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中科院微电子所IGBT芯片研制:80后的跨越

2011年12月06日 10:36 次阅读

 

  中科院微电子所超高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)芯片的年轻研究团队紧张而期待。由他们设计的一款IGBT芯片,在合作伙伴——上海华虹NEC电子有限公司的工艺线上流片完成,要进行超高压测试。

  之所以紧张,是因为他们没有像国外科研机构或企业那样拾级而上,而是从1700伏直接向6500伏阻断电压冲刺。这次巨大的技术性跳跃,不仅考量着他们的能力,也考量着中国集成电路的工艺基础。

  不久前,测试结束,他们的产品阻断电压达到了7100伏以上。上海华虹NEC当即向外界宣布:“这标志着国内自主知识产权的高压高功率IGBT芯片,从设计研制到工艺开发的整体贯通,又上了一个新的台阶。”

  “80后”的使命和机遇

  “研制IGBT的最大难点在设计和工艺。”1980年出生的高个子领队朱阳军说。

  朱阳军介绍,IGBT芯片针对不同的应用领域,按阻断电压等级进行分类。其中,6500伏系列是目前市场中电压等级最高的产品,世界上只有欧洲、日本的极少数厂商拥有相关技术和生产能力。虽然从器件结构设计到制造工艺有很多难点,但其中最主要的难点是如何使阻断电压达到6500伏以上。

  对他们而言,设计这样的超高压芯片,可谓困难重重。

  首先,国内IGBT芯片制造工艺基础相对薄弱,且落后国外很多;其次,国内从事IGBT芯片研制的人员稀缺,有经验的工程师甚少;其三,电压越高,设计难度越大,而仿真软件中的模型准确性也是一个问题,且设计周期会越来越长,终端设计会更加复杂困难;此外,设计与工艺需完美结合,同样的设计在不同的生产线上会有不同的结果。

  朱阳军永远记得中科院微电子所所长叶甜春的一句话,“青年人要敢于担当,要有责任感和使命感”。

  那么,在微电子所,他们这一代人的使命是什么呢?

  IGBT器件在电网、轨道交通、工业变频、新能源、电动车、家用电器等关系国计民生的领域都有着广泛应用,中国市场对IGBT的需求量全球最大,每年保持着高速增长态势。然而,中国的IGBT器件几乎全部依赖进口。

  “研制中国自主知识产权的IGBT芯片,就是这个团队的重大使命之一。”叶甜春说。

  叶甜春介绍,因关乎国计民生,自2007年开始,国家逐渐加大对该领域的研发支持。科技部、发改委、工信部等部门陆续加大科研和产业化投入,尤其2010年国家实施“极大规模集成电路制造装备与成套工艺”重大科技专项,重拳出击,对整个电力电子产业从原材料、芯片制造、模块封装三大关键环节给予强力支持。

  中科院微电子所硅器件与集成技术研究室由此迎来新的拓展机遇。

  该研究室主任韩郑生介绍,早在2002年前后,实验室即与上海通用合作,开展了1200伏IGBT的相关研究;2007年,研究所设立了专项资金,用于非穿通型(NPT)IGBT的开发;到2010年国家大力支持这项研究时,研究室立即将IGBT方向从功率器件组剥离出来,组建了新的IGBT项目组。

  “项目组当时只有两三人,但经过两年的发展,现在已有近30人。这些新人,都是国内自己培养的‘80后’硕士或博士。”韩郑生说。

  勇气缘于积淀

  “年轻人基本没有任何设计经验,需要学习IGBT器件最基本的结构、原理、特性,以及仿真设计软件。这期间,多亏有经验的前辈传、帮、带。虽然年轻人学习周期很短、强度很大,但真有一些人从中脱颖而出。”朱阳军说。

  2010年下半年,朱阳军与组员讨论后,作出了当时许多人无法理解的一个决定:联合华虹NEC进军沟槽栅IGBT设计。

  沟槽栅是超高压芯片领域最先进的设计理念,相比以往的平面栅,有很多性能和经济上的优势,可大幅提高芯片市场竞争力,代表着IGBT产业未来发展的主要技术趋势。

  但此前,团队里没有任何人接触过沟槽栅,即便国内其他科研机构也没有成功开发的先例。

  2010年8月,IGBT小组开始啃这块硬骨头。第一轮设计沟槽栅,他们整整花了2个月。大家在计算机上反复计算、模拟,确保每一个环节的精准。

  2010年11月,由他们设计完成的芯片,在上海华虹NEC首轮流片时,静态参数达到设计要求。2010年底,他们启动1700伏沟槽栅IGBT的设计。3个月后,流片结果又通过测试,产品静态和动态参数均达标。

  经过几轮合作,微电子所青年团队和华虹NEC团队之间已十分了解和信任。当朱阳军看到华虹的优越工艺基础和实力之后,又一个大胆的设想产生了:凭借华虹NEC现有的工艺能力,采用国际最先进的设计技术,将芯片电压直接提升几个台阶。

  经过与华虹工艺师反复磋商和沟通,2011年7月,设计研究小组把准备在2013年才展开的6500伏IGBT研发计划提前实施。

  这一决定,直接跨越2500伏、3300伏、4500伏的3个技术台阶,并采用了国际最先进的被称为“场截止”(FS)的技术。

  韩郑生认为,“尽管从平面栅到沟槽栅的设计理念完全不同,从1700伏直接到6500伏,从非穿通型(NPT)到场截止型(FS)有着巨大的跨越,但微电子所的历史积淀和文化氛围,给了年轻人开拓创新的深厚根基和拼搏向上的源动力”。

  “所长要求我们,要做企业没有想到或看到的,帮企业做他们不能做到的。我们要根据国家需求,努力尝试跨越。”朱阳军说。

  跨越了技术障碍,微电子所的青年团队意气风发。目前,他们正满怀期待自主知识产权的IGBT芯片全系列产品,早日实现产业化。

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变频器工作原理图讲解:功能、分类、参数设定、过流...

基本半导体参加2017中国半导体器件创新产品与应...

近日,第十一届中国半导体行业协会分立器件年会暨2017中国半导体器件创新产品与应用及产业发展论坛在西...

发表于 2017-08-09 15:51 573次阅读
基本半导体参加2017中国半导体器件创新产品与应...

学界大师传道解惑,高校师生知识盛宴

本次大师班面向示范性微电子学院的青年教师,以及硕士博士研究生、博士后等在校学生,同时也面向产业技术精...

发表于 2017-07-24 09:29 319次阅读
学界大师传道解惑,高校师生知识盛宴

创新驱动产业升级,青铜剑科技出席电气化交通前沿技...

7月7日至8日,由清华大学、英国诺丁汉大学与中车株洲电力机车研究所联合主办,深圳青铜剑科技股份有限公...

发表于 2017-07-14 10:26 467次阅读
创新驱动产业升级,青铜剑科技出席电气化交通前沿技...

碳化硅功率器件时代来临,基本半导体亮相PCIMA...

日前,致力于碳化硅功率器件技术创新的深圳基本半导体有限公司(以下简称基本半导体)成功参展2017国际...

发表于 2017-07-06 17:05 699次阅读
碳化硅功率器件时代来临,基本半导体亮相PCIMA...

PCIMAsia2017青铜剑科技力推IGBT驱...

6月27-29日,2017年国际电力元件、可再生能源管理展览会(PCIM Asia)在上海世博展览馆...

发表于 2017-07-05 16:22 315次阅读
PCIMAsia2017青铜剑科技力推IGBT驱...

青铜剑科技IGBT驱动方案亮相英飞凌汽车电子季度...

青铜剑科技与英飞凌深度合作,联合开发了多款功能强大、高可靠性的汽车级IGBT驱动,分别是基于英飞凌H...

发表于 2017-06-16 11:58 480次阅读
青铜剑科技IGBT驱动方案亮相英飞凌汽车电子季度...

EMC电路中电感有什么作用?IGBT凌乱电感排列...

电感普遍存在与导电的导体。通常叠层母线(BUSBAR)的物理尺寸是由系统决定的,元器件的位置是由BU...

发表于 2017-06-14 14:39 692次阅读
EMC电路中电感有什么作用?IGBT凌乱电感排列...

功率器件中国芯,基本半导体助力第二届中瑞绿色经济...

碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体,凭借其高耐压、低损耗、高效率的优异特性,正成为电力电子行业的新...

发表于 2017-06-12 10:44 747次阅读
功率器件中国芯,基本半导体助力第二届中瑞绿色经济...

正弦交流电电路中电阻有何作用?IGBT电路中栅极...

有些驱动器只有一个输出端,如落木源TX-K841L、TX-KA962F,这就要在原来的Rg 上再并联...

发表于 2017-06-10 10:59 509次阅读
正弦交流电电路中电阻有何作用?IGBT电路中栅极...

IGBT的结构与各种保护设计方法详解

GTR和MOSFET复合,结合二者的优点,具有好的特性。80年代中期问世以来,逐步取代了GTR和一部...

发表于 2017-06-05 17:01 539次阅读
IGBT的结构与各种保护设计方法详解

IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法

 IGBT就是一个开关,非通即断,如何控制他的通还是断,就是靠的是栅源极的电压,当栅源极加+12V(...

发表于 2017-06-05 15:43 810次阅读
IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法

基于IGBT的缓冲电路怎样选择电容?电容大小不同...

在谐振电容选择前,应首先确定IGBT 驱动的负载电流IGmax的最大值、外施电源V的最大值以及要求的...

发表于 2017-06-02 09:55 593次阅读
基于IGBT的缓冲电路怎样选择电容?电容大小不同...

数字型IGBT的设计与实现,IGBT过流的检测方...

随着电力电子器件技术的发展,大功率器件在轨道交通、直流输电、风力发电等领域的市场迅猛发展,其中以IG...

发表于 2017-05-25 09:50 383次阅读
数字型IGBT的设计与实现,IGBT过流的检测方...

IGBT系统功能介绍,IGBT吸收电路参数该如何...

IGBT,中文名字为绝缘栅双极型晶体管,它是由MOSFET(输入级)和PNP晶体管(输出级)复合而成...

发表于 2017-05-25 08:55 2189次阅读
IGBT系统功能介绍,IGBT吸收电路参数该如何...

什么是IGBT固态脉冲,它的工作原理是什么?IG...

对于不含阻尼二极管的IGBT管,由于三个电极间的正反向电阻均为无穷大,故不能用此法判断。一般地,可从...

发表于 2017-05-24 17:20 462次阅读
什么是IGBT固态脉冲,它的工作原理是什么?IG...

超详细详解IGBT在电动汽车的作用原理,简要说明...

该电源的输入是新能源乘用车常规的12V电源,该电源通常波动范围是8~16V,而驱动电源的输出需要相对...

发表于 2017-05-24 16:36 2734次阅读
超详细详解IGBT在电动汽车的作用原理,简要说明...

IGBT封装流程及其原理分析,简洁明了的告诉你如...

散热管理设计方面,通过采用封装的热模拟技术,优化了芯片布局及尺寸,从而在相同的ΔTjc条件下,成功实...

发表于 2017-05-24 15:56 2731次阅读
IGBT封装流程及其原理分析,简洁明了的告诉你如...

IGBT缓冲电路和电容分析,基于电磁互感模块的I...

对由电力电子器件构成的变换器进行电磁兼容性设计之前,必须分析预期的电磁环境,并从电磁干扰源,耦合途径...

发表于 2017-05-24 14:20 493次阅读
IGBT缓冲电路和电容分析,基于电磁互感模块的I...

脉冲变压器怎样组成IGBT驱动?快速检查IGBT...

IGBT元件往往采用多并联形式,因此如果某个IGBT元件发生故障,将会导致并联回路中的大量IGBT损...

发表于 2017-05-24 10:49 1012次阅读
脉冲变压器怎样组成IGBT驱动?快速检查IGBT...

IGBT管脚极性该如何鉴定?一个精巧的IGBT散...

强制风冷是利用风扇强制空气对流,冷却是由间断运行的风扇提供的。如果温度过高或持续输出大电流时,风扇就...

发表于 2017-05-24 09:55 779次阅读
IGBT管脚极性该如何鉴定?一个精巧的IGBT散...

MOS管,IGBT,以及三极管他们有什么区别?正...

在低压下 igbt相对mos管在电性能和价格上都没有优势,所以基本上看不到低压igbt,并不是低压的...

发表于 2017-05-24 09:19 2048次阅读
MOS管,IGBT,以及三极管他们有什么区别?正...

IGBT通用计算方法,IGBT门极驱动是什么意思...

HCPL316J 可以驱动 150 A/1200 V 的 IGBT ,光耦隔离, COMS/TTL ...

发表于 2017-05-23 17:34 1773次阅读
IGBT通用计算方法,IGBT门极驱动是什么意思...

IGBT,IGCT和IEGT分别是什么?IGBT...

不管采用何种瞬时频率分析方法都将与宏观上的电流函数特征相接近。那就是主要的瞬时频率成分存在于门函数周...

发表于 2017-05-23 16:43 2518次阅读
IGBT,IGCT和IEGT分别是什么?IGBT...

隔离驱动IGBT有何意义?IGBT失控数据变化准...

严格来说,器件静电损伤也属于过电压应力损伤,静电型过电应力的特点是:电压较高,能力较小,瞬间电流较大...

发表于 2017-05-23 16:00 574次阅读
隔离驱动IGBT有何意义?IGBT失控数据变化准...

IGBT模块损坏修复方案与IGBT焊机报错修复方...

可通过降额使用,加大散热器,涂敷导热胶,强制风扇冷却,设置过温度保护等方法来解决过热损坏问题。在安装...

发表于 2017-05-23 15:17 1013次阅读
IGBT模块损坏修复方案与IGBT焊机报错修复方...

IGBT模块应用需要注意什么?IGBT电平错位软...

在为IGBT模块安装散热器时,每个螺钉需按说明书中给出的力矩拧紧。力矩不足会导致热阻增加或运动中出现...

发表于 2017-05-23 14:30 409次阅读
IGBT模块应用需要注意什么?IGBT电平错位软...