[发明专利]一种RC-IGBT半导体器件

说明书

本发明公开了一种RC‑IGBT半导体器件，在1个半导体衬底形成有IGBT和FWD，IGBT具有p型基极层和n型漂移层和多个沟槽栅极结构，栅电极穿过p型基极层，p型基极层由栅电极分成多个间隔区域；在间隔区域中，p型基极层上表面设置有p+发射极区和n+发射极区，n+发射极及p型基极层的侧壁均与沟槽侧壁外表面相接触；FWD从上到下设置有多个虚拟沟道、p型基极层，虚拟沟道间隔穿过p型基层，并且虚拟沟道的底部到达衬底，在FWD的虚拟沟道与IGBT的栅电极之间的p型基极层上表面设置有p+阳极层；在FWD部分的n型漂移层的背面形成的多个间隔的深n+阴极区以及设置在深n+阴极区域间隔之间的浅p+阴极区。本发明实现了无振荡的内置FWD的RC‑IGBT半导体器件。

技术领域

本发明属于电力半导体技术领域，具体涉及一种RC-IGBT半导体器件。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，可视为双极型大功率晶体管与功率场效应晶体管的复合。IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。通过提供晶体管基极电流使IGBT导通；反之，若提供反向门极电压则可消除沟道、使IGBT因流过反向门极电流而关断。

IGBT集GTR通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身，因此备受人们青睐。它的研制成功为提高电力电子装置的性能，特别是为逆变器的小型化、高效化、低噪化提供了有利条件，使其能够用于机车列车、电动汽车列车和混合动力电动汽车。太阳能和风能等可再生能源领域的增长导致了对大功率IGBT的需求。

然而，变换器/逆变器技术的快速开关速度有可能由于高的di/dt、dv/dt而引起电磁干扰。所有电力电子设备都会产生并发出有害的电信号(EMI噪声)，从而导致其他电气/电子设备性能下降。它们产生高频传导和辐射的EMI噪声，并由于具有高dv/dt的开关波形的形状边缘而产生畸变线电流。不良的电磁干扰效应包括对无线系统(无线电、电视、移动、数据传输)的干扰、生物医学设备的故障、电动汽车和电动汽车中的ABS制动系统和电子控制系统。

由于IGBT模块在几百纳秒的时间内接通和断开几百个电压和电流，因此IGBT模块的高dv/dt和di/dt很容易产生传导发射和辐射发射。这些高的dv/dt和di/dt是由IGBT的关断波形和内置FWD的反向恢复波形造成的。

如图1所示是传统RC-IGBT器件的半桥电路电流电压与反向恢复波形，从图中可以看得出，当IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD反向恢复时产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感就产生了关断浪涌电压。图中示出了IGBT关断时的动作波形，关断浪涌电压因IGBT关断时主电路电流急剧变化在主电路分布电感上就会产生较高的电压。内置式FWD在IGBT关断时产生较高的尖峰电压并在FWD反向恢复时电压产生振荡。图1(c)显示了FWD快速反向恢复的波形形式，而快速波形导致了恢复阶段结束时由于高di/dt而产生的电流振荡。

因此在不牺牲任何IGBT模块性能的前提下，如何在IGBT的关断阶段避免高的di/dt和dv/dt引起的电压和电流的振荡是本领域要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在不牺牲任何IGBT模块性能的前提下，如何在IGBT的关断阶段避免高的di/dt和dv/dt引起的电压和电流的振荡，提供一种RC-IGBT半导体器件。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供1.一种RC-IGBT半导体器件，在1个半导体衬底形成有IGBT和FWD，其特征在于，IGBT具有：

p型基极层和n型漂移层，所述p型基极层形成在n型漂移层的表面；