导电类型半导体并列设置在第二半导体载流子存储区的下端，且第四电极的下端同时嵌入第七导电类型半导体和第八导电类型半导体中；

第四导电单元设置在第四绝缘材料中；第四绝缘材料的上端同时嵌入第七导电类型半导体和第八导电类型半导体中；两个第九导电类型半导体分别设置在第四绝缘材料的两侧，且分别与第七导电类型半导体和第八导电类型半导体的下表面相接触；两个第十导电类型半导体分别设置在两个第九导电类型半导体的下端；第六电极同时设置在第四导电单元和两个第十导电类型半导体的下表面；

两个双向阻断IGBT子单元以第七导电类型半导体相邻的形式对称设置形成一个双向阻断IGBT单元。

进一步地，第三绝缘材料、第三导电单元、第二重掺杂发射区、第二重掺杂欧姆接触区、第二基区、第二半导体载流子存储区、第七导电类型半导体、第八导电类型半导体、第九导电类型半导体、第十导电类型半导体、第四绝缘材料和第四导电单元的材质分别与第一绝缘材料、第一导电单元、第一重掺杂发射区、第一重掺杂欧姆接触区、第一基区、第一半导体载流子存储区、第二导电类型半导体、第一导电类型半导体、第五导电类型半导体、第六导电类型半导体、第二绝缘材料和第二导电单元的材质相同。

本发明的有益效果为：本发明可实现正向导通反向阻断与正向阻断反向导通，有效地避免了传统双向绝缘栅双极性晶体管开关需要双栅控制的复杂性，简化了外部控制电路，实用性更强。

附图说明

图1为相邻两个双向开关结构并列在一起的结构示意图；

图2为实施例1双向导通特性示意图；

图3为实施例1双向阻断特性示意图；

图4为实施例2的结构示意图；

图5为实施例3的结构示意图。

其中：101、第一电极；102、第五电极；111、第一导电单元；112、第三导电单元；121、第二电极；122、第四电极；131、第三电极；132、第六电极； 151、第二导电单元；152、第四导电单元；201、第一绝缘材料；202、第三绝缘材料；211、第二绝缘材料；212、第四绝缘材料；301、第一重掺杂发射区； 302、第二重掺杂发射区；311、第一重掺杂欧姆接触区；312、第二重掺杂欧姆接触区；321、第一基区；322、第二基区；331、第一半导体载流子存储区；332、第二半导体载流子存储区；341、第二导电类型半导体；342、第七导电类型半导体；351、第一导电类型半导体；352、第八导电类型半导体；361、第三导电类型半导体；371、第五导电类型半导体；372、第九导电类型半导体；381、第四导电类型半导体；391、第六导电类型半导体；392、第十导电类型半导体。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1：

如图1所示，该超结双向开关包括至少一个双向开关结构，每个双向开关结构均包括自上而下设置的栅控区、耐压区和集电区；

栅控区包括第一绝缘材料201、第一导电单元111、第二电极121、第一重掺杂发射区301、第一重掺杂欧姆接触区311、第一电极101、第一基区321和第一半导体载流子存储区331；第一导电单元111设置在第一绝缘材料201内；第二电极121设置在第一导电单元111的顶端；两个第一重掺杂发射区301分别设置在第一绝缘材料201的左右两侧；两个第一重掺杂欧姆接触区311分别设置在第一重掺杂发射区301远离第一绝缘材料201的一端；第一电极101设置在第一重掺杂发射区301和第一重掺杂欧姆接触区311的上端；第一基区321 设置在第一重掺杂发射区301和第一重掺杂欧姆接触区311的下端；第一半导体载流子存储区331设置在第一基区321的下端；

耐压区包括并列设置的第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体 341；第一绝缘材料201的底部嵌入与其相邻的第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体341中；

集电区包括第二绝缘材料211、第二导电单元151、第三导电类型半导体361、第四导电类型半导体381、第五导电类型半导体371、第六导电类型半导体391 和第三电极131；第二导电单元151设置在第二绝缘材料211内；第三导电类型半导体361和第四导电类型半导体381从上而下地设置在第二绝缘材料211的一侧；第五导电类型半导体371和第六导电类型半导体391从上而下地设置在第二绝缘材料211的另一侧；第三电极131同时设置在第四导电类型半导体381 的下表面、第二导电单元151的底部和第六导电类型半导体391的下表面；第二绝缘材料211的顶部嵌入与其相邻的第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体341中。

第一绝缘材料201和第二绝缘材料211正对设置，第一绝缘材料201和第二绝缘材料211的横截面均为矩形。第一绝缘材料201嵌入第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体341的体积相同；第二绝缘材料211嵌入第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体341的体积相同。

第一绝缘材料201为二氧化硅；第一导电单元111内的填充材料为多晶硅；第一重掺杂欧姆接触区311内的填充材料为P型掺杂的硅；第一基区321内的填充材料为N型掺杂的硅；第一半导体载流子存储区331内的填充材料为N型掺杂的硅；第一导电类型半导体351为N型掺杂的硅；第二导电类型半导体341 为P型掺杂的硅；第三导电类型半导体361为P型掺杂的硅；第四导电类型半导体381为N型掺杂的硅；第五导电类型半导体371为N型掺杂的硅；第六导电类型半导体391为P型掺杂的硅。

每个并列设置的第一重掺杂发射区301和第一重掺杂欧姆接触区311的长度之和等于第一基区321的长度、第一半导体载流子存储区331的长度、第三导电类型半导体361的长度、第四导电类型半导体381的长度、第五导电类型半导体371的长度和第六导电类型半导体391的长度；第一重掺杂发射区301、第一重掺杂欧姆接触区311、第一基区321、第一半导体载流子存储区331、第三导电类型半导体361和第五导电类型半导体371的厚度均相同；第四导电类型半导体381和第六导电类型半导体391的厚度相同；第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体341的厚度相同。

第一重掺杂发射区301的厚度为2微米；第一导电类型半导体351和第二导电类型半导体341的厚度均为96微米，长度均为2.4微米；第四导电类型半导体381的厚度为4微米；第一绝缘材料201的长度为1.2微米。本文中的长度指的是在如图1所示的横截面中的左右距离，上下距离为厚度。

双向开关结构为两个及两个以上，任意两个相邻双向开关结构左右对称式并列设置。

在本发明的第二电极121与第一电极101的压差小于阈值电压的前提下：当第三电极131相对于第一电极101正偏时，由于无基区电流，器件处于耐压状态，如图3中的第一象限所示；当第三电极131相对于第一电极101反偏时，器件能够通过内部寄生的晶闸管导通电流，如图2中的第三象限所示。这两个寄生的晶闸管分别是：第一重掺杂欧姆接触区311的P区、第一基区321的P 区、第一半导体载流子存储区331的n区、第二导电类型半导体341的p区、第三导电类型半导体361的p区和第四导电类型半导体381的n区形成的晶闸管；第一重掺杂欧姆接触区311的P区、第一基区321的P区、第一半导体载流子存储区331的n区、第一导电类型半导体351的n区、第二导电类型半导体341的p区、第三导电类型半导体361的p区和第四导电类型半导体381的n 区形成的晶闸管。后者导通后使得内部寄生的BJT基区获得电流从而导通，该寄生BJT由第一重掺杂欧姆接触区311、第一基区321、第一半导体载流子存储区331、第一导电类型半导体351、第五导电类型半导体371和第六导电类型半导体391组成，从而使得导通电流更加均匀。

在器件的第二电极121与第一电极101的压差大于阈值电压的前提下：当第三电极131相对于第一电极101正偏时，第六导电类型半导体391开始注入空穴，器件导通，如图2中的第一象限所示，并且由于第一半导体载流子存储区331的作用，使得器件导通压降较小；当第三电极131相对于第一电极101 反偏时，此时内部寄生的晶闸管由于第一重掺杂欧姆接触区311的P区、第一基区321的P区和第一半导体载流子存储区331的n区被形成的沟道短接，晶闸管内部的寄生BJT无法获得正反馈能力，从而器件处于耐压状态，如图3中的第三象限所示。本发明实现了单栅控制下的双向开关功能。

实施例2：

如图4所示，在实施例1的基础上，将实施例1拆分为相同的两个单元(图 4中的单元A和单元C)，使每个单元包含一个双向开关结构，两个双向开关结构左右对称设置，且两个双向开关结构之间设置有至少一个双向阻断IGBT单元(图4中的单元B)；两个双向开关结构的第二导电类型半导体341分别设置在两端；

每个双向阻断IGBT单元均包括两个左右对称设置的双向阻断IGBT子单元，每个双向阻断IGBT子单元均包括第三绝缘材料202、第三导电单元112、一个第四电极122、两个第五电极102、两个第二重掺杂发射区302、两个第二重掺杂欧姆接触区312、两个第二基区322、两个第二半导体载流子存储区332、一个第七导电类型半导体342、一个第八导电类型半导体352、两个第九导电类型半导体372、两个第十导电类型半导体392、第四绝缘材料212、第四导电单元152和第六电极132；第三导电单元112设置在第三绝缘材料202内，且第四电极122设置在第三导电单元112的顶端；两个第二重掺杂发射区302分别设置在第三绝缘材料202的左右两侧；两个第二重掺杂欧姆接触区312分别设置在第二重掺杂发射区302远离第三绝缘材料202的一端；两个第五电极102分别设置在并列设置的第二重掺杂发射区302和第二重掺杂欧姆接触区312的上端；第二基区322设置在第二重掺杂发射区302和第二重掺杂欧姆接触区312 的下端；第二半导体载流子存储区332设置在第二基区322的下端；

第七导电类型半导体342和第八导电类型半导体352并列设置在第二半导体载流子存储区332的下端，且第四电极122的下端同时嵌入第七导电类型半导体342和第八导电类型半导体352中；

第四导电单元152设置在第四绝缘材料212中；第四绝缘材料212的上端同时嵌入第七导电类型半导体342和第八导电类型半导体352中；两个第九导电类型半导体372分别设置在第四绝缘材料212的两侧，且分别与第七导电类型半导体342和第八导电类型半导体352的下表面相接触；两个第十导电类型半导体392分别设置在两个第九导电类型半导体372的下端；第六电极132同时设置在第四导电单元152和两个第十导电类型半导体392的下表面；

两个双向阻断IGBT子单元以第七导电类型半导体342相邻的形式对称设置形成一个双向阻断IGBT单元。

第三绝缘材料202、第三导电单元112、第二重掺杂发射区302、第二重掺杂欧姆接触区312、第二基区322、第二半导体载流子存储区332、第七导电类型半导体342、第八导电类型半导体352、第九导电类型半导体372、第十导电类型半导体392、第四绝缘材料212和第四导电单元152的材质分别与第一绝缘材料201、第一导电单元111、第一重掺杂发射区301、第一重掺杂欧姆接触区 311、第一基区321、第一半导体载流子存储区331、第二导电类型半导体341、第一导电类型半导体351、第五导电类型半导体371、第六导电类型半导体391、第二绝缘材料211和第二导电单元151的材质相同。

实施例3：

如图5所示，在实施例1或实施例2的基础上将双向开关结构的耐压区具体设置为一个第一导电类型半导体351并列一个第二导电类型半导体341，或按照第一导电类型半导体351-第二导电类型半导体341-第一导电类型半导体351- 第二导电类型半导体341的形式并列设置，第一绝缘材料201和第二绝缘材料 211嵌入位于耐压区中间两个导电类型半导体中。本实施例中可以进一步提高电流的均匀性。

综上所述，本发明可实现正向导通反向阻断与正向阻断反向导通，有效地避免了传统双向绝缘栅双极性晶体管开关需要双栅控制的复杂性，简化了外部控制电路，实用性更强。

Claims

1.一种超结双向开关，其特征在于，包括至少一个双向开关结构，每个所述双向开关结构均包括自上而下设置的栅控区、耐压区和集电区；

所述栅控区包括第一绝缘材料(201)、第一导电单元(111)、第二电极(121)、第一重掺杂发射区(301)、第一重掺杂欧姆接触区(311)、第一电极(101)、第一基区(321)和第一半导体载流子存储区(331)；所述第一导电单元(111)设置在第一绝缘材料(201)内；所述第二电极(121)设置在第一导电单元(111)的顶端；两个所述第一重掺杂发射区(301)分别设置在第一绝缘材料(201)的左右两侧；两个所述第一重掺杂欧姆接触区(311)分别设置在第一重掺杂发射区(301)远离第一绝缘材料(201)的一端；所述第一电极(101)设置在第一重掺杂发射区(301)和第一重掺杂欧姆接触区(311)的上端；所述第一基区(321)设置在第一重掺杂发射区(301)和第一重掺杂欧姆接触区(311)的下端；所述第一半导体载流子存储区(331)设置在第一基区(321)的下端；

所述耐压区包括并列设置的第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)；所述第一绝缘材料(201)的底部嵌入与其相邻的第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)中；

所述集电区包括第二绝缘材料(211)、第二导电单元(151)、第三导电类型半导体(361)、第四导电类型半导体(381)、第五导电类型半导体(371)、第六导电类型半导体(391)和第三电极(131)；所述第二导电单元(151)设置在第二绝缘材料(211)内；所述第三导电类型半导体(361)和第四导电类型半导体(381)从上而下地设置在第二绝缘材料(211)的一侧；所述第五导电类型半导体(371)和第六导电类型半导体(391)从上而下地设置在第二绝缘材料(211)的另一侧；所述第三电极(131)同时设置在第四导电类型半导体(381)的下表面、第二导电单元(151)的底部和第六导电类型半导体(391)的下表面；所述第二绝缘材料(211)的顶部嵌入与其相邻的第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)中；

所述第一绝缘材料(201)为二氧化硅；第一导电单元(111)内的填充材料为多晶硅；第一重掺杂欧姆接触区(311)内的填充材料为P型掺杂的硅；第一基区(321)内的填充材料为N型掺杂的硅；第一半导体载流子存储区(331)内的填充材料为N型掺杂的硅；第一导电类型半导体(351)为N型掺杂的硅；第二导电类型半导体(341)为P型掺杂的硅；第三导电类型半导体(361)为P型掺杂的硅；第四导电类型半导体(381)为N型掺杂的硅；第五导电类型半导体(371)为N型掺杂的硅；第六导电类型半导体(391)为P型掺杂的硅。

2.根据权利要求1所述的超结双向开关，其特征在于，所述第一绝缘材料(201)和第二绝缘材料(211)正对设置，所述第一绝缘材料(201)和第二绝缘材料(211)的横截面均为矩形。

3.根据权利要求1所述的超结双向开关，其特征在于，所述第一绝缘材料(201)嵌入第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)的体积相同；所述第二绝缘材料(211)嵌入第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)的体积相同。

4.根据权利要求1所述的超结双向开关，其特征在于，每个并列设置的第一重掺杂发射区(301)和第一重掺杂欧姆接触区(311)的长度之和等于第一基区(321)的长度、第一半导体载流子存储区(331)的长度、第三导电类型半导体(361)的长度、第四导电类型半导体(381)的长度、第五导电类型半导体(371)的长度和第六导电类型半导体(391)的长度；所述第一重掺杂发射区(301)、第一重掺杂欧姆接触区(311)、第一基区(321)、第一半导体载流子存储区(331)、第三导电类型半导体(361)和第五导电类型半导体(371)的厚度均相同；所述第四导电类型半导体(381)和第六导电类型半导体(391)的厚度相同；所述第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)的厚度相同。

5.根据权利要求4所述的超结双向开关，其特征在于，所述第一重掺杂发射区(301)的厚度为2微米；所述第一导电类型半导体(351)和第二导电类型半导体(341)的厚度均为96微米，长度均为2.4微米；所述第四导电类型半导体(381)的厚度为4微米；所述第一绝缘材料(201)的长度为1.2微米。

6.根据权利要求1所述的超结双向开关，其特征在于，所述耐压区的具体设置方式为一个第一导电类型半导体(351)并列一个第二导电类型半导体(341)，或按照第一导电类型半导体(351)-第二导电类型半导体(341)-第一导电类型半导体(351)-第二导电类型半导体(341)的形式并列设置，所述第一绝缘材料(201)和第二绝缘材料(211)嵌入位于耐压区中间两个导电类型半导体中。

7.根据权利要求1-6任一所述的超结双向开关，其特征在于，所述双向开关结构为两个及两个以上，任意两个相邻双向开关结构左右对称式并列设置。

8.根据权利要求1-6任一所述的超结双向开关，其特征在于，所述双向开关结构为两个，两个所述双向开关结构左右对称设置，且两个所述双向开关结构之间设置有至少一个双向阻断IGBT单元；两个所述双向开关结构的第二导电类型半导体(341)分别设置在两端；

每个双向阻断IGBT单元均包括两个左右对称设置的双向阻断IGBT子单元，每个双向阻断IGBT子单元均包括第三绝缘材料(202)、第三导电单元(112)、一个第四电极(122)、两个第五电极(102)、两个第二重掺杂发射区(302)、两个第二重掺杂欧姆接触区(312)、两个第二基区(322)、两个第二半导体载流子存储区(332)、一个第七导电类型半导体(342)、一个第八导电类型半导体(352)、两个第九导电类型半导体(372)、两个第十导电类型半导体(392)、第四绝缘材料(212)、第四导电单元(152)和第六电极(132)；所述第三导电单元(112)设置在第三绝缘材料(202)内，且所述第四电极(122)设置在第三导电单元(112)的顶端；两个所述第二重掺杂发射区(302)分别设置在第三绝缘材料(202)的左右两侧；两个所述第二重掺杂欧姆接触区(312)分别设置在第二重掺杂发射区(302)远离第三绝缘材料(202)的一端；两个所述第五电极(102)分别设置在并列设置的第二重掺杂发射区(302)和第二重掺杂欧姆接触区(312)的上端；所述第二基区(322)设置在第二重掺杂发射区(302)和第二重掺杂欧姆接触区(312)的下端；所述第二半导体载流子存储区(332)设置在第二基区(322)的下端；

所述第七导电类型半导体(342)和第八导电类型半导体(352)并列设置在第二半导体载流子存储区(332)的下端，且所述第四电极(122)的下端同时嵌入第七导电类型半导体(342)和第八导电类型半导体(352)中；

所述第四导电单元(152)设置在所述第四绝缘材料(212)中；所述第四绝缘材料(212)的上端同时嵌入第七导电类型半导体(342)和第八导电类型半导体(352)中；两个所述第九导电类型半导体(372)分别设置在第四绝缘材料(212)的两侧，且分别与第七导电类型半导体(342)和第八导电类型半导体(352)的下表面相接触；两个所述第十导电类型半导体(392)分别设置在两个第九导电类型半导体(372)的下端；所述第六电极(132)同时设置在第四导电单元(152)和两个第十导电类型半导体(392)的下表面；

两个双向阻断IGBT子单元以第七导电类型半导体(342)相邻的形式对称设置形成一个双向阻断IGBT单元。

9.根据权利要求8所述的超结双向开关，其特征在于，所述第三绝缘材料(202)、第三导电单元(112)、第二重掺杂发射区(302)、第二重掺杂欧姆接触区(312)、第二基区(322)、第二半导体载流子存储区(332)、第七导电类型半导体(342)、第八导电类型半导体(352)、第九导电类型半导体(372)、第十导电类型半导体(392)、第四绝缘材料(212)和第四导电单元(152)的材质分别与第一绝缘材料(201)、第一导电单元(111)、第一重掺杂发射区(301)、第一重掺杂欧姆接触区(311)、第一基区(321)、第一半导体载流子存储区(331)、第二导电类型半导体(341)、第一导电类型半导体(351)、第五导电类型半导体(371)、第六导电类型半导体(391)、第二绝缘材料(211)和第二导电单元(151)的材质相同。