低通态电压和饱和电流的沟槽绝缘栅双极晶体管（Trench Insulated Gate Bipolar Transistor，简称TIGBT）是一种功率半导体器件，具有集成齐纳二极管的独特设计。该器件在提高功率转换效率和可靠性方面展现出显著优势。
TIGBT相较于其平面型对应器件，具有更低的通态电压（Von）。在此基础上，引入重掺杂N型载流子存储层（N-layer）可以进一步降低通态电压。然而，随着N层掺杂剂量的增加，通态电压虽有所下降，但会严重影响器件的击穿电压（Breakdown Voltage，简称BV）。这意味着，虽然可以通过增加N层的掺杂量来降低通态电压，但必须在不显著降低击穿电压的前提下进行。
除此之外，为了提高器件在短路安全操作区域（Short-circuit Safe Operating Area，简称SCSOA）的性能，需要降低TIGBT的饱和电流。这可以通过钳制沟槽型nMOS的漏-源电压（VDS）来实现。然而，通过耗尽N层或自偏置的pMOS来钳制VDS会限制N层的掺杂量，进而限制了通态电压的进一步降低。
为了解决上述问题，本研究提出了一种新型TIGBT，其中集成了齐纳二极管。该设计能够自动钳制位于活性沟槽nMOS基区下方的载流子存储层的电位。在阻断状态下，载流子存储层的掺杂剂量可以尽可能高，从而降低通态电压而不影响击穿电压。在导通状态下，沟槽型nMOS的漏-源电压也被钳制，这有助于降低饱和电流。
根据模拟结果显示，对于1.2kV器件，与传统TIGBT相比，新型TIGBT的饱和电流和通态电压分别降低了42.8%和43.1%。该器件结构的显著特点是引入了埋藏的P层、表面N++层和表面P++层，这些层形成了一个集成的齐纳二极管。N++层通过浮动欧姆接触（Floating Ohmic Contact，简称FOC）与P阱相连接。
通过采用集成齐纳二极管的TIGBT设计，不仅可以提高载流子存储层的掺杂量（DNL），同时还可以降低饱和电流。集成齐纳二极管在器件中起到了钳制VDS的作用，从而达到了降低饱和电流和通态电压的目的。
上述研究论文所提出的具有集成齐纳二极管的TIGBT具有创新性，不仅改善了器件性能，而且在成本效益方面也进行了充分考虑。这项技术的发展可能对高功率半导体器件的应用产生重要的影响，特别是在工业驱动、电力转换和电动汽车等领域。由于TIGBT在这些应用中要求高性能和高可靠性，故研究并优化TIGBT的结构对推动功率器件技术的进步具有重大意义。
