[发明专利]双基极双向双极晶体管两个相对表面上的场板：器件、方法和系统

说明书

公开了双基极双边双极功率晶体管，其中用绝缘场板将发射极/集电极扩散物和与其最靠近的基极接触扩散物隔开。所述器件在关断性能和击穿电压方面提供了令人惊奇的改进。

交叉引用

要求如下申请的优先权：2014年10月13日提交的美国申请62/063,090，在此通过引用将其结合于本文中。

在美国，要求如下申请的部分优先权：共同未决的PCT申请WO2014/210072(指定美国)；和通过上述申请于2013年6月24日提交的美国临时申请61/838,578，在此通过引用将其结合于本文中。

背景技术

本申请涉及双基极双向双极晶体管，更具体而言，涉及被称为B-TRANs的通用型功率晶体管。

请注意，以下讨论的要点可能反映了从所公开的发明获得的事后认识，但并非必然被承认是现有技术。

已公布的美国申请US 2014-0375287公开了一种完全双向双极晶体管，其发射极/集电极区域位于半导体晶片的两个面上，其基极接触区域也位于两个面上。在一组实施方式(参见该申请附图13A以及[0083]段的描述)中，发射极/集电极区域与基极接触区域通过填充有电介质的沟槽横向隔开。这样减少了ON状态下的同侧载流子复合。

申请US 2014-0375287也描述了该器件在操作中某些令人惊奇的方面。尤其是：1)当该器件接通时，优选将其首先仅作为二极管操作，然后施加基极驱动以减小接通状态电压降。2)不论哪个发射极/集电极区域被用作集电极(由在该器件端子处检测到的外部电压所确定)，基极驱动优选施加于最靠近该集电极的基极。3)优选使用二阶段断开顺序。4)在断开状态下，基极-发射极电压(在每侧)被与基极-发射极结并联的低电压二极管限制。

Wood的申请WO2014/122472展示并描述了略微相似的结构。然而，该申请主要面向不同的结构。该Wood申请也没有描述申请US 2014-0375287所述操作的方法。该Wood申请看起来也未描述在发射极/集电极区域和基极接触区域之间的横向沟槽隔离。

本申请提供了对该类型结构、操作该结构的方法和包括该结构的系统的改进。

除其他创新外，本申请教导了对称双向双接触基极双极结型晶体管，其中出现在半导体晶片的两个(相对)表面上的两个发射极/集电极区域均被沟槽中的场板环绕。该场板将发射极/集电极区域与邻近的基极接触区域隔开。由于基极接触区域出现在该器件的两个表面上，不论哪一个基极接触区域在集电极侧上，该结构提高其击穿电压而不会降低另一侧上的基极接触区域的特性。该结构在类似于US 2014-0375287中的器件的击穿电压方面提供了令人惊奇的改进。

除其他创新外，本申请也教导了操作该类型结构的方法，以及包括该类型结构的系统。

附图说明

将参照附图描述所公开的发明，这些附图展示了重要的样本实施方式并由此通过引用而结合于本说明书中，其中：

图1示意地展示了具有沟槽式场板的示例性B-TRAN。

图2展示了B-TRAN类型器件的优选电路表征。

图3示意地展示了具有填充有电介质的沟槽的B-TRAN的一个样本实施方式，已公布的申请US 2014-0375287描述了该实施方式，该申请在此通过引用结合于本文中。

图4A展示了类似于图1所示器件中的示例性掺杂分布。图4B展示了击穿时类似于图1所示器件中的电势分布。

图5A展示了击穿时类似于图1所示器件中的电场。图5B展示了击穿时类似于图1所示器件中的碰撞电离。

图6展示了击穿时类似于图1所示器件中的电流密度大小分布。

图7展示了击穿时类似于图1所示器件的上侧的电流密度分布图，其具有所示的电流矢量。