[发明专利]绝缘栅双极型晶体管

说明书

本发明公开了一种绝缘栅双极型晶体管，包括N‑基区、P+基区、N+发射极区、发射极、栅氧化层、栅电极、N型缓冲层、P+集电极区、薄二氧化硅层、N型多晶硅区和金属集电极，其特征在于：所述的N型缓冲层与P+集电极区向远离N‑基区方向依次层叠；所述的薄二氧化硅层与N型多晶硅区由P+集电极区向远离N型缓冲层方向依次层叠组成一个多晶硅发射极区，且此多晶硅发射极区未完全覆盖P+集电极区。N型缓冲层、P+集电极区与多晶硅发射极区构成了一个可以快速开关的多晶硅发射极NPN型三极管，使得器件关断时，形成非平衡载流子抽取的快速通道，帮助绝缘栅双极型晶体管实现迅速开关。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，尤其是涉及一种绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是一种发展迅速、应用广泛的半导体功率器件。它可以看作是由金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)组成的复合全控型半导体功率器件。既具有功率MOSFET的电压控制、输入阻抗高、驱动电路简单的优点，又拥有BJT导通电阻小、电流密度大、阻断电压高等多项优点。在家用电器、新能源发电、智能电网、动力牵引等领域中都有着广泛应用。

众所周知，在绝缘栅双极型晶体管正向导通时，器件背面的集电极会向N-基区注入大量的非平衡载流子，而且非平衡载流子的浓度会远远超过N-基区原有的平衡载流子的浓度，从而在N-基区内形成非常强烈的电导调制效应，因此可以大大降低了器件的导通压降。但是在器件关断时，大量的非平衡载流子由于不能及时地复合或从集电极抽出，会导致器件有较大的电流拖尾、使器件关断速度变慢，关断损耗增加，并造成器件的工作频率降低。

为增加器件的关断速度，降低关断功耗，文献P.A.Gough,M.R.Simpson,andV.Rumenik,“Fast switching lateral insulated gate transistor”(快速开关的横向绝缘栅晶体管)，IEEE IEDM Tech.Dig.,1986,pp.218-221，提出了阳极短路的器件结构，应用到绝缘栅双极型晶体管上如图1所示。与传统的绝缘栅双极型晶体管结构相比较，最大的不同是在背面的P+集电极区12上又增加了一个N+集电极区11。当阳极短路的绝缘栅双极型晶体管关断时，N-基区的非平衡载流子可以从N+集电极区快速退出，使得器件可以快速关断。但是，在另一方面，由于N+集电极区的存在，使得器件在正向导通时，P+集电极非平衡载流子的注入效率有所降低，这导致进入N-基区的非平衡载注子数量会有所减少，这导致器件的电导调制作用降低，器件的导通压降与传统绝缘栅双极型晶体管相比有所升高。由此看出，导通压降与关断时间这两个器件性能参数之间存在着矛盾，需要折衷考虑。在绝缘栅双极型晶体管中，导通压降与关断时间很大程度上需要依靠调节集电极的注入效率来决定，较低的阳极注入效率当然可以导致较低的关断时间和较小的关断损耗，但是导通压降却要上升，由此导致导通的损耗增加。

发明内容

本发明为了克服现有的传统绝缘栅双极型晶体管导通压降低但开关时间长，而阳极短路型绝缘栅双极型晶体管虽然开关速度快，但导通压降高的问题，提供一种快速开关的绝缘栅双极型晶体管，在导通压降和开关时间上有很好的折衷。