1、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,igbt)是中高功率领域电力电子系统的核心器件。作为场效应晶体管与双极型晶体管的复合器件,igbt具有高输入阻抗、驱动简单、高电流能力、低导通压降等特点。
2、相比于普通的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxidesemiconductorfield effecttransistor,mosfet),igbt具有更低的导通压降,这得益于在igbt导通时漂移区内的电导调制效应。目前,继续降低igbt的导通压降从而降低igbt的导通功耗依然是igbt领域的重要研究内容。
1、鉴于上述问题,本公开的目的在于提供一种功率器件及其制造方法,通过在功率器件中设置额外的电阻与二极管,从而调节功率器件中不同区域的电势,进而降低功率器件的导通压降。
2、根据本公开实施例的一方面,提供了一种功率器件,包括:半导体层,具有相对的第一表面与第二表面,所述半导体层包括沿所述第二表面朝向所述第一表面的方向依次邻接的第一掺杂区、第二掺杂区、阱区和第三掺杂区;
3、隔离部,自所述半导体层的第一表面伸至所述第二掺杂区中,并与所述阱区和所述第三掺杂区邻接;以及
5、所述第一掺杂区和所述阱区为第一掺杂类型,所述第二掺杂区和所述第三掺杂区为第二掺杂类型,所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反,
6、所述半导体器件还包括:第一电阻结构、第二电阻结构和第一二极管结构,所述第一电阻结构用于构成第一电阻,所述第二电阻结构用于构成第二电阻,所述二极管结构用于构成第一二极管,
7、所述第一电阻的第一端与所述第三掺杂区电连接,所述第一电阻的第二端分别与所述第一二极管的阴极和所述第二电阻的第一端电连接,所述第一二极管的阳极与所述第三掺杂区电连接,所述第二电阻的第二端与所述阱区电连接,
9、可选地,所述第一掺杂区、所述第二掺杂区和所述阱区用于构成第一晶体管,
10、所述第二掺杂区、所述阱区和所述第三掺杂区用于构成第二晶体管和第三晶体管,
11、所述第一晶体管为pnp三极管,所述第二晶体管为npn三极管,所述第三晶体管为nmos管,
12、所述第一晶体管的发射极连接第一电位,所述第一晶体管的基极分别连接所述第二晶体管的集电极和所述第三晶体管的第一电流端,所述第一晶体管的集电极分别连接所述第二晶体管的基极与所述第三晶体管的衬底,所述第二晶体管的发射极连接所述第三晶体管的第二电流端,
13、所述第一二极管的阳极连接所述第二晶体管的发射极,所述第一二极管的阴极连接第二电位,
16、可选地,所述半导体器件还包括第四掺杂区,与所述阱区邻接,所述第二电阻的第二端与所述第四掺杂区电连接,
18、可选地,所述栅极导体、所述第一电阻结构、所述第二电阻结构、所述二极管结构位于相同的所述隔离部中;
19、或者,所述栅极导体、所述第一电阻结构、所述第二电阻结构、所述二极管结构中的至少一个位于不同的所述隔离部中。
20、可选地,所述二极管结构包括第一填充部,自所述隔离部的表面延伸至所述隔离部中。
21、可选地,所述二极管结构还包括第五掺杂区,自所述第一填充部的表面延伸至所述第一填充部中,
22、其中,所述第五掺杂区为第一掺杂类型,所述第一填充部为第二掺杂类型。
27、可选地,所述第一电阻结构自所述隔离部的表面延伸至所述隔离部中,或者,所述第一电阻结构位于所述隔离部表面;
28、所述第二电阻结构自所述隔离部的表面延伸至所述隔离部中,或者,所述第二电阻结构位于所述隔离部表面。
29、可选地,所述第一电阻结构和/或所述第二电阻结构的材料与所述栅极导体的材料相同。
30、可选地,所述第一电阻结构和/或所述第二电阻结构的材料包括多晶硅或碳化硅。
31、根据本公开实施例的另一方面,提供了一种功率器件的制造方法,包括:沿半导体层的第二表面朝向第一表面的方向,在所述半导体层中形成依次邻接的第一掺杂区、第二掺杂区、阱区和第三掺杂区;
32、在所述半导体层中形成隔离部,所述隔离部自所述第一表面伸至所述第二掺杂区中,并与所述阱区和所述第三掺杂区邻接;以及
34、所述第一掺杂区和所述阱区为第一掺杂类型,所述第二掺杂区和所述第三掺杂区为第二掺杂类型,所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反,
36、所述第一电阻结构用于构成第一电阻,所述第二电阻结构用于构成第二电阻,所述二极管结构用于构成第一二极管,
37、所述第一电阻的第一端与所述第三掺杂区电连接,所述第一电阻的第二端分别与所述第一二极管的阴极和所述第二电阻的第一端电连接,所述第一二极管的阳极与所述第三掺杂区电连接,所述第二电阻的第二端与所述阱区电连接。
38、可选地,形成所述二极管结构的步骤包括:在所述隔离部中形成第一填充部,
40、可选地,所述第一电阻结构和/或所述第二电阻结构与所述栅极导体在同一步骤中形成。
41、可选地,还包括在所述半导体层中形成第四掺杂区,所述第四掺杂区自所述第一表面朝向所述第二表面的方向延伸,并与所述阱区邻接,
42、形成所述二极管结构的步骤还包括:在所述第一填充部中形成第五掺杂区,
43、所述第四掺杂区与所述第五掺杂区为第一掺杂类型,所述第一填充部为第二掺杂类型,
46、通过在功率器件中设置额外的双电阻与二极管,从而调节功率器件中不同区域的电势,进而降低功率器件的导通压降、较强的抗闩锁能力。
47、在一些实施例中,由于通过在半导体层的掺杂区之外形成双电阻结构和/或二极管结构,并未引入额外的载流子存储层提升掺杂浓度,因此不会导致功率器件的击穿电压(breakdownvoltage,bv)劣化。
48、在一些实施例中,电阻结构和/或二极管结构形成在隔离部中,与igbt主电路集成在同一器件中,从而减少了外部连线带来的噪声和rc延迟等不良影响。
49、进一步地,电阻结构和/或二极管结构与栅极导体共用相同的隔离部,可以节省隔离部的占用空间,增大器件的单位面积利用率。
50、在一些实施例中,二极管结构第一填充部和/或电阻结构与栅极导体的材料相同且与栅极导体在同一步骤中形成,从而在制造功率器件时,不需要额外设计第一填充部和/或电阻结构的掩模板,节省制造成本。
51、在一些实施例中,二极管结构的第五掺杂区与阱区的接触区(第四掺杂区)在同一步骤中形成,从而在制造功率器件时,不需要额外设计第五掺杂区的掩模板,节省制造成本。
52、此外,在一些实施例中,由于器件并未设置与栅极相邻的浮空p区,等效降低了栅电容,且大大降低了位移电流向栅极充电的风险,因而本公开的实施例的功率器件还具有高dv/dt抗性的能力。
53、应当说明的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的并不能限制本公开。
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