一種具有雙向阻斷能力的，逆阻型IGBT(RB-IGBT

IGBT作為集MOS和BJT優點于一身的存在，在經歷了這些年的技術發展，從穿通型IGBT(PT-IGBT) 、非穿通型IGBT(NPT-IGBT)、溝道型IGBT 和場截止型IGBT(FS-IGBT)，到現在的超結IGBT(SJ-IGBT)，新結構層出不窮，并且正在向功率器件集成化和智能功率模塊方向發展。今天我們來聊一聊一種具有雙向阻斷能力的，逆阻型IGBT(RB-IGBT)。

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逆阻型IGBT簡介

一般情況下，常見的IGBT主要定義的是其正向阻斷電壓，而反向阻斷電壓一般不會在Datasheet中被提及到，這是因為IGBT通常會反并聯續流二極管，所以對實際應用并沒有什么不良影響，除了由于二極管換流造成的反向電壓過沖的場合外，IGBT的反向阻斷能力不是必需的。但是一些特殊的場合需要IGBT具有雙向阻斷能力，即正向阻斷能力和反向阻斷能力。

傳統的方式是將常規IGBT與一個可以耐高壓的二極管相串聯，但是，串聯的二極管引起通態壓降的增大，增加了損耗。而RB-IGBT是一種新型的IGBT，具有反向耐壓能力，相對于傳統串聯二極管的模式，減少器件的同時，還降低了通態壓降和損耗。兩種模式如下圖所示：

RB-IGBT

傳統IGBT串聯二極管

常規IGBT反向耐壓小的原因:

為了折中通態壓降Von和關斷損耗Eoff，一般都具有緩沖層以獲得更小的Von和Eoff，由于緩沖層和集電極層的摻雜濃度都很高，同時芯片邊緣由于晶格損傷和應力會引起較大的漏電流，所以普通IGBT不具備反向阻斷能力(一般只有40V左右)。

逆阻型絕緣柵雙極型晶體管(ＲB-IGBT)是一種新型的IGBT器件，它是將IGBT元胞結構與耐高壓的二極管元胞結構集成到同一個芯片上，采用傳統的非穿通型結構，同時在背面和側面做了改進，具備雙向阻斷能力。

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正向耐壓和反向耐壓

正向耐壓：

ＲB-IGBT除終端結構外和傳統的縱向NPT-IGBT基本相同，其有源區在正面，包括多晶硅柵極、n+發射區和p基區，然后有源區的下面是n-漂移區，最后是集電極。當集射極之間加正電壓時，由p-基區和n-漂移區形成的反偏PN結來承擔外部電壓，為了提高擊穿電壓和抑制閂鎖，往往會將發射極的n+源區和p-基區短接。在正向阻斷時，為了提高擊穿電壓和抑制閂鎖，一定的終端技術是必要的，比較常見的有兩種：在p-基區旁加浮空場環和場板技術，其他的技術還包括結終端擴展、斜角邊緣終端技術等。下圖是加浮空場環的情況：

雖然方法不同，但都是為了防止電場的局部集中而在終端區域發生雪崩擊穿。由于比較厚的n-漂移區和出色的正面終端，使得器件具有很高的正向耐壓能力。

反向耐壓

NPT-IGBT 結構雖然沒有緩沖層，但是它的反向阻斷能力依然很差，因為芯片的尺寸是有限的，在切割芯片時，如果切割線穿過了承受高壓的pn結，晶格損傷和應力會引起很大的反向漏電流，導致擊穿電壓和長期穩定性的降低。早期的反向終端采用的是臺面刻蝕技術，通過重摻雜(p+)的集電極和低摻雜(n-) 的漂移區形成的pn結和深槽的正斜角來阻斷反向電壓，這種深溝槽將有晶格損傷的表面隔離，因而沒有形成很大的漏電流?？傊?，RB-IGBT是在NPT-IGBT的基礎上，通過特有的終端技術和摻雜技術來，減小漏電流，同時形成反偏的PN結來提高擊穿電壓，相當于串聯了一個耐高壓的二極管，使得IGBT具有反向耐壓能力。都是利用PN結來隔離晶格損傷的表面。

反向耐壓時的一種終端結構(擴散結隔離終端)

常見的RB-IGBT的隔離技術：

①臺面刻蝕隔離(物理刻蝕隔離)

②擴散隔離技術(PN結隔離)

③溝槽隔離技術(PN結隔離)

④V(凹)槽隔離技術(PN結隔離)

⑤混合隔離技術(擴散和凹槽刻蝕相結合，PN結隔離)

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部分電特性

電子輻射減少載流子壽命

RB-IGBT具備雙向阻斷能力，應用在電路中需要兩個器件反向并聯，在關斷的時候，需要有快恢復二極管的工作方式。由于RB-IGBT采用的是NPT-IGBT結構，所以，n-漂移區的載流子壽命相對較高，工作在FRD關斷時，具有很大的dI/dt和較長的拖尾電流，造成較大的損耗，為了克服這個問題，一般需要電子輻照來減小載流子的壽命。雖然增大電子輻射劑量，可以減小關斷損耗E(off)和反向恢復損耗E(rec)，但是同時增大大通態壓降，而造成通態損耗的增加，故需要注意輻照劑量的控制。

柵電壓的影響

加柵壓和不加柵壓下的反向漏電流和擊穿電壓的對比，可見，加柵壓，可以有效地減小反向漏電流，增大反向耐壓。