[发明专利]绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管、IPM模块以及空调器。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET器件的高输入阻抗和电力晶体管(即巨型晶体管，简称GTR)的低导通压降两方面的优点，因此IGBT目前被广泛应用到各个领域。

绝缘栅双极晶体管的集电极区的载流子注入效率和抽取效率很大程度上决定着器件的导通压降和开关特性。现有技术中通常通过增加绝缘栅双极晶体管的集区的掺杂浓度来提高载流子注入效率，从而降低所述绝缘栅双极晶体管的导通压降，但是较高的集区的掺杂浓度不利于器件关断时载流子的抽取速度，导致器件的关断时间较长。同样的，如果降低所述绝缘栅双极晶体管的集区的掺杂浓度，器件的关断时间会降低，但导通压降会增加。

因此，研究人员一直在寻找如何设计IGBT器件，以获得更好的导通压降和关断时间的折中关系，设计出低导通压降、短关断时间的IGBT。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种有良好的导通压降和关断时间的折中关系的绝缘栅双极晶体管。

为实现上述目的，本发明提出的一种绝缘栅双极晶体管，包括:

半导体衬底，所述半导体衬底沿其厚度方向依次形成有集电极区、漂移区及有源区；所述有源区包括沟槽栅极区、阱区以及发射极区，所述发射极区嵌入设置在所述阱区中，所述沟槽栅极区自所述发射极区延伸至所述漂移区，所述阱区连接所述发射极区和所述漂移区；

所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*10¹⁷/cm^-3，所述发射极区的掺杂浓度大于或等于5*10¹⁹/cm^-3。

优选地，所述阱区的掺杂浓度小于或等于4*10¹⁶/cm^-3。

优选地，所述漂移区的掺杂浓度为1*10¹⁴/cm^-3～6*10¹⁴/cm^-3。

优选地，所述集电极区的厚度为0.4um～1.0um。

优选地，所述阱区的厚度为1.0um～2.5um。

优选地，所述阱区的厚度与所述发射极区的厚度之差为1um～2um。

优选地，所述发射极区的掺杂类型为N型掺杂，所述集电极区的掺杂类型为P型掺杂，所述阱区的掺杂类型为P型掺杂。

优选地，所述集电极包括第一掺杂区域和第二掺杂区域；所述第一掺杂区域的掺杂浓度高于第二掺杂区域的掺杂浓度。

优选地，所述第一掺杂区域有多个，且所述第二掺杂区域也有多个；

所述第一掺杂区域和第二掺杂区域彼此交替设置。

本发明还提出一种IPM模块，所述IPM模块包括上述的绝缘栅双极晶体管。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括所述的绝缘栅双极晶体管，和/或包括所述的IPM模块。

本发明技术方案基于研发人员在制作所述绝缘栅双极晶体管时的发现：当发射极区的掺杂浓度和集电极区的掺杂浓度在不同的值时，会使得绝缘栅双极晶体管具有较优的导通压降或者具有较优的短关断时间。并进一步做了相关实验；在实验过程中，一方面增大了发射极区电子的注入效率，另一方面减小了集电极区的空穴注入效率，最终在实验中测得当绝缘栅双极晶体管的发射极区的掺杂浓度大于或等于5*10¹⁹/cm^-3，且所述集电极区的掺杂浓度小于或等于8*10¹⁷/cm^-3时，所述绝缘栅双极晶体管具有导通压降和关断时间之间较好的折中关系，这种绝缘栅双极晶体管的综合性能更好，应用能力更强，以及应用的场合更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明绝缘栅双极晶体管的一个示例性晶体管单元的结构示意图。

附图标号说明：