一种IGBT器件及开关电路制造技术

本申请实施例提供了一种IGBT器件及开关电路。IGBT器件包括集电极；形成在所述集电极之上的电场终止层；形成在电场终止层之上的电场过渡层；形成在电场过渡层之上的漂移区，以及形成在漂移区的柱区；形成在漂移区上方的阱区；其中，电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子；IGBT器件在不同预设工作电压关断时，电场过渡层均被完全耗尽，电场在电场过渡层降低且在电场终止层减小至0，IGBT器件的预设工作电压为大于等于10％

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT器件及开关电路


[0001]本申请涉及功率器件
，具体地，涉及一种IGBT器件及开关电路。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为全控型电压驱动式功率半导体器件，广泛应用于大功率电力变换领域。IGBT器件由双极型三极管(Bipolar Junction Transistor，BJT))和绝缘栅型场效应管(Metal Oxide Semiconductor，MOS)复合构成，兼有金属
‑
氧化物
‑
半导体场效晶体管(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor，MOSFET)的高输入阻抗和电力晶体管(Giant Transistor，GTR)的低导通压降两方面的优点，适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0003]超级结(Super Junction)技术为功率器件性能提升提供新的技术手段。利用交错排布的N型区和P型区，超级结结构能够将漂移区电场进行平坦化调控，有效降低功率器件漂移区厚度，以达到提升器件的击穿电压的目的。
[0004]传统的SJ
‑
IGBT器件，如图1所示，1是P
‑
集电区，2是N
‑
漂移区，3是P型超级结区域，4是N型第二次外延，5是栅氧化层，6是栅极，7是Pwell，8是N+发射极，9是介质层，10是发射极金属，11是P+集电极，12是集电极金属。传统的超级结IGBT器件，N
‑
漂移区2中位于P型超级结区域以下的部分会存储大量的空穴导致拖尾电流，拖尾电流导致关断损耗较大。
[0005]图2为图1所示的同一个传统的SJ
‑
IGBT器件关断时发射极和集电极施加不同的电压形成的电场变化示意图，竖轴为图1中从Pwell7到N
‑
漂移区2的距离，横轴为传统的SJ
‑
IGBT器件在关断时发射极和集电极施加不同的电压形成的实际电场的强度。传统的SJ
‑
IGBT器件关断时，在发射极和集电极施加较低电压如200V时，电场终止在N
‑
漂移区2内，虚线位置为电场终止的位置，这样，N
‑
漂移区2虚线以上的部分空穴都被耗尽，但是N
‑
漂移区2虚线以下的部分仍然存在空穴，因此产生拖尾电流，图2中，圆圈为空穴。由此可以看出，传统的SJ
‑
IGBT器件关断时，在发射极和集电极施加的电压越小，拖尾电流越大，关断损耗越大。
[0006]相较于传统高压IGBT，SJ
‑
IGBT器件作为新一代高速IGBT器件，具有更佳的器件优值。更低的导通压降、更低的开关损耗、更高的开关速度使得器件具备极大的应用价值，其优异的电学性能已经获得实验验证。
[0007]尽管SJ
‑
IGBT器件性能已有很大提升，但受制于双极性器件电导调制效应，器件在关断过程依然存在拖尾电流问题，导致器件具有较大的关断能量损耗。
[0008]因此，传统的SJ
‑
IGBT器件在低压工作时，关断过程的拖尾电流较大，导致SJ
‑
IGBT器件具有较大的关断能量损耗进而导致无法在低压工作，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
[0009]在
技术介绍
中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

[0010]本申请实施例提供了一种IGBT器件及开关电路，以解决传统的SJ
‑
IGBT器件因关断能量损耗较大导致无法在低压工作的技术问题。
[0011]本申请实施例提供了一种IGBT器件，包括：
[0012]第一掺杂类型的集电极；
[0013]形成在所述集电极之上的第二掺杂类型的电场终止层；
[0014]形成在所述电场终止层之上的第二掺杂类型的电场过渡层；
[0015]形成在所述电场过渡层之上的第二掺杂类型的漂移区，以及形成在漂移区内且沿垂直耐压方向间隔排列的多个第一掺杂类型的柱区；
[0016]形成在所述漂移区上方的第一掺杂类型的阱区；
[0017]其中，电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子；IGBT器件在不同预设工作电压关断时，所述电场过渡层均被完全耗尽，电场在所述电场过渡层降低且在所述电场终止层减小至0，IGBT器件的预设工作电压为大于等于10％
×
BV小于等于80％
×
BV，BV为IGBT器件的击穿电压。
[0018]本申请实施例还提供了一种开关电路，其特征在于，包括：
[0019]上述IGBT器件；
[0020]电压控制支路，所述IGBT器件的发射极或集电极连接所述电压控制支路，所述电压控制支路用于将外部电源的电压进行调整使得电压控制支路输出的电压位于IGBT器件的预设工作电压的取值范围内，或者位于IGBT器件的预设工作电压的优选取值范围内。
[0021]本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：
[0022]IGBT器件的预设工作电压为大于等于10％
×
BV小于等于80％
×
BV，即IGBT器件的预设工作电压的范围很宽。本申请实施例的IGBT器件的预设工作电压的范围很宽能够实现的原因在于，IGBT器件的实际工作电压在预设工作电压范围内时，不论是高压还是低压，在关断时，电场都能迅速向下展宽，漂移区和电场过渡层中存储的少数载流子很快被耗尽，即电场过渡层都能被完全耗尽；而电场终止层由于掺杂浓度较高，几乎不存储少数载流子，因此拖尾电流变得很小或接近零。这样，本申请实施例的IGBT器件，实现了将拖尾电流不再与实际工作电压有关。传统的超级结器件，拖尾电流的大小与超级结器件的实际工作电压有关，实际工作电压越小，拖尾电流越大。因此与传统超级结结构相比，本申请实施例的IGBT器件，既能在预设工作电压范围内的高压使用，又能在预设工作电压范围内的低压使用，且即使在低压条件下，也没有拖尾电流，关断损耗较小。
附图说明
[0023]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0024]图1为
技术介绍
中传统的SJ
‑
IGBT器件的结构示意图；
[0025]图2为图1所示的同一个传统的SJ
‑
IGBT器件在关断时发射极和集电极的不同的电压形成的电场变化示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT器件，其特征在于，包括：第一掺杂类型的集电极(12)；形成在所述集电极之上的第二掺杂类型的电场终止层(11)；形成在所述电场终止层之上的第二掺杂类型的电场过渡层(1)；形成在所述电场过渡层之上的第二掺杂类型的漂移区(2)，以及形成在漂移区内且沿垂直耐压方向间隔排列的多个第一掺杂类型的柱区(3)；形成在所述漂移区上方的第一掺杂类型的阱区(7)；其中，电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子；IGBT器件在不同预设工作电压关断时，所述电场过渡层均被完全耗尽，电场在所述电场过渡层降低且在所述电场终止层减小至0，IGBT器件的预设工作电压为大于等于10％
×
BV小于等于80％
×
BV，BV为IGBT器件的击穿电压。2.根据权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，电场过渡层的电荷总量Q
总
满足的预设条件为小于等于k％
×
Ec/εs，k％为IGBT器件的最小预设工作电压条件下电场强度占临界击穿电场强度的百分比，Ec为IGBT器件Si衬底的临界击穿场强，εs为IGBT器件Si衬底的介电常数，IGBT器件的最小预设工作电压为10％
×
BV。3.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，k％的取值范围为大于等于10％小于等于80％。4.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，电场过渡层的掺杂为均匀掺杂时，电场过渡层掺杂浓度N
D
和电场过渡层厚度Wp满足以下关系：Q
总
＝q
×
N
D
×
Wp；其中，q为单个电子的电荷量。5.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，电场过渡层的掺杂为线性变化掺杂时，电场过渡层的电荷总量Q
总
和电场过渡层厚度Wp满足以下关系：Q
总
＝q
×
G
×
Wp2/2；其中，q为单个电子的电荷量，G为线性变化掺杂的斜率。6.根据权利要求4所述的IGBT器件，其特征在于，电场过渡层的厚度取值范围为大于0小于等于2微米。7.根据权利要求6所述的IGBT器件，其特征在于，电场过渡层的掺杂浓度的量级为10
13
/cm3到10
15
/cm3；电场终止层的掺杂浓度为10
...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁金伟，刘倩，张耀辉，
申请(专利权)人：深圳市千屹芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：