不断发展中的IGBT技术概述.pdf

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1、第41卷第9期电力电子技术Vol.41,No.92007年9月PowerElectronicsSeptember,2007不断发展中的IGBT技术概述周文定,亢宝位（北京工业大学，北京100022）摘要:概述了自IGBT发明以来其主要结构和相应性能的改进，包括芯片集电结附近（下层）结构的改进（透明集电区），耐压层附近（中层）结构的改进（NPT，FS/SPT等）和近表层（上层）结构的改进（沟槽栅结构，注入增强结构等），以及由它们组合成的NPT-IGBT，TrenchIGBT，Trenchstop-IGBT，SPT，SP

2、T+，IEGT，HiGT，CSTBT等。关键词:半导体元器件；晶闸管；芯片/沟槽栅；绝缘栅双极晶体管中图分类号:TN32文献标识码:A文章编号:1000-100X（2007）09-0115-04TheSummaryonContinuousDevelopmentofIGBTTechnologyZHOUWen-ding，KANGBao-wei（BeijingUniversityofTechnology，Beijing100084，China）Abstract:Thispaperpresentsthedevelopment

3、ofIGBTtechnologysincethefirstIGBTconcepthasbeenintroduced.Itincludesthenewconcept，newstructureandrelevantimprovementofperformance，suchastransparentcollector，fieldstop，trenchgate，injectionenhancement，allofthesemakeupnewproductsofNPT-IGBT，Trenchstop-IGBT，SPT，SPT+

4、，CSTBT，IEGT，HiGTect.Keywords:semiconductordevice；thyristor；chip/trenchgate；insulatedgatebipoletransistorFoundationProject:SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina（No.60676049）1引言力电子技术的变革堪称是一场革命。IGBT自发明以来，其应用领域不断扩展。它不IGBT是一个工作原理复杂的集成功率半导体仅在工业应用中取代了MOSF

5、ET，GTR，甚至已扩展器件。结构上，IGBT几乎集成了半导体器件的所有到SCR，GTO占优势的大功率应用领域，还在消费基本结构，如二极管、BJT、结型场效应晶体管JFET，类电子应用中取代了双极性晶体管BJT，MOSFETMOSFET，SCR。IGBT的结构参数发生变化，将引起功率器件的许多应用领域。IGBT额定电压和额定电其性能发生相应的变化。工艺技术上，IGBT利用流所覆盖的输出容量已达到6MVA，商品化IGBT模MOS集成电路工艺进行大面积的功率集成，设计上块的最大额定电流已达到3.6kA，最高阻断电压为表现

6、为单元胞尺寸的缩小，并联集成的元胞数量越多，通态压降（导通损耗）逐渐减小。IGBT的工艺设6.5kV，并已成功应用在许多中、高压电力电子系统中。另一方面，由于IGBT具有电导调制效应，电流计尺寸规则已从5μm先进到0.5μm的亚微米工艺，密度比MOSFET的大，因而在同等容量下，其成本晶片加工已从"100mm发展到"200mm。比MOSFET的低。一种短拖尾电流，高频类600V2IGBT基本结构与主要发展方向IGBT分离器件已面世，其硬开关频率可达150kHz，2.1基本结构——PT-IGBT已进一步扩展到功率MOS

7、FET的应用领域。用高频图1示出已成熟投产的穿通型IGBT（PunchIGBT分离器件替代功率MOSFET具有成本低，可ThroughIGBT，简称PT-IGBT）的原理结构。靠性高的优势。由于MOSFET，IGBT是驱动功耗十分低的电压驱动型功率半导体开关器件，它们将进一步促进功率半导体集成技术（PIC，IPM等）的快速发展，进而易于与信息电子技术密切结合，由它们所引起的电基金项目:国家自然科学基金资助项目(60676049)定稿日期:2007-01-22图1平面型PT-IGBT基本结构与工作原理示意图作者简介:周

8、文定(1964-),男,博士研究生,研究方向IGBT器件及其应用技术推广。这里要特别指出：①理论上,发射极总电流由与115第41卷第9期电力电子技术Vol.41,No.92007年9月PowerElectronicsSeptember,2007工作电压和击穿电压下都穿通的n-区，属于重穿通，PIN二极管串联的MOSFET，pnp晶体管和pnpn