恒电动态

第五代IGBT真的逆袭了吗?
2019-08-19 13:51:33  关注:385次  来源:恒电电气 



      IGBT全称为绝缘双极性晶体管,所以它是一个有MOSGate的BJT晶管体。一说起IGBT,半导体制造的人都以为不就是一个分立器件(Power Disceret)嘛,都很瞧不上眼。然而他和28nm/16nm集成电路制造一样,是国家「02专项」的重点扶持项目,这玩意是现在目前功率电子器件里技术最先进的产品,已经全面取代了传统的Power MOSFET,其应用非常广泛,小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业,被称为电力电子行业里的「CPU」。


      IGBT不用机械按钮,它是由计算机控制的。具体点说,IGBT的简化模型有3个接口,有两个(集电极、发射极)接在强电电路上,还有一个接收控制电信号,叫作门极。给门极一个高电平信号,开关(集电极与发射极之间)就通了;再给低电平信号,开关就断了。给门极的信号是数字信号(即只有高和低两种状态),电压很低,属于弱电,只要经过一个比较简单的驱动电路就可以和计算机相连。实际用的“计算机”通常是叫作DSP的微处理器,擅长处理数字信号,比较小巧。


现在IGBT技术发展到什么水平了


      IGBT (绝缘栅双极型晶体管)发明于 80 年代初,多家公司几乎同时并独立地发明了这种器件,刚开始各公司对其称谓也不同。
      至今,IGBT经历了五代技术的发展演变,面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。回顾IGBT的发展历程,其主要从三方面发展演变:器件纵向结构,栅极结构以及硅片的加工工艺。
多年以来,IGBT技术改进的追求的目标是:
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。


具体到每一代的产品发展上。


第五代IGBT


      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。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。


      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。


      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。


      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,这就是所谓的“透明集电区技术”。


      第五代产品是在IGBT经历了上述四次技术改进实践后对各种技术措施的重新组合。第五代IGBT是第四代产品“透明集电区技术”与“电场中止技术”的组合。


      上述几项改进技术已经在各国产品中普遍采用,只是侧重面有所不同。除此以外,有报道介绍了一些其它技术措施如:内透明集电极、砷掺杂缓冲层、基板薄膜化、软穿通技术等。


国内首家应用第五代IGBT的APF制造公司


      山东恒电电气股份有限公司投入大量的科研力量研究发现,第五代IGBT可以降低三分之一的损耗,提高开关频率。目前是国内APF研发生产公司中唯一一家已经开始使用第五代IGBT的研发企业,产品质量在国内瑶瑶领先。



山东恒电电气股份有限公司 版权所有 鲁ICP备19046611号