RC-IGBT的结构、工作原理及优势

以下文章来源于海信功率半导体

RC-IGBT的结构

因为IGBT大部分应用场景都是感性负载，在IGBT关断的时候，感性负载会产生很大的反向电流，IGBT不能反向导通，需要在IGBT的两端并联一个快速恢复二极管（FRD）来续流反向电流，这导致传统IGBT模块体积较大，难以满足当今市场对大功率、小型化功率器件及模块产品的迫切需求。为了解决上述问题，一种将“IGBT和FRD的功能集成至同一芯片”的新型IGBT器件成为了各大厂商研究的重点，这种集成FRD的IGBT被称为逆导型IGBT（RC-IGBT）。RC-IGBT因为需要集成二极管，芯片背面需要引入二极管通路。从设计或工艺的角度看，就是要在IGBT背面的P+集电极区中制作部分N+掺杂区，作为FRD的阴极，这样的结构同时拥有正向和反向导通能力，如图1所示。

图1 IGBT、FRD和RC-IGBT的示意图

RC-IGBT的工作原理

正向导电时，栅极电压VGE超过阈值电压，集电极电压VCE超过开启电压，IGBT导通，IGBT发射极N+区通过沟道向N-漂移区注入电子，背面P+集电极区向N-漂移区注入空穴，形成一个电流从集电极（背面）流向发射极（正面）的导电通路。

反向导电时，栅极电压低于阈值电压，发射极电压VEC超过开启电压，内集成二极管开始工作并导通，正面的P阱作为二极管阳极向N-漂移区注入空穴，背面的N+掺杂区作为阴极向N-漂移区注入电子，形成一个电流从发射极（正面）流向集电极（背面）的导电通路。

RC-IGBT的技术优势

RC-IGBT相较IGBT+FRD的技术优势如图2所示。

图2 RC-IGBT的技术优势

优势1：减小芯片尺寸，简化封装，提升功率密度

●IGBT&FRD器件共用终端，减小芯片总面积

●芯片数量减小一半，节省封装键合成本

●总芯片面积缩减，封装尺寸减小，提升功率密度

优势2：降低结温波动，提升可靠性

●器件产生的热量合成一个热源，散热途径一致

●可大幅降低芯片的结温波动，提升器件可靠性

优势3：降低热阻，提高散热效率，降低工作结温

●单颗芯片面积增大，热阻降低，利于散热

●芯片散热面积增大，利于降低实际工作结温