一種新型無電壓折回現(xiàn)象的超結逆導型IGBT

吳 毅，夏 云，劉 超，陳萬軍

（電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，成都 610054）

1 引言

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是20 世紀80 年代發(fā)展起來的一種電壓控制雙極型復合器件，廣泛應用于中大功率電力變換領域［1-2］。在大部分應用IGBT 的電路中，需要給IGBT 反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管來實現(xiàn)反向導通。未并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT 在反向工作模式下等效于開基區(qū)PNP 晶體管，沒有反向導通能力［3］。

為使IGBT 具有反向導通能力，逆導型IGBT（RC-IGBT）被提出，其通過在IGBT 背面的P+集電極區(qū)引入部分N+區(qū)，在IGBT 體內集成續(xù)流二極管。RC-IGBT 不僅實現(xiàn)了逆導能力，而且可以減少引線帶來的寄生電感并減小系統(tǒng)體積，因此被廣泛應用［4-5］。但是傳統(tǒng)的逆導型IGBT 在正向導通時往往存在電壓折回現(xiàn)象。這是由于RC-IGBT 引入的集電極N+區(qū)會使器件在集電極電壓低時工作在單極型導通模式，隨著集電極電壓的增大，器件才進入雙極型導通模式。從單極型導通向雙極型導通模式轉換時，由于電阻的下降，電壓發(fā)生折回現(xiàn)象［6］，這不僅影響器件導通功耗，也不利于器件串并聯(lián)應用。因此抑制折回現(xiàn)象在RC-IGBT 的設計中尤為重要［7-8］，增加漂移區(qū)濃度，增大集電極P+區(qū)域與集電極N+區(qū)域長度比例可以改善折回現(xiàn)象［9］。

傳統(tǒng)超結RC-IGBT（Conv-SJ-RC-IGBT）在傳統(tǒng)RC-IGBT 的漂移區(qū)內引入了交替的P/N 柱超結結構［9］，與傳統(tǒng)RC-IGBT 結構相比，超結RC-IGBT 的漂移區(qū)濃度極大地提高了，因此器件的折回現(xiàn)象得到了明顯改善［8］。但是集電極P+區(qū)域與集電極N+區(qū)域的長度比例對器件折回現(xiàn)象的影響依舊存在。……