威兆半导体提出绝缘栅双极型晶体管及其制备方案

【爱集微点评】威兆半导体提出的绝缘栅双极型晶体管及其制备方案，该方案可以增强绝缘栅双极型晶体管的电导调制效应，从而可以减小绝缘栅双极型晶体管的导通压降，同时关断损耗几乎没什么变化，可使导通压降和关断损耗有一个更好的折衷。

集微网消息，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）凭借着其高电压、大电流、高频率、低导通压降等特点，被广泛应用于汽车、船舶、飞机、风力发电、太阳能发电、储能等工业领域以及电视、手机、空调等生活消费领域。因此IGBT性能的提升对社会的进步起着极大的作用。

IGBT在导通时由P+集电区向漂移区注入空穴，空穴向发射区流动。但是在流动的过程中越靠近P基区的地方载流子浓度越低，这会导致导通压降较高。

针对该问题，威兆半导体在2022年7月22日申请了一项名为“一种绝缘栅双极型晶体管及制备方法”的发明专利（申请号：202210859566.4），申请人为深圳市威兆半导体股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中公开的绝缘栅双极型晶体管的结构示意图，该绝缘栅双极型晶体管从下至上依次包括：集电极11、第一导电类型的集电区20、第二导电类型的漂移区30、两个第二导电类型的第一载流子阻挡层41、第二导电类型的第二载流子阻挡层42、第一导电类型的基区61、第一导电类型的第一源区62、两个第二导电类型的第二源区63、发射极12、两个栅极13以及栅氧化层70。

集电区设置于集电极上，漂移区设置于集电区上。第一载流子阻挡层并排设置于漂移区的内部，且相邻两个第一载流子阻挡层之间设有第一间隙。第二载流子阻挡层设置于漂移区的内部，并位于第一载流子阻挡层的上方，以对第一间隙形成阻挡，即第一间隙正对第二载流子阻挡层，第二载流子阻挡层的长度满足其可以覆盖所有的第一间隙。第二载流子阻挡层与第一载流子阻挡层之间设有第二间隙，相互通过漂移区的部分进行隔开。

当绝缘栅双极型晶体管正向导通时，从集电极注入的空穴的运动方向如上图中箭头所示。空穴经过集电区、漂移区，然后从相邻的第一载流子阻挡层之间的第一间隙通过，并在第二载流子阻挡层的阻挡下，依次经过第二载流子阻挡层与第一载流子阻挡层之间的第二间隙、第二载流子阻挡层与栅氧化层之间的第三间隙，最后依次通过基区、第一源区到达发射极。

由于第一载流子阻挡层和第二载流子阻挡层的阻挡，可以避免空穴立即被发射极抽走，使得留在漂移区的空穴（少子）增多。为保持电中性，漂移区中会相应形成相应数量的电子（多子），即增强了器件的电导调制效应，从而可以减小绝缘栅双极型晶体管的导通压降，同时关断损耗几乎没什么变化，可使导通压降和关断损耗有一个更好的折衷。

如上图，为第二载流子阻挡层与第一载流子阻挡层形成的阻挡结构示意图，随着第一载流子阻挡层个数的不同、长度的不同以及第一间隙大小的不同，第一载流子阻挡层和第二载流子阻挡层对器件的电导调制作用的大小也不同，并且可以调节漂移区中的电场分布，以改善器件的耐压性能。

例如，第二间隙由第一载流子阻挡层和第二载流子阻挡层之间的狭道形成，由于第一载流子阻挡层和第二载流子阻挡层均对空穴具有阻挡作用，因此，当第二间隙不小于第三间隙，可以确保其不成为器件关断时空穴从发射极及时抽走的瓶颈，避免增大关断损耗。

其中，第一间隙和第三间隙设置过小时，会导致器件在关断时发射极对载流子的抽取难度增大，从而会增大关断损耗。第一间隙和第三间隙设置过大时，则第一载流子阻挡层和第二载流子阻挡层阻挡的空穴会变少，从而留在漂移区的空穴会变少，使得降低导通压降的效果不显著。

以上就是威兆半导体提出的绝缘栅双极型晶体管及其制备方案，该方案可以增强绝缘栅双极型晶体管的电导调制效应，从而可以减小绝缘栅双极型晶体管的导通压降，同时关断损耗几乎没什么变化，可使导通压降和关断损耗有一个更好的折衷。