[实用新型]沟槽栅场截止逆导型IGBT

说明书

沟槽栅场截止逆导型IGBT，它是在N‑Base高电阻率半导体材料表面形成P Base区，在P Base区表面沿器件横向方向分别并列交替形成N+发射区和P+体接触区；在N+发射区紧临区域形成贯穿P Base区、且底部与N‑Base高电阻率半导体区相接触的沟槽区，沟槽区由位于槽内壁的绝缘介质层和由绝缘介质层包围的导电材料构成，由沟槽区中的导电材料引出栅电极，形成沟槽栅结构；N+发射区和P+体接触区的共同引出端为发射极电极；在N‑Base高电阻率半导体区的背面，沿器件横向方向由连续交替变换的N+型区和P+型区形成集电区，N+型区和P+型区的共同引出端为集电极；集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型缓冲层。

技术领域

本实用新型涉及的是一种新型的沟槽栅场截止逆导型IGBT器件，属于功率半导体器件技术领域。

背景技术

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种新型功率半导体器件，其兼具有MOSFET的电压驱动、可工作频率高以及BJT的导通压降低、电流密度高的优点，因而被广泛应用于开关频率在30kHz以下，功率范围从1kW到5MW的电力电子系统中实现对电能的可控变换与控制。

图1所示为常规的采用IGBT作为三相桥逆变电路以驱动三相异步电动机的电路结构示意图，因为在一般的电力电子电路中，寄生电感的存在或负载具有感性，故在功率回路开关切断后需要为感性负载中储存的无功能量提供续流回路，故在此类应用中需要为每颗IGBT器件反并联一颗二极管器件。传统的解决方案是将IGBT芯片和二极管芯片通过一定的封装技术反并联连接到一起以提供正反向的电流通路，随着逆导型IGBT器件的出现，可以通过集成电路的方式将IGBT和续流二极管制作在同一颗芯片上面，这种方式的主要好处是可以大幅降低芯片的总成本、可以提高功率模块的功率密度（同一封装内可以提高电流等级），可以降低原先IGBT和续流二极管两颗芯片轮流工作带来的芯片结温大幅波动，提高芯片工作可靠性。故逆导型IGBT芯片技术是IGBT技术进一步发展的一个重要方向。

逆导型IGBT现阶段面临的两个主要问题是：其一，IGBT正向导通工作模式下存在着集电极电压的回跳现象（Snapback），如图2所示。电压回跳现象是由于逆导型IGBT存在着单极性MOSFET导电和双极性IGBT导电的两种工作模式的切换，电压回跳会导致并联的元胞之间或并联的芯片之间产生电流不均，极易导致器件损坏。其二，传统的与IGBT反并联的高压续流二极管均采用一定的载流子寿命控制技术，以提高二极管的反向恢复速度，降低反向恢复损耗。但在逆导型IGBT器件中，因二极管与IGBT集成在同一颗芯片之中，如果采用载流子寿命控制技术，会对IGBT工作模式下的性能和可靠性产生不利影响，故需要通过对器件结构的优化来大幅改善二极管的反向恢复性能。常规的不对二极管性能进行任何优化的逆导型IGBT一般不能满足典型感性负载应用的硬开关要求，只能应用于一些软开关模式下，对二极管反向恢复要求极低的领域，如：单端反激式电磁炉应用等。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种在现有逆导型IGBT的二极管基础上，通过在逆导型IGBT中集成JBS肖特基二极管结构，在不影响逆导型IGBT其它性能的条件下，利用肖特基势垒较低的优势，可在降低逆导型IGBT在二极管正向导通模式下导通压降的同时，可大幅度减小逆导型IGBT的二极管反向恢复电荷和反向恢复能量，提升逆导型IGBT的二极管性能的沟槽栅场截止逆导型IGBT器件。