P型碳化硅衬底一般用于制作功率器件，比如绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulate-GateBipolarTransistor）。

IGBT=MOSFET+BJT，是一个非通即断的开关。MOSFET=IGFET(金属氧化物半导体场效应管，或者绝缘栅型场效应晶体管)。BJT(BipolarJunctionTransistor，双极结型晶体管，也称为三极管)，双极的意思是工作时有电子和空穴两种载流子参与导电过程，一般就是有PN结参与导电。

看个简单的例子，看上半部分：gate+emitter+N完全是一个垂直型的MOSFET的结构，但是底部加了P型半导体而形成了PNP型的BJT。

通电原理同样分为两个部分：

1.栅极加电压，由此上半部分导通，整个器件从上到下转化为NP结构。

2.集电极加电压，由此下半部分导通，PN结的正常导通。

最后，电流从集电极到发射极，但是因为有PN结的存在，其中有电子导电也有空穴导电。

举几个示例。

在上面的结构上接上导线，就可以作为IGBT单管了。外形与MSOFET类似，毕竟也是作为开关。

如果几个IGBT放在一起，或者和别的器件放在一起，就可以作为IGBT模块。

IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。

碳化硅IGBT的发展如下图所示：

从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：

1）纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型、FS电场截止型；

2）栅极结构：平面栅结构、Trench沟槽型结构；

3）衬底：外延生长技术、类型。

为了继承N型衬底的MOSFET的结构，所以需要P型碳化硅衬底生长IGBT。P型碳化硅衬底一般指Al掺杂的碳化硅衬底。Al是+3价的，取代了SiC中的部分+4价的Si，形成Al和一个+1价的空穴。空穴，就是P型半导体。除了Al之外，其他三价元素也会被用作P型掺杂，包括B、Ga、In等。在碳化硅中掺杂氮、磷可以形成n型半导体，而掺杂铝、硼、镓、铍形成P型半导体。掺杂铝的碳化硅是II型半导体，但掺杂硼的碳化硅则是I型半导体，异质结类型如下所示：Ⅰ型异质结：小的禁带包于大的禁带中；Ⅰ’型异质结：两个禁带相交；Ⅱ型异质结：两个禁带错开。

但是，现阶段P型碳化硅衬底并不实用，原因在于电阻率很大，在mΩ·cm。而常见的N型碳化硅衬底电阻率在15-30mΩ·cm，或者低于10mΩ·cm。

高的电阻率，是因为Al掺杂的困难。

1.Al源的选择

Al直接混合在碳化硅中，在生长初期就会耗尽，形成缺陷。但是如果通过外加加热系统加热Al3C4，再通过He气输送，Al的掺杂浓度难以控制。通过该方法可以得到浓度10^20cm-3的mΩ·cm的P型碳化硅衬底。Al(CH3)3，三甲基铝，简称TMA，会与石墨反应，生成聚集物堵塞管道。但是，外延生长P型碳化硅层还是会用H2作为载气来制备。

2.浓度

常规N掺杂3×10^19cm-3一般就会产生层错。N/Al共掺杂，可以N产生层错的临界值提升至8.8×10^19cm-3。通过该方法可以得到N浓度3.5×10^19cm-3、Al浓度9×10^18cm-3的7.3mΩ·cm的N型碳化硅衬底，载流子迁移率为2.8×10^19cm-3。

参考文献

一种碳化硅器件用离子注入来形成高掺杂的制造方法与流程

小科普｜一文看懂IGBT

零基础一文看懂IGBT芯片是如何工作的

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