[发明专利]一种增强型平面绝缘栅双极型晶体管

说明书

技术领域

一种增强型平面绝缘栅双极型晶体管，属于半导体功率器件技术领域。

背景技术

IGBT(Insulate Gate Bipolar Transistor)绝缘栅双极晶体管是一种新型的电力半导体器件。现已成为电力电子领域的新一代主流产品。它是一种具有MOS输入、双极输出功能的MOS、双极相结合的器件。结构上，它是由成千上万个重复单元(即元胞)组成，并采用大规模集成电路技术和功率器件技术制造的一种大功率集成器件.

IGBT既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极功率品体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。所以IGBT功率器件的三大特点就是高压、大电流、高速，这是其它功率器件不能比拟的。它是电力电子领域非常理想的开关器件。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是在短路状态都可以承受电流冲击，其不足之处是高压IGBT内阻大，导致导通损耗大，在应用于高(中)压领域时，通常需多个串联，并且过压、过热、抗冲击、抗干扰等承受力较低。

自20世纪80年代初期，IGBT器件研制成功以来，其工艺技术和参数不断改进和提高，IGBT器件已由第一代发展到第六代，其电性能参数日益完善。但是在向高频大功率化的发展方面，仍需在减小通态压降和增加开关速度之间进行折衷。

20世纪80年代初期研制的IGBT称为平面穿通型绝缘栅双极型晶体管(PT-IGBT)，其结构如图1所示，它是在高浓度的P⁺衬底15上依次外延生长N型缓冲层16、N^-漂移区3后制造成的绝缘栅双极型晶体管结构。由于存在N型缓冲层16，电场在N型缓冲层16中将得到终止，从而形成一个梯形的电场分布，如图1所示，故可利用较薄的N^-漂移区3即可得到较高的击穿电压，有利于降低导通电阻，从而降低静态功耗，但是由于P⁺衬底15相对较厚，离子注入浓度很高，使得背发射结的注入效率很高，关断时电子基本不能从背发射区流出，只能靠在漂移区的复合消失，从而其关断时间很长，增大了开关损耗。为了改善其开关特性，必须控制少子寿命，已有人采用诸如电子辐照、氦离子注入的方法降低少子寿命，也有人用掺入重金属元素控制少子寿命。但是，这样一来，会导致整个器件的导通压降成负温系数，这种导通压降的负温系数特性不利于绝缘栅双极型晶体管的并联使用，因为如果其中一支绝缘栅双极型晶体管的电流偏大一些，热电正反馈效应会使电流越来越集中在这支绝缘栅双极型晶体管中，使其温度越来越高，最终导致器件烧毁。而且绝缘栅双极型晶体管的正向导通和开关特性对少子寿命的控制有相反的要求，即少子寿命的减小，会导致正向导通压降增大，这些都会对性能控制和制造工艺带来一定难度。此外，在制造大于600V的高压穿通型绝缘栅双极型晶体管时，所需外延层厚度的增加，使得制造成本大大增加。