一种新型的集电极侧注入增强型反向导通IGBT集成Si/SiGe异质结二极管，用于提升短路性能

《Micro and Nanostructures》：A Novel Collector-side Injection-Enhanced Reverse-Conducting IGBT integrated Si/SiGe Heterojunction Diode for Increased Short-circuit Property

Si/SiGe异质结发射极的集电极侧注入增强型反向导通IGBT（HCIE-RC-IGBT）通过高掺杂SiGe区域降低空穴传输有效电阻，使短路耐受时间从5.7μs提升至15.9μs，同时保持正向导通、阻断能力和开关特性。

　　

作者：林泽顺（Zeshun Lin）| 陈文硕（Wensuo Chen）

作者来自中国重庆大学电气工程学院的电力传输设备技术国家重点实验室，重庆 400044

摘要

本文提出了一种新型的集电极侧注入增强型反向导通IGBT（HCIE-RC-IGBT），该器件在发射极侧采用了高掺杂的P+ SiGe区域。与传统CIE-RC-IGBT相比，P+ SiGe区域更高的掺杂浓度和更强的载流子迁移率降低了空穴传输的有效电阻，从而延长了短路耐受时间（tsc）。Sentaurus TCAD仿真结果显示，在保持几乎相同的前向导通特性、阻断能力以及反向特性情况下，HCIE-RC-IGBT在300 K时的短路耐受时间从5.7 μs提升至15.9 μs，显著提高了其短路耐受能力。

部分内容摘录

引言

反向导通绝缘栅双极晶体管（RC-IGBT）是一种高压功率半导体器件，它将IGBT和续流二极管集成在单个芯片上，实现了正向和反向导通，从而提高了功率密度，并实现了单位封装面积下的更高功率[1]、[2]。与传统IGBT/二极管组合方案相比，RC-IGBT不仅节省了芯片面积，还提升了系统可靠性[3]、[4]、[5]、[6]。

RC-IGBT中集成的二极管起到了关键作用

器件结构与仿真设置

图1展示了CIE-RC-IGBT以及所提出的集成Si/SiGe异质结（HCIE-RC-IGBT）的电路结构。选择了一种浓度为5 × 10¹³ cm^-3、厚度为90 μm的n型Si薄膜，以确保阻断电压超过1.2 kV。仿真中使用的其他详细器件参数见表Ⅰ。从结构上看，HCIE-RC-IGBT将发射极侧的P+层替换为高掺杂的SiGe材料，从而实现了

仿真结果与讨论

采用Sentaurus TCAD进行仿真分析。考虑了以下模型：带隙缩窄模型、Shockley-Reed-Hall复合模型、Auger复合模型以及高场诱导的载流子速度饱和模型。

图3（c）表明，虽然增加CIE-RC-IGBT的P+发射极掺杂浓度（Npe）会略微降低反向导通能力（改善了3.6%），但显著增加了反向恢复电荷（恶化了76%）。图4（a）和（b）展示了

结论

本文提出了一种新型的CIE-RC-IGBT，通过在发射极P+区域替换为SiGe材料，实现了Si/SiGe异质结二极管（HCIE-RC-IGBT）的集成。这种结构通过引入低注入量的Si/SiGe异质结二极管，有效抑制了来自体二极管的少数载流子注入，从而改善了反向导通过程中的载流子分布。同时，Si/SiGe异质结二极管的低注入效应确保了相对较高的

CRediT作者贡献声明

陈文硕（Wensuo Chen）：负责撰写、审稿与编辑、资料整理以及概念构思。林泽顺（Zeshun Lin）：负责撰写初稿、软件开发、方法设计及实验研究

未引用的参考文献

[4]、[5]、[12]、[18]、[23]、[26]。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究工作的已知财务利益或个人关系。

数据可用性

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