提供一绝缘栅双极装置(1)，其在发射极侧(22)上的发射极电极(2)和的集电极侧(27)上的集电极电极(25)之间具有按如下顺序的不同导电型的层：第一导电型的源极区(3)，与接触区域(24)中的发射极电极(2)接触的第二导电型的基极层(4)，第一导电型的增强层(8)，具有补偿层厚度tp(92)的第二导电型的浮动补偿层(9)，具有比增强层(8)低的掺杂浓度的第一导电型的漂移层(5)，和第二导电型的集电极层(6)。补偿层(9)设置在增强层(8)和漂移层(5)之间的接触区域(24)的投影中，从而在增强层(8)和漂移层(5)之间保持沟道。增强层(8)具有增强层厚度tn(82)，其在与补偿层厚度(92)相同的平面内测量，且应用如下规则：Nptp＝kNntn，其中Nn和Np分别是增强层和补偿层的掺杂浓度，以及k是在0.67和1.5之间的因子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供一绝缘栅双极装置(1)，其在发射极侧(22)上的发射极电极(2)和的集电极侧(27)上的集电极电极(25)之间具有按如下顺序的不同导电型的层：第一导电型的源极区(3)，与接触区域(24)中的发射极电极(2)接触的第二导电型的基极层(4)，第一导电型的增强层(8)，具有补偿层厚度tp(92)的第二导电型的浮动补偿层(9)，具有比增强层(8)低的掺杂浓度的第一导电型的漂移层(5)，和第二导电型的集电极层(6)。补偿层(9)设置在增强层(8)和漂移层(5)之间的接触区域(24)的投影中，从而在增强层(8)和漂移层(5)之间保持沟道。增强层(8)具有增强层厚度tn(82)，其在与补偿层厚度(92)相同的平面内测量，且应用如下规则：Nptp＝kNntn，其中Nn和Np分别是增强层和补偿层的掺杂浓度，以及k是在0.67和1.5之间的因子。【专利说明】功率半导体装置
本专利技术涉及功率电子设备的领域，并且更具体地涉及根据独立权利要求1序言部分的功率半导体装置。
技术介绍
在图1和3中示出了现有技术绝缘栅双极晶体管(IGBT) 10，其包括有源单元，该有源单元在发射极侧22上的发射极电极2和与发射极侧22相对的集电极侧27上的集电极电极25之间具有按如下顺序的不同导电型的层:(η+)掺杂源极区3，与接触区域24中的发射极电极2接触的P掺杂基极层4，(η-)掺杂漂移层5，(η+)掺杂缓冲层52和ρ掺杂集电极层6。栅电极设置在发射极侧22上。在图1至4中示出了具有平面栅电极7的IGBT，而图5中示出了现有技术的具有槽栅电极75的IGBT。图2、4和5示出了改进的现有技术IGBT，其中η掺杂增强层8'设置于基极层4和漂移层5之间，增强层8'具有比漂移层5高的掺杂浓度。典型的增强层掺杂浓度限制在IXlO16Cm-3,以防止过大的电场和阻断性能的因此退化。由于有源单元附近的载流子浓度通过这样的增强层8,增强，因此考虑到更高的安全操作区域(SOA)和低导通状态损耗，具有增强层8'的这样的IGBT优于没有增强层的现有技术IGBT。图3示出了没有增强层的现有技术IGBT的电性质和效果，以及图4示出了具有增强层8'的现有技术装置的这样的效果。示出了 η型增强层8'如何通过产生屏障和减小可以到达阴极的空穴的量(PNP空穴消耗效应)来改进载流子从单元的传播。这改进了 PIN效果，增加了等离子体浓度并降低了导通状态损耗。然而，在η-增强/p-基极结8'，4的电场也增加。因此实际的增强层掺杂浓度限制于IXlO16cnT3以防止过大的电场和阻断性能的因此退化。US6147381A示出了具有平面栅极的现有技术IGBT，其包括ρ掺杂基极层，在基极层下面的(η+)掺杂增强层，和在基极层两侧的(η+)掺杂层，从而完全围绕基极层。浮动的P层设置于增强层下方，P浮动层是重掺杂的，并且完全覆盖接触区域下面的区域并横向延伸远超过接触区域。浮动层形成主阻断结，其为ρ基极结屏蔽高场，即以防止等电位线的路线到达远至基极层的下边缘。然而，由于主阻断结，在传播方面，电荷从沟道将仅具有受限的通路。US2008/258208A1示出了具有相当复杂的结构的IGBT，其中在源极电位的场板被设置在槽栅极下方，P掺杂层被设置为在圆形槽栅极底部下方的泡，在这样的高度掺杂的P泡中设置小的高度掺杂的η泡，这些泡用来改进阻断，或者由于槽栅极制成圆导致高峰值场而屏蔽场。由于在增强层内槽电极/场板被终止，与在漂移层内槽栅极被终止的设置相比，由于增强层的更高掺杂，电场将会更高。在从US2008/258208A1已知的装置中需要ρ泡以实现阻断。由于P泡的存在，高度掺杂的增强层由于具有更低的导通电阻可以在漂移层方向上进一步延伸。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供功率半导体装置，其中与现有技术装置相比导通状态损耗被进一步降低。这一目的通过提供专利技术的功率半导体装置来实现，其包括有源单元，该有源单元在发射极侧上的发射极电极和与发射极侧相对的集电极侧上的集电极电极之间具有按如下顺序的不同导电型的层:-第一导电型的源极区，-与接触区域中的发射极电极接触的第二导电型的基极层，-具有高掺杂浓度的第一导电型的增强层，其将基极层与漂移层分开，-具有比增强层低的掺杂浓度的第一导电型的漂移层，-第二导电型的集电极层。栅电极设置在发射极侧上。第二导电型的补偿层设置在增强层和漂移层之间，其具有补偿层厚度tp。所述补偿层厚度是在垂直于发射极侧的平面内补偿层的最大厚度。补偿层设置在增强层和漂移层之间的接触区域的投影中，使得在增强层和漂移层之间保持沟道。补偿层限于接触区域的投影内的区域。补偿层是浮动的，即它没有连接到基极层。增强层具有增强层厚度tni，其是在中心区域的投影里的增强层的最大厚度。_] Nptp = kNntn其中Nn是增强层的掺杂浓度；其中Np是补偿层的掺杂浓度；k是在0.67和1.5之间的因子。引入补偿层以补偿增强层的掺杂。这允许增加增强层中的掺杂浓度。在一个示范实施例中，增强层具有高于IXlO16Cm-3的掺杂浓度，在进一步的示范实施例中，甚至高于2X1016cnT3。这导致更有效的屏障，其阻断空穴流入发射极，从而增加了等离子体浓度并降低了导通状态损耗。由于专利技术的补偿层，即使当使用示范性地高于现有技术装置上使用的掺杂浓度大的非常高的增强层浓度时，也出现较低电场。补偿层没有连接到基极层，即它是浮动层。这意味着补偿层不通过基极层创建到发射极电极的空穴将能够通过其到达发射极电极的导电通路。由此，保持相同或甚至更高的击穿电压的同时，装置的导通状态电压降低。补偿层相邻于增强层设置，因此整体电场减小并保持了阻断性能。图9示出了与现有技术增强层8'相比补偿的结构如何能够增加专利技术装置的η型增强层8的掺杂浓度。标记的区域示出可以通过补偿层的掺杂实现的掺杂浓度的增加。此夕卜，补偿层9的掺杂浓度在图中示出。图10中示出了根据图6和图7的专利技术的IGBT分别沿A-A线和B-B线的电场。图5的现有技术装置的电场(沿线A' -A')显示由于补偿层的存在引起峰值场可以被有效降低。图11和图12示出了由于电荷补偿结构引起击穿电压和导通状态损耗的模拟的性能改进。其示出对于增强层和补偿层的掺杂浓度和厚度的乘积的更高的等值，效果被改进。增强层和补偿层的掺杂浓度乘以厚度对应得越好，性能改进越好。但是，即使具有补偿层的结构，掺杂浓度和厚度的乘积比理论最优值低20%，也产生比传统结构的显著的改进。【专利附图】【附图说明】本专利技术的主题将在下文中参照附图更详细地说明，其中:图1示出了具有平面栅电极的现有技术绝缘栅半导体装置；图2示出了具有增强层和平面栅电极的另一现有技术绝缘栅半导体装置；图3示出了根据图1的现有技术绝缘栅半导体装置的电效应；图4示出了根据图2的现有技术绝缘栅半导体装置的电效应；图5示出了具有增强层和槽栅电极的另一现有技术绝缘栅半导体装置；图6示出了具有平面栅电极的专利技术的绝缘栅半导体装置；图7示出了具有槽栅电极的专利技术的绝缘栅半导体装置；图6示出了具有平面栅电极的专利技术的绝缘栅半导体装置的另一实施例；图9示出了现有技术IGBT和专利技术的IGBT的掺杂浓度；图10示出了现有技术IGBT和专利技术的IGBT的电场；图11示出了现本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·拉希莫，M·贝里尼，M·安登纳，F·鲍尔，I·尼斯托尔，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：
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