The invention relates to the field of power semiconductor, and provides a planar gate IGBT device with carrier storage layer to solve the problems of excessive gate drive charge, small short-circuit safe working area and limited concentration of CSL layer in existing slot gate IGBT with carrier storage layer. The invention combines the deep groove used to make the groove gate IGBT channel with the P-type buried layer at the bottom of the groove to form an electric field shielding structure, realizes clamping the potential of the carrier storage layer, so that the concentration of the carrier storage layer of the IGBT can be much higher than that of the traditional IGBT, has higher cathode injection efficiency, and obtains a better compromise relationship between the conduction voltage drop and the interruption loss. At the same time, the IGBT of the invention has lower gate driving power consumption and lower saturated current density due to adopting the planar grid and electric field shielding structure, thereby improving the safe working area of the IGBT.
【技术实现步骤摘要】
一种具有载流子存储层的平面栅IGBT器件
本专利技术涉及功率半导体领域,具体提供一种具有低导通压降,低驱动功耗和高短路安全工作区的快速关断特性的IGBT器件。
技术介绍
IGBT折中了BJT的低导通压降和MOSFET快速开关的特点,因而被广泛应用于电力电子系统。根据IGBT栅的结构,可以将IGBT分为槽栅和平面栅两类;平面栅具有较低的栅驱动损耗,并且饱和电流密度较低,短路安全工作区较大,但是由于存在JEFT区,其导通压降较大;槽栅则消除了JEFT区,从而其导通压降较小,但是由于沟道密度较大,其栅驱动损耗较大,饱和电流密度较高,从而短路安全工作区较小。同时,由于IGBT导通时阳极注入大量非平衡载流子来形成电导调制效应以降低导通压降;其关断时,漂移区的少数载流子需要一段时间才能消失,从而使得IGBT关断速度较慢。为了进一步优化IGBT导通压降和关断速度的折中关系,具有载流子存储层(CarrierStored:CSL)的IGBT被提出,如图4所示,该IGBT采用载流子存储层来提高IGBT阴极的注入效率,从而可以降低阳极的注入效率来获得相同的导通压降;这样,IGBT在关断时,由于阳极注入较低,关断时间被大大降低。对于如图4所示的具有载流子存储层的IGBT,随着CSL的浓度的提高,器件将获得更优的性能;但是,当CSL浓度超过一定值时,IGBT的耐压就会急剧下降,同时,如图4所示的槽栅结构沟道密度很大,这将增大IGBT的栅驱动电荷,并且导致IGBT饱和电流密度很高,使得IGBT的短路安全工作区极大地降低。为了提高CSL的浓度,具有浮空P埋层的槽栅IGBT被提出,如图5 ...
【技术保护点】
1.一种具有载流子存储层的IGBT器件,包括:耐压区(1);设置于耐压区上的N型载流子存储层(3)与N型半导体层(17);设置于N型载流子存储层(3)上的N型JFET区(2)及与之相邻的P型基区(6),且所述P型基区(6)同时位于N型半导体层(17)上;设置在基区(6)内的N型阴极源区(4)及与之相邻的P型体接触区(5);设置于半导体上表面的一个深入至耐压区(1)的深槽,所述深槽贯穿所述体接触区(5)与P型基区(6)、且将N型载流子存储层(3)与N型半导体层(17)完全分隔;所述深槽下方设置有位于耐压区(1)中的P型埋层(7),且P型埋层与深槽底部相接触;所述深槽由槽壁介质层(15)和槽内导体(16)构成;设置于半导体区上表面的栅氧化层(10)和阴极金属(13),所述栅氧化层覆盖了部分或全部N型JFET区(2)、部分P型基区(6)及部分阴极源区(4),所述阴极金属覆盖部分阴极源区(4)、体接触区(5)及深槽,且所述栅氧化层(10)与阴极金属(13)不接触;设置于栅氧化层(10)上的重掺杂多晶硅(11),设置于重掺杂多晶硅上的作为栅电极金属(12);设置在耐压区(1)下的N型缓冲层(9) ...
【技术特征摘要】
1.一种具有载流子存储层的IGBT器件,包括:耐压区(1);设置于耐压区上的N型载流子存储层(3)与N型半导体层(17);设置于N型载流子存储层(3)上的N型JFET区(2)及与之相邻的P型基区(6),且所述P型基区(6)同时位于N型半导体层(17)上;设置在基区(6)内的N型阴极源区(4)及与之相邻的P型体接触区(5);设置于半导体上表面的一个深入至耐压区(1)的深槽,所述深槽贯穿所述体接触区(5)与P型基区(6)、且将N型载流子存储层(3)与N型半导体层(17)完全分隔;所述深槽下方设置有位于耐压区(1)中的P型埋层(7),且P型埋层与深槽底部相接触;所述深槽由槽壁介质层(15)和槽内导体(16)构成...
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