[发明专利]一种具有两种导电模式的超结MOSFET

说明书

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种具有两种导电模式的超结MOSFET。与传统超结MOSFET相比，本发明器件采用介质隔离层将器件沿超结的纵向分界线分为两部分，N型漂移区一侧为普通超结MOSFET的导电模式，为单极性导电，没有开启电压，但是在大电流下导通电阻高，而P型漂移区一侧为一个栅控肖克来二极管导电模式，为双极型导电，有0.7V的开启电压，但大电流下导通电阻低。因此与普通超结MOSFET相比较，导通电阻在大电流时下降。器件反向导通时，由于P型漂移区未参与导通，并且P型漂移区一侧的器件P+短路区未参与导电，因此降低了器件的反向恢复电荷。本发明的有益成果：大电流下导通电阻降低，反向恢复电荷减小。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种具有两种导通模式的超结MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,绝缘栅金属场效应晶体管)。

背景技术

在一些应用情况下，需要功率器件具有单向耐压、双向导电的能力。超结MOSFET满足这一要求，其逆向导通时利用体二极管导通。但超结MOSFET体二极管导通时，由于PN结面积大，因此导通时注入载流子多，导致超结MOSFET的反向恢复电荷大。并且由于超结MOSFET是单极型器件，其导通电阻随电压等级增加而急剧增大。双极型器件如绝缘栅双极型晶体管由于正向导通时体内发生电导调制效应，因此其正向导通压降较低，但是由于存在正向导通开启电压，因此在较小正向导通电流下，其导通优势并不明显，并且其一般不具备逆向导通能力。

发明内容

本发明的目的，就是针对超结MOSFET反向恢复电荷大，以及大电流下导通电阻大的问题，提出一种具有两种导通模式的超结MOSFET。

本发明的技术方案：一种具有两种导电模式的超结MOSFET，其元胞包括阳极结构、耐压层结构、阴极结构和栅极结构以及绝缘介质结构，其中漂移区位于阳极结构之上，阴极结构和栅极结构位于耐压层结构之上，绝缘介质结构垂直插入阳极结构、耐压层结构以及阴极结构的中间。所述阴极结构包括位于耐压层结构上表面的N型载流子存储层6，所述N型载流子存储层6上表面具有P型阱区8，所述P型阱区8上表面具有N+阴极区10和P+体接触区9，且N+阴极区10与绝缘层11接触，N+阴极区10位于P+体接触区9两侧，N+阴极区10 和P+体接触区9的共同引出端为阴极E；所述栅极结构为沟槽栅，所述沟槽栅由绝缘介质11 和位于绝缘介质11之中的导电材料12构成；所述导电材料12的引出端为器件的栅极G；所述沟槽栅从表面垂直穿过P型阱区8和N型载流子存储层6，沟槽栅的侧面与N型载流子存储层6、P型阱区8以及N+型阴极区10的侧面接触。所述耐压层结构包括N型漂移区4以及P型漂移区5，所述P型漂移区5与N型漂移区4间隔分布，所述P型漂移区5以及N型漂移区4的上表面与与沟槽栅的下表面及侧面以及N型载流子存储层6下表面接触，所述P 型漂移区5与N型漂移区4组成超结结构。所述阳极结构包括P+阳极区2、N+阳极区1和N 型缓冲层3，所述N型缓冲层3的上表面与耐压层相连接，所述P+阳极区2以及N+阳极区1 的上表面与N型缓冲层3相连接，所述P+阳极区2位于P型漂移区5一侧，且横向宽度大于等于P型漂移区5的横向宽度，所述N+集电极区1位于N型漂移区4一侧，且横向宽度小于等于P型漂移区5的横向宽度。所述P+集电极区2以及N+阳极区1的共同引出端为阳极 C。所述绝缘介质结构包括绝缘介质7。绝缘介质7位于N型漂移区4以及P型漂移区5垂直分界线处，并沿着的垂直分界线处向上依次穿过N型载流子存储层6、P型阱区8以及P+ 体接触区9，同时沿着的垂直分界线处向下穿过N型缓冲层3，其下表面与P+阳极区2接触。

在正向导通时，当阳极电压较低时，器件工作在单极型导电模式，随着阳极电压升高，器件工作在单极型及双极型共存的导电模式，从而具有两种导电模式。

本发明的有益效果为，本发明的具有两种导通模式的超结MOSFET降低了反向恢复电荷，并且降低了正向导通电阻。

附图说明

图1是本发明的具有两种导通模式的超结MOSFET示意图；