IGBT 芯片发展史

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自 20 世纪 80 年代发展至今，IGBT 芯片经历了 7 代技术及工艺的升级，从平面穿通型（PT）到微沟槽场截止型，IGBT 从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化，断态电压从 600V 提高到 7000V，关断时间从 0.5 微秒降低至 0.12 微秒，工艺线宽由 5um 降低至 0.3um。

此外，由于 IGBT 产品对可靠性和质量稳定性要求较高，下游客户认证周期较长，所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长，对不同代际的 IGBT 产品，由于性能和需求差异导致应用领域略有不同，目前市场上应用最广泛的仍是 IGBT 第 4 代工艺产品。

第一代 平面栅+穿通（PT）

出现时间：1988年

PT 是最初代的 IGBT，使用重掺杂的P+衬底作为起始层，在此之上依次生长N+ buffer，N- base外延，最后在外延层表面形成元胞结构。工艺复杂，成本高，饱和压降呈负温度系数，不利于并联，在 80 年代后期逐渐被 NPT 取代，目前 IGBT 产品已不使用 PT 技术。

第二代 平面栅+非穿通 (NPT)

出现时间：1997年

NPT与PT不同在于，它使用低掺杂的N-衬底作为起始层，先在N-漂移区的正面做成MOS结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要的厚度，再从背面用离子注入工艺形成P+ collector。在截止时电场没有贯穿 N-漂移区，NPT 不需要载流子寿命控制，但它的缺点在于，如果需要更高的电压阻断能力，势必需要电阻率更高且更厚的 N-漂移层，这意味着饱和导通电压 Vce(sat)也会随之上升，从而大幅增加器件的损耗与温升。

第三代 沟槽栅+场截止（Trench+FS）

出现时间：2001年

沟槽型IGBT中，电子沟道垂直于硅片表面，消除了JFET结构，增加了表面沟道密度，提高近表面载流子浓度，从而使性能更加优化。得益于场截止以及沟槽型元胞，IGBT3 的通态压降更低，工作结温 125℃较 2 代没有太大提升， 开关性能优化。

第四代 沟槽栅+场截止(Trench+FS)

出现时间：2007年

IGBT4 是目前使用最广泛的 IGBT 芯片技术，电压包含 600V，1200V，1700V，电流从 10A 到 3600A。4 代较 3 代优化了背面结构，漂移区厚度更薄，背面 P 发射极及 N buffer 的掺杂浓度及发射效率都有优化。同时，最高允许工作结温从 第 3 代的 125℃提高到了 150℃增加了器件的输出电流能力。

第五代 沟槽栅+场截止+表面覆铜(Trench+FS)

出现时间：2013年

IGBT使用厚铜代替了铝，铜的通流能力及热容都远远优于铝，因此IGBT5允许更高的工作结温及输出电流。同时芯片结构经过优化，芯片厚度进一步减小。

第六代 沟槽栅+场截止=(Trench+FS)

出现时间：2017年

6 代是 4 代的优化，器件结构和 IGBT4 类似，但是优化了背面 P+注入，从而得到了新的折衷曲线。IGBT6目前只在单管中有应用。

第七代 微沟槽栅+场截止(Micro Pattern Trench)

出现时间：2018

IGBT7 沟道密度更高，元胞间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而实现 5kv/us 下的最佳开关性能。IGBT7 Vce(sat)相比 IGBT4 降低 20%，可实现最高 175℃的暂态工作结温。

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