IGBT芯片簡史（一）

發(fā)布時間：2022-03-18作者來源：薩科微瀏覽：2086

話說公元2018年，IGBT江湖驚現(xiàn)第六代和第七代的[敏感詞]，一時風頭無兩，各路吃瓜群眾紛紛猜測二位英雄的出身來歷。不禁有好事者梳理了一下英家這些年，獨領風騷的數(shù)代當家[敏感詞]，分別是：

呃，好像分不清這都誰是誰?

呃，雖然這些IGBT“[敏感詞]”表面看起來都一樣，但都是悶騷型的。只能脫了衣服，做個“芯”臟手術。。。

像這樣，在芯片上，橫著切一刀看看。

好像，有點不一樣了。。。

故事，就從這兒說起吧。。。

史前時代-PT

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，最后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(qū)而得名。它工藝復雜，成本高，而且需要載流子壽命控制，飽和壓降呈負溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)，雖然在上世紀80年代一度呼風喚雨，但在80年代后期逐漸被NPT取代，目前已歸隱江湖，不問世事，英飛凌目前所有的IGBT產品均不使用PT技術。

初代盟主-IGBT2

特征：

平面柵，非穿通結構(NPT)

NPT-IGBT于1987年出山，很快在90年代成為江湖霸主。NPT與PT不同在于，它使用低摻雜的N-襯底作為起始層，先在N-漂移區(qū)的正面做成MOS結構，然后用研磨減薄工藝從背面減薄到 IGBT 電壓規(guī)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(qū)，因此稱為“非穿通”型IGBT。NPT不需要載流子壽命控制，但它的缺點在于，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。

技能：

低飽和壓降，正溫度系數(shù)，

125℃工作結溫，高魯棒性

因為N-漂移區(qū)厚度大大降低了，因此Vce(sat)相比PT大大減少。正溫度系數(shù)，利于并聯(lián)。

名號：

DLC，KF2C，S4…

等等，好像混進了什么奇怪的東西！

沒寫錯！S4真的不是IGBT4，它是根正苗紅的IGBT2，適用于高頻開關應用，硬開關工作頻率可達40kHz。這一明星產品，至今銷路仍然不錯。

性能飛躍-IGBT3

特征：

溝槽柵，場截止（Field Stop）

IGBT3的出現(xiàn)，又在IGBT江湖上掀起了一場巨大的變革。IGBT3的元胞結構從平面型變成了溝槽型。溝槽型IGBT中，電子溝道垂直于硅片表面，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(yōu)化。若想對平面柵與溝槽柵技術的區(qū)別有更多了解，可以參考我們之前發(fā)表過的文章“平面型與溝槽型IGBT結構淺析”。

縱向結構方面，為了緩解阻斷電壓與飽和壓降之間的矛盾，英家于2000年推出了Field Stop IGBT，目標在于盡量減少漂移區(qū)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，不同在于FS IGBT背面多注入了一個N buffer層，它的摻雜濃度略高于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(qū)厚度大大減小。此外，N buffer還可以降低P發(fā)射極的發(fā)射效率，從而降低了關斷時的拖尾電流及損耗。若想了解更多NPT與場截止器件的區(qū)別，請前往 “PT，NPT，F(xiàn)S型IGBT的區(qū)別”了解更多詳情。

技能：

低導通壓降，

125℃工作結溫，

開關性能優(yōu)化

得益于場截止以及溝槽型元胞，IGBT3的通態(tài)壓降更低，典型的Vce(sat)從第2代的典型的3.4到第3代的2.55V（3300V為例）。

名號：

T3，E3，L3

IGBT3在中低壓領域基本已經被IGBT4取代，但在高壓領域依然占主導地位，比如3300V，4500V，6500V的主流產品仍然在使用IGBT3技術。

中流砥柱-IGBT4