[发明专利]一种高速IGBT

说明书

技术领域

本发明涉及半导体高压器件及功率器件技术，特别是涉及一种高速的IGBT。 

背景技术

众所周知，IGBT在导通时由于其发射结会向耐压区注入非平衡载流子，非平衡载流子的浓度可以远远超过平衡时载流子的浓度，从而在耐压区内形成强烈的电导调制，导通时电压大大下降。如图1所示为通常的n^--IGBT的结构及其等效电路，可以看出，该IGBT是受一个n型金属-绝缘层-半导体晶体管(Metal-Insulation-SemiconductorTransistor，简称n-MIST)驱动的双极型晶体管，其中双极型晶体管的发射极E与集电极C分别构成该IGBT的发射极与集电极，而双极型晶体管的基极电流来源于受栅G控制的n-MIST的漏极电流。既然IGBT中用了双极型载流子导电，就必然使得开关速度降低，特别是关断过程中存在严重的电流拖尾。现有的提高IGBT开关速度的办法主要是阳极短路、减小耐压区非平衡载流子寿命和降低发射结注入效率等。 

在参考文献“Tsunoda，“Method of Manufacturing asemiconductor device of an anode short circuit structure”，U.S.Patent，5,286,655中给出的普通阳极短路的结构示意图如图2所示，在IGBT开启并处于大电流应用时，从MOSFET沟道区流入漂移区的电子直接从底部的n区流出，在电子流经所述n区时会形成一定的压降，即p区与n^-衬底间存在一定的压降，当该压降大于约0.7伏时，就会有大量空穴从p区注入n^-区，并在漂移区形成电导调制；当IGBT处于小电流应用时，所述的p区与n^-衬底之间的压降较小，使得IGBT发 射结的注入效率较低，没有大量空穴注入漂移区。因此，普通的阳极短路结构的IGBT在关断过程中其发射结的注入效率会随着发射极电流I_E的减小而降低。当发射极电流I_E减小到一定值时就不会有空穴从发射结注入漂移区，从而削弱了电流拖尾的现象。而采用非平衡载流子寿命控制技术以及降低发射结注入效率等方法其实也是在某种程度上通过削弱非平衡载流子电流的大小来提高开关速度。 

但是，以上所述的方法都是以牺牲器件导通时电导调制的效果为代价的，即使得导通压降提高，而且，以上各种方法都不能在本质上消除关断时的电流拖尾，而只是实现开关速度与导通压降之间的折衷。 

发明内容

本发明的目的是提出一种高速IGBT，能够在不牺牲电导调制效果的情况下消除关断过程的电流拖尾现象。 

为实现上述目的，本发明提供了一种由一个第一种导电类型的金属-绝缘体-半导体场效应晶体管MIST及一个第二种导电类型的双极型结型晶体管BJT组合而成的IGBT，其中， 

所述的第一种导电类型的MIST有一个第一种导电类型的半导体材料作为漂移区，漂移区有两个主表面；在第一主表面之下设有至少一个第二种导电类型的半导体的源体区的元胞，此源体区之内又至少有一个第一种导电类型的半导体源区，部分的源体区和部分的源区通过导体相联，构成第一种导电类型的MIST的源电极；在部分的源区和部分的源体区以及部分的漂移区的表面覆盖有绝缘层，在该绝缘层上覆盖有作为第一种导电类型的MIST的栅电极的导体； 

所述漂移区为第二种导电类型的BJT的基区，所述漂移区在第二主表面内至少有与所述漂移区相邻的一个第二种导电类型的半导体区作为BJT的发射区；所述的发射区与所述的基区在第二主表面各有导体联结成为发射极与基极，而BJT的集电区是MIST的源体区，BJT的集电极是MIST的源电极； 

第一主表面的所有源体区的元胞均被一个表面耐压区所包围，当 发射极与集电极之间加有允许的最大反偏压时，作为基区的第一种导电类型的半导体材料会有一个耗尽区，但耗尽区不达到BJT的发射区，也不在表面耐压区之外； 

所述表面耐压区的周围是一个当发射极与集电极之间加有允许的最大反偏压时仍不耗尽而维持中性的中性基区，在所述中性基区内有一个低压电路区； 

所述低压电路区中有两个第二种导电类型的半导体的区，或有两个在第二种导电类型的半导体的区内的第一种导电类型的半导体的区；两个区各自引出一个电极端口，分别作为所述低压电路区的两个输出端，并各自通过外联线与所述IGBT的第二主表面的发射极和基极相联。