[发明专利]用于高速电导调制功率器件的隧道结键合单晶衬底

说明书

本发明属半导体功率器件技术领域。

众所周知，现有电导调制功率器件具有耐压(V_B)高、工作电流(I_A)大，正向导通电压(V_F)低等优点。但其关断时间(T_off)长、开关频率仅为20KHz左右，这已成为其最大的弱点。迄今这类器件一般都采用异性高阻硅厚外延片作为衬底材料，对NMOS驱动为P⁺/N^-结构；对PMOS驱动为N⁺/P^-结构(以下均相同)，如图1所示。采用常规制作工艺在N^-(或P^-)上制成栅极(G)和阴极(K).而其P⁺(或N⁺)则为阳极(A)。该结构决定了关断时它的阳极(A)没有抽出宽基区内非平衡载流子的作用，只能依靠准中性基区非平衡载流子的自身复合和背注入发射区少子的复合而消失，因此其T_off很长。1985～1987年间相继提出寿命控制技术如电子辐照或中子辐照来降低T_off，直今这仍是减小T_off的主要技术之一；1990～1992年间又提出了再辅以结构上的一些变化：如在P^-(N⁺)阳极与N^-(P^-)漂移区间增加一个N(P)缓冲层；或优化元胞(Cell)图形，减小沟道长度及元胞间距等达到进一步减小T_off的目的。但这些措施大都会使电导调制作用减弱，从而受到正向压降V_F增加的限制。因此这类器件的小T_off和低V_F之间是一对主要矛盾。另外，本发明者曾利用非穿通型(NPT)技术的短路阳极，做出了T_off＝0.2～0.3μs的绝缘栅双极晶体管(IGBT)，但由于衬底加工困难，难于获得耐压(V_B)在2000V以下的低损耗高速器件。

本发明的任务在于提供一种新结构单晶衬底，在其上采用常规工艺制作各种电导调制功率器件，就可以得到各种相应的高速低损耗电导调制功率器件，从而大大缓解了小T_off与低V_F的矛盾。