IGBT全稱為絕緣柵雙極型電晶體，它由絕緣柵型場效應管和雙極型三極體兩個部分組成，其兼具MOSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度快和 BJT通態電流大、導通壓降低、損耗小等優點，是功率半導體未來主要的發展方向之一。 GBT技術發展趨勢 從正面柵極結構上來看，其結構經歷了從平面柵向溝槽柵以及最新的微溝槽柵的演化，目前市場 主流的IGBT晶片以溝槽柵為主。柵極結構從平面向溝槽的發展有利於提高電流密度、降低導通 壓降、降低元胞尺並降低製造成本。 從體結構上來看，其經歷了從穿通型（PT，Punch Through）到非穿通型（NPT，Non-Punch Through）再到場截止型（FS，Field Stop）三代的演化。 通過不斷的技術疊代，IGBT晶片各項性能指標不斷優化。從最早的平面穿通型（PT）疊代至精細溝槽柵場截止型，IGBT晶片的各項技術指標如晶片面積、工藝線寬、導通壓降、 關斷時間和功率損耗等均得到了不斷優化。 穿通型（PT，Punch Through） PT是最初代的IGBT，它使用重摻雜的P+襯底作為起始層，在此之上依次生長N+ buffer，N- base外延，最後在外延層表面形成元胞結構。它因為截止時電場貫穿整個N-base區而得名。它工藝複雜，成本高，而且需要載流子壽命控制，飽和壓降呈負溫度係數，不利於並聯，雖然在上世紀80年代一度呼風喚雨，但在80年代後期逐漸被NPT取代，目前已歸隱江湖，不問世事，目前市面流通的IGBT產品幾乎沒有使用PT技術。 平面柵，非穿通結構(NPT) NPT-IGBT於1987年出山，很快在90年代成為江湖霸主。NPT與PT不同在於，它使用低摻雜的N-襯底作為起始層，先在N-漂移區的正面做成MOS結構，然後用研磨減薄工藝從背面減薄到 IGBT 電壓規格需要的厚度，再從背面用離子注入工藝形成P+ collector。在截止時電場沒有貫穿N-漂移區，因此稱為“非穿通”型IGBT。NPT不需要載流子壽命控制，但它的缺點在於，如果需要更高的電壓阻斷能力，勢必需要電阻率更高且更厚的N-漂移層，這意味著飽和導通電壓Vce(sat)也會隨之上升，從而大幅增加器件的損耗與溫升。因為N-漂移區厚度大大降低了，因此Vce(sat)相比PT大大減少。正溫度係數，利於並聯。 溝槽柵，場截止（Field Stop） 溝槽型IGBT中，電子溝道垂直於矽片表面，消除了JFET結構，增加了表面溝道密度，提高近表面載流子濃度，從而使性能更加優化。縱向結構方面，為了緩解阻斷電壓與飽和壓降之間的矛盾，英家於2000年推出了Field Stop IGBT，目標在於儘量減少漂移區厚度，從而降低飽和電壓。場截止（Field Stop）IGBT起始材料和NPT相同，都是低摻雜的N-襯底，不同在於FS IGBT背面多注入了一個N buffer層，它的摻雜濃度略高於N-襯底，因此可以迅速降低電場強度，使整體電場呈梯形，從而使所需的N-漂移區厚度大大減小。此外，N buffer還可以降低P發射極的發射效率，從而降低了關斷時的拖尾電流及損耗。 |
