[发明专利]MOS栅基极开关四极管

权利要求书

1.MOS栅基极开关四极管涉及四端子MOS栅半导体功率器件，它由双极器件部分(30)，用于控制该双极器件之基极电流的MOS栅部分(40)，以及器件衬底部分(50)三部分组成；它用具有高输入阻抗的MOS栅信号控制直流电压偏置下的基极电流，从而实现对具有电导调制效应的双极器件之放大了的输出电流的开关控制；其特征是用于控制的MOS栅设置在双极器件的基极通道上，其结构是在所说的双极器件的基区(主基区)(2)之外还另外有一个引出基极电极的导电类型与主基区相同的独立辅助基区(辅基区)(8)，而控制基极电流的MOS栅则跨接于所说的双极器件主基区(2)或双极器件的发射区(1)与所说的辅基区(8)之间，当栅极施加偏压产生感应沟道(5)时，其感应沟道将所说的双极器件主基区(2)与所说的辅基区(8)连接在一起；其特征也在于所说的MOS栅的场效应感应沟道(5)之衬底(3)与所说的双极器件之集电区(3)共用，这引起栅控四极管特有的发散形λ负微分电阻输出特性；其特征还在于将所说的双极器件的发射区(1)，所说的辅基区(8)，所说的MOS栅(12)，以及所说的器件衬底(16)分别独立地引出电极，构成具有四个独立电极的四端子MOS栅基极开关四极管。

2.根据权利要求1所述的MOS栅基极开关四极管，其特征是所说的双极器件部分(30)及其基区(2和8)，可以是双极晶体管及其基区，也可以是组成晶闸管之两个双极晶体管中的一个双极晶体管及其基区。

3.根据权利要求1所述的MOS栅基极开关四极管，其特征是所说的用于控制双极器件基极电流的MOS栅部分(40)的结构，可以是只跨接于所说的器件主基区(2)与所说的辅基区(8)之间的单一p型沟道或单一n型沟道的MOS栅结构，也可以是覆盖器件主基区(2)而跨接于发射区(1)与所说的辅基区(8)之间的兼有p型沟道和n型沟道的互补沟道MOS栅结构；其MOS栅结构的制作可以是平面MOS栅结构，也可以是沟槽(trench)MOS栅结构。

4.根据权利要求1所述的MOS栅基极开关四极管，其特征是所说的器件衬底部分(50)，可以是高阻n^-层(3)下接n⁺层(4)的衬底，或用高阻n^-/p^-超结(superjunction)层取代n^-层(3)下接n⁺层(4)的衬底，也可以是高阻n^-层(3)下接p+层(17)的衬底，或者高阻n^-层(3)下接用n⁺/p+阳极短路层取代p+层(17)的衬底，还可以是在n^-层(3)与p+层(17)(或n⁺/p+阳极短路层)之间再附加一层薄的n⁺缓冲层(18)的衬底；这些器件衬底可以是在n⁺单晶片(4)或p+单晶片(17)上用外延工艺形成，也可以是在n^-单晶片(3)或n^-单晶片(3)完成部分背面工艺(比如制作n⁺缓冲层(18))后，在其正面完成器件结构制作，然后从背面另行加工制成。

5.根据权利要求1，和2，和3，和4所述的MOS栅基极开关四极管，其特征在于它可以是用具有单一p型沟道(5)的MOS栅控制NPN晶体管之基极电流的p沟MOS栅基极开关四极晶体管，它的衬底可以是高阻n^-层(3)下接n⁺层(4)的衬底，也可以是用高阻n^-/p^-超结层取代n^-层(3)并下接n⁺层(4)的衬底，其衬底的制作，可以是在n⁺单晶片(4)上外延高阻n^-层(3)或用n^-/p^-超结层取代高阻n^-层(3)形成，也可以是在n^-单晶片(3)的正面完成器件结构制作之后，从背面另行加工制作n⁺层(4)；它的MOS栅结构，可以是平面栅结构，也可以是沟槽栅结构。