[发明专利]一种混合型载流子控制器件

说明书

本发明提供了一种混合型载流子控制器件，属于功率半导体技术领域。包括主要工作单元以及至少一个耗尽型PMOS结构；所述主要工作单元和所述耗尽型PMOS结构分别设置在MOS栅控晶闸管两端；所述主要工作单元包括栅控区以及晶闸管区，所述栅控区、耗尽型PMOS区以及晶闸管区从上而下设置，各所述耗尽型PMOS结构以相邻的形式并列设置。本发明解决了现有栅控晶闸管导通压降与关断损耗折衷关系差、抗电磁干扰能力弱、实用性差的问题。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，尤其涉及一种混合型载流子控制器件。

背景技术

常规的MCT是将MOSFET结构与晶闸管结构简单结合在一起，形成的复合型器件。由于MOS栅绝缘层的电阻非常高，使得器件输入功率非常小，栅极驱动电路简单，开关速度变快。而晶闸管器件具有极低的导通压降和较强的高电流负载能力。因此，将MOS管与晶闸管结合在一起的MCT器件，有效改善常规晶闸管的可控性问题，且电流负载能力增大。但是这样的简单组合，使得器件关断时的损耗很大。为了降低关断损耗，提升器件性能，阳极短路型MCT(AS-MCT)和阴极短路型MCT(CS-MCT)器件被提出，AS-MCT的结构底部由交替的P+掺杂和N+掺杂区域组成器件的阳极，这样形成的结构与PNP管基区短接，关断时，器件中存在的过剩载流子可以直接通过底部的N+掺杂区域进入阳极，而不需要经过阳极的P+掺杂区域，这使得器件的关断速度加快，缩短了关断时间。CS-MCT结构则是在器件的阴极区域增加了P+型掺杂，使得器件的阴极与NPN管的基区短接，形成载流子沟道，关断时为空穴的抽走提供通道，且抑制NPN管的增益，破坏晶闸管的正反馈机制，这样的短路型结构具有常关断的功能，大大简化了栅极驱动电路，减少了器件关断时间。

后续随着IGBT器件的发展，且由于MCT器件的主体结构与IGBT器件结构相似，因此MCT器件与IGBT器件之间相互借鉴，已成为当前优化MCT器件的重要手段之一。目前研究比较热门的RC-IGBT器件、CIGBT器件，就是将晶闸管与IGBT结合在一起，利用各自的优异特性，更好的控制开关过程，这样的新器件导通压降小，且关断时的过剩载流子也能快速流向阴极区域，加快关断速度，降低关断损耗。

由于栅控晶闸管器件在电能转换中起着至关重要的作用，但是在转换电能的过程中，栅控晶闸管本身也会消耗掉一部分能量，产生能量损耗，同时，器件本身关断时的速度太慢，拖尾电流太长，会降低整个系统的工作效率。另一方面，在电能转换系统中，不可避免的会使用到电容或电感元件，这使得系统中的寄生效应增多，系统工作稳定性无法得到保障。因此，为了解决上述问题，通过对常规结构进行优化，解决关断损耗大，抗电磁干扰能力弱的问题对于人们实际生活生产有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种混合型载流子控制器件，解决了现有晶闸管导通压降与关断损耗折衷关系差、抗电磁干扰能力弱、实用性差的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种混合型载流子控制器件，包括主要工作单元以及至少一个耗尽型PMOS结构；

所述主要工作单元包括栅控区以及晶闸管区，所述栅控区、耗尽型PMOS区以及晶闸管区从上而下设置，各所述耗尽型PMOS结构以相邻的形式并列设置。

本发明的有益效果是：本发明在常规晶闸管器件的基础上，利用掺杂浓度和面积都不相同的两个P型区域，另外在器件顶部右侧区域引入低掺杂的P型区域，形成耗尽型PMOS结构，实现对电子与空穴载流子进行控制的目的。本发明在开启时的导通压降小，抗电磁干扰能力强，本发明在关断时，能快速将器件内的过剩载流子抽走，本发明有效的解决了导通压降与关断损耗之间的矛盾关系，提高了器件在开启与关断时的性能。

进一步地，所述栅控区包括第一电极、第一绝缘材料、第二绝缘材料、第四电极、第四电极重掺杂欧姆接触区以及第四电极基区；

所述第一电极设置于所述第一绝缘材料内，所述第四电极基区设置于所述第四电极下端，所述第四电极重掺杂欧姆接触区设置于所述第四电极基区内，且位于所述第一绝缘材料的侧边。