1200V新型逆导型IGBT的研究

摘要

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)具有开关频率高，导通压降小，驱动电路简单等优势，目前己成为中高压功率开关领域的不二选择。但是由于IGBT本身不具有反向导通的能力，因此在实际应用电路中都为其反向并联快恢复二极管用作续流保护。为降低使用成本，减小二者焊接时产生的寄生电感，人们开始尝试将续流二极管与IGBT通过工艺集成的方法集成在同一芯片上，发展县有逆向导通能力的IGBT芯片(Reverse-Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor,RC-IGBT)。目前RC-IGBT不能替代传统的IGBT与二极管的模块，原因是其本身还存在许多亟待克服的问题。包括正向导通过程中会产生电压回跳，漂移区电流分布不均匀，以及逆向工作恢复损耗过大。 针对正向导通时出现的电压回跳现象，本文提出了一种介质隔离型的新短路区结构。采用SiO2槽隔离了场阻止层低电阻电子通道，并结合p柱区所形成的电子势垒增大器件的短路区电阻，通过控制p型柱区的高度，宽度及浓度可有效抑制电压回跳现象。采用此结构可将元胞宽度降低至常规RC-IOBT的1/8，其正向及反向特性都得到改善。 针对RC-IGBT在二极管工作状态下恢复性能差，本文提出了沟槽栅快恢复型RC-IGBT结构及其主要工艺流程。通过自隔离的方法，在N+型集电极上方通过离子注入形成间隔的p型区，通过控制p型区间隔Lgap的大小以及p型区浓度和高度可达到消除电压回跳的作用。采用此结构可将元胞宽度降低至常规RC-IGBT的1/10，同时N+集电极上方的间隔区可以减少工作在二板管模式下的电子注入效率，结合缩小的P-base区结构降低二极管模式下的空穴注入，达到快恢复的设计要求，结果表明其反向恢复时间减少30%以上。

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