一、IGBT是什么時候發明的

IGBT全稱(cheng)叫絕緣(yuan)柵雙極型晶(jing)體管(guan)，是一種(zhong)復合型結構器件(jian)，它是20世紀80年(nian)代發明(ming)的，發明(ming)者是B?賈(jia)揚?巴利加。

在(zai)20世(shi)紀5、60年代發展起來(lai)的(de)(de)(de)雙極(ji)性器(qi)件(jian)，通(tong)態(tai)電(dian)(dian)(dian)阻很(hen)小(xiao)(xiao)，電(dian)(dian)(dian)流控(kong)制、控(kong)制電(dian)(dian)(dian)路等復雜(za)且功(gong)耗大。隨后發展起來(lai)的(de)(de)(de)單(dan)(dan)(dan)極(ji)性器(qi)件(jian)，通(tong)態(tai)電(dian)(dian)(dian)阻很(hen)大，電(dian)(dian)(dian)壓控(kong)制、控(kong)制電(dian)(dian)(dian)路簡單(dan)(dan)(dan)且功(gong)耗小(xiao)(xiao)。例如功(gong)率雙極(ji)晶體管技術(shu)的(de)(de)(de)問(wen)題是(shi)厚P-基區(qu)減小(xiao)(xiao)電(dian)(dian)(dian)流增益，小(xiao)(xiao)于10；驅動電(dian)(dian)(dian)路貴而復雜(za)；保護(hu)的(de)(de)(de)吸(xi)收電(dian)(dian)(dian)路增加(jia)了(le)額(e)外成本(ben)。而功(gong)率MOSFET技術(shu)的(de)(de)(de)問(wen)題是(shi)厚的(de)(de)(de)N-漂移區(qu)增加(jia)了(le)導通(tong)電(dian)(dian)(dian)阻。這兩類器(qi)件(jian)都不能令人滿意，這時業界就向往著有(you)一種新(xin)的(de)(de)(de)功(gong)率器(qi)件(jian)，能同時具有(you)簡單(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)開關控(kong)制電(dian)(dian)(dian)路，以降低控(kong)制電(dian)(dian)(dian)路功(gong)能與制造成本(ben)，以及很(hen)低的(de)(de)(de)通(tong)態(tai)電(dian)(dian)(dian)壓，以減少器(qi)件(jian)自身的(de)(de)(de)功(gong)耗。這就是(shi)IGBT誕生(sheng)的(de)(de)(de)背景。

1980年(nian)前后(hou)，IGBT被(bei)B?賈揚?巴利加提出，到了(le)1985年(nian)前后(hou)，第(di)一款高品質(zhi)器(qi)件成(cheng)功試制了(le)樣(yang)品，并很快在(zai)照明(ming)、家電(dian)控制、醫療(liao)等產品中使用，經(jing)過幾十年(nian)的持續應用和不斷改進，IGBT現在(zai)已成(cheng)為電(dian)子(zi)電(dian)力領域中最重(zhong)要的功率開關(guan)器(qi)件之一。

二、IGBT發展到第幾代了

自(zi)20世紀80年(nian)代發展至今(jin)，IGBT 芯片經(jing)歷了7代技術(shu)及工藝(yi)的升(sheng)級，但現(xian)在市場上(shang)應用比(bi)較廣泛的還是第(di)4代的IGBT。

1、第一代：平面柵+穿通（PT）

出現時間：1988年。PT是最初代的(de)(de)IGBT，使用(yong)重摻(chan)雜(za)的(de)(de)P+襯底(di)作為起始層，在此之上依次(ci)生(sheng)長(chang)N+buffer，N-base外(wai)延(yan)，最后在外(wai)延(yan)層表面形成元胞結構。工藝復雜(za)，成本高(gao)，飽和壓降呈負溫度系數，不利(li)于(yu)并聯(lian)，在80年代后期逐(zhu)漸被(bei)NPT取代，目前IGBT產品已不使用(yong)PT技術。

2、第二代平面柵+非穿通（NPT）

出現時間：1997年。NPT與PT不同(tong)在于，它使用(yong)低摻雜的(de)N-襯(chen)底作為(wei)起(qi)始層(ceng)，先在N-漂(piao)移(yi)區(qu)(qu)的(de)正面做(zuo)成MOS結構(gou)，然后用(yong)研磨減(jian)薄工藝從背(bei)面減(jian)薄到IGBT電(dian)壓(ya)(ya)(ya)規格需(xu)(xu)要(yao)的(de)厚(hou)度，再從背(bei)面用(yong)離(li)子注入工藝形成P+collector。在截止時電(dian)場沒有(you)貫穿N-漂(piao)移(yi)區(qu)(qu)，NPT不需(xu)(xu)要(yao)載流子壽命(ming)控制，但它的(de)缺(que)點在于，如果需(xu)(xu)要(yao)更高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)阻斷能力，勢必需(xu)(xu)要(yao)電(dian)阻率更高(gao)且(qie)更厚(hou)的(de)N-漂(piao)移(yi)層(ceng)，這意味著飽和導通電(dian)壓(ya)(ya)(ya)Vce(sat)也會隨之上升(sheng)，從而大幅增加(jia)器件的(de)損耗與溫升(sheng)。

3、第三代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時間：2001年。溝槽型IGBT中，電(dian)子(zi)溝道垂直(zhi)于硅片表(biao)面(mian)，消除了JFET結構，增加了表(biao)面(mian)溝道密度(du)，提高(gao)近(jin)表(biao)面(mian)載流子(zi)濃度(du)，從而使(shi)性(xing)能更(geng)加優化(hua)。得益于場截(jie)止以及溝槽型元胞(bao)，IGBT3的(de)通態壓(ya)降更(geng)低，工(gong)作結溫125℃較2代(dai)沒(mei)有(you)太大提升，開(kai)關性(xing)能優化(hua)。

4、第四代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現(xian)時間：2007年。IGBT4是目前使(shi)用最廣(guang)泛的(de)IGBT 芯片技(ji)術(shu)，電(dian)(dian)壓包含600V，1200V，1700V，電(dian)(dian)流(liu)從(cong)10A到3600A。4代(dai)較3代(dai)優化了背(bei)面結構，漂移區厚(hou)度更薄(bo)，背(bei)面P發(fa)射極及Nbuffer的(de)摻雜濃度及發(fa)射效率都有優化。同時，最高允許工(gong)作結溫從(cong)第3代(dai)的(de)125℃提高到了150℃增加了器件的(de)輸出電(dian)(dian)流(liu)能力。

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使用厚銅代替了鋁，銅的(de)通流能力及熱容都遠(yuan)遠(yuan)優(you)于鋁，因(yin)此IGBT5允(yun)許更高的(de)工作結(jie)溫及輸出(chu)電(dian)流。同時芯片結(jie)構經(jing)過優(you)化，芯片厚度進一步(bu)減小(xiao)。

6、第六代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現(xian)時間(jian)：2017年。6代是(shi)4代的(de)優化，器件(jian)結構和IGBT4類似，但是(shi)優化了背面P+注入，從而(er)得到了新的(de)折衷曲線。IGBT6目(mu)前只在單管中有應(ying)用。

7、第七代：微溝槽柵+場截止（MicroPatternTrench）

出現(xian)時間：2018年。IGBT7溝道(dao)密度更高(gao)，元胞間距也經過精(jing)心(xin)設計，并(bing)且優化了寄生電(dian)容(rong)參數，從而實(shi)現(xian)5kv/us下的最佳開關性能。IGBT7Vce（sat）相比IGBT4降低20%，可實(shi)現(xian)最高(gao)175℃的暫態(tai)工作結溫(wen)。