本发明涉及功率半导体器件，特别涉及一种具有自适应浮空分裂栅igbt的器件。
背景技术：
1、电力电子技术是国家安全领域和国民经济的重要支撑技术，它将一种形式的电能高效地转换成另外一种形式的电能，从而应用于各种场合；同时，它还是实现节能环保和提高国民生活水平的重要技术手段，在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着决定性作用。电子电力技术中的核心元器件就是功率半导体器件，而绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)作为最重要的功率半导体器件之一，它兼具了高工作频率和低导通压降的优点。随着电能应用形式的多样化，人们对功率器件的要求也越来越高，主要体现在功耗和可靠性两个方面。对于igbt等少子功率器件而言，由于动态功耗与静态功率之间需要折中考虑，其主流技术一般围绕着优化导通压降与关断损耗之间的折中关系。此外，当igbt快速开启时，其开启损耗可以降低，但是会产生明显的电磁干扰(electromagnetic interference，emi)噪声。
2、绝缘栅双极晶体管是在20世纪80年代发展起来的，为双极功率晶体管提供了一种优越的替代品。igbt是功率mosfet-双极晶体管的集成，它结合了mosfet和双极晶体管的物理特性，将栅极驱动信号用于集成器件配置，应用于功率mosfet结构，提供了紧凑、低成本的栅极驱动电路的优点，使得高输入阻抗、电压控制的操作成为可能。近年来，igbt已经在轨道交通、智能电网、绿色能源等领域的高速发展，由于其电压容忍能力高、输入阻抗高、开关速度快、电流密度大、饱和压降低等优势，更是已经成为了中高功率电力电子领域的主流功率开关器件之一；为了提高电力系统的效率，igbt的发展继续以提高可靠性和减少损耗为目标。
3、在传统的igbt结构中，较高的通态空穴密度通常会导致较低的导通压降。然而，这也会导致较高的开关损耗。因此，设计igbt时，有一个重要考虑因素是在导通压降与开关损耗之间取得良好的折中关系。在igbt的高功率应用中，较小的栅极驱动电阻rg可以加速开通和关断过程，但也会导致高电磁干扰(emi)噪声。为了实现低emi噪声，并改善导通压降与开关损耗的折中关系，则需要降低igbt器件的米勒电容cgc。
4、目前，对传统的载流子存储型igbt(cstbt)，一般采用沟槽屏蔽栅结构，通过沟槽栅极和沟槽发射极相邻的组合来减小栅极与集电极的交叠面积，从而实现米勒电容的降低。但对于米勒电容的降低依旧有限。另外，分裂栅结构的采用是降低米勒电容的又一常用手段，然而，接地的分裂栅会使导通压降von升高，最终导致导通损耗增加。其次，采用不同结构的浮空p-base区结构也是降低米勒电容的有益手段之一，拥有浮空p-base区结构的igbt的米勒电容相当于多个电容相串联，使得米勒电容进一步降低，但是，在开启过程中，fd-igbt的浮空p-base区会收集大量的空穴而使其电位抬升，所以在浮空p-base区与栅极之间会形成较大的位移电流，并且该位移电流也可以给栅电容充电，该位移电流的存在使得栅电阻对开启过程中igbt的d i/dt和d v/dt的控制变弱。也就是说，开启损耗与emi噪声之间的折中关系变的很差。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、安全可靠的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，包括从下至上依次层叠设置的金属集电极、p+半导体集电区、fs截止区、n-漂移区，所述n-漂移区的顶层两侧对称设置两个第一p-body区，每个第一p-body区的顶层均设置一个金属发射极，每个第一p-body区的顶层与金属发射极之间均具有一个p+基区和一个n+发射区，且n+发射区位于p+基区内侧；所述n-漂移区顶层中间设有内凹沟槽，第三栅极结构沿器件水平方向横置于内凹沟槽中，所述第三栅极结构包括第三栅电极、包裹在第三栅电极底部和四周的第一氧化层，两个第一p-body区之间的区域两侧对称设有两个第二栅极结构，两个第二栅极结构沿器件垂直方向对称设于内凹沟槽上部两侧，每个第二栅极结构均包括第二栅电极和包裹在第二栅电极外部的第二氧化层，两个第二栅极结构之间设有顶部p-jeft结构，顶部p-jeft结构顶部设有第一栅电极；所述第一栅电极、第二栅电极、第三栅电极形成分裂栅结构，第二栅电极、第二氧化层、第三栅电极、第一氧化层形成浮空栅结构。
3、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，所述顶部p-jeft结构包括n+半导体区、第二p-body区和第三氧化层，所述第二p-body区整体呈t字形，第二p-body区整体插设于两个第二栅极结构之间，第二p-body区顶层中间设有n+半导体区，n+半导体两侧对称设置两个第三氧化层，所述第一栅电极跨接在n+半导体和其两侧的两个第三氧化层上；所述第二p-body区通过金属发射极分别与n+发射区和p+基区短接，第二p-body区底部与第三栅电极直接接触。
4、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，两个第二氧化层外侧面与对应的n+发射区和第一p-body区相接触，两个第二氧化层内侧面分别与第二p-body区下部左右两侧面相接触，两个第二氧化层底面与n-漂移区、第三栅电极顶部、第一氧化层相接触。
5、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，所述金属发射极底部与n+发射区顶部、p+基区顶部、第二氧化层顶部相接触，金属发射极内侧面与第二p-body区上部外侧、第三氧化层外侧相接触。
6、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，两个第二栅极结构的宽度和深度保持一致。
7、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，两个第三氧化层的宽度和深度保持一致。
8、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，两个第一p-body区的宽度和深度保持一致。
9、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，对称设置的两个p+基区具有相同的宽度和深度。
10、上述具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，对称设置的两个n+发射区具有相同的宽度和深度。
11、本发明的有益效果在于：
12、1、本发明通过在沟槽内部引入分裂栅(split gate)和p型结型场效应晶体管(p-jfet)。在导通时分裂栅处于浮空状态，从而保证较好的注入增强效应，使导通压降von保持不变。在瞬态开通时，由于该结构具有较小的栅极-集电极交叠面积，并且表现出良好的开关速度。
13、2、本发明在瞬态开通时，栅极电压逐渐上升，p-jfet沟道逐渐被夹断，则分裂栅的电位会自动调整为浮空状态，这充分减小了栅极氧化层电容cgc_ox进而减小密勒电容cgc，最终降低开通损耗eon。在器件关断时，p-jfet沟道打开，然后分裂栅的电位会自动调整为与发射极一致，使得cgc_ox转化为集电极-发射极电容cce，所以可以获得更小的关断损耗。
14、3、本发明所提出的结构在阻断时浮空栅极与发射极相连，因此与传统载流子存储型igbt(cstbt)相比，表现出更低栅极电场强度，从而很好地保护了栅极。
1.一种具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，包括从下至上依次层叠设置的金属集电极、p+半导体集电区、fs截止区、n-漂移区，所述n-漂移区的顶层两侧对称设置两个第一p-body区，其特征在于：每个第一p-body区的顶层均设置一个金属发射极，每个第一p-body区的顶层与金属发射极之间均具有一个p+基区和一个n+发射区，且n+发射区位于p+基区内侧；所述n-漂移区顶层中间设有内凹沟槽，第三栅极结构沿器件水平方向横置于内凹沟槽中，所述第三栅极结构包括第三栅电极、包裹在第三栅电极底部和四周的第一氧化层，两个第一p-body区之间的区域两侧对称设有两个第二栅极结构，两个第二栅极结构沿器件垂直方向对称设于内凹沟槽上部两侧，每个第二栅极结构均包括第二栅电极和包裹在第二栅电极外部的第二氧化层，两个第二栅极结构之间设有顶部p-jeft结构，顶部p-jeft结构顶部设有第一栅电极；所述第一栅电极、第二栅电极、第三栅电极形成分裂栅结构，第二栅电极、第二氧化层、第三栅电极、第一氧化层形成浮空栅结构。
2.根据权利要求1所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：所述顶部p-jeft结构包括n+半导体区、第二p-body区和第三氧化层，所述第二p-body区整体呈t字形，第二p-body区整体插设于两个第二栅极结构之间，第二p-body区顶层中间设有n+半导体区，n+半导体两侧对称设置两个第三氧化层，所述第一栅电极跨接在n+半导体和其两侧的两个第三氧化层上；所述第二p-body区通过金属发射极分别与n+发射区和p+基区短接，第二p-body区底部与第三栅电极直接接触。
3.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：两个第二氧化层外侧面与对应的n+发射区和第一p-body区相接触，两个第二氧化层内侧面分别与第二p-body区下部左右两侧面相接触，两个第二氧化层底面与n-漂移区、第三栅电极顶部、第一氧化层相接触。
4.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：所述金属发射极底部与n+发射区顶部、p+基区顶部、第二氧化层顶部相接触，金属发射极内侧面与第二p-body区上部外侧、第三氧化层外侧相接触。
5.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：两个第二栅极结构的宽度和深度保持一致。
6.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：两个第三氧化层的宽度和深度保持一致。
7.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：两个第一p-body区的宽度和深度保持一致。
8.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：对称设置的两个p+基区具有相同的宽度和深度。
9.根据权利要求2所述的具有自适应浮空分裂栅igbt的器件，其特征在于：对称设置的两个n+发射区具有相同的宽度和深度。
