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IGBT是什么国内外差距有多大

2021-03-04 15:18:11

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IGBT是什么国内外差距有多大

在电力电子里面,最重要的一个元件就是IGBT。没有IGBT就不会有高铁的便捷生活。

  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”,长期以来,该产品(包括芯片)还是被垄断在少数IDM手上(FairChild、Infineon、TOSHIBA),位居“十二五”期间国家16个重大技术突破专项中的第二位(简称 “02专项”)。

  1、何为IGBT?

  所谓IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。

  简单讲,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点,如驱动功率小和饱和压降低等。

  而平时我们在实际中使用的IGBT模块是由IGBT与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品,具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。

  2、传统的功率MOSFET

  为了等一下便于理解IGBT,我还是先讲下Power MOSFET的结构。所谓功率MOS就是要承受大功率,换言之也就是高电压、大电流。我们结合一般的低压MOSFET来讲解如何改变结构实现高压、大电流。

  1)高电压:一般的MOSFET如果Drain的高电压,很容易导致器件击穿,而一般击穿通道就是器件的另外三端(S/G/B),所以要解决高压问题必须堵死这三端。Gate端只能靠场氧垫在Gate下面隔离与漏的距离(Field-Plate),而Bulk端的PN结击穿只能靠降低PN结两边的浓度,而最讨厌的是到Source端,它则需要一个长长的漂移区来作为漏极串联电阻分压,使得电压都降在漂移区上就可以了。

  2) 大电流:一般的MOSFET的沟道长度有Poly CD决定,而功率MOSFET的沟道是靠两次扩散的结深差来控制,所以只要process稳定就可以做的很小,而且不受光刻精度的限制。而器件的电流取决于W/L,所以如果要获得大电流,只需要提高W就可以了。

  所以上面的Power MOSFET也叫作LDMOS (Lateral Double diffusion MOS)。虽然这样的器件能够实现大功率要求,可是它依然有它固有的缺点,由于它的源、栅、漏三端都在表面,所以漏极与源极需要拉的很长,太浪费芯片面积。而且由于器件在表面则器件与器件之间如果要并联则复杂性增加而且需要隔离。所以后来发展了VDMOS(Vertical DMOS),把漏极统一放到Wafer背面去了,这样漏极和源极的漂移区长度完全可以通过背面减薄来控制,而且这样的结构更利于管子之间的并联结构实现大功率化。但是在BCD的工艺中还是的利用LDMOS结构,为了与CMOS兼容。

 


作者: 深圳市华科智源科技有限公司
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