IGBT 芯片技术的发展

IGBT 芯片是 IGBT 模块中最核心的原材料。从 20 世纪 80 年代至今，IGBT 芯片经历了 6 代升级，从平面穿通型（PT）到沟槽型电场—截止型（FS-Trench），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经历了不断的优化，断态电压也从 600V 提高到 6500V 以上。

1）第一代：PT-IGBT，产品采用"辐照"手段，由于体内晶体结构本身原因造成"负温度系数"，各 IGBT 原胞通态压降不一致，不利于并联运行，第一代 IGBT 电流只有 25A，且容量小，有擎住现象，速度低。

2）第二代：改进的 PT-IGBT，采用"电场终止技术"，增加一个"缓冲层"，在相同的击穿电压下实现了更薄的晶片厚度，从而降低了 IGBT 导通电阻，降低了 IGBT 工作过程中的损耗。此技术在耐压较高的 IGBT 上运用效果明显。

3）第三代：Trench-IGBT，最大的改进是采用 Trench 结构，把沟道从表面变到垂直面，所以基区的 PIN 效应增强，栅极附近载流子浓度增大，从而提高了电导调制效应减小了导通电阻；同时由于沟道不在表面，栅极密度增加不受限制，工作时增强了电流导通能力。

4）第四代：NPT-IGBT，不再采用外延技术，而是采用离子注入的技术来生成 P+集电极（透明集电极技术），可以精准的控制结深而控制发射效率尽可能低，增快载流子抽取速度来降低关断损耗，可以保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗，同时具有正温度系数特点。

5）第五代：FS-IGBT，是第四代产品"透明集电区技术"与"电场终止技术"的组合。由于采用了先进的薄片技术并且在薄片上形成电场终止层，大大的减小了芯片的总厚度，使得导通压降和动态损耗都有大幅的下降，从而进一步降低 IGBT 工作中过程中的损耗。

6）第六代：FS-Trench-IGBT，是在第五代基础上改进了沟槽栅结构，进一步的增加了芯片的电流导通能力，极大地优化了芯片内的载流子浓度和分布。减小了芯片的综合损耗。

IGBT 芯片是 IGBT 模块的核心，其设计工艺极为复杂，不仅要保持模块在大电流、高电压、高频率的环境下稳定工作，还需保持开闭和损耗、抗短路能力和导通压降维持平衡。我国 IGBT 行业近年来规模不断扩大，国内也有一批半导体企业正在进入 IGBT 行业，但是国内能够自主研发设计芯片的企业较少，国内企业仍主要依靠进口芯片进行生产，因此生产成本较高，进口依赖较强。