大功率器件—《从PowerMOS 到IGBT》

本文详细介绍了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的重要性、结构、原理、制造工艺以及技术发展。IGBT是一种功率电子器件，被誉为电力电子行业的“CPU”，广泛应用于家电、飞机、舰船、交通、电网等战略性产业。IGBT结合了MOSFET和BJT的优点，具有高输入阻抗和低导通压降，适用于600V以上的变流系统。 文章首先解释了IGBT的结构，它是一个MOSFET和BJT的组合体，利用MOSFET的栅极电压控制和BJT的双载流子导电特性，实现小驱动功率和低饱和压降。接着，文章对比了传统的功率MOSFET，包括LDMOS和VDMOS，以及它们的优缺点。LDMOS由于源、栅、漏三端都在表面，导致芯片面积浪费和并联复杂性增加；而VDMOS通过将漏极放到Wafer背面，改善了这些问题。 文章进一步阐述了IGBT的结构和原理，包括其背面漏电极增加的P+层，以及如何通过引入P+/N-drift PN结构实现双载流子导电。IGBT的制造工艺复杂，特别是背面工艺，包括减薄、注入、清洗、金属化和Alloy等步骤。新技术如场截止FS-IGBT和阳极短接SA也被介绍，它们旨在降低Vce(sat)和Ron，提高IGBT的性能。 文章还讨论了IGBT的I-V特性，可以将其视为MOSFET与PiN二极管串联，或作为一个宽基区PNP被MOSFET驱动。IGBT技术的发展经历了六代，每一代都有其特点和改进。最后，文章指出中国在IGBT领域的挑战，尽管新能源市场巨大，但中国目前还不具备大批量生产IGBT的能力，主要依赖于国外技术和产品。