本发明属于功率半导体技术领域,涉及一种逆阻型igbt(insulatedgatebipolartransistor,绝缘栅双极型晶体管)。
背景技术:
2001年,由富士电机研发出真正适用于交流变频应用的600v级垂直结构的逆阻型igbt器件。该结构通过在p+衬底上外延100um厚的n型漂移区,形成npt型igbt实现正向和反向耐压。直至2014年,逆阻型igtb对结构上的改进主要体现在终端区的设计,旨在器件承受反向耐压时,降低由耗尽线扩展至划片区引起的泄露电流,而器件的元胞区仍为npt结构。
逆阻型igbt因具有正反对称的阻断能力,在基于矩阵变换器交流-交流(ac-ac)应用领域备受亲睐。作为交流-交流(ac-ac)矩阵逆变器中的核心元件,逆阻型igbt解决了常规igbt无法承受高的反向电压的困扰,不需要外串联高压二极管来承受外部的反向电压,减小了矩阵逆变器中所需的元器件数量,同时减小了因外串联二极管带来的额外导通能力损耗。
常规fs型igbt在正向耐压时,高浓度的fs层可有效截止正向耐压电场,但在反向阻断状态下,底部较高浓度的fs层和高浓度的p+集电极之间会形成高电场峰值,在漂移区还未耗尽条件下,fs层和p+集电区之间的反偏结发生提前击穿,无法满足双向耐压的应用场合。npt型igbt可实现双向耐压,但需要较大厚度的漂移区,引起正向导通压降增大;同时,在关断状态下,由于厚的漂移区不能被全耗尽,非耗尽区内的载流子需要通过自身复合,产生较大的拖尾电流,同时器件的关断能量损耗增大,导致器件的导通压降和关断损耗折中性能退化。
技术实现要素:
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本发明所要解决的,是针对上述问题提出一种逆阻型igbt。
本发明的技术方案是:一种逆阻型igbt,包括n型高阻区,其特征在于,在n型高阻区上表面中部具有第二n型区6,位于第二n型区6上表面的p阱1,并列位于p阱1上表面的n型发射区2和p型接触区3;其中n型发射区2和p型接触区3相互独立,其共同引出端为发射极;n型高阻区上表面两侧具有两个对称的沟槽,与n型发射区2接触的沟槽为槽栅4,槽栅4包含位于槽内壁的第一绝缘介质层41和由第一绝缘介质层41包围的第一导电材料42,由槽栅4中的第一导电材料42引出栅电极;与p型接触区3接触的沟槽为槽结构5,槽结构5包含位于槽内壁的第二绝缘介质层51和由第二绝缘介质层51包围的第二导电材料52;
在n型高阻区下表面具有第一n型层7,所述第一n型层7的下层具有多个不连续的p+集电区8,p+集电区8的掺杂浓度高于n型高阻区的掺杂浓度,p+集电区8的引出端为集电极;在相邻的2个p+集电区8之间的第一n型层7中,具有p型层9。
本发明的有益效果为,可实现正向同等的耐压能力,避免了fs型igbt反向阻断耐压情况下提前击穿的缺陷,同时能在更薄的漂移区下获得双向耐压,相对于npt型igbt结构,有更好的导通压降和关断损耗的折中性能。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图;
具体实施方式
下面结合附图和实施例,详细描述本发明的技术方案:
实施例1,如图1所示,本例为一种逆阻型igbt,包括n型高阻区,在n型高阻区上表面中部具有第二n型区6,位于第二n型区6上表面的p阱1,并列位于p阱1上表面的n型发射区2和p型接触区3;其中n型发射区2和p型接触区3相互独立,其共同引出端为发射极;n型高阻区上表面两侧具有两个对称的沟槽,与n型发射区2接触的沟槽为槽栅4,槽栅4包含位于槽内壁的第一绝缘介质层41和由第一绝缘介质层41包围的第一导电材料42,由槽栅4中的第一导电材料42引出栅电极;与p型接触区3接触的沟槽为槽结构5,槽结构5包含位于槽内壁的第二绝缘介质层51和由第二绝缘介质层51包围的第二导电材料52;
在n型高阻区下表面具有第一n型层7,所述第一n型层7的下层具有多个不连续的p+集电区8,p+集电区8的掺杂浓度高于n型高阻区的掺杂浓度,p+集电区8的引出端为集电极;在相邻的2个p+集电区8之间的第一n型层7中,具有p型层9。
本例的工作原理为:
对新结构施加反向阻断电压时,浮空的p1可辅助耗尽n1,降低高浓度p+集电区/n1结面处高电场峰值,避免集电结发生提前击穿,最终反向耐压电场被n2以及槽结构共同截止;对器件施加正向阻断电压时,浮空的p1和漂移区被n1阻隔,高浓度的n1使正向电场被截止,耗尽区无法扩展到p1,正向耐压不会发生退化。相比于npt型igbt结构,在n1、n2以及槽结构共同作用下,可缩短漂移区厚度,实现导通压降和关断损耗更好的折中特性。