本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有雙柵的RC-IGBT(Reverse Conducting-Insulated Gate Bipolar Transistor，逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管)。

背景技術(shù)：

在幾乎所有IGBT的應(yīng)用電路中，IGBT旁都會(huì)有一個(gè)反向并聯(lián)的二極管作為續(xù)流保護(hù)。因?yàn)镮GBT反向工作時(shí)等效為一個(gè)開基區(qū)PNP三極管，并沒(méi)有像VDMOS那樣的體二極管，因此沒(méi)有續(xù)流能力。RC-IGBT相當(dāng)于將普通的IGBT和續(xù)流二極管集成在一起，使器件具有反向?qū)芰?。?yīng)用RC-IGBT可以節(jié)省系統(tǒng)所用的器件的個(gè)數(shù)，使系統(tǒng)的功耗降低，同時(shí)也可以消除由于IGBT和二極管獨(dú)立封裝帶來(lái)寄生效應(yīng)。

RC-IGBT面臨問(wèn)題之一就是電壓折回效應(yīng)(snapback)。由于RC-IGBT在電壓較小的時(shí)候，P集電區(qū)與漂移區(qū)所形成的二極管不導(dǎo)通，器件處于單極模式。當(dāng)外部電壓足夠高時(shí)，P集電區(qū)與漂移區(qū)所形成的二極管導(dǎo)通，P集電區(qū)往漂移區(qū)內(nèi)注入空穴，發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，器件處于雙極模式。當(dāng)RC-IGBT由單極模式轉(zhuǎn)換到雙極模式時(shí)，輸出電流電壓曲線就會(huì)發(fā)生電壓折回效應(yīng)，如說(shuō)明書附圖1所示。電壓折回效應(yīng)容易使IGBT模塊局部電流集中，造成器件燒毀。傳統(tǒng)的RC-IGBT都是通過(guò)增加P集電區(qū)的長(zhǎng)度，使P集電區(qū)上的分布式電阻增大，從而有效抑制電壓折回效應(yīng)，如說(shuō)明書附圖2所示。這種做法會(huì)使P集電極的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于N集電極的長(zhǎng)度，導(dǎo)致RC-IGBT反向?qū)〞r(shí)電流分布不均，二極管特性不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種具有雙柵的RC-IGBT。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有雙柵的RC-IGBT，包括N漂移區(qū)6、位于N漂移區(qū)6上的MOS元胞結(jié)構(gòu)和位于N漂移區(qū)6下的集電極結(jié)構(gòu)；所述MOS元胞結(jié)構(gòu)包括第一溝槽柵和P型阱區(qū)3；所述第一溝槽柵包括第一絕緣層41和位于第一絕緣層41中的第一導(dǎo)電材料51，第一導(dǎo)電材料51的引出端為第一柵電極；所述P型阱區(qū)3位于第一溝槽柵兩側(cè)，所述P型阱區(qū)3上表面具有N+發(fā)射極區(qū)1和P+體接觸區(qū)2，且N+發(fā)射極區(qū)1與柵氧化層接觸，P+體接觸區(qū)2位于N+發(fā)射極區(qū)1兩側(cè)，N+發(fā)射極區(qū)1和P+體接觸區(qū)2的共同引出端為發(fā)射極；所述集電極結(jié)構(gòu)包括第二溝槽柵、P集電區(qū)7和N集電區(qū)8；所述第二溝槽柵包括第二絕緣層42和位于第二絕緣層42中的第二導(dǎo)電材料52，第二導(dǎo)電材料52的引出端為第二柵電極；P集電區(qū)7和N集電區(qū)8分布在第二溝槽柵兩側(cè)，P集電區(qū)7的長(zhǎng)度大于N集電區(qū)8，并且P集電區(qū)7和N集電區(qū)8的共同引出端為集電極。

本發(fā)明通過(guò)在底部集電區(qū)插入第二溝槽柵，不僅有效消除了電壓折回的效應(yīng)，而且擁有較好的IGBT和二極管特性。

進(jìn)一步的，所述的每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩個(gè)第二溝槽柵、一個(gè)P集電區(qū)7和兩個(gè)N集電區(qū)8，P集電區(qū)7位于兩個(gè)第二溝槽柵之間，N集電區(qū)8分別分布在兩個(gè)第二溝槽柵外側(cè)。

進(jìn)一步的，所述的每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩個(gè)第二溝槽柵、兩個(gè)P集電區(qū)7和一個(gè)N集電區(qū)8，N集電區(qū)8位于兩個(gè)第二溝槽柵之間，兩個(gè)P集電區(qū)7分別分布在兩個(gè)第二溝槽柵外側(cè)。

進(jìn)一步的，所述的每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩個(gè)第二溝槽柵、兩個(gè)P集電區(qū)7和一個(gè)N集電區(qū)8，N集電區(qū)8位于一個(gè)第二溝槽柵的外側(cè)，一個(gè)P集電區(qū)7位于兩個(gè)第二溝槽柵之間，另一個(gè)P集電區(qū)7位于另一個(gè)第二溝槽柵的外側(cè)。

進(jìn)一步的，所述的每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)第二溝槽柵、一個(gè)P集電區(qū)7和一個(gè)N集電區(qū)8，P集電區(qū)7和N集電區(qū)8分別位于第二溝槽柵的兩側(cè)；所述的P集電區(qū)7上表面具有N型緩沖層9。

進(jìn)一步的，所述的P集電區(qū)7上表面具有N型緩沖層9。

進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體材料包括但不限于Si、SiC、SiGe、GaAs或GaN。

本發(fā)明的有益效果為，相對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有更快的關(guān)斷速度，更好的二極管特性。

附圖說(shuō)明

圖1為RC-IGBT電壓折回效應(yīng)示意圖；

圖2為傳統(tǒng)RC-IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例1

如圖3所示，本例的具有雙柵的RC-IGBT，包括N漂移區(qū)6、位于N漂移區(qū)6上的MOS元胞結(jié)構(gòu)和位于N漂移區(qū)6下的集電極結(jié)構(gòu)；所述MOS元胞結(jié)構(gòu)包括第一溝槽柵和P型阱區(qū)3；所述第一溝槽柵包括第一絕緣層41和位于第一絕緣層41中的第一導(dǎo)電材料51，第一導(dǎo)電材料51的引出端為第一柵電極；所述P型阱區(qū)3位于第一溝槽柵兩側(cè)，所述P型阱區(qū)3上表面具有N+發(fā)射極區(qū)1和P+體接觸區(qū)2，且N+發(fā)射極區(qū)1與柵氧化層接觸，P+體接觸區(qū)2位于N+發(fā)射極區(qū)1兩側(cè)，N+發(fā)射極區(qū)1和P+體接觸區(qū)2的共同引出端為發(fā)射極；所述集電極結(jié)構(gòu)包括第二溝槽柵、P集電區(qū)7和N集電區(qū)8；所述第二溝槽柵包括第二絕緣層42和位于第二絕緣層42中的第二導(dǎo)電材料52，第二導(dǎo)電材料52的引出端為第二柵電極；P集電區(qū)7和N集電區(qū)8分布在第二溝槽柵兩側(cè)，P集電區(qū)7的長(zhǎng)度大于N集電區(qū)8，并且P集電區(qū)7和N集電區(qū)8的共同引出端為集電極，本例中每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩個(gè)第二溝槽柵、一個(gè)P集電區(qū)7和兩個(gè)N集電區(qū)8，P集電區(qū)7位于兩個(gè)第二溝槽柵之間，N集電區(qū)8分別分布在兩個(gè)第二溝槽柵外側(cè)。

本例的工作原理為：

新器件在正向?qū)〞r(shí)，主溝槽柵開通，同時(shí)第二溝槽柵相對(duì)與集電極加一定的負(fù)電壓。此時(shí)，第二溝槽柵外圍會(huì)有一層連接P集電區(qū)的P反型層形成，有效的增加了器件的注入面積。同時(shí)，P反型層的外圍也會(huì)有一層較厚的耗盡層，耗盡層會(huì)擠占電子電流的路徑，增加了電子路徑上的電阻，P集電區(qū)連同P反型層與N漂移區(qū)形成的二極管更易導(dǎo)通，有效消除了電壓折回效應(yīng)。新器件關(guān)斷時(shí)，主溝槽柵關(guān)斷，第二溝槽柵與集電極通過(guò)外圍電路短接。由于第二溝槽柵電勢(shì)相對(duì)于N漂移區(qū)要高，所以漂移區(qū)內(nèi)電子更易被第二溝槽柵吸引，并通過(guò)N集電區(qū)流出，所以新器件有較快的關(guān)斷速度。新器件處于耐壓階段時(shí)，耗盡區(qū)將會(huì)由頂部主結(jié)開始擴(kuò)展，被第二溝槽柵截止。這是由于第二溝槽柵將集電極的最高電勢(shì)引入到器件漂移區(qū)內(nèi)，最高等勢(shì)線將通過(guò)第二溝槽柵頂部，有效限制耗盡區(qū)進(jìn)一步往下擴(kuò)展，起到電場(chǎng)截止的作用。新器件反向?qū)〞r(shí)，發(fā)射極加高電位，第二溝槽柵和集電極短接到低電位，器件處于二極管模式下。由于新器件的N集電區(qū)占集電區(qū)的比例遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的RC-IGBT，所以其電流分布更加均勻，二極管特性更好。

實(shí)施例2

如圖4所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，本例中每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩個(gè)第二溝槽柵、兩個(gè)P集電區(qū)7和一個(gè)N集電區(qū)8，N集電區(qū)8位于兩個(gè)第二溝槽柵之間，兩個(gè)P集電區(qū)7分別分布在兩個(gè)第二溝槽柵外側(cè)。與實(shí)施例1相比，本例抑制電壓折回效應(yīng)的效果更好，且具更大的注入面積。

實(shí)施例3

如圖5所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，本例中每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩個(gè)第二溝槽柵、兩個(gè)P集電區(qū)7和一個(gè)N集電區(qū)8，N集電區(qū)8位于一個(gè)第二溝槽柵的外側(cè)，一個(gè)P集電區(qū)7位于兩個(gè)第二溝槽柵之間，另一個(gè)P集電區(qū)7位于另一個(gè)第二溝槽柵的外側(cè)。與實(shí)施例1相比，本例抑制電壓折回效應(yīng)的效果更好，且具更大的注入面積。

實(shí)施例4

如圖6所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，本例中每一個(gè)MOS元胞結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)第二溝槽柵、一個(gè)P集電區(qū)7和一個(gè)N集電區(qū)8，P集電區(qū)7和N集電區(qū)8分別位于第二溝槽柵的兩側(cè)；所述的P集電區(qū)7上表面具有N型緩沖層9。與實(shí)施例1～3相比，本例抑制電壓折回效應(yīng)的效果更好，且第二溝槽柵具有更小的深度，制作更加簡(jiǎn)單。

實(shí)施例5

如圖7所示，本例與實(shí)施例2的區(qū)別在于，本例中P集電區(qū)7上表面具有N型緩沖層9。與實(shí)施例2相比，本例第二溝槽柵具有更小的深度，制作更加簡(jiǎn)單。