一、IGBT是什么時候發明的

IGBT全稱(cheng)叫絕緣柵雙極型晶體管，是(shi)一種復(fu)合(he)型結(jie)構(gou)器件(jian)，它是(shi)20世紀80年代發明(ming)的，發明(ming)者(zhe)是(shi)B?賈揚?巴利加。

在20世(shi)紀5、60年代發展起來(lai)的(de)雙極性器(qi)件(jian)，通(tong)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻很(hen)小(xiao)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流控(kong)制、控(kong)制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)等復(fu)(fu)雜且功(gong)(gong)耗(hao)(hao)大。隨(sui)后(hou)發展起來(lai)的(de)單(dan)極性器(qi)件(jian)，通(tong)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻很(hen)大，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓控(kong)制、控(kong)制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)簡(jian)單(dan)且功(gong)(gong)耗(hao)(hao)小(xiao)。例如(ru)功(gong)(gong)率雙極晶體管技術的(de)問題是(shi)厚P-基區減小(xiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流增益，小(xiao)于10；驅動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)貴而復(fu)(fu)雜；保護(hu)的(de)吸收電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)增加了(le)額外(wai)成(cheng)本。而功(gong)(gong)率MOSFET技術的(de)問題是(shi)厚的(de)N-漂(piao)移(yi)區增加了(le)導通(tong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻。這兩類器(qi)件(jian)都不能(neng)令(ling)人滿意(yi)，這時業界就向往著有(you)一種新的(de)功(gong)(gong)率器(qi)件(jian)，能(neng)同(tong)時具有(you)簡(jian)單(dan)的(de)開關控(kong)制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，以(yi)降低控(kong)制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)功(gong)(gong)能(neng)與制造(zao)成(cheng)本，以(yi)及很(hen)低的(de)通(tong)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓，以(yi)減少器(qi)件(jian)自身(shen)的(de)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)。這就是(shi)IGBT誕生的(de)背景。

1980年(nian)前后，IGBT被B?賈(jia)揚?巴利加提出，到(dao)了1985年(nian)前后，第一(yi)款高品質器件成功(gong)試(shi)制了樣品，并很快在(zai)照明、家電控制、醫療(liao)等產(chan)品中(zhong)使用(yong)，經(jing)過幾(ji)十年(nian)的持(chi)續應用(yong)和(he)不斷改進，IGBT現在(zai)已成為電子電力領域中(zhong)最重要(yao)的功(gong)率(lv)開關器件之(zhi)一(yi)。

二、IGBT發展到第幾代了

自20世紀(ji)80年代(dai)發展至今(jin)，IGBT 芯片經歷了(le)7代(dai)技(ji)術及工藝的升級，但現在(zai)市場上應用比較廣泛的還是(shi)第(di)4代(dai)的IGBT。

1、第一代：平面柵+穿通（PT）

出(chu)現(xian)時間：1988年。PT是最初(chu)代(dai)的IGBT，使用(yong)重摻雜(za)的P+襯底作(zuo)為起(qi)始層，在(zai)此(ci)之上(shang)依次生(sheng)長N+buffer，N-base外延，最后在(zai)外延層表面(mian)形成(cheng)元胞結構(gou)。工藝(yi)復雜(za)，成(cheng)本高，飽和壓降呈負溫度(du)系數(shu)，不(bu)(bu)利于并聯，在(zai)80年代(dai)后期逐漸被NPT取(qu)代(dai)，目前IGBT產(chan)品已不(bu)(bu)使用(yong)PT技術。

2、第二代平面柵+非穿通（NPT）

出(chu)現時(shi)間：1997年。NPT與PT不同在于，它使用(yong)低摻雜的(de)(de)(de)N-襯底作(zuo)為起始(shi)層，先在N-漂(piao)移(yi)區的(de)(de)(de)正面做成MOS結構，然后(hou)用(yong)研(yan)磨減薄工藝(yi)從(cong)背(bei)面減薄到(dao)IGBT電壓(ya)規格需(xu)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)，再從(cong)背(bei)面用(yong)離子注入工藝(yi)形成P+collector。在截止(zhi)時(shi)電場沒有(you)貫穿N-漂(piao)移(yi)區，NPT不需(xu)要(yao)(yao)載流子壽命控制，但它的(de)(de)(de)缺點在于，如果需(xu)要(yao)(yao)更高(gao)的(de)(de)(de)電壓(ya)阻(zu)斷能(neng)力，勢必需(xu)要(yao)(yao)電阻(zu)率(lv)更高(gao)且更厚(hou)的(de)(de)(de)N-漂(piao)移(yi)層，這意(yi)味(wei)著飽和(he)導通(tong)電壓(ya)Vce(sat)也會隨之上升，從(cong)而(er)大(da)幅增加器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)損耗與溫升。

3、第三代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時間(jian)：2001年。溝(gou)槽(cao)(cao)型IGBT中，電子(zi)(zi)溝(gou)道垂直(zhi)于硅片表面，消除了(le)JFET結構，增加(jia)了(le)表面溝(gou)道密度，提(ti)高(gao)近(jin)表面載流子(zi)(zi)濃度，從而使性能更加(jia)優化(hua)。得(de)益于場截止以及(ji)溝(gou)槽(cao)(cao)型元胞，IGBT3的通態壓(ya)降更低，工作結溫125℃較(jiao)2代沒有太大提(ti)升，開關性能優化(hua)。

4、第四代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現(xian)時間：2007年。IGBT4是目前(qian)使用最廣泛的(de)IGBT 芯片技術，電壓包含(han)600V，1200V，1700V，電流(liu)從(cong)10A到3600A。4代較(jiao)3代優(you)化(hua)了(le)(le)背(bei)面結(jie)構，漂移(yi)區(qu)厚度更(geng)薄，背(bei)面P發(fa)射(she)極及(ji)(ji)Nbuffer的(de)摻雜濃度及(ji)(ji)發(fa)射(she)效率(lv)都有優(you)化(hua)。同(tong)時，最高允許工作結(jie)溫(wen)從(cong)第3代的(de)125℃提(ti)高到了(le)(le)150℃增加了(le)(le)器件的(de)輸出電流(liu)能力(li)。

5、第五代：溝槽柵+場截止+表面覆銅（Trench+FS）

出現時間：2013年。第五代IGBT使用厚(hou)銅代替(ti)了鋁，銅的通(tong)流能(neng)力及熱容都遠(yuan)遠(yuan)優于鋁，因此IGBT5允許(xu)更高的工作結溫及輸出電流。同時(shi)芯片結構經過優化，芯片厚(hou)度(du)進一步減小。

6、第六代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時(shi)間：2017年。6代是4代的優化(hua)，器(qi)件結構和(he)IGBT4類(lei)似，但是優化(hua)了(le)背面P+注入，從而得到了(le)新的折衷(zhong)曲線。IGBT6目前只在單管中有應用。

7、第七代：微溝槽柵+場截止（MicroPatternTrench）

出現(xian)時間：2018年。IGBT7溝道密度更高，元胞(bao)間距也經過精心設計，并(bing)且優化(hua)了寄生電容(rong)參數，從而實現(xian)5kv/us下的(de)最佳開關(guan)性能。IGBT7Vce（sat）相比IGBT4降低20%，可實現(xian)最高175℃的(de)暫(zan)態工作結溫。