[发明专利]一种横向混合载流子控制器件

说明书

本发明公开了一种混合型载流子控制器件，属于功率半导体技术领域。主要工作单元、PMOS区、载流子分布区、绝缘区以及衬底区；所述主要工作单元和所述PMOS结构分别设置在隔离区两边。本发明解决了现有横向功率器件电流密度较小、导通功耗大、导通压降与关断损耗折衷关系差、实用性差的问题。本发明在常规横向晶闸管器件的基础上，利用掺杂浓度和面积都不相同的两个P型区域，另外在高掺杂浓度的P型区域左侧引入低掺杂的P型区域，形成耗尽型PMOS结构，实现对电子与空穴载流子进行分流控制的目的。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术领域，尤其涉及一种横向混合型载流子控制器件。

背景技术

常规的MCT是将MOSFET结构与晶闸管结构简单结合在一起，形成的复合型器件。由于MOS栅绝缘层的电阻非常高，使得器件输入功率非常小，栅极驱动电路简单，开关速度变快。而晶闸管器件具有极低的导通压降和较强的高电流负载能力。因此，将MOS管与晶闸管结合在一起的MCT器件，有效改善常规晶闸管的可控性问题，且电流负载能力增大。但是这样的简单组合，使得器件关断时的损耗很大。同时，对于横向功率器件，由于电流都在器件表面流过。因此，它的电流比较小，导通损耗大，只能应用在低压、小功率领域。为了改善器件这些缺陷，提升器件性能，后续提出了一些改进结构。这些改进的器件在一定程度上能简化栅极驱动电路，减少了器件关断时间。但是，总体来说，器件的关断性能还可以有进一步的提高。

后续随着IGBT器件的发展，且由于MCT器件的主体结构与IGBT器件结构相似，因此MCT器件与IGBT器件之间相互借鉴，已成为当前优化MCT器件的重要手段之一。目前研究比较热门的RC-IGBT器件、CIGBT器件，就是将晶闸管与IGBT结合在一起，利用各自的优异特性，更好的控制开关过程，这样的新器件导通压降小，且关断时的过剩载流子也能快速流向阴极区域，加快关断速度，降低关断损耗。

由于晶闸管器件在电能转换中起着至关重要的作用，但是在转换电能的过程中，晶闸管本身也会消耗掉一部分能量，产生能量损耗，同时，器件本身关断时的速度太慢，拖尾电流太长，会降低整个系统的工作效率。且横向器件的导通损耗太大，使用的电压和功率都比较小，可应用范围变窄。另一方面，在电能转换系统中，不可避免的会使用到电容或电感元件，这使得系统中的寄生效应增多，系统工作稳定性无法得到保障。

此前，为了降低关断损耗，提升器件性能，提出了一种纵向的混合型载流子控制器件，利用掺杂浓度和面积都不相同的两个P型区域，另外在器件顶部右侧区域引入低掺杂的P型区域，形成耗尽型PMOS结构，开启过程中分走一部分空穴载流子，降低器件的电导调制效应。关断时，形成载流子抽取通道，器件内部所有的过剩载流子都从该通道流走，加快载流子的抽取速度，降低了关断损耗。解决了导通压降与关断损耗折衷关系差、抗电磁干扰能力弱、实用性差的问题。但纵向器件在电路中仍存在着连接方式的限制，导致其用途不如横向载流子器件广泛，且横向载流子器件拥有着较高的反向击穿电压。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种横向混合型载流子控制器件，解决了现有横向功率器件导通损耗大、电流密度小、应用范围窄、导通压降与关断损耗折衷关系差、抗电磁干扰能力弱、实用性差的问题。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种横向混合载流子控制器件，其包括主要工作单元、PMOS区、载流子分布区、绝缘区以及衬底区；绝缘区设置在衬底区的上方，主要工作单元包括第二电极、第三电极、第一绝缘材料、第二电极重掺杂欧姆接触区、第二电极基区、第三电极基区、第一导电类型半导体、隔离区；

PMOS区包括第二电极、第四电极、第二绝缘材料、第二导电类型半导体、第四电极重掺杂欧姆接触区、第四电极基区；

载流子分布区包括漂移区、缓冲区、第一电极重掺杂欧姆接触区、第一电极；