[实用新型]一种具有缓冲层结构的半导体器件

说明书

本实用新型属于功率半导体器件测试领域，特别涉及一种具有缓冲层结构的半导体器件，包括依次设置的第一掺杂剂区域、第二掺杂剂区域、第三掺杂剂区域，还包括择一或多个组合设置的上掺杂剂区域、下掺杂剂区域、中部掺杂剂区域；所述上掺杂剂区域位于第一掺杂剂区域和第二掺杂剂区域之间；所述下掺杂剂区域位于第二掺杂剂区域和第三掺杂剂区域之间；所述中部掺杂剂区域位于第二掺杂剂区域中间，本实用新型的优点在于，能够实现较小的漏电流，从而提高器件的耐压能力，以及可运行的最高结温，增大器件的通流能力。

技术领域

本实用新型属于功率半导体器件测试领域，特别涉及一种具有缓冲层结构的半导体器件。

背景技术

大容量电力电子器件作为电力设备的核心组成部分，已逐渐成为提升可靠性、降低成本的关键。在单向通流双向阻断的应用中，需要器件具有反向阻断能力，故一般采用非对称器件与二极管串联的方法。而逆阻器件具有正向通流和双向阻断能力，可以省去串联二极管，减少器件数目，节约成本，降低损耗，在电流源换流器、双向固态断路器等应用中具有显著优势。

传统的非对称器件通过设置缓冲层或者场截止层改变电场分布，在保证相同耐压条件下，减小器件整体片厚，从而减小导通压降等参数，属于穿通型结构。带有缓冲层的非穿通IGCT结构及其内部电场分布如图1所示，穿通型IGCT结构及其内部电场分布如图2所示。缓冲层可以使电场分布从三角形变为梯形，大大减小了片厚要求。

为了实现反向耐压能力，逆阻器件无法再采用图1所示缓冲层结构，这是因为若PN结两侧均为高掺杂，电场分布集中在结两侧，峰值电场强度超过临界电场强度后，PN结在很低电压下就会发生雪崩击穿。去除缓冲层结构后，随之而来的问题便是器件的漏电流增大，尤其是高温漏电流。

逆阻器件的漏电流主要有两部分组成，体漏电流和边缘漏电流。在相同电压等级下，如果采用相同的边缘终端结构，非对称器件和逆阻器件的边缘漏电流理论上相同，但体漏电流则完全不同。体漏电流由两部分组成，一是自由载流子扩散产生，二是在空间电荷区产生。其中，自由载流子扩散产生这部分漏电流与PNP晶体管的放大系数密切相关。

以传统逆阻IGCT为例，门阴极短路时，其正向阻断状态下的耗尽层分布如图3所示，W为耗尽层扩展宽度，L为漂移区未耗尽的宽度。随着电压升高，未耗尽层的宽度逐渐减小，阳极侧注入的空穴在扩散运动的作用下穿过未耗尽层，在空间电荷区强电场作用下，载流子漂移至阴极，形成了部分漏电流。逆阻器件为了实现反向阻断能力，J1结需要保证一侧低掺杂，这样使得阻断状态下，逆阻器件阳极侧发射效率较高，PNP晶体管放大系数较大。

传统逆阻器件的结构如图4所示，器件由第一掺杂剂区域、第二掺杂剂区域和第三掺杂剂区域组成，第一掺杂剂区域内往往还有发射极结构，在考虑器件阻断时，这部分结构可以忽略。第一掺杂剂区域与阴极和第二掺杂剂区相连，第三掺杂剂区域与阳极和第二掺杂剂区域相连。若器件第一掺杂剂区域为P型掺杂，第二掺杂剂区域为N型掺杂，第三掺杂剂区域为P型掺杂，器件阳极耐受正向电压时，由第一掺杂剂和第二掺杂剂之间的PN结耐受电压；器件阳极耐受反向电压时，由第二掺杂剂和第三掺杂剂之间的PN结耐受电压。

实用新型内容

在高压直流的应用场景中，需要开关器件的阻断电压等级尽可能高，且漏电流尽可能小。较小的漏电流不仅可以减小系统的损耗，也提高了器件的耐压能力，以及可运行的最高结温，增大器件的通流能力。为了解决上述问题，本专利提出一种具有缓冲层结构的半导体器件。

具体技术方案如下所述：

一种具有缓冲层结构的半导体器件，包括依次设置的第一掺杂剂区域(1)、第二掺杂剂区域(2)、第三掺杂剂区域(3)，还包括在第一掺杂剂区域(1)和第三掺杂剂区域(3)之间还至少包括另外一个掺杂剂区域。

具体地说，所述另外一个掺杂剂区域包括在第一掺杂剂区域(1)和第二掺杂剂区域(2)设置的上掺杂剂区域(4)和在第二掺杂剂区域(2)和第三掺杂剂区域(3)设置的下掺杂剂区域(5)。