[0048]本實(shí)施例由于使用了輕摻雜單晶硅作為高阻導(dǎo)電區(qū)(7)，所以無(wú)需添加接地?fù)诫s區(qū)(16)和接地電極(17)，在器件截止時(shí)，將加速柵極(9)置為陽(yáng)極(10)—樣的高電平，在高阻導(dǎo)電區(qū)(7)也能產(chǎn)生耗盡，所以漂移區(qū)勢(shì)能線能均勻分布，從而保證器件耐壓。本實(shí)施例中同樣利用電場(chǎng)加強(qiáng)單元20配合外圍驅(qū)動(dòng)來(lái)提升器件性能，器件導(dǎo)通和導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止的機(jī)理效果則同實(shí)施例1完全一致。在器件導(dǎo)通時(shí)，加速柵極(9)的電位為低，整個(gè)高阻導(dǎo)電區(qū)(7)的電位也為低，電場(chǎng)加強(qiáng)單元20將發(fā)揮作用，使得大量的空穴載流子被引入到漂移區(qū)2中。在器件由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，加速柵極(9)上的電壓將耦合到陽(yáng)極引出線(10)上，從而實(shí)現(xiàn)器件的快速關(guān)閉。當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，本實(shí)施例允許加速柵極(9)接負(fù)壓，使得電場(chǎng)加強(qiáng)單元20的作用被進(jìn)一步提升，從而引入更多的空穴載流子到漂移區(qū)2中，并由此帶來(lái)更多的電子載流子，使得電流密度進(jìn)一步提高。
[0049]本實(shí)施例由于使用了輕摻雜單晶硅作為高阻導(dǎo)電區(qū)(7)，所以需要在介質(zhì)(6)上面制備單晶硅，這有一定的工藝難度。但本實(shí)施例和實(shí)施例1相比，減少了一個(gè)電極，簡(jiǎn)化了器件，此外當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)可允許在加速柵極(9)上使用負(fù)電壓而不會(huì)導(dǎo)致漏電，從而使器件的大注入效應(yīng)被進(jìn)一步加強(qiáng)，可使器件導(dǎo)通時(shí)的電流密度被進(jìn)一步提高。本實(shí)施例和實(shí)施例2相比則沒有漏電。
[0050]實(shí)施例4:
[0051]參見圖4。在上述各實(shí)施例中，如果使用了介電常數(shù)較低的材料作為介質(zhì)(6)，則加速柵極(9)和陽(yáng)極引出線(10)之間的寄生電容較小，導(dǎo)致器件關(guān)閉時(shí)陽(yáng)極引出線(10)對(duì)加速柵極(9)上電壓的跟隨能力被削弱。本實(shí)施例可在上述各實(shí)施例的前提下，在加速柵極
(9)陽(yáng)極(10)之間外加一個(gè)電容(19)，從而彌補(bǔ)寄生電容的不足。電容(19)可以是分立電容器件，也可以是集成在同一顆芯片上的集成電容。
[0052]實(shí)施例5:
[0053]參見圖5。本實(shí)施例使用P-作為襯底(I)，使用N-作為漂移區(qū)(I)，P+作為陽(yáng)極(13)，N作為緩沖區(qū)(14)，P作為溝道區(qū)(3)，N+作為陰極(5)，P+作為歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)(4)。電場(chǎng)加強(qiáng)單元20設(shè)置于漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14表面，電場(chǎng)加強(qiáng)單元20包括高阻導(dǎo)電區(qū)7、加速柵極重?fù)诫s區(qū)15、接地?fù)诫s區(qū)16、接地電極17。高阻導(dǎo)電區(qū)7，加速柵極重?fù)诫s區(qū)15，以及接地?fù)诫s區(qū)16的材質(zhì)可以是單晶硅，也可以是多晶硅。高阻導(dǎo)電區(qū)7，加速柵極重?fù)诫s區(qū)15，以及接地?fù)诫s區(qū)16的摻雜類型可以是P型，也可以是N型，其摻雜濃度可以相同，也可以不同。接地?fù)诫s區(qū)16與柵極11隔離，加速柵極重?fù)诫s區(qū)15與陽(yáng)極引出線(10)直接接觸。
[0054]本實(shí)施例中的電場(chǎng)加強(qiáng)單元20由于沒有使用加速電極9，其關(guān)閉特性和傳統(tǒng)LIGBT相差不大，但由于接地電極17的存在，在器件導(dǎo)通時(shí)電場(chǎng)加強(qiáng)單元20靠近柵極11部分的電位為低，同樣能引入一個(gè)從陽(yáng)極13到電場(chǎng)加強(qiáng)單元20的電場(chǎng)，所以能提高空穴載流子的濃度，從而加強(qiáng)大注入效應(yīng)，使得器件導(dǎo)通電流密度被大幅提升提升。該實(shí)施例雖然對(duì)器件關(guān)閉特性沒有改進(jìn)，但只有三個(gè)電極，可使用傳統(tǒng)LIGBT的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但和傳統(tǒng)LIGBT相比，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電流密度的大幅提升。
[0055]實(shí)施例6:
[0056]參見圖6。本實(shí)施例使用P-作為襯底(I)，使用N-作為漂移區(qū)(I)，P+作為陽(yáng)極(13)，N作為緩沖區(qū)(14)，P作為溝道區(qū)(3)，N+作為陰極(5)，P+作為歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)(4)。電場(chǎng)加強(qiáng)單元20設(shè)置于漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14表面，電場(chǎng)加強(qiáng)單元20包括高阻導(dǎo)電區(qū)7和接地?fù)诫s區(qū)16。高阻導(dǎo)電區(qū)7，以及接地?fù)诫s區(qū)16的材質(zhì)可以是單晶硅，也可以是多晶硅。高阻導(dǎo)電區(qū)7和接地?fù)诫s區(qū)16的摻雜類型可以是P型，也可以是N型，其摻雜濃度可以相同，也可以不同。接地?fù)诫s區(qū)16與柵極11直接接觸，高阻導(dǎo)電區(qū)7與陽(yáng)極引出線(10)隔離。
[0057]本實(shí)施例中的電場(chǎng)加強(qiáng)單元20由于沒有使用加速電極9，其關(guān)閉特性和傳統(tǒng)LIGBT相差不大，但當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，柵極11的高電位將通過(guò)接地?fù)诫s區(qū)16傳遞到高阻導(dǎo)電區(qū)7上，從而產(chǎn)生一個(gè)始于高阻導(dǎo)電區(qū)7，終止于溝道區(qū)3的電場(chǎng)。該電場(chǎng)雖然不能像上述各實(shí)施例那樣增加空穴載流子濃度從而加強(qiáng)大注入效應(yīng)，但能在漂移區(qū)2的表面上吸引大量的電子載流子，從而出現(xiàn)積累效應(yīng)，同樣實(shí)現(xiàn)器件導(dǎo)通電流密度的大幅提升。該實(shí)施例雖然對(duì)器件關(guān)閉特性沒有改進(jìn)，但只有三個(gè)電極，可使用傳統(tǒng)LIGBT的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但和傳統(tǒng)LIGBT相比，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電流密度的大幅提升。該實(shí)施例效果同實(shí)施例3類似，但利用的機(jī)理是積累效應(yīng)，而非大注入加強(qiáng)效應(yīng)。
[0058]實(shí)施例7:
[0059]參見圖7。本實(shí)施例使用P-作為襯底(I)，使用N-作為漂移區(qū)(I)，P+作為陽(yáng)極(13)，N作為緩沖區(qū)(14)，P作為溝道區(qū)(3)，N+作為陰極(5)，P+作為歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)(4)。電場(chǎng)加強(qiáng)單元20設(shè)置于漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14表面，電場(chǎng)加強(qiáng)單元20僅包括高阻導(dǎo)電區(qū)7。高阻導(dǎo)電區(qū)7的摻雜類型可以是P型，也可以是N型。高阻導(dǎo)電區(qū)7與柵極11和陽(yáng)極引出線10隔離。
[0060]本實(shí)施例中的電場(chǎng)加強(qiáng)單元20由于沒有使用加速電極9，其關(guān)閉特性和傳統(tǒng)LIGBT相差不大。本實(shí)施例的的高阻導(dǎo)電區(qū)7完全懸空，所以當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，高阻導(dǎo)電區(qū)7上的電位可能為高，也可能為低。如果高阻導(dǎo)電區(qū)7上的電位為高，則會(huì)因積累效應(yīng)向漂移區(qū)2中引入大量電子載流子，如果為低，則會(huì)因大注入加強(qiáng)效應(yīng)向漂移區(qū)2中引入大量空穴載流子?？傊褂秒妶?chǎng)加強(qiáng)單元20，無(wú)論其電位如何，都能在漂移區(qū)2內(nèi)部引入電場(chǎng)來(lái)提高載流子濃度，從而實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)通時(shí)電流密度的大幅提升。該實(shí)施例雖然對(duì)器件關(guān)閉特性沒有改進(jìn)，但只有三個(gè)電極，可使用傳統(tǒng)LIGBT的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但和傳統(tǒng)LIGBT相比，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電流密度的大幅提升。同時(shí)和其他實(shí)施例相比，該實(shí)施例工藝則最為簡(jiǎn)單。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括硅襯底(I)和設(shè)置于硅襯底(I)和埋氧(18)上方的漂移區(qū)(2)、溝道區(qū)(3)、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)(4)、陰極(5)、柵極介質(zhì)(8)、陽(yáng)極引出線(10)、柵極(11)、陰極引出線(12)、陽(yáng)極(13)，其特征在于， 漂移區(qū)(2)在陽(yáng)極(13)與溝道區(qū)(3)之間的部分的上表面，設(shè)置有電場(chǎng)加強(qiáng)單元(20)，所述電場(chǎng)加強(qiáng)單元(20)用于產(chǎn)生一個(gè)從陽(yáng)極指向電場(chǎng)加強(qiáng)單元下表面的電場(chǎng)； 電場(chǎng)加強(qiáng)單元(20)通過(guò)絕緣介質(zhì)(6)與漂移區(qū)(2)隔離。2.如權(quán)利要求1所述的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述電場(chǎng)單元(20)包括: 高阻導(dǎo)電區(qū)(7)， 與高阻導(dǎo)電區(qū)(7)連接，且處于高阻導(dǎo)電區(qū)(7)靠近陽(yáng)極(13)的一側(cè)的加速柵極重?fù)诫s區(qū)(15)， 與高阻導(dǎo)電區(qū)(7)連接，且處于高阻導(dǎo)電區(qū)(7)靠近溝道區(qū)(3)—側(cè)的接地?fù)诫s區(qū)(16)， 與加速柵極重?fù)诫s區(qū)(15)連接的加速柵極(9)， 與接地?fù)诫s區(qū)(16)連接的接地電極(17)。3.如權(quán)利要求2所述的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述加速柵極重?fù)诫s區(qū)(15)的材質(zhì)為N+型材料，接地?fù)诫s區(qū)(16)的材質(zhì)為P型材料。4.如權(quán)利要求2所述的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述加速柵極重?fù)诫s區(qū)(15)在漂移區(qū)(2)的上表面所在平面上的投影與陽(yáng)極(13)在漂移區(qū)(2)上表面所在平面上的投影有重合或者相切。5.如權(quán)利要求2所述的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，接地?fù)诫s區(qū)(16)在漂移區(qū)(2)的上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)(3)在漂移區(qū)(2)上表面所在平面上的投影有重合或者相切。6.如權(quán)利要求1所述的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述電場(chǎng)加強(qiáng)單元(20)嵌入絕緣介質(zhì)(6)內(nèi)，絕緣介質(zhì)(6)將電場(chǎng)加強(qiáng)單元(20)與晶體管的其他部分隔離。
【專利摘要】超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，涉及半導(dǎo)體功率器件。本發(fā)明包括硅襯底和設(shè)置于硅襯底和埋氧上方的漂移區(qū)、溝道區(qū)、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)、陰極、柵極介質(zhì)、陽(yáng)極引出線、柵極、陰極引出線、陽(yáng)極，漂移區(qū)在陽(yáng)極與溝道區(qū)之間的部分的上表面，設(shè)置有電場(chǎng)加強(qiáng)單元，所述電場(chǎng)加強(qiáng)單元用于產(chǎn)生一個(gè)從陽(yáng)極指向電場(chǎng)加強(qiáng)單元下表面的電場(chǎng)；電場(chǎng)加強(qiáng)單元通過(guò)絕緣介質(zhì)與漂移區(qū)隔離。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了LIGBT器件導(dǎo)通性能和開關(guān)性能的雙重提高。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/739
【公開號(hào)】CN105590960
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510998522
【發(fā)明人】李俊宏, 李平
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日