绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器制造技术

技术编号:17773618 阅读:101 留言:0更新日期:2018-04-22 01:21
本实用新型专利技术公开一种绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器,所述绝缘栅双极晶体管包括半导体衬底,有源区、集电极区以及漂移区;有源区设置在所述第一表面处,所述集电极区设置在所述第二表面处;所述漂移区连接所述有源区和集电极区。所述发射极区嵌入设置在所述阱区中,所述沟槽栅极区自所述发射极区延伸至所述漂移区,所述阱区连接所述发射极区和所述漂移区;本方案中,设置所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*10

【技术实现步骤摘要】
绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器
本技术涉及半导体
,特别涉及一种绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,简称IGBT)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET器件的高输入阻抗和电力晶体管(即巨型晶体管,简称GTR)的低导通压降两方面的优点,因此IGBT目前被广泛应用到各个领域。绝缘栅双极晶体管的集电极区的载流子注入效率和抽取效率很大程度上决定着器件的导通压降和开关特性。现有技术中通常通过增加绝缘栅双极晶体管的集区的掺杂浓度来提高载流子注入效率,从而降低所述绝缘栅双极晶体管的导通压降,但是较高的集区的掺杂浓度不利于器件关断时载流子的抽取速度,导致器件的关断时间较长。同样的,如果降低所述绝缘栅双极晶体管的集区的掺杂浓度,器件的关断时间会降低,但导通压降会增加。因此,研究人员一直在寻找如何设计IGBT器件的结构、掺杂等,以获得更好的导通压降和关断时间的折中关系,设计出低导通压降、短关断时间的IGBT。
技术实现思路
本技术的主要目的是提出一种有良好的导通压降和关断时间的折中关系的绝缘栅双极晶体管。为实现上述目的,本技术提出的一种绝缘栅双极晶体管,包括:半导体衬底,所述半导体衬底沿其厚度方向依次形成有集电极区、漂移区及有源区;所述有源区包括沟槽栅极区、阱区以及发射极区,所述发射极区嵌入设置在所述阱区中,所述沟槽栅极区自所述发射极区延伸至所述漂移区,所述阱区连接所述发射极区和所述漂移区;所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*1017/cm-3,所述发射极区的掺杂浓度大于或等于5*1019/cm-3。优选地,所述阱区的掺杂浓度小于或等于4*1016/cm-3。优选地,所述漂移区的掺杂浓度为1*1014/cm-3~6*1014/cm-3。优选地,所述集电极区的厚度为0.4um~1.0um。优选地,所述阱区的厚度为1.0um~2.5um。优选地,所述阱区的厚度与所述发射极区的厚度之差为1um~2um。优选地,所述发射极区的掺杂类型为N型掺杂,所述集电极区的掺杂类型为P型掺杂,所述阱区的掺杂类型为P型掺杂。优选地,所述集电极包括第一掺杂区域和第二掺杂区域;所述第一掺杂区域的掺杂浓度高于第二掺杂区域的掺杂浓度。本技术还提出一种IPM模块,所述IPM模块包括上述的绝缘栅双极晶体管。本技术还提出一种空调器,所述空调器包括所述的绝缘栅双极晶体管,和/或包括所述的IPM模块。本技术技术方案基于研发人员在制作所述绝缘栅双极晶体管时的发现:当发射极区的掺杂浓度和集电极区的掺杂浓度在不同的值时,会使得绝缘栅双极晶体管具有较优的导通压降或者具有较优的短关断时间。并进一步做了相关实验;在实验过程中,一方面增大了发射极区电子的注入效率,另一方面减小了集电极区的空穴注入效率,最终在实验中测得当绝缘栅双极晶体管的发射极区的掺杂浓度大于或等于5*1019/cm-3,且所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*1017/cm-3时,所述绝缘栅双极晶体管具有导通压降和关断时间之间较好的折中关系,这种绝缘栅双极晶体管的综合性能更好,应用能力更强,以及应用的场合更广。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本技术绝缘栅双极晶体管的一个示例性晶体管单元的结构示意图。附图标号说明:标号名称标号名称10有源区13沟槽栅极区11阱区20漂移区12发射极区30集电极区本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。需要说明,若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。另外,若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本技术要求的保护范围之内。本技术提出一种绝缘栅双极晶体管,图1示出了该绝缘栅双极晶体管垂直N沟道的一个示例性晶体管单元。绝缘栅双极晶体管包括半导体衬底,有源区10、集电极区30以及漂移区20;所述集电极区30、漂移区20及有源区10依次沿所述半导体衬底的厚度方向;所述半导体衬底具有第一表面和第二表面;有源区10设置在所述第一表面处,所述集电极区30设置在所述第二表面处;所述漂移区20设置在所述有源区10和集电极区30之间,且连接所述有源区10和集电极区30。所述有源区10包括沟槽栅极区13、阱区11以及发射极区12;其中,所述发射极区12嵌入设置在所述阱区11中,所述沟槽栅极区13自所述发射极区12延伸至所述漂移区20,所述阱区11连接所述发射极区12和所述漂移区20;为了使该绝缘栅双极型晶体具有良好的导通压降和关断时间的折中关系,因此,本方案中,设置所述集电极区30的掺杂浓度小于或等于8*1017/cm-3,所述发射极区12的掺杂浓度大于或等于5*1019/cm-3。当所述绝缘栅双极晶体管处于正向导通时,需要栅极电压VGE>Vth(门槛电压),集电极区30和发射极区12之间的电压VCE>0。绝缘栅双极晶体管处于导通状态时,绝缘栅双极晶体管的MOS结构的栅极开启,电子从发射极区12流出,流入所述漂移区20,电子电流为绝缘栅双极晶体管的三极管提供基极电流,同时集电极区30也会在正向电压的作用下向漂移区20注入空穴,随着导通电流的增大,漂移区20注入的电子浓度增大,为了维持漂移区20的电中性,由集电极区30注入到漂移区20的空穴载流子浓度也会增大,因而原本高阻的漂移区20内聚集了大量的电子空穴导电载流子,从而产生电导调制效应;根据所述电导调制效应的结果,从而决定了所述绝缘栅双极晶体管正向工作时的正向导通压降。绝缘栅双极晶体管关断时,栅极电压由正值下降为零或者负值,因此由发射极区12向漂移区20注入电子的路径被切断,绝缘栅双极晶体管电子电流逐渐减小;绝缘栅双极晶体管在正向导通时,存储了大量的空穴电子,因而在绝缘栅双极本文档来自技高网...
绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器

【技术保护点】
一种绝缘栅双极晶体管,其特征在于,包括:半导体衬底,所述半导体衬底沿其厚度方向依次形成有集电极区、漂移区及有源区;所述有源区包括沟槽栅极区、阱区以及发射极区,所述发射极区嵌入设置在所述阱区中,所述沟槽栅极区自所述发射极区延伸至所述漂移区,所述阱区连接所述发射极区和所述漂移区;所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*10

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极晶体管,其特征在于,包括:半导体衬底,所述半导体衬底沿其厚度方向依次形成有集电极区、漂移区及有源区;所述有源区包括沟槽栅极区、阱区以及发射极区,所述发射极区嵌入设置在所述阱区中,所述沟槽栅极区自所述发射极区延伸至所述漂移区,所述阱区连接所述发射极区和所述漂移区;所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*1017/cm-3,所述发射极区的掺杂浓度大于或等于5*1019/cm-3。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管,其特征在于,所述阱区的掺杂浓度小于或等于4*1016/cm-3。3.根据权利要求1或2所述的绝缘栅双极晶体管,其特征在于,所述漂移区的掺杂浓度为1*1014/cm-3~6*1014/cm-3。4.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管,其特征在于,所述集电极区的厚度为0.4um~1.0um...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯宇翔甘弟
申请(专利权)人:广东美的制冷设备有限公司
类型:新型
国别省市:广东,44

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