六代IGBT设计和制造技术的发展概况

2014-03-19 12:01

来源：中国电力电子产业网

　　IGBT技术改进的追求目标及效果分析

　　1，减小通态压降。达到增加电流密度、降低通态功率损耗的目的。

　　2，降低开关时间，特别是关断时间。达到提高应用时使用频率、降低开关损耗的目的。

　　3，组成IGBT的大量“原胞”在工作时是并联运行，要求每个原胞在工作温度允许范围内

　　温度变化时保持压降一致，达到均流目的。否则会造成IGBT器件因个别原胞过流损坏而损坏。

　　4，提高断态耐压水平，以满足应用需要。

　　上表列出数据表明：

　　1，在同样工作电流下芯片面积、通态饱和压降、功率损耗逐代下降。关断时间也是逐代下降。而且下降幅度很大。达到了增加电流密度、降低功率损耗的目的。

　　2，表上列出的“断态电压”即是Vceo，发射极和集电极之间耐压。这是应用需要提出的越来越高的要求，

　　采取了哪些技术改进措施

　　在硅晶片上做文章，有很多新技术、新工艺。IGBT技术改进措施主要有下面几个方面：

　　1，为了提高工作频率降低关断时间，第一代、第二代早期产品曾采用过“辐照”手段，但却有增加通态压降(会增加通态功耗)的反作用危险。

　　2，第一代与第二代由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”，造成各IGBT原胞通态压降不一致，不利于并联运行，因此当时的IGBT电流做不大。此问题在第四代产品中采用了“透明集电区技术”，产生正温度系数效果后基本解决了，保证了(四)3中目标的实现。

　　3，第二代产品采用“电场中止技术”，增加一个“缓冲层”，这样可以用较薄的晶片实现相同的耐压(击穿电压)。因为晶片越薄，,饱和压降越小，导通功耗越低。此技术往往在耐压较高的IGBT上运用效果明显。耐压较低的如几百伏的IGBT产品，晶片本来就薄，再减薄到如100到150微米的话，加工过程极容易损坏晶片。

　　4，第三代产品是把前两代平面绝缘栅设计改为沟槽栅结构，即在晶片表面栅极位置垂直刻槽深入晶片制成绝缘栅。栅极面积加大但占用晶片位置减小，增加了栅极密度。工作时增强了电流导通能力，降低了导通压降。

　　5，第四代非穿通型IGBT(NPT)产品不再采用“外延”技术，代之以“硼离子注入”方法生成集电极，这就是(五)2中提到的“透明集电区技术”。除已提到的产生正温度系数、便于并联运行的功能外，主要还有：