本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有陽(yáng)極短路槽的RB-IGBT。

背景技術(shù)：

雙向開(kāi)關(guān)是AC-AC矩陣變換器的核心，由兩個(gè)IGBT反并聯(lián)形成，雙向控制需要IGBT具有反向阻斷能力。業(yè)界的一般做法是將IGBT串聯(lián)二極管來(lái)達(dá)到反向耐壓的作用。而RB-IGBT本身具有反向阻斷能力，正反向均可耐壓。兩個(gè)RB-IGBT反并聯(lián)即可構(gòu)成一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)，與傳統(tǒng)的做法相比，在功率相當(dāng)?shù)那闆r下，由RB-IGBT構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)不需要額外的快恢復(fù)二極管，導(dǎo)通損耗較低，并且可以減小元器件的個(gè)數(shù)，從而減小矩陣變換器的體積。

傳統(tǒng)的RB-IGBT利用NPT(Non-Punch-Through)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱阻斷能力，如圖1所示。NPT結(jié)構(gòu)的RB-IGBT沒(méi)有引入FS(Field Stop)層，其原因是摻雜濃度較高的FS層與P型陽(yáng)極形成的PN結(jié)在反向阻斷時(shí)會(huì)提前擊穿，這是RB-IGBT必須避免的。FS層的缺少使得NPT結(jié)構(gòu)的RB-IGBT在實(shí)現(xiàn)高耐壓時(shí)，漂移區(qū)較厚，導(dǎo)通損耗增加。同時(shí)，關(guān)斷時(shí)需要抽取和復(fù)合大量的非平衡載流子，導(dǎo)致電流拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重，關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，關(guān)斷損耗增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種具有陽(yáng)極短路槽的RB-IGBT。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有陽(yáng)極短路槽的RB-IGBT，包括集電極結(jié)構(gòu)、漂移區(qū)4、發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)，其中集電極結(jié)構(gòu)位于漂移區(qū)下端，發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)位于漂移區(qū)4之上；

所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)包括位于漂移區(qū)上表面的N型存儲(chǔ)層5和位于N型層5上表面的P型阱區(qū)6，所述P型阱區(qū)6上層沿器件橫向方向并列設(shè)置有N型發(fā)射極區(qū)7和P型體接觸區(qū)8；所述N型發(fā)射極區(qū)7和P型體接觸區(qū)8的共同引出端為發(fā)射極；

其特征在于，所述集電極結(jié)構(gòu)包括P型集電極層1與多個(gè)陽(yáng)極短路槽，P型集電極層1位于N型漂移區(qū)4的下表面；所述陽(yáng)極短路槽沿器件橫向方向間斷分布，且陽(yáng)極短路槽沿器件垂直方向貫穿P型集電極層1延伸入N型漂移區(qū)4中；所述P型集電極層1和陽(yáng)極短路槽的共同引出端為集電極；所述陽(yáng)極短路槽由第一導(dǎo)電材料22和第一絕緣介質(zhì)32構(gòu)成，第一導(dǎo)電材料22位于第一絕緣介質(zhì)32之中。

進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，溝槽柵位于發(fā)射極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；所述溝槽柵由第二導(dǎo)電材料21和第二絕緣介質(zhì)31構(gòu)成，第二絕緣介質(zhì)31位于溝槽柵的側(cè)壁和底部，第二導(dǎo)電材料21被第二絕緣介質(zhì)31包圍，所述第二導(dǎo)電材料21的引出端為柵極；所述溝槽柵從器件上表面沿垂直方向穿過(guò)P型阱區(qū)6與N型存儲(chǔ)層5后與漂移區(qū)4接觸，溝槽柵的側(cè)面與N型層5、P型阱區(qū)6和N型發(fā)射極區(qū)7的側(cè)面接觸。

進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵，所述平面柵由第二絕緣介質(zhì)31和位于第二絕緣介質(zhì)31上表面的第二導(dǎo)電材料21構(gòu)成；所述第二導(dǎo)電材料21的引出端為柵極；所述第二絕緣介質(zhì)31與漂移區(qū)4上表面、N型存儲(chǔ)層5、P型阱區(qū)表面6和部分N型發(fā)射極區(qū)7的上表面均接觸。

進(jìn)一步的，陽(yáng)極短路槽之間沿器件橫向方向上等間距。

進(jìn)一步的，陽(yáng)極短路槽之間沿器件橫向方向上不等間距。

本發(fā)明的有益效果為，相比傳統(tǒng)NPT結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有陽(yáng)極短路槽因而有更低的開(kāi)關(guān)損耗和更快的開(kāi)關(guān)速度。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)的RB-IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例4結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例1

如圖2所示，本例為溝槽柵RB-IGBT，包括集電極結(jié)構(gòu)、漂移區(qū)4、發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)，其中集電極結(jié)構(gòu)位于漂移區(qū)下端，發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)位于漂移區(qū)4之上；

所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)包括位于漂移區(qū)上表面的N型存儲(chǔ)層5和位于N型層5上表面的P型阱區(qū)6，所述P型阱區(qū)6上層沿器件橫向方向并列設(shè)置有N型發(fā)射極區(qū)7和P型體接觸區(qū)8；所述N型發(fā)射極區(qū)7和P型體接觸區(qū)8的共同引出端為發(fā)射極；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P型集電極層1與多個(gè)陽(yáng)極短路槽，P型集電極層1位于N型漂移區(qū)4的下表面；所述陽(yáng)極短路槽沿器件橫向方向間斷分布，且陽(yáng)極短路槽沿器件垂直方向貫穿P型集電極層1延伸入N型漂移區(qū)4中；所述P型集電極層1和陽(yáng)極短路槽的共同引出端為集電極；所述陽(yáng)極短路槽由第一導(dǎo)電材料22和第一絕緣介質(zhì)32構(gòu)成，第一導(dǎo)電材料22位于第一絕緣介質(zhì)32之中，所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，溝槽柵位于發(fā)射極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；所述溝槽柵由第二導(dǎo)電材料21和第二絕緣介質(zhì)31構(gòu)成，第二絕緣介質(zhì)31位于溝槽柵的側(cè)壁和底部，第二導(dǎo)電材料21被第二絕緣介質(zhì)31包圍，所述第二導(dǎo)電材料21的引出端為柵極；所述溝槽柵從器件上表面沿垂直方向穿過(guò)P型阱區(qū)6與N型存儲(chǔ)層5后與漂移區(qū)4接觸，溝槽柵的側(cè)面與N型層5、P型阱區(qū)6和N型發(fā)射極區(qū)7的側(cè)面接觸。本例中，陽(yáng)極短路槽之間沿器件橫向方向上等間距。

本例的工作原理為：

新器件的短路槽在正向耐壓時(shí)起到電場(chǎng)截止的作用，使得電場(chǎng)近似矩形分布。傳統(tǒng)NPT結(jié)構(gòu)的縱向電場(chǎng)近似為三角形分布，所以在耐壓相同的情況下，新器件所需厚度更薄，導(dǎo)通壓降更低。同時(shí)，陽(yáng)極短路槽在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生電子積累層，提供電子低阻通道，加速電子抽取，降低關(guān)斷損耗。新器件在反向耐壓狀態(tài)下，由于不存在高濃度的N型場(chǎng)截止層，保證了與正向耐壓對(duì)稱的反向耐壓值。本發(fā)明的有益效果為，能夠雙向耐壓相對(duì)于傳統(tǒng)NPT結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有更高速度和更低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)施例2

如圖3所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于本例中陽(yáng)極短路槽之間沿器件橫向方向上不等間距，通過(guò)距離的優(yōu)化進(jìn)行場(chǎng)截止效果和開(kāi)關(guān)特性的折中。

實(shí)施例3

如圖4所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，柵極結(jié)構(gòu)為平面柵，所述平面柵由第二絕緣介質(zhì)31和位于第二絕緣介質(zhì)31上表面的第二導(dǎo)電材料21構(gòu)成；所述第二導(dǎo)電材料21的引出端為柵極；所述第二絕緣介質(zhì)31與漂移區(qū)4上表面、N型存儲(chǔ)層5、P型阱區(qū)表面6和部分N型發(fā)射極區(qū)7的上表面均接觸，本例中，陽(yáng)極短路槽之間沿器件橫向方向上等間距。

本例的工作原理為：

本例的工作原理與實(shí)施例1類似，都是利用陽(yáng)極短路槽實(shí)現(xiàn)較高的正反向耐壓值和較低的關(guān)斷損耗。

實(shí)施例4

如圖5所示，本例與實(shí)施例3的區(qū)別在于本例中陽(yáng)極短路槽之間沿器件橫向方向上不等間距，通過(guò)距離的優(yōu)化進(jìn)行場(chǎng)截止效果和開(kāi)關(guān)特性的折中。