[发明专利]一种抑制dv/dt，di/dt噪音产生的高压SiC IGBT的结构

说明书

本发明提供了一种抑制dv/dt，di/dt噪音的高压SiC IGBT结构，该改进型半导体结构包括：与阳极欧姆电极接触的P型注入层，与P型注入层上表面接触的N缓冲层，与N缓冲层上表面接触的N‑漂移层，与N‑漂移层上表面接触的电流扩展层；其中，N‑漂移层掺杂浓度目前为目前高压碳化硅器件耐压层典型浓度的1.2～4倍；将N缓冲层分为多个区域，其浓度由P+注入层至N‑漂移层方向递增。针对现有技术中SiC IGBT的dv/dt，di/dt噪音较强的问题，本发明提供的半导体结构将能够将关断瞬态过程中的耗尽区限制在漂移层内，有效避免了穿通效应的产生，从而大幅度地抑制dv/dt，di/dt噪音的产生，同时能够稳定功率损耗在合理的范围内。

技术领域

本发明涉及高压电力电子技术领域，尤其涉及一种抑制dv/dt，di/dt噪音产生的高压SiC IGBT的结构。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor—IGBT)，是一种由功率MOSFET和双极性晶体管组成的双极性器件，其结合了利于简化驱动的MOS栅极结构、并且具有导通损耗低、开关速度快的优异性能，在传统硅(Si)材料领域已发展较为成熟。碳化硅(Silicon Carbide,SiC)作为第三代宽禁带半导体材料，相比于硅材料，其具有10倍的击穿电场、3.3倍的热导率、2倍的饱和载流子漂移速度，被认为是制备高温、高频、高压器件的理想材料。近年来，高压SiC IGBT的研发成为电力电子器件领域的热点，其有望成为智能电网、高压直流输电、柔性交流输电等应用领域最具保障性的技术之一。

SiC IGBT简化图如图1所示，一方面由于碳化硅材料中杂质较高的离化能，P+注入层的不完全离化进一步降低了本征双极性晶体管的电流增益，从而造成关断过程抽取电流较高、N-漂移层中额外载流子抽取速度较快，使得开关瞬态过程加速；另一方面，由于碳化硅材料N-漂移层浓度较传统硅材料的高，其漂移区浓度为目前碳化硅高压器件的典型值1.2～2.2e14cm^-2，但是关断过程中漂移层中补充的载流子数量与N-漂移层掺杂浓度相对较低，从而造成其在关断瞬态过程被较快耗尽而出现穿通效应，使得耗尽层边界从低浓度的漂移层进入高掺杂浓度的N缓冲层后，其较高的载流子抽取速率会进一步地造成较高的电压、电流变化速率，即产生严重的dv/dt,di/dt噪声。电路中较高的dv/dt,di/dt噪声不仅造成电路的过压、过流冲击，还会增加系统额外损耗、降低电能利用效率，使器件开关特性与系统整体可靠性变差，严重危及电力电子系统长期工作稳定性，大大降低系统运行性能。

中国发明专利，公开号：CN109950302A，公开日：2019.06.28，公开了一种高压SiCIGBT的软穿通结构，属于基本电气元件领域。该结构通过外延生长两个区域或两个以上区域的缓冲层，并且其浓度从P+注入层至N-漂移层方向呈现递减趋势，但是其漂移区浓度为目前碳化硅高压器件的典型值～2e14cm^-2，其浓度决定的漂移层电压仍然较低，在关断瞬态过程还会产生强烈的穿通效应，因而这种结构对dv/dt，di/dt噪声的抑制效果极为有限，并且由于缓冲层厚度的增大，从而额外增加了正向压降而增大了功率损耗，因此，进一步限制了该结构的实际应用场合。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了抑制dv/dt，di/dt噪音产生的高压SiCIGBT的结构，本发明提供的半导体结构能够大幅度抑制漂移层穿通效应的影响，从而大幅度降低dv/dt，di/dt噪音的产生，同时稳定器件的功率损耗在合适的范围之内。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种抑制dv/dt，di/dt噪音产生的高压SiC IGBT的结构，其原胞结构纵向方向由下至上依次设置：与阳极电极上表面相接触的第一掺杂类型的P+注入层，第二掺杂类型的N缓冲层，第二掺杂类型的N-漂移层以及第二掺杂类型的电流扩展层(CSL)，与CSL上表面相接触的栅极氧化层；横向方向上，第二掺杂类型的电流扩展层(CSL)两侧设置有第一掺杂类型的P基区，P基区上表面形成反型层沟道，以及与阴极电极相接触的第二掺杂类型的N+源区。