[实用新型]具有二维金属电极的有电导调制的四极功率半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件，具体涉及一种场控半导体分离功率器件，属 半导体分离功率器件技术领域。

背景技术

功率VDMOSFET器件在作为开关器件，因其输入阻抗高、驱动电路简单、 安全工作区宽、开关速度快的特性而成为高频电子设备的核心开关器件。但功 率VDMOSFET器件主要缺点是随着器件耐压的提高，器件的导通压降(电阻) 呈指数增加，所以在高电压大电流下的应用受到限制。IGBT(绝缘栅双极型晶 体管)是由BJT(双极结型晶体管)和VDMOSFET(垂直双扩散金属-氧化物半导体 场效应晶体管)组成的复合功率半导体器件，兼有VDMOSFET的高输入阻抗和 BJT的低导通压降两方面的优点；在结构上，是在VDMOSFET的漏区之外再增 加一层P+层，构成IGBT的发射区，使其在沟道开通后，电子电流流经P+层发 射区，产生对漂移区的少子注入，产生电导调制，进而降低压降。

IGBT结构比较简单，但结构精准设计以及工艺的实现却是十分复杂的。结 构设计中，不仅要考虑P+发射层的注入效率，同时还要考虑漂移区的少子寿命， 同时还有考虑沟道区附近对少子积累情况，也要考虑漂移区的长度与开关速度、 击穿电压的折中设计等等。工艺实现中需要薄片工艺，芯片厚度通常80微米到 180微米，以及需要高能离子注入等特殊设备，通常的VDMOSFET生产线是不 能形成量产的。

IGBT克服了VDMOSFET导通电阻大的缺点，但由于其发射极自偏置效应， 使其在关断过程中存在较长的拖尾，存在开关时间长的问题。降低关断拖尾时 间，设计中主要控制漂移区的少子寿命及发射区的注入效率，工艺中主要是电 子辐照、掺杂重金属等少子寿命控制工艺，场终止结构等设计，实现IGBT的高 开关速度难度比较大。

实用新型内容

本实用新型针对IGBT设计和制造难度大的问题，提供了一种具有二维金属 电极的有电导调制的四极功率半导体场控器件。

具有二维金属电极的有电导调制的四极功率半导体器件，该器件是由 VDMOSFET器件与二极管复合的场控器件，在VDMOSFET器件中，器件芯片 由多个VDMOSFET原胞并联且依次相接而成，多个二极管设置在多个原胞之 间，任意两个原胞之间插入一个二极管，二极管与VDMOSFET器件共用耐压漂 移区，其特征是，

二极管的阴极通过上部绝缘层与VDMOSFET的源极金属隔离，且在 VDMOSFET的源极金属之上并联形成第二层金属电极；二极管的阳极与 VDMOSFET器件的漏极共用；二极管的阴极与VDMOSFET器件的源极金属成 二维结构，二个金属电极之间通过上部绝缘层隔离，VDMOSFET器件的栅极多 晶与源极金属通过下部绝缘层隔离引出金属栅极，进而形成四电极的场控功率 器件。

二极管可以是条形，也可以是线段状或岛状分布在VDMOSFET原胞之间。

本实用新型的有益效果是：该器件由于是二维金属电极，使电导调制二极 管实现大电流高功率；该器件结构及工艺简单，制造成本低，可以在通常的 VDMOSFET产线实现量产；该器件的开关速度快，接近VDMOSFET器件；调 制二极管有单独电极，对器件漂移区的调制深度可以实现独立控制，增加了器 件在电路使用中的设计自由度；相对于IGBT器件来说，可以等效IGBT增加了 发射极关断功能，同时该复合器件可以实现逆向导电。

附图说明

图1：现有VDMOSFET与二极管复合器件等效电路图。

图2：本实用新型具有二维金属电极的有电导调制的四极功率半导体器件结 构示意图。

图3：本实用新型具有二维金属电极的有电导调制的四极功率半导体器件应 用电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

具有二维金属电极的有电导调制的四极功率半导体器件，该器件是 VDSMOSFET器件与二极管复合的场控器件，其等效电路如图1所示。