[发明专利]一种增加背面栅降低关断损耗的超高压IGBT结构

说明书

本发明公开了一种增加背面栅降低关断损耗的超高压IGBT结构，该结构在常规超高压IGBT结构的基础上，在背面增添栅极。在IGBT正向导通时，正面栅接高电压而背面栅不工作，器件工作在双极导电模式下，保持IGBT低导通压降的优点。当器件关断时，正面栅接低电压而背面栅接高电压开启，背面栅开启所形成的电子通路会抑制P型发射区的空穴注入，并为N型基区中载流子的抽取提供通路。达到抑制关断过程中的电流拖尾现象的效果，从而有效降低器件在关断过程中产生的损耗，为器件在超高压环境下工作提供可能。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种增加背面栅降低关断损耗的超高压IGBT结构。

背景技术

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。它的驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。随着新能源，混合动力汽车以及新型工业设备等领域的不断发展，其应用中对于高效的电源控制与电源分配的需求，使得IGBT模块的应用市场日渐增大。而超高压IGBT的发展因受到多种因素的限制而进度缓慢。

IGBT在导通时，P型发射区和P型集电区都会向N型漂移区注入大量空穴，增加器件的电导率，降低导通损耗。但在IGBT关断时，空穴的注入使得载流子无法快速完成消除，会造成电流的拖尾现象。尤其针对超高耐压的IGBT器件，为了达到高耐压，器件的厚度增大，N型漂移区的厚度显著增大。所以电流拖尾无疑会对超高压IGBT器件的关断损耗产生更严重的影响。

发明内容

针对降低超高压IGBT器件关断损耗的需求，本发明提供了一种增加背面栅降低关断损耗的超高压IGBT结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种增加背面栅降低关断损耗的超高压IGBT结构，其元胞结构包括P型发射区(1)和N型缓冲层(2)，位于缓冲层(2)上方的N型漂移区(3)，P型基区(4)，所述P型基区(4)上设有P型高掺杂区(5)和N+型发射区(6)，器件背面有由N型发射区(7)和PolySi、SiO₂组成的背面栅结构。

本发明的技术方案在常规超高压IGBT结构的基础上，在背面增添一个栅极，并独立控制正面栅与背面栅的工作。

进一步地，在IGBT导通时正面栅接高电位开启，背面栅接低电位，IGBT关断时正面栅接低电位关断，背面栅接高电位开启。

进一步地，所提出的IGBT器件厚度为1500μm，使得器件的耐压可以达到13kV。

进一步地，在IGBT关断时，由背面栅开启的N型沟道将抑制P型发射区的空穴注入效率，改善电流拖尾，从而降低关断损耗。

本发明的有益效果为：本发明公开了一种增加背面栅降低关断损耗的超高压IGBT结构，该结构在常规超高压IGBT结构的基础上，在背面增添栅极。在IGBT正向导通时，正面栅接高电压而背面栅不工作，器件工作在双极导电模式下，保持IGBT低导通压降的优点。当器件关断时，正面栅接低电压而背面栅接高电压开启，背面栅开启所形成的电子通路会抑制P型发射区的空穴注入，并为N型基区中载流子的抽取提供通路。达到抑制关断过程中的电流拖尾现象的效果，从而有效降低器件在关断过程中产生的损耗，为器件在超高压环境下工作提供可能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为常规高耐压IGBT结构示意图；

图3为常规超高压IGBT与本发明的超高压IGBT关断曲线对比图；

图4为常规超高压IGBT与本发明的导通压降-关断损耗折中曲线对比图。

具体实施方式