本發(fā)明涉及半導體功率器件，特別是雙子導電功率器件的材料和結構。

背景技術：

眾所周知，傳統(tǒng)的橫向雙子功率器件是通過利用大注入效應引入的大量空穴和電子來導電。例如最典型的橫向絕緣柵雙極型晶體管器件(ligbt)，由于使用了雙子導電，所以其導通電阻小，導通壓降遠小于同等條件下的金屬氧化物半導體型器件(mos)。盡管mos器件使用多子導電，導致導通電阻較大，但其開關速度極為迅速；然而由于ligbt利用了雙子導電，在功率器件關閉時漂移區(qū)中會存在大量的非平衡載流子，它們無法在短時間之內被中和掉，這導致ligbt器件在關斷過程后會有一個持續(xù)時間較長的陽極拖尾電流。人們開展了大量的工作來優(yōu)化這個陽極拖尾電流，例如經典的陽極短路ligbt【p.a.gough,m.r.simpson,andv.rumenik,“fastswitchinglateralinsulatedgatetransistor,”iniedmtech.dig.,1986,pp.218–221】，肖特基注入sinfet【j.k.o.sin,c.a.t.salama,l.z.hou,“thesinfet‐aschottkyinjectionmos‐gateddevice,”ieeetrans.electrondevices,vol.ed‐33,1940,1986】，sige陽極ligbt【p.li,y.q.li,andc.a.t.salama,“aheterojunctionbipolartransistorwithathinα‐siemitter,”ieeetrans. electrondevices,vol.41,no.6,pp.932–935,jun.1994】，等等。傳統(tǒng)解決方案大多都是通過削弱陽極的大注入效應，或者通過縮短載流子壽命來減小空穴的濃度，使得在器件從導通到關閉時，非平衡載流子也相應降低，從而縮短ligbt拖尾電流的持續(xù)時間。然而，這些方案由于減小了空穴載流子的濃度，將導致器件導通時的電流密度降低，使得器件的導通損耗增大。此外，上述方案只能減小ligbt在關閉時的非平衡載流子濃度而無法徹底消除，所以ligbt的拖尾電流只能被削弱，無法被消除。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種消除橫向絕緣柵雙極型晶體管拖尾電流的方法。

本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案是，消除橫向絕緣柵雙極型晶體管拖尾電流的方法，包括下述步驟：

1)在漂移區(qū)中產生一個從陽極指向漂移區(qū)的上表面的電場，晶體管由導通轉為關斷；

2)在設置于漂移區(qū)上方的第二柵極上引入一個快速上升的電平，持續(xù)至晶體管完全關斷。

所述第二柵極在漂移區(qū)上表面所在平面的投影與陽極在漂移區(qū)上表面所在平面的投影有重合部分。

本發(fā)明的有益效果是，能夠降低導通損耗，消除橫向絕緣柵雙極型晶體管拖尾電流，提高晶體管關斷的速度。

附圖說明

圖1是采用本發(fā)明方法的橫向絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。

圖2是第二柵極重摻雜區(qū)15與陽極13投影重疊示意圖。

圖3是本發(fā)明的晶體管柵極11和第二柵極9電平變化時序示意圖。

圖4是本發(fā)明的第二個實施例的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的原理是，在橫向絕緣柵雙極型晶體管從導通轉為截止的過程中，在一個從晶體管陽極13指向漂移區(qū)2上表面的電場的作用下，引入空穴載流子，以中和電子載流子，從而消除拖尾電流，實現(xiàn)橫向絕緣柵雙極型晶體管的迅速關斷。

傳統(tǒng)的橫向絕緣柵雙極型晶體管的關斷過程為：柵極17收到關斷信號，由于漂移區(qū)2存在非平衡電子載流子，它們向陽極13運動的過程中形成了拖尾電流。本發(fā)明通過特設的電場向漂移區(qū)2引入空穴載流子，中和了電子載流子，客觀表現(xiàn)上即為電子載流子的濃度急速降低。另外，本發(fā)明在橫向絕緣柵雙極型晶體管的漂移區(qū)2上方設置了第二柵極9(也可稱為“加速柵極”)，在第二柵極9上施加一個快速上升的電平，通過電容耦合到陽極13上，所以陽極13的電平隨之快速上升，解決了拖尾電流的問題，實現(xiàn)了迅速關斷。

具體的說，本發(fā)明包括下述步驟：

1)在漂移區(qū)中產生一個從陽極指向漂移區(qū)的上表面的電場，晶體管由導通轉為關斷；

此電場存在于相對高電平的陽極13和相對低電平區(qū)域之間，此“相對低電平區(qū)域”靠近陽極13的一端設置有第二柵極9，為產生前述電場，第二柵極9需處于低電平狀態(tài)。

2)在設置于漂移區(qū)2上方的第二柵極9上引入一個快速上升的電平，持續(xù)至晶體管完全關斷。

晶體管柵極17和第二柵極9的電平變化時序參見圖3。

t1時刻，晶體管柵極17收到關斷信號，電平降低。

t1～t2時刻，柵極17和第二柵極9同為低電平，此時由第二柵極9引入的空穴載流子將迅速中和全部或絕大部分漂移區(qū)2中的非平衡電子載流子。

t2～t3時刻，第二柵極9由低電平轉為高電平。由于第二柵極9重摻雜區(qū)15和陽極13之間的寄生電容，電壓將通過寄生電容從第二柵極9上耦合到陽極13上，所以陽極13的電平隨之迅速上升。也可以設置一個電容19連接第二柵極9和陽極引出線10以彌補寄生電容的不足。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，如圖4。

作為舉例，t1到t2的時長(t2‐t1)為1～300ns,t2到t3(t3‐t2)的時長1～100ns。

圖1為一個采用了本發(fā)明方法的橫向絕緣柵雙極型晶體管器件的實施例，包括襯底1、漂移區(qū)2、陽極13、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻 雜區(qū)4、陰極5、柵極11、柵極介質8、陽極引出線10、陰極引出線12、緩沖區(qū)14，漂移區(qū)2、埋氧18、緩沖區(qū)14、陰極5為n型；襯底1、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)4、陽極13為p型；設置電場加強單元20覆蓋于漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14的表面的部分或全部，也可延伸至陽極13或溝道區(qū)3。電場加強單元20包括高阻導電區(qū)7、第二柵極重摻雜區(qū)15、接地摻雜區(qū)16、第二柵極9、接地電極17。電場加強單元20通過絕緣介質6與晶體管的其他部分隔離。

電場加強單元20為晶體管提供了一個特別的電場，工作時，該電場在晶體管器件從柵極11收到關斷信號到器件完全關斷的過程中產生消除拖尾電流的作用。

第二柵極重摻雜區(qū)15位于在高阻導電區(qū)7靠近陽極引出線10的部分，第二柵極9同第二柵極重摻雜區(qū)15直接接觸，接地摻雜區(qū)16位于高阻導電區(qū)7靠近柵極11的部分，接地電極17與接地摻雜區(qū)16直接接觸，接地摻雜區(qū)16和第二柵極重摻雜區(qū)15分別與柵極11和陽極引出線10隔離。第二柵極重摻雜區(qū)15靠近陽極的邊緣與陽極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影相切或部分重疊，接地摻雜區(qū)16在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3部分重疊或相切。絕緣介質6的材質可以使用傳統(tǒng)柵極介質材料，也可以使用高介電常數(shù)材料，高阻導電區(qū)7的材質可以使用輕摻雜單晶硅或多晶硅，其摻雜類型可為n型或p型，第二柵極重摻雜區(qū)15使用n型或p型重摻雜單晶或多晶硅，接地摻雜區(qū)16為n型或p型的中高濃度摻雜。